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专题2 化学反应速率与化学平衡
第二单元 化学反应的方向与限度
化学反应自发进行的判据
1.焓判据
焓判据 放热反应的过程中体系能量降低，放热反应具有自发进行的倾向
自发反应
与焓变的
关系 大多数放热反应是可以自发进行的，如H2燃烧、Zn与CuSO4溶液的反应
结论 只根据焓变判断反应进行的方向是不全面的
2.熵判据
(1)熵(符号为S)：用来衡量体系混乱(或无序)程度的物理量。
(2)熵判据
熵判据 自发过程的体系趋向于由有序转变为无序(熵增，ΔS＞0)
自发反应与熵变的关系
有些熵减的反应也可以自发进行，如乙烯聚合为聚乙烯等
结论 只根据熵变来判断反应进行的方向也是不全面的
(1)反应方向的焓判据是指放热过程中体系能量降低，ΔH＜0的反应具有自发进行的倾向。
(2)反应方向的熵判据是指在密闭条件下，体系有自发地向混乱度增加(ΔS＞0)的方向转变的倾向。
化学反应自发进行的复合判据
1.复合判据的适用条件：等温等压
2.自由能
(1)符号为G，单位为kJ·mol－1。
(2)自由能的变化综合反映了体系的焓变和熵变对自发过程的影响：ΔG＝ΔH－TΔS。
3.化学反应总是向着自由能减小的方向进行，直到体系达到平衡
当ΔG＜0时，反应能自发进行；
当ΔG＝0时，反应处于平衡状态；
当ΔG＞0时，反应不能自发进行。
焓变 熵变 反应的自发性
ΔH＜0 ΔS＞0 所有温度下都能自发进行
ΔH＜0 ΔS＜0 低温下能自发进行
ΔH＞0 ΔS＞0 高温下能自发进行
ΔH＞0 ΔS＜0 所有温度下都不能自发进行
反应的自发性只能用于判断反应的方向，不能确定反应一定会发生，反应能否发生，还要看具体的条件。
化学平衡状态
1.化学平衡状态的建立
在一定条件下的容积不变的密闭容器中，合成氨反应如下：N2＋3H2
2NH3。如图1所示，N2与H2发生反应，随着反应的进行，体系中NH3的浓度逐渐增大，而N2和H2的浓度逐渐减小。t1时刻开始，它们的浓度均不再改变，反应达到平衡状态。如图2所示，NH3发生分解反应，随着反应的进行，体系中N2和H2的浓度逐渐增大，而NH3的浓度逐渐减小。t2时刻开始，它们的浓度均不再改变，反应达到平衡状态。
图1
图2
高温、高压
催化剂
2.化学平衡状态的概念
一定条件下的可逆反应，当正、逆反应的速率相等时，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改变，这表明该反应中物质的转化达到了“限度”，这时的状态称为化学平衡状态，简称化学平衡。
3.化学平衡状态的特征
(1)逆：研究对象为可逆反应。
(2)等：正、逆反应速率相等，即v(正)＝v(逆)。
(3)动：化学平衡是动态平衡，达平衡时，正、逆反应仍在进行，即v(正)＝ v(逆)≠0。
(4)定：平衡体系中，各组分的浓度保持不变。
(5)变：条件改变，化学平衡状态可能发生改变。
计算平衡常数时代入的必须是各物质的平衡浓度(对于反应前后气体总体积不变的反应，也可以用各物质平衡时的物质的量)。平衡常数不需要写单位。
2.化学平衡常数的意义
(1)平衡常数的大小反映了一定条件下可逆反应进行的程度。
(2)K值越大，表示反应进行得越完全，平衡时反应物的转化率越大；反之，K值越小，表示反应进行得越不完全，平衡时反应物的转化率越小。
(3)一般来说，当K＞105时，该反应就进行得基本完全了。
3.化学平衡常数的影响因素
通常情况下，K只受温度影响。
化学平衡常数的变化与反应物或生成物的浓度无关。
判断化学反应方向的依据
1.判据
2.温度对化学反应方向的影响
当焓变和熵变的作用相反且相差不大时，温度有可能对反应的方向起决定性的作用，温度与反应方向的关系如图所示：
该反应的ΔH＜0，ΔS＞0，则根据ΔG＝ΔH－TΔS可知，任何温度下都能满足ΔH－TΔS＜0，反应可自发进行，A不符合题意；该反应的ΔH＞0，ΔS＜0，任何温度下都满足ΔH－TΔS＞0，反应不能自发进行，B符合题意；该反应的ΔH＜0，ΔS＜0，则在较低温度下，可满足ΔH－TΔS＜0，反应可自发进行，C不符合题意；该反应的ΔH＞0，ΔS＞0，所以在较高温度下，可满足ΔH－TΔS＜0，反应可自发进行，D不符合题意。
化学反应的方向判断
解答此类题目的关键是利用综合判据进行计算或判断，优先找出ΔH＞0、ΔS＜0和ΔH＜0、ΔS＞0的项可以减少计算量。
判断化学反应达到平衡状态的方法
(1)根据本质特征判断
判断依据：正反应速率与逆反应速率相等，即v正＝ v逆。
(2)根据宏观特征判断
判断依据：
①各组分的浓度、百分含量保持不变；
②各组分的质量、物质的量、物质的量浓度等均保持不变；
③一般情况下，各组分的质量分数、物质的量分数、气体的体积分数均保持不变；
④反应物的转化率保持不变；
⑤体系的颜色保持不变；
⑥若为绝热容器，体系的温度保持不变。
(3)根据混合气体的密度判断
恒温恒容条件下，用混合气体的密度判断平衡状态时，要特别关注反应前后是否有非气态物质参与反应，如下表
反应 混合气体密度不变，是否平衡
是
不一定
不一定
(4)根据气体的总压强、平均摩尔质量判断
恒温恒容条件下，用总压强判断平衡状态时，要特别关注反应前后气体分子总数的变化，如下表
项目 是否平衡
压强 当m＋n≠p＋q时，总压强一定(其他条件一定) 是
当m＋n＝p＋q时，总压强一定(其他条件一定) 不一定
是
不一定
判断化学平衡状态的方法——“正逆相等，变量不变”。
2.明确三个关系
(1)对于同一反应物，起始量－变化量＝平衡量。
(2)对于同一生成物，起始量＋变化量＝平衡量。
(3)各转化量之比等于各物质的化学计量数之比。
如图所示，将6 molN2和14 molH2充入一容积可变的密闭容器中发生反应。反应开始时可滑动的活塞的位置如图1所示，当反应达到平衡时，活塞位置如图2所示。则达到平衡时，N2的转化率为　　　　；该条件下反应的平衡常数为　　　　。
33.3％　0.5
图1
图2

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