化学反应的方向和限度(教案)
化学反应速率与化学平衡
第二单元化学反应的方向和限度
第一课时化学反应的方向判断化学反应方向的依据
【引入】：
自然界中有许多现象是可以自发进行的，请结合自己的生活经验举例说明.
自然界中水总是从高处往低处流
电流总是从电位高的地方向电位低的地方流动
室温下冰块自动融化
墨水扩散
食盐溶解于水
火柴棒散落
化学反应中镁条燃烧、酸碱中和、铁器暴露在潮湿空气中生锈、甲烷和氧气的混合气体遇明火就燃烧、锌与CuSO4溶液反应生成Cu和ZnSO4等，这些过程都是自发的，其逆过程就是非自发的.
一、化学反应的方向.
1.自发过程：在一定条件下，不借助外部力量就能自动进行的过程.
2.自发反应：在一定的条件下无需外界帮助就能自动进行的反应.
【过渡】：
如何判断一个过程，一个反应能否自发进行？
二、判断化学反应方向的依据.
【交流与讨论】：
酸碱中和、镁条燃烧等这些一定条件下能自发发生的反应有何共同特点？
△H < O即放热反应
放热反应使体系能量降低，能量越低越稳定，△H < O有利于反应自发进行.
1.焓判据(能量判据).
体系趋向于从高能状态转变为低能状态
（这时体系会对外做功或者释放热量～△H ﹤0）
【设问】：
自发反应一定要△H < O ？
NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)=CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l)
△H= ＋37.30kJ/mol
【结论】：
△H < O有利于反应自发进行，但自发反应不一定要△H < O.
焓变是反应能否自发进行的一个因素,但不是唯一因素.
为了解释这样一类与能量状态的高低无关的过程的自发性，科学家们提出了在自然界还存在着另一种能够推动体系变化的因素→熵.
2.熵判据.
(1).熵：体系混乱度的量度，即熵是用来描述体系的混乱度.
符号：S 单位：J?mol-1?K-1 .
体系混乱度越大，熵值越大；体系混乱度越小，熵值越小.
(2).熵变：反应前后体系熵的变化.
同一物质，S（g）﹥S（l）﹥S（s）
产生气体的反应、气体物质的物质的量增大的反应，熵变通常都是正值
（△S ＞0），为熵增加反应.
【设问】：
火柴散落、墨水扩散过程混乱度如何变化？从混乱度变化角度分析它们为什么可以自发？
自发过程的体系趋向于由有序转变为无序，导致体系的熵增大，这一经验规律叫做熵增原理，也就是反应方向判断的熵判据.
(3).熵判据:
混乱度越大越稳定，△S > 0 有利于反应自发进行
【设问】：
CaCO3(s) == CaO (s) +CO2 (g)这个反应能否自发进行？
已知：△H(298K)=+178.2KJ?mol ,
△S(298K)=169.6J?mol-1?K-1
【结论】：
△S > O有利于反应自发进行,自发反应不一定要△S > O.
熵变是反应能否自发进行的一个因素,但不是唯一因素.
3.复合判据（自由能变化）.
△G=△H—T △S
当△G<0时，反应自发进行
当△G>0时，反应不自发进行
当△G=0时，平衡状态
温度对反应自发性的情况:
【注意点】：
(1).反应的自发性只能用于判断反应发生的方向，不能确定反应是否一定会发生和反应发生的速率.如涂有防锈漆和未涂防锈漆的钢制器件，其发生腐蚀过程的自发性是相同的，但只有后者可以实现.
(2).在讨论过程的方向时，指的是没有外界干扰时体系的性质.如果允许外界对体系施加某种作用，就可能出现相反的结果.
如水泵可以把水从低水位升至高水位；高温高压石墨转化为金刚石的例子，实现后者的先决条件是要向体系中输入能量，该过程的本质仍然是非自发性的.
完成P42表2－5.
【课堂练习】：
1.下列过程是非自发的是D
A.水由高处向低处流
B.天然气的燃烧
C.铁在潮湿空气中生锈
D.室温下水结成冰
2.碳酸铵〔（NH4）2CO3〕在室温下就能自发地分解产生氨气，对其说法中正确的是A
A.其分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增大
B.其分解是因为外界给予了能量
C.其分解是吸热反应，据能量判据不能自发分解
D.碳酸盐都不稳定，都能自发分解
3.下列说法正确的是C
A.凡是放热反应都是自发的，由于吸热反应都是非自发的
B.自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是熵减少或不变
C.自发反应在恰当条件下才能实现
D.自发反应在任何条件下都能实现 4.自发进行的反应一定是 D A.吸热反应 B.放热反应
C.熵增加反应
D.熵增加或者放热反应
第二课时 化学平衡状态 化学平衡常数
一、化学平衡的建立
1．可逆反应：在相同条件下同时能向正反应方向和逆反应方向进行的反应。 注：①．相同条件下的反应。
如：2 H 2 + O 2 === 2 H 2O ，2 H 2 + O 2 === 2 H 2O （非可逆） ②．有气体参加的必须在密闭容器中
如：敞口容器：CaCO 3 == CaO + CO 2 ↑不可逆
密闭容器：CaCO 3 CaO + CO 2 可逆
③．同时具有正反应速率、逆反应速率。
2．化学平衡
引言：初中溶解平衡 书P 43 CO + H 2O CO 2 + H 2
分析：①．反应刚开始时，反应物和生成物的浓度如何变化？V 正、V 逆变化？
点燃 电解
△
催化剂
高温
△
③．当V 正 = V 逆时，反应物的浓度和生成物的浓度是否再变化？
1．定义：化学平衡状态是指在一定条件下的可逆反应里，正反应和逆反应速率相等，反应混合物中
各组分的浓度保持不变的状态。 注：化学平衡的特征：动、等、定、变
A ．反应平衡时，V 正 = V 逆≠0，是动态平衡。V 正 = V 逆是指同一个特定的物质的正、反速率。
B ．反应混合物中，各物质的浓度不再改变，百分含量保持不变。但平衡时，各物质的浓度不一定相等。
C ．外界条件变化时，原有平衡被破坏，出现新的平衡。
提问：1．某化学反应达到平衡时反应物的浓度等于生成物的浓度，是否正确？
2．化学反应达到平衡时，反应停止了，所以各物质的百分含量保持不变。这句话 对吗？
例1：二氧化氮在加热条件下能够分解成一氧化氮和氧气。该反应进行到35 s 时，达到平衡（NO 2浓
度约为0.010L mol ）。图中曲线表示二氧化氮分解反应在前20 s 内的反应进程。 ①、若反应延续至60 s ，请在图中用实线接着画出20 s ～60 s 的反应进程曲线。
②、若在反应开始时加入催化剂（其他条件都不变），请在图上用虚线画出加入催化剂后的反应
时间/s
2．化学平衡的判断
直接标志：A．V正= V逆
B．各组分的m、n不变。
C．通过含量：各组分的质量分数、物质的量分数、（恒温、衡压下）气体的体积
分数不变。
D．通过浓度：各组分的浓度不变。
间接标志：A．通过总量：前提：气体反应Δ≠0时。体系的n（总）、p（总）、v（总）不
变。
B．通过复合量：－M、ρ不变。
C．其他：如平衡体系颜色不变（实际是有色物浓度不变）
例：
1．在一定温度下，可逆反应4A(气)＋5B(气) 4C(气)＋6D(气)达到平衡的标志是（D ）A．单位时间内消耗n mol的A，同时生成n mol的C
B．单位时间内消耗4n mol的A，同时生成5n mol的B
C．A、B、C、D的分子数之比为4∶5∶4∶6
D．容器的总压强不随时间而变化
2．在一定温度下，可逆反应A2（g）+ B2（g）2AB（g）达到平衡的标志是（C ）A．容器的总压强不随时间而变化。
B．单位时间内有n mol A2生成同时就有n mol B2生成。
C．单位时间内有n mol A2生成同时就有2n mol AB生成。
D．单位时间内有n mol B2发生反应同时就有n mol AB分解。
3．下列哪种说法可以证明反应N2 + 3 H2 2 NH3已达平衡状态（AD ）
A．一个N N健断裂的同时，有三个H H健形成。
B．一个N N健断裂的同时，有三个H H健断裂。
C．一个N N健断裂的同时，有六个N H健形成。
D．一个N N健断裂的同时，有三个H H健断裂。
4．H2 (气)+ I2 (气) 2HI(气)已经达到平衡状态的标志是（③④⑦⑨）
①c(H2)＝c(I2) ＝c(HI)
②c(H2)∶c(I2) ∶c(HI)＝1∶1∶2
③c(H2)、c(I2)、c(HI)不再随时间而改变
④单位时间内生成n molH2的同时生成2n mol HI
⑤单位时间内生成n molH2的同时生成n mol I2
1v(HI)
⑥反应速率v(H2)=v(I2)=
2
⑦一个H－H键断裂的同时有两个H－I键断裂
⑧温度和体积一定时，容器内压强不再变化
⑨温度和体积一定时，混合气体的颜色不再变化
⑩温度和压强一定时，混合气体的密度不再变化
(11) 条件一定，混合气体的平均相对分子质量不再变化
5．常温下，将A molNO置于一体积可变的密闭容器中，保持压强恒定，发生反应2NO2(气) N2O4(气)，达到平衡后，测得混合气体对氢气的相对密度为28.75，求NO2的转化率。
解析：巧解，差量法设原有NO21mol
2NO2＝N2O4△n
2 mol 1 mol x 1 mol －
mol
g
g 225.2846?
x ＝0.4 mol ∴40％
二、化学平衡常数 数据分析：书P 44表2－6
定义：对反应m A + n B p C + q D
平衡常数K =
n
m
q p B c A c D c C c )
()()()(??
注：1．任一可逆反应K 仅与温度有关，与浓度无关。即温度不变则K 定值。 2．K 意义：表示反应的程度，K 越大,反应进行的程度越大。即原料转化率越大。 3．K 与反应的起始方向无关，通过反应常数K ′与平衡常数的比较，可判定反应 方向。
反应状态
K ′＝K 平衡状态 K ′> K 向逆反应方向进行 K ′< K 向正反应方向进行
4．反应中有固体和纯液体的，其浓度不随反应而变化，因此其浓度不计算在表达式中。 如：CaCO 3（s ） CaO （s ） + CO 2（g ） K = c (CO 2 ) CO 2（g ）+ H 2（g ） CO （g ）+ H 2O （l ） K = )
()()
(22H c CO c CO c
5．稀溶液中反应物有水参加，水的浓度也不计算在内。 如：Cr 2O
7
2－ + H 2O 2 CrO 42－ + 2 H ＋
K =
)
()()(2722
2
24-
+-O Cr c H c CrO c
6．对同一个化学反应，不同的化学方程式对应不同的平衡常数关系及平衡常数。
如：N 2O 4（g ） 2 NO 2（g ） K = )
()(422
2O N c NO c
2
1
N 2O 4（g ） NO 2（g ） K = 2
1422)()(O N c NO c 7．对于气体反应，可以用平衡时物质的量浓度表示，也可以用平衡时气体的分压表示。
N 2O 4（g ） 2 NO 2（g ） K = )
()(422
2O N p NO p
例：
1．在某温度下，可逆反应m A + n B p C + q D 的平衡常数为K ，下列说法正确 的是（ AD ） A ．K 越大，达到平衡时，反应进行的程度越大。 B ．K 越小，达到平衡时，反应物的转化率越大。 C ．K 随反应物浓度的改变而改变。 D ．K 随温度的改变而改变。 E ．K 越大，反应的速率越大。
2．现由可逆反应CO(气)+H 2O (气) CO 2(气) +H 2(气)－△H ，在850℃时，K ＝1。 ① 若温度升高至950℃，反应达到平衡时，K_<___1（<、>、＝）
解析：K 值越大表示反应越易向正反应方向进行，升温反应逆反应方向移动即不易向正反应方向进
行。
② 850℃时在固定容积的密闭容器中放入混合物，起始浓度c (CO)=0.01mol/L ，c (H 2O) (气) =0.03mol/L ，
c (CO 2) =0.01mol/L ， c (H 2) =0.05mol/L 。则反应开始时，H 2O (气)的消耗速率比生成速率___小____
（大、小、不确定） 解析：反应常数K ′＝
)
()()()(222O H c CO c H c CO c ＝03.001.005
.001.0??>1，即反应要向K ＝1的方向进行只能使分子减小、分母增大即向逆反应进行。
③ 850℃时，若将②中H 2O 起始浓度增加到0.1mol/L ，则反应向（填正反应、逆反应）______方向进
行；达到平衡时α(CO)＝______。 解析：反应常数K ′＝
)
()()()(222O H c CO c H c CO c ＝1.001.005
.001.0??<1正反应方向进行
温度不变即K 不变 CO(气) + H 2O (气) = CO 2(气) + H 2(气)
起始浓度 0.01 0.1 0.01 0.05
变化浓度 x x x x 平衡浓度(0.01－x ) (0.1－x ) (0.01＋x ) (0.05＋x )
K=1=
)()()()(222O H c CO c H c CO c ＝)
1.0()01.0()
05.0()01.0(x x x x -?-+?+ 得α(CO)
④ 保持容器温度、体积不变，若在容器中充入适量的H 2，则重新达到平衡时，CO 的反应速率比充
H 2之前___增大___（大、小、不确定）理由是什么？
解析：增大任一反应物或生成物的浓度，化学反应速率都增大。
3．在一定条件下，氨气和氮氧化物（NO n ）能发生氧化还原反应。将一定量的氨气和氮氧化物充入
一真空的恒容密闭容器中，保持温度不变，使反应达到平衡。 ① 配平化学方程式NH 3(气)＋NO n (
气) N 2(气)＋H 2O(气)
解析：4nNH 3(气)＋6NO n (气) (2n+3)N 2(气)＋6nH 2O(气)
②
分析氨气的反应速率v 与时间t 的关系如图所示，已知：m ＝0.22mol/(L ·min)，p ＝250。反应中氨
气的瞬时速率与氨气的存留浓度的关系为v ∶
c (NH 3)=1∶6(数据)。在下表①～⑤中填入v 和c (NH 3)。
解析：由图可知，该反应在t ＝9 min 时达到平衡。另外由
速率－时间关系v －m =－
221t p 知v = m －221t p
；又氨气的瞬时速率与氨气的存留浓度的关系为v ∶c (NH 3)=1∶6。联立求解。
③ 若起始时混合气体总浓度为2.5mol/L ，在恒温恒容条件下达到平衡时，测得压强是反应前的1.28
倍，则NO n 中的n 是多少？
解析：由②可知：t ＝0，c (NH 3)= 1.32 mol/L ；达到平衡时，t ＝9min ，c (NH 3)= 0.34 mol/L 。若取定容
器体积为1L ，则参加反应的氨气的物质的量是0.98mol 。
又根据反应4nNH 3(气)＋6NO n (气)＝(2n+3)N 2(气)＋6nH 2O(气) △n ＝4n －3，知每有4n molNH 3参加反应，混合气体的物质的量就减少（4n －3）mol ， 因此，得4n ∶(4n －3)＝0.98mol ∶(0.28×2.5mol) n ＝2.625 （△n 也可由定义求出 2121n n p p = 2
115.228.1n mol p p =
n 2=3.2 mol △n ＝3.2mol －2.5mol ＝0.7mol ）