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专题2
第二单元　化学反应的方向与限度
课时1　化学反应的方向　化学平衡状态
化学反应速率与化学平衡
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。
活动一：了解自然变化、化学反应的方向性
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？
【答案】 说明自然变化具有方向性。
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？
【答案】 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．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。
【答案】 (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：了解自发反应及自发反应的特点
1．阅读教材，了解自发反应的概念。
【答案】 在一定的条件下，能自动进行的反应，称为自发反应。
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？
【答案】 上述自发的反应都是放热的，即焓变小于0。
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？
【答案】 锥形瓶和木板之间结冰。是吸热反应。
(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。
【答案】 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：探究反应熵变与反应方向的关系
1．下列两个反应均为吸热反应，但都能自发进行：
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？
【答案】 共同特点是混乱度增大。
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？
【答案】 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．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？
【答案】 同一物质不同聚集状态的混乱度不同：S(g)＞S(l)＞S(s)。
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)
【答案】 (1)(2)(3)的熵变大于零，(4)的熵变小于零。
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？
【答案】 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：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
(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)

Ag＋(aq)＋Cl－(aq)═══AgCl(s)
能
＞0
＞0
能
＜0
＜0
能
＜0
＞0
能
＜0
＜0
能否从中找出反应的自发性与焓变、熵变之间的关系？
【答案】 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．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？
【答案】 ΔH＜0、ΔS＞0，反应一定能自发进行。
(2) ΔH＞0、ΔS＜0，反应能否自发进行？
【答案】 ΔH＞0、ΔS＜0，反应一定不能自发进行。
(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。
【答案】 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：探究可逆反应的特征
结合可逆反应的特征，完成练习。
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
B
(1) a、b应满足的关系是_______________。
(2) a的取值范围是________________。
a＝b＋0.4
0.4＜a＜1.3
活动六：讨论化学平衡状态的建立过程与化学平衡状态
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________________。
最大
0
减小
减小
增大
0
增大
v(正)＝v(逆)
不再发生变化
活动七：了解化学平衡状态，了解平衡状态的特征与标志
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
1
【解析】 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。
D
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)
2
【解析】 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。
D
3．[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
3
【解析】 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。
A
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
4
4
【解析】 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。
【答案】 A
A．降低温度，v正减小，v逆增大
B．向容器中通入氦气，v正、v逆均增大
C．当v正(H2O)＝2v逆(H2)，说明该反应达到平衡状态
D．当混合气体的平均摩尔质量不变，说明该反应达到平衡状态
5
5
【解析】 降低温度时，正、逆反应速率均减小，A错误；恒容条件下通入氦气，气体浓度未改变，正、逆反应速率均不变，B错误；当2v正(H2O)＝v逆(H2)，说明该反应达到平衡状态，C错误；变量不变时，能说明该反应达到平衡状态，反应正向进行时，混合气体的总质量不变、总物质的量变大，故平均摩尔质量是变量，当其不变时，能说明该反应达到平衡状态，D正确。
【答案】 D
6．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
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
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6
【解析】 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。
【答案】 C
7
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)
7
7
【答案】 B
(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________。
8
X
0.05 mol/
(L·min)
减小
减小
(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
甲
8
BC

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