2019-2020年高中化學(xué) 化學(xué)反應(yīng)的方向和限度教案3 蘇教版選修4【引入】：自然界中有許多現(xiàn)象是可以自發(fā)進(jìn)行的，請(qǐng)結(jié)合自己的生活經(jīng)驗(yàn)舉例說(shuō)明.自然界中水總是從高處往低處流電流總是從電位高的地方向電位低的地方流動(dòng)室溫下冰塊自動(dòng)融化墨水?dāng)U散食鹽溶解于水火柴棒散落化學(xué)反應(yīng)中鎂條燃燒、酸堿中和、鐵器暴露在潮濕空氣中生銹、甲烷和氧氣的混合氣體遇明火就燃燒、鋅與CuSO4溶液反應(yīng)生成Cu和ZnSO4等，這些過(guò)程都是自發(fā)的，其逆過(guò)程就是非自發(fā)的.一、 化學(xué)反應(yīng)的方向.1.自發(fā)過(guò)程：在一定條件下，不借助外部力量就能自動(dòng)進(jìn)行的過(guò)程.2.自發(fā)反應(yīng)：在一定的條件下無(wú)需外界幫助就能自動(dòng)進(jìn)行的反應(yīng).【過(guò)渡】：如何判斷一個(gè)過(guò)程，一個(gè)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行？二、判斷化學(xué)反應(yīng)方向的依據(jù).【交流與討論】：酸堿中和、鎂條燃燒等這些一定條件下能自發(fā)發(fā)生的反應(yīng)有何共同特點(diǎn)？H < O即放熱反應(yīng)放熱反應(yīng)使體系能量降低，能量越低越穩(wěn)定， H < O有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行.1.焓判據(jù)(能量判據(jù)).體系趨向于從高能狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軤顟B(tài) （這時(shí)體系會(huì)對(duì)外做功或者釋放熱量H 0）【設(shè)問(wèn)】：自發(fā)反應(yīng)一定要H < O ？NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)=CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l) H= 37.30kJ/mol【結(jié)論】：H < O有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，但自發(fā)反應(yīng)不一定要H < O.焓變是反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的一個(gè)因素,但不是唯一 因素.為了解釋這樣一類與能量狀態(tài)的高低無(wú)關(guān)的過(guò)程的自發(fā)性，科學(xué)家們提出了在自然界還存在著另一種能夠推動(dòng)體系變化的因素熵.2.熵判據(jù).(1).熵：體系混亂度的量度，即熵是用來(lái)描述體系的混亂度. 符號(hào)：S 單位： Jmol-1K-1 . 體系混亂度越大，熵值越大；體系混亂度越小，熵值越小.(2).熵變：反應(yīng)前后體系熵的變化.同一物質(zhì)，S（g）S（l）S（s）產(chǎn)生氣體的反應(yīng)、氣體物質(zhì)的物質(zhì)的量增大的反應(yīng)，熵變通常都是正值（ S 0），為熵增加反應(yīng).【設(shè)問(wèn)】：火柴散落、墨水?dāng)U散過(guò)程混亂度如何變化？從混亂度變化角度分析它們?yōu)槭裁纯梢宰园l(fā)？自發(fā)過(guò)程的體系趨向于由有序轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)序，導(dǎo)致體系的熵增大，這一經(jīng)驗(yàn)規(guī)律叫做熵增原理，也就是反應(yīng)方向判斷的熵判據(jù).(3).熵判據(jù):混亂度越大越穩(wěn)定，S > 0 有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行【設(shè)問(wèn)】：CaCO3(s) = CaO (s) +CO2 (g)這個(gè)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行？已知： H(298K)=+178.2KJmol , S(298K)=169.6Jmol-1K-1【結(jié)論】：S > O有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行,自發(fā)反應(yīng)不一定要S > O.熵變是反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的一個(gè)因素,但不是唯一 因素.3.復(fù)合判據(jù)（自由能變化）. G=HT S當(dāng) G<0時(shí)，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行當(dāng) G>0時(shí)，反應(yīng)不自發(fā)進(jìn)行當(dāng) G=0時(shí)，平衡狀態(tài)溫度對(duì)反應(yīng)自發(fā)性的情況: 類型HSHTS反應(yīng)的自發(fā)性1-+永遠(yuǎn)是任何溫度都是自發(fā)反應(yīng)2+-永遠(yuǎn)是+任何溫度下都是非自發(fā)反應(yīng)3-高溫+ 低溫高溫是非自發(fā)反應(yīng)低溫是自發(fā)反應(yīng)4+高溫低溫+高溫是自發(fā)反應(yīng)低溫是非自發(fā)反應(yīng)【注意點(diǎn)】：(1).反應(yīng)的自發(fā)性只能用于判斷反應(yīng)發(fā)生的方向，不能確定反應(yīng)是否一定會(huì)發(fā)生和反應(yīng)發(fā)生的速率.如涂有防銹漆和未涂防銹漆的鋼制器件，其發(fā)生腐蝕過(guò)程的自發(fā)性是相同的，但只有后者可以實(shí)現(xiàn).(2).在討論過(guò)程的方向時(shí)，指的是沒(méi)有外界干擾時(shí)體系的性質(zhì).如果允許外界對(duì)體系施加某種作用，就可能出現(xiàn)相反的結(jié)果.如水泵可以把水從低水位升至高水位；高溫高壓石墨轉(zhuǎn)化為金剛石的例子，實(shí)現(xiàn)后者的先決條件是要向體系中輸入能量，該過(guò)程的本質(zhì)仍然是非自發(fā)性的.完成P42表25.【課堂練習(xí)】：1.下列過(guò)程是非自發(fā)的是 D A.水由高處向低處流 B.天然氣的燃燒 C.鐵在潮濕空氣中生銹 D.室溫下水結(jié)成冰2.碳酸銨（NH4）2CO3在室溫下就能自發(fā)地分解產(chǎn)生氨氣，對(duì)其說(shuō)法中正確的是 A A.其分解是因?yàn)樯闪艘讚]發(fā)的氣體，使體系的熵增大 B.其分解是因?yàn)橥饨缃o予了能量 C.其分解是吸熱反應(yīng)，據(jù)能量判據(jù)不能自發(fā)分解 D.碳酸鹽都不穩(wěn)定，都能自發(fā)分解3.下列說(shuō)法正確的是 C A.凡是放熱反應(yīng)都是自發(fā)的，由于吸熱反應(yīng)都是非自發(fā)的 B.自發(fā)反應(yīng)一定是熵增大，非自發(fā)反應(yīng)一定是熵減少或不變 C.自發(fā)反應(yīng)在恰當(dāng)條件下才能實(shí)現(xiàn) D.自發(fā)反應(yīng)在任何條件下都能實(shí)現(xiàn)4.自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)一定是 D A.吸熱反應(yīng) B.放熱反應(yīng) C.熵增加反應(yīng) D.熵增加或者放熱反應(yīng)第二課時(shí) 化學(xué)平衡狀態(tài) 化學(xué)平衡常數(shù)一、化學(xué)平衡的建立1可逆反應(yīng)：在相同條件下同時(shí)能向正反應(yīng)方向和逆反應(yīng)方向進(jìn)行的反應(yīng)。電解點(diǎn)燃 注：相同條件下的反應(yīng)。如：2 H2 + O2 = 2 H2O，2 H2 + O2 = 2 H2O（非可逆）有氣體參加的必須在密閉容器中如：敞口容器：CaCO3 = CaO + CO2 不可逆 密閉容器：CaCO3 CaO + CO2 可逆同時(shí)具有正反應(yīng)速率、逆反應(yīng)速率。2化學(xué)平衡催化劑高溫引言：初中溶解平衡書(shū)P43 CO + H2O CO2 + H2分析：反應(yīng)剛開(kāi)始時(shí)，反應(yīng)物和生成物的濃度如何變化？V正、V逆變化？molt生成物反應(yīng)物V逆V正V正=V逆達(dá)到平衡vt隨反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)物和生成物的濃度如何變化？V正、V逆變化？當(dāng)V正 = V逆時(shí)，反應(yīng)物的濃度和生成物的濃度是否再變化？1定義：化學(xué)平衡狀態(tài)是指在一定條件下的可逆反應(yīng)里，正反應(yīng)和逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)混合物中各組分的濃度保持不變的狀態(tài)。注：化學(xué)平衡的特征：動(dòng)、等、定、變A反應(yīng)平衡時(shí)，V正 = V逆0，是動(dòng)態(tài)平衡。V正 = V逆是指同一個(gè)特定的物質(zhì)的正、反速率。B反應(yīng)混合物中，各物質(zhì)的濃度不再改變，百分含量保持不變。但平衡時(shí)，各物質(zhì)的濃度不一定相等。C外界條件變化時(shí)，原有平衡被破壞，出現(xiàn)新的平衡。提問(wèn)：1某化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)反應(yīng)物的濃度等于生成物的濃度，是否正確？2化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，反應(yīng)停止了，所以各物質(zhì)的百分含量保持不變。這句話 對(duì)嗎？例1：二氧化氮在加熱條件下能夠分解成一氧化氮和氧氣。該反應(yīng)進(jìn)行到35 s時(shí)，達(dá)到平衡（NO2濃度約為0.010）。圖中曲線表示二氧化氮分解反應(yīng)在前20 s內(nèi)的反應(yīng)進(jìn)程。、若反應(yīng)延續(xù)至60 s，請(qǐng)?jiān)趫D中用實(shí)線接著畫(huà)出20 s60 s的反應(yīng)進(jìn)程曲線。、若在反應(yīng)開(kāi)始時(shí)加入催化劑（其他條件都不變），請(qǐng)?jiān)趫D上用虛線畫(huà)出加入催化劑后的反應(yīng)進(jìn)程曲線。時(shí)間/s102030405060濃度0.0100.0200.030時(shí)間/s102030405060濃度0.0100.0200.030 2化學(xué)平衡的判斷直接標(biāo)志：AV正 = V逆B各組分的m、n不變。C通過(guò)含量：各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)、（恒溫、衡壓下）氣體的體積分?jǐn)?shù)不變。D通過(guò)濃度：各組分的濃度不變。間接標(biāo)志：A通過(guò)總量：前提：氣體反應(yīng)0時(shí)。體系的n（總）、p（總）、v（總）不變。 B通過(guò)復(fù)合量：、不變。 C其他：如平衡體系顏色不變（實(shí)際是有色物濃度不變）例：1在一定溫度下，可逆反應(yīng)4A(氣)5B(氣) 4C(氣)6D(氣)達(dá)到平衡的標(biāo)志是（ D ） A單位時(shí)間內(nèi)消耗n mol的A，同時(shí)生成 n mol的CB單位時(shí)間內(nèi)消耗4n mol的A，同時(shí)生成 5n mol的BCA、B、C、D的分子數(shù)之比為4546D容器的總壓強(qiáng)不隨時(shí)間而變化2在一定溫度下，可逆反應(yīng)A2（g）+ B2（g） 2AB（g）達(dá)到平衡的標(biāo)志是（ C ）A容器的總壓強(qiáng)不隨時(shí)間而變化。B單位時(shí)間內(nèi)有n mol A2生成同時(shí)就有n mol B2生成。C單位時(shí)間內(nèi)有n mol A2生成同時(shí)就有2n mol AB生成。D單位時(shí)間內(nèi)有n mol B2發(fā)生反應(yīng)同時(shí)就有n mol AB分解。3下列哪種說(shuō)法可以證明反應(yīng)N2 + 3 H2 2 NH3 已達(dá)平衡狀態(tài)（ AD ）A一個(gè)N N健斷裂的同時(shí)，有三個(gè)H H健形成。B一個(gè)N N健斷裂的同時(shí)，有三個(gè)H H健斷裂。C一個(gè)N N健斷裂的同時(shí)，有六個(gè)N H健形成。D一個(gè)N N健斷裂的同時(shí)，有三個(gè)H H健斷裂。4H2 (氣)+ I2 (氣) 2HI(氣)已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志是（ ） c(H2)c(I2) c(HI) c(H2)c(I2) c(HI)112 c(H2)、c(I2)、c(HI)不再隨時(shí)間而改變 單位時(shí)間內(nèi)生成n molH2的同時(shí)生成2n mol HI 單位時(shí)間內(nèi)生成n molH2的同時(shí)生成n mol I2 反應(yīng)速率v(H2)=v(I2)=v(HI) 一個(gè)HH鍵斷裂的同時(shí)有兩個(gè)HI鍵斷裂 溫度和體積一定時(shí)，容器內(nèi)壓強(qiáng)不再變化 溫度和體積一定時(shí)，混合氣體的顏色不再變化 溫度和壓強(qiáng)一定時(shí)，混合氣體的密度不再變化(11) 條件一定，混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再變化5常溫下，將A molNO2置于一體積可變的密閉容器中，保持壓強(qiáng)恒定，發(fā)生反應(yīng)2NO2(氣) N2O4(氣)，達(dá)到平衡后，測(cè)得混合氣體對(duì)氫氣的相對(duì)密度為28.75，求NO2的轉(zhuǎn)化率。解析：巧解，差量法 設(shè)原有NO21mol2NO2 N2O4 n 2 mol 1 mol x 1 mol x0.4 mol 40二、化學(xué)平衡常數(shù)數(shù)據(jù)分析：書(shū)P44表26定義：對(duì)反應(yīng)m A + n B p C + q D平衡常數(shù)K = 注：1任一可逆反應(yīng)K僅與溫度有關(guān)，與濃度無(wú)關(guān)。即溫度不變則K定值。 2K意義：表示反應(yīng)的程度，K越大,反應(yīng)進(jìn)行的程度越大。即原料轉(zhuǎn)化率越大。 3K與反應(yīng)的起始方向無(wú)關(guān)，通過(guò)反應(yīng)常數(shù)K與平衡常數(shù)的比較，可判定反應(yīng) 方向。 反應(yīng)狀態(tài)KK 平衡狀態(tài)K> K 向逆反應(yīng)方向進(jìn)行K< K 向正反應(yīng)方向進(jìn)行 4反應(yīng)中有固體和純液體的，其濃度不隨反應(yīng)而變化，因此其濃度不計(jì)算在表達(dá)式中。 如：CaCO3（s） CaO（s） + CO2（g） K = c(CO2 ) CO2（g）+ H2（g） CO（g）+ H2O（l） K = 5稀溶液中反應(yīng)物有水參加，水的濃度也不計(jì)算在內(nèi)。 如：Cr2O72 + H2O 2 CrO42 + 2 H K = 6對(duì)同一個(gè)化學(xué)反應(yīng)，不同的化學(xué)方程式對(duì)應(yīng)不同的平衡常數(shù)關(guān)系及平衡常數(shù)。 如：N2O4（g） 2 NO2（g） K = N2O4（g） NO2（g） K = 7對(duì)于氣體反應(yīng)，可以用平衡時(shí)物質(zhì)的量濃度表示，也可以用平衡時(shí)氣體的分壓表示。 N2O4（g） 2 NO2（g） K = 例：1在某溫度下，可逆反應(yīng)m A + n B p C + q D的平衡常數(shù)為K，下列說(shuō)法正確 的是（ AD ）AK越大，達(dá)到平衡時(shí)，反應(yīng)進(jìn)行的程度越大。BK越小，達(dá)到平衡時(shí)，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率越大。CK隨反應(yīng)物濃度的改變而改變。DK隨溫度的改變而改變。EK越大，反應(yīng)的速率越大。2現(xiàn)由可逆反應(yīng)CO(氣)+H2O (氣) CO2(氣) +H2(氣)H，在850時(shí)，K1。 若溫度升高至950，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，K_<_1（<、>、）解析：K值越大表示反應(yīng)越易向正反應(yīng)方向進(jìn)行，升溫反應(yīng)逆反應(yīng)方向移動(dòng)即不易向正反應(yīng)方向進(jìn)行。 850時(shí)在固定容積的密閉容器中放入混合物，起始濃度c(CO)=0.01mol/L，c(H2O) (氣) =0.03mol/L， c(CO2) =0.01mol/L， c(H2) =0.05mol/L。則反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，H2O (氣)的消耗速率比生成速率_小_（大、小、不確定）解析：反應(yīng)常數(shù)K>1，即反應(yīng)要向K1的方向進(jìn)行只能使分子減小、分母增大即向逆反應(yīng)進(jìn)行。 850時(shí)，若將中H2O起始濃度增加到0.1mol/L，則反應(yīng)向（填正反應(yīng)、逆反應(yīng)）_方向進(jìn)行；達(dá)到平衡時(shí)(CO)_。解析：反應(yīng)常數(shù)K<1正反應(yīng)方向進(jìn)行溫度不變即K不變 CO(氣) + H2O (氣) = CO2(氣) + H2(氣) 起始濃度 0.01 0.1 0.01 0.05變化濃度 x x x x平衡濃度(0.01x) (0.1x) (0.01x) (0.05x) K=1= 得(CO) 保持容器溫度、體積不變，若在容器中充入適量的H2，則重新達(dá)到平衡時(shí)，CO的反應(yīng)速率比充H2之前_增大_（大、小、不確定）理由是什么？解析：增大任一反應(yīng)物或生成物的濃度，化學(xué)反應(yīng)速率都增大。v(NH3)t1234511678910mvm(p為常數(shù))3在一定條件下，氨氣和氮氧化物（NOn）能發(fā)生氧化還原反應(yīng)。將一定量的氨氣和氮氧化物充入一真空的恒容密閉容器中，保持溫度不變，使反應(yīng)達(dá)到平衡。 配平化學(xué)方程式NH3(氣)NOn(氣) N2(氣)H2O(氣)解析：4nNH3(氣)6NOn(氣) (2n+3)N2(氣)6nH2O(氣) 分析氨氣的反應(yīng)速率v與時(shí)間t的關(guān)系如圖所示，已知：m0.22mol/(Lmin)，p250。反應(yīng)中氨氣的瞬時(shí)速率與氨氣的存留濃度的關(guān)系為vc(NH3)=16(數(shù)據(jù))。在下表中填入v和c(NH3)。t minv(NH3) mol/(Lmin)c(NH3) mol/L00.225平衡時(shí)解析：由圖可知，該反應(yīng)在t9 min時(shí)達(dá)到平衡。另外由 速率時(shí)間關(guān)系vm=知v = m；又氨氣的瞬時(shí)速率與氨氣的存留濃度的關(guān)系為vc(NH3)=16。聯(lián)立求解。t minv(NH3) mol/(Lmin)c(NH3) mol/L00.221.3250.171.02平衡時(shí)0.0580.34 若起始時(shí)混合氣體總濃度為2.5mol/L，在恒溫恒容條件下達(dá)到平衡時(shí)，測(cè)得壓強(qiáng)是反應(yīng)前的1.28倍，則NOn中的n是多少？解析：由可知：t0，c(NH3)= 1.32 mol/L；達(dá)到平衡時(shí)，t9min，c(NH3)= 0.34 mol/L。若取定容器體積為1L，則參加反應(yīng)的氨氣的物質(zhì)的量是0.98mol。又根據(jù)反應(yīng)4nNH3(氣)6NOn(氣)(2n+3)N2(氣)6nH2O(氣) n4n3，知每有4n molNH3參加反應(yīng)，混合氣體的物質(zhì)的量就減少（4n3）mol，因此，得4n(4n3)0.98mol(0.282.5mol) n2.625（n也可由定義求出 n2=3.2 mol n3.2mol2.5mol0.7mol）