高二化学教案：化学反应的方向和限度学案

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本文题目：高二化学教案：化学反应的方向和限度学案

第二单元化学反应的方向和限度

第1课时化学反应的方向

[目标要求] 1.了解自发过程和化学反应的自发性。2.通过有序和无序的对比，了解熵和熵变的概念。3.初步了解焓变和熵变对化学反应方向的影响，能用焓变和熵变说明化学反应的方向。

一、化学反应的方向

1.化学反应具有方向性，许多化学反应的正反应能自发进行，而其逆反应无法自发进行。

2.自发反应：在一定条件下无需外界帮助就能自动进行的反应。

二、判断化学反应方向的依据

1.能量判据

自然界中的自发过程，都有由能量较高状态向能量较低状态转化的倾向;绝大多数放热反应都能自发进行，且反应放出的热量越多，体系能量降低得也越多，反应越完全。

反应的焓变是制约化学反应能否自发进行的因素之一。

2.熵判据

(1)熵

用来度量体系混乱程度的物理量。熵值越大，混乱程度越大。符号为S。单位：Jmol-1K-1。

(2)熵值大小的比较

同一种物质不同状态时熵值大小为S(g)S(s)。

(3)熵变：反应前后体系熵的变化，符号为S。

若发生变化后体系的混乱度增大，该过程的0，反之，0。(4)熵变与化学反应自发性关系

0，反应自发进行;0，反应不能进行。化学反应的S越大，越有利于反应自发进行。

3.复合判据

体系能量降低(0)和混乱度增大(0)都有促使反应自发进行的倾向，判断反应的自发性必须综合考虑反应的焓变和熵变。在恒温、恒压时：

(1)当0，0时，反应自发进行。

(2)当0，0时，反应不能自发进行。

(3)当0，0时，反应在较低温度下自发进行。

(4)当0，0时，反应在较高温度下自发进行。

知识点一能量判据

1.实验证明，多数能自发进行的反应都是放热反应。对此说法的理解正确的是()

A.所有的放热反应都是自发进行的

B.所有的自发反应都是放热的

C.焓变是影响反应是否具有自发性的一个重要因素

D.焓变是决定反应是否具有自发性的惟一判据

答案C

解析多数能自发进行的反应都是放热反应，并不是所有自发进行的反应都是放热反应，既然说多数，必定存在特例，所以只能说焓变是影响反应是否具有自发性的一个重要因素，但不是唯一因素。

2.下列自发反应可用焓判据来解释的是()

A.2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g) H=+56.7 kJmol-1

B.(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)+NH3(g) H=+74.9 kJmol-1

C.2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) H=-286 kJmol-1

D.CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g) H=+178.2 kJmol-1

答案C

解析从焓变的角度分析，化学反应有由高能状态向低能状态转化、使体系能量降低的趋势，表现为放热反应较易进行。知识点二熵判据

3.碳酸铵(NH4)2CO3在室温下就能自发的分解产生氨气，对其说法正确的是()

A.碳酸铵分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增大

B.碳酸铵分解是因为外界给予了能量

C.碳酸铵分解是吸热反应，根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

答案 A

解析(NH4)2CO3的分解为吸热反应，而吸热反应不易自发进行;根据焓变与熵变对化学反应的共同影响，该反应熵值一定增大。

4.摩尔熵是单位物质的量的物质在一定条件下所具有的熵。试比较下列两组物质摩尔熵的大小顺序。

(1)相同条件下的气态甲醇、乙醇、丙醇。

(2)气态苯、液态苯、固态苯。

答案(1)S(气态甲醇)

解析一般来讲，组成物质的原子种类相同时，一个分子中的原子数目越多，其混乱度就越大，熵值也越大;对于同一种物质，S(g)S(s)。根据以上的规律可知，对于(1)，S(气态甲醇) 知识点三复合判据

5.某反应：A===B+C在室温下不能自发进行，在高温下能自发进行，对该反应过程H、S的判断正确的是()

A.0、0

B.0、0

C.0、0

D.0、0

答案 D

解析由题意知：该反应在室温下不能自发反应，而高温下能自发进行。根据H和S对反应方向的共同影响可推知：0，

0。

6.下列反应中，常温常压下一定不能自发进行的是()

A.2KClO3(s)===2KCl(s)+3O2(g)

H=-78.03 kJmol-1

S=+1 110 Jmol-1K-1

B.CO(g)===C(s，石墨)+12O2(g)

H=110.5 kJmol-1

S=-89.36 Jmol-1K-1

C.4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)===4Fe(OH)3(s)

H=-444.3 kJmol-1

S=-280.1 Jmol-1K-1

D.NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)===CO2(g)+CH3COONH4(a q)+H2O(l)

H=37.30 kJmol-1

S=+184.05 Jmol-1K-1

答案B

练基础落实

1.下列说法中正确的是()

A.凡是放热反应都是自发的，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小或不变的反应

C.自发反应在恰当的条件下才能实现

D.自发反应在任何条件下都能实现

答案C

解析放热反应常常是容易进行的过程，吸热反应有些也是自发的;自发反应的熵不一定增大，可能减小，也可能不变;过程的自发性只能用于判断过程的方向，是否能实现还要看具体的条件，能量判据和熵判据要综合考虑利用，不能简单地单一使用。故选C。

2.下列对熵的理解不正确的是()

A.同种物质气态时熵值最大，固态时熵值最小

B.体系越有序，熵值越小;越混乱，熵值越大

C.与外界隔离的体系，自发过程将导致体系的熵减小

D.25 ℃、1.01105 Pa时，2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g)是熵增的反应

答案C

解析体系都有从有序自发转变为无序的倾向，此过程为熵增过程，故C错误。

3.在图中A、B两容器里，分别收集着两种互不作用的理想气体。若将中间活塞打开(如图所示)，两种气体分子立即都分布在两个容器中。这是一个不伴随能量变化的自发过程。关于此过程的下列说法不正确的是()

A.此过程为混乱程度小的向混乱程度大的方向变化的过程，即熵增大的过程

B.此过程为自发过程，而且没有热量的吸收或放出

C.此过程从有序到无序，混乱度增大

D.此过程是自发可逆的

答案 D

解析根据题意H=0，0，由H-TS推知该过程能自发进行，气体扩散为熵增过程，而其逆过程不能自发进行。

4.已知在等温条件下，化学反应方向的判据为：

H-T0，反应能正向自发进行;

H-TS=0，反应达平衡状态;

H-T0，反应能逆向自发进行。

(其中H为焓变，S为熵变，T为热力学温度，单位为K)

设反应A(s)===D(g)+E(g) H-TS=(-4 500+11T)Jmol-1，要防止反应发生，温度必须()

A.高于409 K

B.低于136 K

C.高于136 K而且低于409 K

D.低于409 K

答案 A

5.25 ℃和1.01105 Pa时，反应2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g) H=+5

6.7 kJ/mol，自发进行的原因是()

A.是吸热反应

B.是放热反应

C.是熵减少的反应

D.熵增大效应大于能量效应

答案 D

练方法技巧

6.石墨、金刚石燃烧的热化学方程式分别为

C(石墨)+O2(g)===CO2(g) H=-393.51 kJmol-1

C(金刚石)+O2(g)===CO2(g) H=-395.41 kJmol-1

关于金刚石和石墨的相互转化，下列说法正确的是()

A.石墨转化成金刚石是自发进行的过程

B.金刚石转化成石墨是自发进行的过程

C.金刚石比石墨更稳定

D.金刚石比石墨能量低

答案B

解析由热化学方程式可知，石墨比金刚石能量低，1 mol石墨转化为1 mol金刚石需吸收1.9 kJ的热量，金刚石转化为石墨是放热反应，因此金刚石转化为石墨是自发进行的过程。物质所具有的能量越低越稳定。

点拨：那些不用借助外力就可以自动进行的自发过程的共同特点是：体系趋于从高能状态转变为低能状态(这时体系会对外部做功或释放热量)，这就是所谓的能量判据。但是自动进行的自发反应不一定都是由高能状态到低能状态的过程，例如，硝酸铵溶于水。因而只使用能量判据来确定变化过程的方向是片面的。对具体反应需应用能量判据和熵判据综合进行分析，即凡是能够使体系能量降低、熵增大的方向就是化

学反应容易进行的方向。

7.汽车尾气(含烃类、CO、NO与SO2等)是城市主要污染源之一，治理的办法之一是在汽车排气管上装催化转化器，它使NO与CO反应生成可参与大气生态循环的无毒气体，其反应原理是：2NO(g)+2CO(g)===N2(g)+2CO2(g)，在298 K、100 kPa下，H=-113 kJmol-1，S=-145 Jmol-1K-1。下列说法中错误的是()

A.该反应中反应物总能量高于生成物的总能量

B.该反应常温下不能自发进行，因此需要高温和催化剂条件

C.该反应常温下能自发进行，高温和催化剂条件只是加快反应的速率

D.汽车尾气中的这两种气体会与人体血红蛋白结合而使人

中毒

思路点拨：解答本题要注意以下两点：

(1)利用G=H-TS判断反应的方向。

(2)注意反应发生的条件。

答案B

解析因为2NO(g)+2CO(g)===N2(g)+2CO2(g)，298 K时，

H=-113 kJ/mol，S=-145 Jmol-1K-1，说明该反应为放热反应，且是熵减的反应，生成物的总能量低于反应物的总能量。常温时G=H-TS=-113 kJmol-1-298 K(-14510-3

kJmol-1K-1)=-69.79 kJmol-10，即该反应在常温下能自发进

行，故A、C、D正确。

练综合拓展

8.某化学科研小组研究在其他条件不变时，改变某一条件对反应[可用aA(g)+bB(g) cC(g)表示]化学平衡的影响，得到如图所示图象(图中p表示压强，T表示温度，n表示物质的量，表示平衡转化率，表示体积分数)：

分析图象，回答下列问题：

(1)在图象反应Ⅰ中，若p1p2，则此正反应为________(填吸热或放热)反应，也是一个气体分子数________(填减少或增大)的反应，由此判断，此反应自发进行，必须满足的条件是________。

(2)在图象反应Ⅱ中，T1________T2(填、或=)，该正反应为________(填吸热或放热)反应。

(3)在图象反应Ⅲ中，若T1T2，则该反应能否自发进行?

答案(1)放热减少低温(2) 放热(3)能自发进行

解析本题涉及图象的分析及化学平衡的移动和反应进行的方向等知识点。反应Ⅰ中恒压下温度升高，(A)减小，即升高温度平衡向左移动，则正反应为放热反应，0;由p1p2知恒定温度时压强越大，(A)越大，即增大压强平衡向右移动，说明此反应为气体分子数减少的反应(a+bc)，即为熵减反应，0。放热、熵减反应只能在低温下自发进行。反应Ⅱ中T1温度下反应先达到平衡状态，说明T1温度越高，平衡时C的物

质的量越小，即升高温度平衡

向左移动，则正反应为放热反应，0。反应Ⅲ中在恒温下压强变化对(A)没有影响，说明压强变化不能影响平衡，此反应为气体分子数不变的反应(a+b=c)，反应过程中熵变很小，S0，若T1T2，恒压下温度越高(A)越小，说明升高温度平衡向左移动，正反应为放热反应，0，则H-T0，反应能自发进行。

9.已知，一个可逆反应，若正反应为自发过程，则其逆反应为非自发过程，反之，亦然。

(1)已知2CO(g) CO2(g)+C(s)，T=980 K时H-TS=0。当体系温度低于980 K时，估计H-TS____0(填大于、小于或等于，下同);当体系温度高于980 K时，估计H-TS____0。

(2)电子工业中清洗硅片上的SiO2(s)的反应为

SiO2(s)+4HF(g)===SiF4(g)+2H2O(g)

H(298.15 K)=-94.0 kJmol-1

S(298.15 K)=-75.8 Jmol-1K-1，设H和S不随温度而变化，则此反应自发进行的温度是

___________________________________________________ _____________________。

答案(1)小于大于(2)小于1 240 K

解析(1)C(s)+CO2(g)??2CO(g)的反应为吸热反应，0，则

2CO(g)??CO2(g)+C(s)为放热反应，0，且该反应0，则当T980 K时，H-T0，T980 K时，H-T0。

(2)由题给信息，要使反应能自发进行，须有H-T0，

即-94.0 kJmol-1-T(-75.8 Jmol-1K-1)10-3 kJJ-10则

T94.0 kJmol-175.8 Jmol-1K-110-3kJJ-1=1.24103 K。

10.在298 K时，下列反应的H依次为：

C2H5OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+3H2O(l) H1=-1 366.8 kJmol-1

C(石墨)+O2(g)===CO2(g) H2=-393.5 kJmol-1

H2(g)+1/2O2(g)===H2O(l) H3=-285.8 kJmol-1

乙醇(C2H5OH)、氢气、石墨和氧气的熵值分别为：

161.0 Jmol-1K-1、130.6 Jmol-1K-1、5.74 Jmol-1K-1、205.3 Jmol-1K-1，则298 K时，由单质生成1 mol乙醇的H、S及H-TS分别为多少?

答案-277.6 kJmol-1 -344.93 JmolL-1K-1 -174.8 kJmol-1

解析H=2H2+3H3-H1

=2(-393.5 kJmol-1)+3(-285.8 kJmol-1)-(-1 366.8

kJmol-1)=-277.6 kJmol-1

S=161.0 Jmol-1K-1 -3130.6 Jmol-1K-1 -25.74 Jmol-1K-1

-1/2205.3 Jmol-1K-1

=-344.93 J/(molK)

G=H-TS

=-277.6 kJmol-1-298 K(-344.9310-3 kJmol-1K-1)=-174.8 kJmol-1

第2课时化学平衡状态

[目标要求] 1.了解化学反应的可逆性，了解可逆反应的概念、特点。2.理解化学平衡建立的过程。3.理解化学平衡的特征。

一、可逆反应

1.概念

在一定条件下，既能向正反应方向进行，同时又能向逆反应方向进行的反应。如：N2+3H2 2NH3。

2.特点

(1)同一条件下，正反应和逆反应同时发生、同时存在。

(2)反应不能进行到底，反应物不能实现完全转化。

(3)反应体系中，与化学反应有关的各种物质同存于同一反应体系。

(4)反应达到限度时，反应仍在进行，没有停止。

二、化学平衡状态

1.含义

在一定条件下，当正、逆两个方向的反应速率相等时，反应体系中所有参加反应的物质的质量或浓度可以保持恒定。

2.特征

①逆：可逆反应②等：v正=v逆③定：物质恒定

④动：动态平衡，反应没停止⑤变：条件变，平衡移动

三、化学平衡状态的判断

1.看v(正)与v(逆)是否相等。

2.看体系中的各物质是否保持恒定。

知识点一可逆反应

1.下列反应属于可逆反应的是()

A.H2和O2点燃生成H2O的反应与H2O电解生成H2和O2的反应

B.CuSO4吸水形成晶体蓝矾与蓝矾加热失去水分生成

CuSO4

C.Cl2溶于水

D.Na2O溶于水

答案C

解析A、B项的反应不是在同一条件下进行，不属于可逆反应;D项反应能进行到底，不属于可逆反应;同一条件下，Cl2与水反应生成HCl和HClO，同时，HCl和HClO反应生成Cl2与水，属于可逆反应。

2.在密闭容器中进行如下反应：X2(g)+Y2(g) 2Z(g)，已知X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1 molL-1、0.3 molL-1、0.2 molL-1，在一定条件下，当反应达到平衡时，各物质的浓度有可能是()

A.Z为0.3 molL-1

B.X2为0.2 molL-1

C.Y2为0.4 molL-1

D.c(X2)+c(Y2)+c(Z)=0.55 molL-1

答案 A

解析可逆反应中，反应体系中各物质一定共存，如果B、C 选项中的数据存在，则Z的浓度为0，这是不可能的，A选项符合题意;又因为该反应是总体积不变的反应，达到平衡时，不论X2、Y2、Z怎么变化，总物质的量不会改变，总浓度也不会改变，即：c(X2)+c(Y2)+c(Z)=0.6 molL-1。

知识点二化学平衡状态的判定

3.能够说明一个可逆反应H2(g)+I2(g) 2HI(g)已达到平衡状态的是()

A.1 mol HH键断裂的同时有1 mol HI键形成

B.1 mol HH键断裂的同时有2 mol HI键形成

C.1 mol II键断裂的同时有2 mol HI键形成

D.1 mol HH键断裂的同时有1 mol II键形成

答案 D

解析断裂反应物的化学键和形成生成物的化学键都表示正反应，断裂生成物的化学键和形成反应物的化学键都表示逆反应，只要抓住反应方向相反和物质的生成和消耗量符合反应方程式，问题便可解决。

4.在一定条件下，反应：2NO+O2 2NO2在定容容器中发生，对该反应达到平衡的标志的描述中，错误的是()

A.混合气体的总分子数不再变化

B.混合气体的颜色不再变化

C.容器的总压强不再变化

D.混合气体的总质量不再变化

答案 D

解析该反应为物质的量改变的反应，在定容容器中，建立平衡的过程会有压强的改变、总分子数的改变、颜色的改变，一旦这些可变量不变了，则证明平衡建立了，而总质量在任何情况下都不发生变化。

5.在一定温度下，反应A2(g)+B2(g) 2AB(g)达到平衡的标志是()

A.单位时间生成n mol的A2，同时生成n mol的AB

B.容器内的总压强不随时间的变化而变化

C.单位时间生成2n mol的AB同时生成n mol的B2

D.平均相对分子质量不随时间变化而变化

答案C

解析该反应是等体积反应，压强不随时间变化，不能证明为平衡状态。平均式量不随时间变化也不能证明为平衡状态。如果不是等体积反应，则这两种情况都能证明为平衡状态。

练基础落实

1.在密闭容器中，充入SO2和18O原子组成的氧气，在一定条件下开始反应，在达到平衡后，18O存在于()

A.只存在于氧气中

B.只存在于SO3中

C.只存在于SO2和SO3中

D.SO2、SO3、O2中都存在

答案 D

解析该反应是可逆反应，正反应、逆反应同时存在;化学平衡是动态平衡，正反应发生时，18O存在于SO3中，逆反应发生时，SO3中的18O又可以转化到SO2中。

2.可逆反应aA(g)+bB(g) cC(g)的正、逆反应速率可用各反应物或生成物浓度的变化来表示。下列各关系式中能说明反应已达到平衡状态的是()

A.av正(A)=bv正(B)

B.bv正(A)=av逆(B)

C.av正(C)=cv正(A)

D.av正(A)=bv逆(B)

答案B

解析当正反应速率等于逆反应速率时，可逆反应达到平衡状态。正、逆反应速率相等有以下几种表现形式：若用同一物质表示：v正=v逆;若用不同物质表示v逆∶v正=化学方程式中的化学计量数之比。根据化学方程式中A、B、C间的计量关系，可知上述四个选项中，只有bv正(A)=av逆(B)表示正、逆反应速率相等。

3.可逆反应2HI(g) H2(g)+I2(g)在密闭容器中进行，下列能说明该反应已达到平衡状态的是()

A.容器内压强不随时间变化而变化

B.混合气体总分子数不随时间变化而变化

C.混合气体的颜色不再改变

D.c(H2)与c(I2)保持相等

答案C

解析该反应为体积不变的反应，总分子数不变、压强不变不证明平衡已建立，H2、I2都是生成物且计量数相等，二者浓度相等也不能证明平衡已建立。

4.可逆反应：2NO2 2NO+O2在恒容密闭容器中进行，达到平衡状态的标志是()

①单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2 ②单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO ③用NO2、NO、O2的物质的量浓度变化表示的反应速率之比为2∶2∶1的状态④混合气体的颜色不再改变的状态⑤混合气体的密

度不再改变的状态⑥混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态

A.①④⑥

B.②③⑤

C.①③④

D.①②③④⑤⑥

答案 A

5.3 mol H2和1 mol N2放入密闭容器中，使用催化剂发生反应：N2+3H2 2NH3，从反应开始到平衡过程中，不可能出现的是()

A.2 mol NH3

B.0.5 mol NH3

C.0.9 mol N2

D.H2和NH3物质的量相等

答案 A

解析可逆反应不可能进行到底。当生成2 mol NH3时，N2和H2的物质的量均为0，这种情况不可能出现。

练方法技巧

6.在一定温度下的刚性密闭容器中，当下列哪些物质量不再发生变化时，表明下述反应：

A(s)+2B(g) C(g)+D(g)已达到平衡状态()

①混合气体的压强②混合气体的密度③B的物质的量浓度④气体的总物质的量⑤混合气体的平均相对分子质量⑥

物质C的百分含量⑦各气体的物质的量

A.②③⑤⑥⑦

B.①②③⑥⑦

C.②③④⑤⑥

D.①③④⑤⑦

思路点拨：解答本题需要注意以下两点：

(1)判断反应达到平衡状态的根本标志是v(正)=v(逆)和反应混合物中各组成成分的百分含量不变。

(2)物质的状态及反应前后气体的化学计量数之间的关系。答案 A

解析A(s)+2B(s) C(g)+D(g)是反应前后气体体积相等的反应，不管是否平衡，混合气体的压强始终不变，气体的总物质的量也不变，不是判断是否达到平衡的标志。

7.某体积可变的密闭容器，盛有适量的A和B的混合气体，

在一定条件下发生反应：A+3B 2C。若维持温度和压强不变，当达到平衡时容器的体积为V L，其中C气体的体积占10%。下列推断正确的是()

①原混合气体的体积为1.2V L ②原混合气体的体积为1.1V L ③反应达到平衡时气体A消耗掉0.05V L ④反应达平衡时气体B消耗掉0.05V L

A.②③

B.②④

C.①③

D.①④

答案 A

解析设起始A和B的体积分别为a、b

A+3B ?? 2C

起始的体积(L) a b 0

转化的体积(L) 0.05V 0.15V 10%V

平衡时体积(L) a-0.05V b-0.15V 10%V

a-0.05V+b-0.15V+10%V=V

a+b=1.1V

8.已知汽车尾气无害化处理反应为2NO(g)+2CO(g)

N2(g)+2CO2(g) 0

下列说法不正确的是()

A.升高温度可使该反应的逆反应速率降低

B.反应达平衡后，CO的反应速率保持不变

C.使用高效催化剂可有效提高正、逆反应速率

D.单位时间内消耗CO和N2的物质的量之比为2∶1时，反