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第44讲　化学反应的方向　化学平衡
[复习目标]　1.了解熵、熵变的含义，会用复合判据判断反应进行的方向。2.了解化学反应可逆的特点。3.掌握化学平衡状态的建立及特征。
考点一　化学反应的方向
1．自发反应
在一定条件下，无需外界帮助就能自发进行的反应称为自发反应。
2．熵和熵变的含义
(1)熵的含义
度量体系混乱程度的物理量，符号为S。熵值越大，体系混乱度越大。同一条件下，不同物质有不同的熵值；同一种物质在不同状态下熵值也不同，一般规律是S(g)__S(l)__S(s)。
(2)熵变的含义
ΔS＝S(生成物)－S(反应物)。化学反应的ΔS越大，越有利于反应__________。
3．判断化学反应方向的判据
ΔG＝ΔH－TΔS
ΔG<0时，反应____自发进行；
ΔG＝0时，反应处于____状态；
ΔG>0时，反应____自发进行。
1．在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂，可以改变化学反应进行的方向(　　)
2．因为焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓变或熵变均可以单独作为判断反应能否自发进行的判据(　　)
3．过程自发性不仅能用于判断过程的方向，还能确定过程发生的速率(　　)
1．下列说法正确的是(　　)
A．非自发反应一定不能实现
B．同种物质气态时熵值最小，固态时熵值最大
C．反应NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的ΔH<0
D．恒温恒压下，ΔH<0且ΔS>0的反应一定不能自发进行
2．(1)汽车燃油不完全燃烧时产生CO，有人设想按下列反应除去CO：2CO(g)===2C(s)＋O2(g)。已知该反应的ΔH＞0，简述该设想能否实现的依据：_______________________________。
(2)超音速飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2，化学方程式为2NO＋2CO??2CO2＋N2。反应能够自发进行，则反应的ΔH________0(填“＞”“＜”或“＝”)。理由是___________________
_______________________________________________________________________________。
(3)已知CaSO4(s)＋CO(g)CaO(s)＋SO2(g)＋CO2(g)　ΔH＝218 kJ·mol－1，该反应能够自发进行的反应条件是________。
考点二　可逆反应、化学平衡状态
1．可逆反应
(1)概念
在同一条件下，既可以向____________进行，同时又能向____________进行的化学反应。
(2)特点
双向性 可逆反应分为方向相反的两个反应：正反应和逆反应
双同性 正、逆反应是在同一条件下，同时进行
共存性 反应物的转化率____100%，反应物与生成物共存
2.化学平衡状态
(1)概念
在一定条件下的____反应体系中，当正、逆反应速率______时，反应物和生成物的浓度均保持不变，即体系的组成不随时间而改变，表明该反应中物质的转化达到了“限度”，这时的状态称之为化学平衡状态，简称化学平衡。
(2)化学平衡的建立
绘制“反应速率－时间”图像，表示从正反应开始建立化学平衡状态的过程。
(3)平衡特征
(4)化学平衡状态的判断方法
①v正＝v逆
②宏观组成标志
各组分的浓度保持不变，或各组分的质量、物质的量、百分含量、质量分数等保持不变的状态是平衡状态。
③间接标志
a．有气体参加的________反应，气体的总压强、总体积、总物质的量不变时，达到平衡状态。
b．如果平衡体系中的物质有颜色，则平衡体系的颜色不变时，达到平衡状态。
c．气体的密度、气体的平均相对分子质量不变时，要具体分析各表达式中的分子或分母变化情况，判断是否平衡(若体系中各组分均为气体，气体质量守恒；若体系中不全是气体，要注意气体质量变化)。
1．反应2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O、Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3互为可逆反应(　　)
2．化学反应达到平衡后，反应物和生成物的浓度或百分含量相等(　　)
3．在一定条件下，向密闭容器中充入1 mol N2和3 mol H2充分反应，生成2 mol NH3(　　)
一、可逆反应的特征
1．在一密闭容器中进行反应：2X(g)＋Y(g)2Z(g)。已知反应过程中某一时刻X、Y、Z的浓度分别为0.3 mol·L－1、0.1 mol·L－1、0.4 mol·L－1，当反应达到平衡时，不可能存在的是(　　)
A．c(X)＝0.5 mol·L－1
B．c(Y)＋c(X)＝0.5 mol·L－1
C．c(Y)＋c(Z)＝1.05 mol·L－1
D．c(X)＋c(Y)＋c(Z)＝0.75 mol·L－1
二、平衡状态的标志
2．在一定温度下的恒容容器中，当下列物理量不再发生变化时：①混合气体的压强；②混合气体的密度；③混合气体的总物质的量；④混合气体的平均相对分子质量；⑤混合气体的颜色；⑥各反应物或生成物的浓度之比等于化学计量数之比；⑦某种气体的百分含量。
(1)能说明2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)达到平衡状态的是______________(填序号，下同)。
(2)能说明I2(g)＋H2(g)2HI(g)达到平衡状态的是______________。
(3)能说明2NO2(g)N2O4(g)达到平衡状态的是________________。
(4)能说明C(s)＋CO2(g)2CO(g)达到平衡状态的是______________。
(5)能说明NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)达到平衡状态的是______________。
(6)能说明5CO(g)＋I2O5(s)5CO2(g)＋I2(s)达到平衡状态的是______________。
3．若上述题目中的(1)～(4)改成一定温度下的恒压密闭容器，结果又如何？
(1)__________________。(2)________________________________________________。
(3)__________________。(4)________________________________________________。
不能作为化学平衡状态“标志”的四种情况：
(1)反应组分的物质的量之比等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比。
(2)恒温恒容下的体积不变的反应，体系的压强或总物质的量不再随时间而变化，如2HI(g)H2(g)＋I2(g)。
(3)全是气体参加的体积不变的反应，体系的平均相对分子质量不再随时间而变化，如2HI(g)H2(g)＋I2(g)。
(4)全是气体参加的反应，恒容条件下体系的密度保持不变。
1．[2021·湖南，16(1)(2)]氨气中氢含量高，是一种优良的小分子储氢载体，且安全、易储运，可通过下面两种方法由氨气得到氢气。
方法Ⅰ.氨热分解法制氢气
相关化学键的键能数据
化学键 N≡N H—H N—H
键能E/(kJ·mol－1) 946 436.0 390.8
在一定温度下，利用催化剂将NH3分解为N2和H2。回答下列问题：
(1)反应2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)　ΔH＝________ kJ·mol－1。
(2)已知该反应的ΔS＝198.9 J·mol－1·K－1，在下列哪些温度下反应能自发进行？__________(填字母)。
A．25 ℃ B．125 ℃ C．225 ℃ D．325 ℃
2．[2022·湖南，17(1)]已知ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG的值只决定于反应体系的始态和终态，忽略ΔH、ΔS随温度的变化。若ΔG<0，则该反应可以自发进行。根据下图判断：600 ℃时，下列反应不能自发进行的是__________。
A．C(s)＋O2(g)===CO2(g)
B．2C(s)＋O2(g)===2CO(g)
C．TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋O2(g)
D．TiO2(s)＋C(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋CO2(g)
3．[2017·全国卷Ⅲ，28(4)]298 K时，将20 mL 3x mol·L－1 Na3AsO3、20 mL 3x mol·L－1 I2和20 mL NaOH溶液混合，发生反应：AsO(aq)＋I2(aq)＋2OH－(aq)AsO(aq)＋2I－(aq)＋H2O(l)。溶液中c(AsO)与反应时间(t)的关系如图所示。
①下列可判断反应达到平衡的是______(填字母)。
a．溶液的pH不再变化
b．v(I－)＝2v(AsO)
c.不再变化
d．c(I－)＝y mol·L－1
②tm时，v正______v逆(填“大于”“小于”或“等于”)。
③tm时v逆______tn时v逆(填“大于”“小于”或“等于”)，理由是______________________。
④若平衡时溶液的pH＝14，则该反应的平衡常数K为________。
第44讲　化学反应的方向　化学平衡
考点一
归纳整合
2．(1)>　>　(2)自发进行
3．能　平衡　不能
易错辨析
1．×　2.×　3.×
专项突破
1．C
2．(1)不能实现，因为该反应的ΔH＞0，ΔS＜0，反应不可能自发进行　(2)＜　该反应的ΔS＜0，因该反应能自发进行，根据ΔG＝ΔH－TΔS＜0可知ΔH＜0　(3)高温
考点二
归纳整合
1．(1)正反应方向　逆反应方向　(2)小于
2．(1)可逆　相等　(3)可逆反应　动态平衡　v正　v逆　质量或浓度　(4)③不等体
易错辨析
1．×　2.×　3.×
专项突破
1．C　[不确定下一时刻反应进行的方向，因此需要考虑反应进行的方向并结合极限思想解答。若该时刻后反应正向进行且Y全部转化为Z，则
　　　　　　　　2X(g)＋Y(g)2Z(g)
某时刻/(mol·L－1)　0.3　　0.1　　　0.4
转化/(mol·L－1)　　0.2　　0.1　　　0.2
平衡/(mol·L－1)　　0.1　　0　　　　0.6
若反应逆向进行，且Z全部转化为X和Y，则
　　　　　　　　2X(g)＋Y(g)2Z(g)
某时刻/(mol·L－1)　0.3　　0.1　　0.4
转化/(mol·L－1)　　0.4　　0.2　　0.4
平衡/(mol·L－1)　　0.7　　0.3　　0
平衡时0.1 mol·L－1＜c(X)＜0.7 mol·L－1，可能等于0.5 mol·L－1，故A不选；平衡时0.1 mol·
L－1＜c(Y)＋c(X)＜1.0 mol·L－1，c(Y)＋c(X)可能等于0.5 mol·L－1，故B不选；平衡时0.3 mol·
L－1＜c(Y)＋c(Z)＜0.6 mol·L－1，不可能等于1.05 mol·L－1，故C选；平衡时0.7 mol·L－1＜c(X)＋c(Y)＋c(Z)＜1.0 mol·L－1,0.75 mol·L－1介于0.7 mol·L－1和1.0 mol·L－1之间，故D不选。]
2．(1)①③④⑦　(2)⑤⑦　(3)①③④⑤⑦
(4)①②③④⑦　(5)①②③　(6)②④⑦
3．(1)②③④⑦　(2)⑤⑦　(3)②③④⑤⑦　(4)②③④⑦
真题演练　明确考向
1．(1)90.8　(2)CD
解析　(1) 根据反应热＝反应物的总键能－生成物的总键能，2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)　ΔH＝390.8 kJ·mol－1×3×2－(946 kJ·mol－1＋436.0 kJ·mol－1×3)＝90.8 kJ·mol－1。
(2)若反应自发进行，则需ΔH－TΔS<0，T>＝≈456.5 K，即温度应高于(456.5－273)℃＝183.5 ℃。
2．C　[由图可知，600 ℃时C(s)＋O2(g)===CO2(g)的ΔG<0，反应自发进行，故A不符合题意；600 ℃时2C(s)＋O2(g)===2CO(g)的ΔG<0，反应自发进行，故B不符合题意；600 ℃时TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋O2(g)的ΔG>0，反应不能自发进行，故C符合题意；根据盖斯定律，TiO2(s)＋C(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋CO2(g)可由A＋C得到，且由图中数据可知600 ℃时其ΔG<0，反应自发进行，故D不符合题意。]
3．①ac　②大于　③小于　tm时生成物浓度较低　④

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