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课时1　化学反应的方向　化学平衡状态
1. 了解自发过程和化学反应的自发性。
2. 知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关，会用焓变和熵变判断反应进行的方向。
3. 了解化学反应的可逆性，了解可逆反应的概念、特点。
4. 了解化学平衡的建立过程，知道化学平衡是一种动态平衡，能判断化学平衡状态的标志。
1. 在一定条件下，不用借助于外力就可以自动进行的过程，是自发过程。美丽的瀑布总是从高处落向低处，说明了什么？
2. 将锌片插入硫酸铜溶液时，锌从硫酸铜溶液中置换铜，但铜不可以置换出硫酸锌中的锌，化学反应的事实说明什么？
3. 讨论下列反应在常温下能否自发进行？在常温下能发生反应的写出化学方程式，不能发生的说明原因。
(1) 水分解成氢气和氧气的反应。
(2) 氯气与溴化钾溶液的反应。
(3) 乙烯与溴单质的四氯化碳溶液的反应。
(4) 氮气和氧气生成一氧化氮的反应。
1. 阅读教材，了解自发反应的概念。
2. 下列反应能自发进行：
C3H8(g)＋5O2(g)===3CO2(g)＋4H2O(l)　ΔH＝－2 217.5 kJ/mol
2Na(s)＋Cl2(g)===2NaCl(s)　ΔH＝－822 kJ/mol
4Fe(s)＋3O2(g)===2Fe2O3(s)　ΔH＝－1 648.4 kJ/mol
H2(g)＋F2(g)===2HF(g)　ΔH＝－546.6 kJ/mol
讨论它们有什么共同特点？
3. 阅读教材中的栏目“实验探究”，动手完成氯化铵与氢氧化钡晶体反应的实验。
(1) 该实验看到什么现象？该反应是吸热反应还是放热反应？
(2) 能否仅根据焓变判断反应的自发性？为什么？再举一例证明你得出的结论。
1. 下列两个反应均为吸热反应，但都能自发进行：
NH4NO3(s)===NH(aq)＋NO(aq)
2NH4Cl(s)＋Ba(OH)2·8H2O(s)===2NH3(g)＋BaCl2(s)＋10H2O(l)
分析这两个反应，有什么共同特点？
2. 某些自发进行的化学反应有趋于体系混乱度增大的倾向。阅读教材，什么叫熵？什么叫熵变？上述反应反应后混乱度增大，熵值如何变化？
3. 分析右图中水的不同聚集状态中混乱程度，讨论同一物质不同聚集状态的混乱程度是否相同？
4. 根据已有的知识和经验，判断下列过程中的熵变大于零还是小于零。
(1) H2O(s)―→H2O(l)―→H2O(g)
(2) 2NaHCO3(s)Na2CO3(s)＋CO2(g)＋H2O(g)
(3) NaOH(s)===Na＋(aq)＋OH－(aq)
(4) N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)
5. 硝酸铵的溶解、碳酸钙的分解、氯化铵晶体与氢氧化钡晶体的反应这三个自发进行的过程，熵变都是增加的，即ΔS＞0，讨论常见自发进行的反应中有没有熵变减小的反应，举例说明。由此可得出什么结论？
活动四：探究反应的方向与焓变、熵变的关系
1. 体系能量降低和混乱度增大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。
已知下列热化学方程式：
(1) Ag＋(aq)＋Cl－(aq)===AgCl(s)　ΔH＝－51.1 kJ/mol
(2) K(s)＋H2O(l)===K＋(aq)＋OH－(aq)＋H2(g)　ΔH＝－196.6 kJ/mol
(3) 2Mg(s)＋O2(g)===2MgO(s)　ΔH＝－1 203.2 kJ/mol
结合上述热化学方程式及所学知识，分析下列过程能否自发进行，并判断相关变化的焓变和熵变，填入下表。
变化 能否自发进行 焓变(ΔH) 熵变(ΔS)
CO2(s)―→CO2(g)
2Mg(s)＋O2(g)===2MgO(s)
K(s)＋H2O(l)===K＋(aq)＋OH－(aq)＋H2(g)
Ag＋(aq)＋Cl－(aq)===AgCl(s)
能否从中找出反应的自发性与焓变、熵变之间的关系？
2. 阅读教材中栏目“拓展视野”：ΔH、ΔS与反应的方向。
在恒温、恒压时，讨论下列情况下反应的自发性：
(1) ΔH<0、ΔS>0，反应能否自发进行？
(2) ΔH>0、ΔS<0，反应能否自发进行？
(3) ΔH<0、ΔS<0或ΔH>0、ΔS>0，反应能否自发进行？与什么因素有关？举例说明。
活动五：探究可逆反应的特征
在相同条件下，既能向正反应方向进行又能向逆反应方向进行的反应叫可逆反应。可逆反应一般用“ ”表示，可逆反应不能进行到底，反应物不能实现完全转化。可逆反应有下列特征：
结合可逆反应的特征，完成练习。
1. 在一恒容密闭容器中进行反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)。已知反应过程中某一时刻SO2、O2、SO3的物质的量浓度分别为0.2 mol/L、0.1 mol/L、0.2 mol/L。当反应达到平衡时，可能存在的数据是(　　)
A. c(SO2)＝0.4 mol/L B. c(SO3)＝0.25 mol/L
C. c(SO2)＝c(SO3)＝0.15 mol/L D. c(SO3)＝0.4 mol/L
2. 在一定条件下，可逆反应A2(g)＋B2(g) 2C(g)达到平衡时，各物质的平衡浓度c(A2)＝0.5 mol/L、c(B2)＝0.1 mol/L、c(C)＝1.6 mol/L，若用a、b、c分别表示A2、B2、C的初始浓度(mol/L)，则：
(1) a、b应满足的关系是____________。
(2) a的取值范围是____________。
阅读教材，了解可逆反应进行过程中反应物、生成物浓度如何变化，正、逆反应速率如何变化。
可逆反应中反应物和生成物的浓度随时间的变化 可逆反应的反应速率随时间的变化
1. 反应开始时：反应物浓度最大，生成物浓度为0，v(正)______，v(逆)为________。
2. 反应进行时：反应物浓度________―→v(正)逐渐________。生成物浓度由0逐渐________―→v(逆)从________开始逐渐______。
3. 反应时间足够长时：________________，反应混合物中各组分的浓度________________。
在外界条件不变时，可逆反应进行到一定程度，反应物和生成物的浓度不再随时间而发生改变，称为化学平衡状态。当正、逆两个方向的反应速率相等，反应体系中所有参加反应的物质的质量或浓度保持恒定。正反应速率和逆反应速率相等是指同一种物质的反应速率与生成速率相等，不同种物质的反应速率不一定相等。v正＝v逆，但不为0，平衡时持续进行，没有停止。
化学平衡状态的本质标志为v正＝v逆，对于同一物质即该物质的生成速率等于它的消耗速率；对于不同的物质，即反应速率之比等于化学方程式中的化学计量数之比，但必须一个是正反应速率，一个是逆反应速率。
反应混合物中各组分的含量或浓度保持不变为含量标志。反应物的转化率、产物的产率、绝热的恒容反应体系中的温度保持不变，某化学键的破坏速率和生成速率相等均可以作为判断反应达到平衡的依据。
还有其他一些判断反应是否达到平衡的方法，如压强、密度不变等等，是否能作为平衡的依据，要看具体的反应特点。
1. [人教版教材习题]水凝结成冰的过程中，其焓变和熵变正确的是(　　)
A. ΔH>0，ΔS<0 B. ΔH<0，ΔS>0
C. ΔH>0，ΔS>0 D. ΔH<0，ΔS<0
2. 能充分说明可逆反应N2(g)＋O2(g) 2NO(g)已达到平衡状态的是(　　)
A. O2的消耗速率等于NO的消耗速率
B. 容器内始终有N2、O2和NO共存
C. 容器内反应混合物的总物质的量不随时间改变
D. v正(N2)＝v逆(N2)
3. 下列说法不正确的是(　　)
A. 放热的自发过程可能是熵减小的过程，吸热的自发过程一定为熵增加的过程
B. 放热过程(ΔH＜0)或熵增加(ΔS＞0)的过程一定是自发的
C. 在室温下碳酸钙的分解反应不能自发进行，但在较高温度(1 200 K)下则能自发进行
D. 由能量判据(以焓变为基础)和熵判据组合成的复合判据，将更适合于所有的过程
4. [人教版教材习题]下列说法正确的是(　　)
A. 冰在室温下自动融化成水，这是熵增的过程
B. 能够自发进行的反应一定是放热反应
C. ΔH<0的反应均是自发进行的反应
D. 能够自发进行的反应一定是熵增的过程
5. 恒温条件下，可逆反应：2NO(g)＋O2(g) 2NO2(g)在容积固定的密闭容器中进行，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混合气体的压强不再改变的状态
⑦混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态
A. ①④⑥⑦ B. ②③⑤⑦ C. ①③④⑤ D. 全部
6. 对于反应2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)，达到平衡状态的标志是(　　)
①单位时间内生成2 mol SO2的同时生成1 mol O2　②SO2的生成速率等于SO2的消耗速率　③SO2、O2、SO3的体积分数不再发生变化　④SO2、O2、SO3的分子数之比为2∶1∶2
A. ①③ B. ②④ C. ②③ D. ③④
7. 下列有关说法不正确的是(　　)
A. 反应NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的ΔH＜0
B. 反应CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)在室温下不能自发进行，说明该反应ΔH＜0
C. 一定温度下，反应MgCl2(l)===Mg(l)＋Cl2(g)的ΔH＞0、ΔS＞0
D. 常温下，反应C(s)＋CO2(g)===2CO(g)不能自发进行，则该反应的ΔH＞0
8. 下列的理解不正确的是(　　)
A. 体系越有序，熵值越小；体系越混乱，熵值越大
B. 25 ℃、1.01×105 Pa时，2N2O5(g) 4NO2(g)＋O2(g)是熵增的反应
C. 2KClO3(s)===2KCl(s)＋3O2(g)　ΔH＞0在任意温度下都能自发进行
D. 常温下，反应C(s)＋CO2(g)===2CO(g)不能自发进行，则该反应的ΔH＞0
9. 向容积为1.00 L的密闭容器中通入一定量的N2O4和NO2的混合气体，发生反应：N2O4(g) 2NO2(g)　ΔH＞0(已知：NO2为红棕色气体，N2O4为无色气体)。体系中各物质浓度随时间的变化如图所示。下列有关说法正确的是(　　)
A. 64 s时，反应达到化学平衡状态
B. 达到化学平衡前，混合气体的颜色逐渐变深
C. 若该容器与外界无热传递，则反应达到平衡前容器内气体的温度逐渐升高
D. 前100 s内，用NO2浓度的变化表示的化学反应速率是0.08 mol/(L·s)
10. 一定温度下，向容积为2 L的密闭容器中充入一定量的NO2气体，发生反应：2NO2(g) N2O4(g)，测得各物质的物质的量随时间的变化如图所示。
(1) 曲线_______(填“X”或“Y”)表示NO2的物质的量随时间的变化曲线，0～3 min中内N2O4表示的反应速率为_____________。
(2) 若降低温度，则v正________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)，v逆________。
(3) 若上述反应分别在甲、乙两个相同容器内同时进行，相同时间内分别测得甲中v(NO2)＝0.3 mol/(L·s)，乙中v(N2O4)＝6 mol/(L·min)，则________(填“甲”或“乙”)中反应更快。
(4) 下列表示该反应已经达到化学平衡状态的是________(填字母)。
A. v(NO2)＝2v(N2O4)
B. 容器内压强不再发生变化
C. 容器内气体分子总数不再发生变化
D. 容器内N2O4与NO2物质的量相等
课时1　化学反应的方向　化学平衡状态
【活动方案】
活动一：
1. 说明自然变化具有方向性。
2. 说明有的化学反应能自动发生，有的化学反应不能自动发生。
3. (2)(3) 常温下能反应，化学方程式为Cl2＋2KBr===2KCl＋Br2，CH2===CH2＋Br2―→CH2BrCH2Br；(1)(4)常温下不能进行，因为它们反应需要在一定的条件下才能进行。
活动二：
1. 在一定的条件下，能自动进行的反应，称为自发反应。
2. 上述自发的反应都是放热的，即焓变小于0。
3. (1) 锥形瓶和木板之间结冰。是吸热反应。
(2) 不能。该实验说明，焓变大于0的反应也可能自发进行。比如碳酸钙分解反应是焓变大于0的反应，常温下不能进行，但是在高温下可自发进行。
活动三：
1. 共同特点是混乱度增大。
2. 衡量一个体系混乱度的物理量叫作熵，用符号S表示。反应前后熵值的变化叫作熵变。混乱度增大，熵值就增大，即ΔS>0。
3. 同一物质不同聚集状态的混乱度不同：S(g)＞S(l)＞S(s)。
4. (1)(2)(3)的熵变大于零，(4)的熵变小于零。
5. 氢气与氧气、一氧化碳与氧气的反应是ΔS<0的反应，如NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)能自发进行。不能简单根据ΔS>0或ΔS<0来判断反应是否能自发进行，熵变是影响反应自发进行的因素之一，但不是唯一因素。
活动四：
1.
能否自发进行 焓变(OH) 熵变(ΔS)
能 >0 >0
能 <0 <0
能 <0 >0
能 <0 <0
不能。仅利用ΔH或ΔS的数值，不能判断某反应是否自发，必须综合考虑反应的焓变(ΔH)和熵变(ΔS)的大小。
2. (1) ΔH<0、ΔS>0，反应一定能自发进行。
(2) ΔH>0、ΔS<0，反应一定不能自发进行。
(3) ΔH<0、ΔS<0或ΔH>0、ΔS>0，可能自发进行，也可能不自发进行，与反应的温度有关。
例如，反应NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)的ΔH<0、ΔS<0，该反应在较低温度下能自发进行，而在较高温度下不能自发进行。又如，反应CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)的ΔH>0、ΔS>0，该反应在较低温度下不能自发进行，而在较高温度下能自发进行。
活动五：
1. B
2. (1) a＝b＋0.4　(2) 0.4活动六：
1. 最大　0
2. 减小　减小　增大　0　增大
3. v(正)＝v(逆)　不再发生变化
【课堂反馈】
1. D　水凝结成冰时，水由液态变为固态，是熵减小的过程，即ΔS<0，同时放出能量，即ΔH<0。故选D。
2. D　消耗O2表示的正反应速率与消耗NO表示的逆反应速率相等时不是平衡状态，A 错误；对任意一个可逆反应，体系中的各物质同时存在，不能作为化学平衡状态判断的依据，B错误；从反应方程式看，反应体系中总的物质的量始终不变，不能作为判断依据，C错误。
3. B　焓变和熵变都与反应的自发性有关，都不能独立地作为自发性的判据，要判断反应进行的方向，必须综合考虑体系的焓变和熵变，放热过程(ΔH＜0)且熵增加(ΔS＞0)的过程一定是自发的，B错误。
4. A　冰在室温下自动融化成水，混乱度增大，是熵增过程，A正确；反应能否自发进行，要根据焓判据和熵判据综合判断，B、C、D 错误。
5. A　单位时间内生成n mol O2的同时一定会生成2n mol NO，不能据此判断化学平衡状态，②错误；用NO2、NO、O2表示的反应速率之比为2∶2∶1是反应进行到任何时刻都成立的关系，不能据此判断平衡状态，③错误；反应前后气体质量不变、容器容积不变，混合气体的密度始终不变，不能据此判断平衡状态，⑤错误。故选A。
6. C　生成2 mol SO2、生成1 mol O2均代表逆反应方向，①不符合题意；SO2、O2、SO3的分子数之比为2∶1∶2，并不能说明各组分的浓度保持不变，不一定处于平衡状态，④不符合题意。故选C。
7. B　当ΔH－TΔS＜0时，反应能自发进行。该反应的ΔS＞0，室温下不能自发进行，说明该反应的ΔH＞0，B错误。
8. C　ΔH－TΔS＜0时，反应能自发进行。2KClO3(s)===2KCl(s)＋3O2(g)的ΔH＞0、ΔS＞0，在较高的温度下，反应才能自发进行，C错误；反应C(s)＋CO2(g)===2CO(g)的ΔS＞0，常温下反应不能自发进行，则ΔH＞0，D正确。
9. B　反应达到化学平衡状态时，各物质的浓度不变，但不一定相等，由图中信息可知，64 s时反应未达到化学平衡状态，A错误；由图中信息可知，反应正向进行，反应体系中c(NO2)增大，故混合气体的颜色逐渐变深，B正确；由于正反应吸热，由图中信息可知，反应正向进行，绝热条件下容器内温度逐渐降低，C错误；前100 s内，NO2浓度的变化为(1.00－0.20) mol/L＝0.80 mol/L，化学反应速率v＝＝0.008 mol/(L·s)，D错误。
10. (1) X　0.05 mol/(L·min)　(2) 减小　减小　(3) 甲　(4) BC

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