2018届高考一轮复习鲁科版第7章化学反应的方向限度与速率第1节化学反应的方向限度学案65 16页

第7章　化学反应的方向、限度与速率 第1节　化学反应的方向、限度 考纲定位 考情播报 ‎1.了解化学反应的可逆性及化学平衡的建立。‎ ‎2.掌握化学平衡的特征。‎ ‎3.理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对化学平衡的影响，能用相关理论解释其一般规律。‎ ‎2016·全国甲卷T27/全国乙卷T27(1)(2)/全国丙卷T27(2)(3)‎ ‎2015·全国卷ⅠT28(4)/全国卷ⅡT27(2)(3)‎ ‎2014·全国卷ⅠT28(3)/全国卷ⅡT26(2)(3)‎ ‎2013·全国卷ⅠT28(2)(3)(4)/全国卷ⅡT28(1)‎ ‎2012·全国卷T27(4)‎ 考点1| 化学反应进行的方向　‎ ‎[基础知识自查]‎ ‎1．自发过程 ‎(1)含义 在一定条件下，不需要借助外力作用就能自动进行的过程。‎ ‎(2)特点 ‎①体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或释放热量)。‎ ‎②在密闭条件下，体系有从有序自发地转变为无序的倾向(无序体系更加稳定)。‎ ‎2．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。‎ ‎3．判断化学反应方向的依据 ‎(1)焓判据 研究表明，对于化学反应而言，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。可见，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研究表明，除了热效应外，决定化学反应能否自发进行的另一个因素是体系的混乱度。大多数自发反应有趋向于体系混乱度增大的倾向。‎ ‎②熵和熵变的含义 a．熵的含义 熵是衡量一个体系混乱度的物理量。用符号S表示。‎ 同一条件下，不同物质有不同的熵值，同一物质在不同状态下熵值也不同，一般规律是S(g)>S(l)>S(s)。‎ b．熵变的含义 熵变是反应前后体系熵的变化，用ΔS表示，化学反应的ΔS越大，越有利于反应自发进行。‎ ‎(3)复合判据：ΔG＝ΔH－TΔS 当ΔH－TΔS ‎[应用体验]‎ ‎1．(1)ΔH________0，ΔS________0的反应任何温度下都能自发进行；‎ ‎(2)ΔH________0，ΔS________0的反应任何温度下都不能自发进行；‎ ‎(3)ΔH和ΔS的作用相反，且相差不大时，________对反应的方向起决定性作用。当ΔH<0，ΔS<0时________下反应能自发进行；当ΔH>0，ΔS>0时，________下反应能自发进行。‎ ‎[提示]　(1)<　>　(2)>　<　(3)温度　低温　高温 ‎2．NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)在室温下可自发进行的理由是___________，CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)在高温下可自发进行的理由是__________________。‎ ‎[提示]　ΔH<0　ΔS>0‎ ‎[考点多维探究]‎ ‎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种重要因素 D．焓变是决定反应是否具有自发性的唯一判据 ‎[答案]　C ‎2．下列反应中，熵显著增加的反应是(　　)‎ A．CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g)‎ B．CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑‎ C．2CO(g)＋O2===2CO2(g)‎ D．2Hg(l)＋O2(g)===2HgO(s)‎ B　[气体分子数增加的反应为熵增的反应。]‎ ‎3．下列反应过程中，ΔH>0且ΔS>0的是(　　)‎ A．NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)‎ B．CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)‎ C．4Al(s)＋3O2(g)===2Al2O3(s)‎ D．HCl(aq)＋NaOH(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l)‎ B　[A是熵减(ΔS<0)的放热反应(ΔH<0)；C是熵减的放热反应；D是放热反应(ΔH<0)。]‎ ‎4．已知：(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g)　ΔH＝＋74.9 kJ·mol－1。下列说法中正确的是 (　　)‎ A．该反应中熵变、焓变都大于0‎ B．该反应是吸热反应，因此一定不能自发进行 C．碳酸盐分解反应中熵增加，因此任何条件下所有碳酸盐分解一定自发进行 D．能自发进行的反应一定是放热反应，不能自发进行的反应一定是吸热反应 ‎[答案]　A ‎5.下列说法正确的是(　　)‎ A．凡是放热反应都是自发的，因为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 C．常温下，反应C(s)＋CO2(g)2CO(g)不能自发进行，则该反应的ΔH>0‎ D．反应2Mg(s)＋CO2(g)===C(s)＋2MgO(s)能自发进行，则该反应的ΔH>0‎ C　[反应的自发性取决于熵判据和焓判据，若ΔH<0，ΔS>0，一定能自发，若ΔH>0，ΔS<0，一定不能自发，若ΔH<0，ΔS<0或ΔH>0，ΔS>0，反应能否自发进行取决于温度高低，A、B错误；C项中该反应ΔS>0，若ΔH<0，一定能自发，现常温下不能自发，则说明ΔH>0，正确；D项中反应的ΔS<0，能自发，则说明ΔH<0，错误。]‎ ‎6．(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，化学方程式如下：‎ ‎2NO＋2CO2CO2＋N2。反应能够自发进行，则反应的ΔH________0(填“>”“<”或“＝”)。‎ ‎[解析]　(1)2CO(g)===‎2C(s)＋O2(g)，该反应是焓增、熵减的反应。根据ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG>0，不能实现。‎ ‎(2)该反应为熵减反应，能自发进行说明ΔH<0。‎ ‎[答案]　(1)该反应是焓增、熵减的反应，任何温度下均不能自发进行　(2)<‎ ‎7．(2016·全国甲卷改编)①C3H6(g)＋NH3(g)＋O2(g)===C3H3N(g)＋3H2O(g)　ΔH＝－515 kJ·mol－1‎ ‎②C3H6(g)＋O2(g)===C3H4O(g)＋H2O(g)　ΔH＝－353 kJ·mol－1，上述①②反应在热力学上趋势均很大的原因是_____________________________，‎ 其中反应ΔS>0的是反应________。‎ ‎[答案]　①②反应均为放热量大的反应　①‎ 焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响 ΔH ΔS ΔH－TΔS 反应情况 ‎－‎ ‎＋‎ 永远是负值 在任何温度下过程均自发进行 ‎＋‎ ‎－‎ 永远是正值 在任何温度下过程均非自发进行 ‎＋‎ ‎＋‎ 低温为正高温为负 低温时非自发，高温时自发 ‎－‎ ‎－‎ 低温为负高温为正 低温时自发，高温时非自发 考点2| 可逆反应与化学平衡状态 ‎[基础知识自查]‎ ‎1．可逆反应 ‎2．化学平衡状态 ‎(1)概念 一定条件下的可逆反应中，正反应速率与逆反应速率相等，反应体系中所有参加反应的物质的浓度保持不变的状态。‎ ‎(2)建立过程 在一定条件下，把某一可逆反应的反应物加入固定容积的密闭容器中。反应过程如下：‎ 以上过程可用如图表示：‎ ‎(3)特征 ‎[应用体验]‎ ‎1．向含有2 mol的SO2的容器中通入过量氧气发生2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＝－Q kJ·mol－1(Q>0)，充分反应后生成SO3的物质的量_____2 mol(填“<”“>”或“＝”，下同)，SO2的物质的量_____0 mol，转化率______100%，反应放出的热量________Q kJ。‎ ‎[提示]　<　>　<　<‎ ‎2．T ℃时，将a mol H2O(g)和a mol CO(g)充入体积为V L的密闭容器中，发生反应：H2O(g)＋CO(g)H2(g)＋CO2(g)。‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)反应刚开始时，c0(H2O)____(填“>”“<”或“＝”，下同)c0(CO)____c0(H2)。‎ ‎(2)随着反应的进行，c(H2O)逐渐________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)，c(CO2)逐渐________。‎ ‎(3)当反应达到平衡状态时，c(H2)将________，单位时间消耗H2O的物质的量与消耗H2的物质的量是否相等？________，CO2的体积分数将________。‎ ‎[提示]　(1)＝　>　(2)减小　增大　(3)不变　是　不变 ‎[考点多维探究]‎ 角度1　极端转化法判断可逆反应某状态的量 ‎1．在密闭容器中进行反应：X2(g)＋Y2(g)2Z(g)，已知X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1 mol·L－1、0.3 mol·L－1、0.2 mol·L－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(　　) ‎ ‎【导学号：99682221】‎ A．Z为0.3 mol·L－1　 B．Y2为0.4 mol·L－1‎ C．X2为0.2 mol·L－1 D．Z为0.4 mol·L－1‎ A　[假设反应正向进行到底：X2(g)＋Y2(g)2Z(g)‎ 起始浓度(mol·L－1) 0.1 0.3 0.2‎ 改变浓度(mol·L－1) 0.1 0.1 0.2‎ 终态浓度(mol·L－1) 0 0.2 0.4‎ 假设反应逆向进行到底：X2(g)＋Y2(g)2Z(g)‎ 起始浓度(mol·L－1) 0.1 0.3 0.2‎ 改变浓度(mol·L－1) 0.1 0.1 0.2‎ 终态浓度(mol·L－1) 0.2 0.4 0‎ 平衡体系中各物质的浓度范围为0v逆，平衡向正反应方向移动；‎ v正＝v逆，反应达到平衡状态，平衡不发生移动；‎ v正0‎ 达到化学平衡后，改变条件，按要求回答下列问题：‎ ‎(1)升温，平衡移动方向分别为(填“向左”“向右”或“不移动”)‎ 甲________；乙________；丙________。‎ 此时反应体系的温度均比原来________(填“高”或“低”)。混合气体的平均相对分子质量变化分别为(填“增大”“减小”或“不变”)‎ 甲________；乙________；丙________。‎ ‎(2)加压，使体系体积缩小为原来的 ‎①平衡移动方向(填“向左”“向右”或“不移动”)‎ 甲________；乙________；丙________。‎ ‎②设压缩之前压强分别为p甲、p乙、p丙，压缩后压强分别为p′甲、p′乙、p′丙，则p甲与p′甲，p乙与p′乙，p丙与p′丙的关系分别为 甲________；乙________；丙________。‎ ‎(3)恒温恒压充入氖气，平衡移动方向(填“向左”“向右”或“不移动”)‎ 甲________；乙________；丙________。‎ ‎[答案]　(1)向左　向左　向右　高　减小　减小　不变 ‎(2)①向右　不移动　不移动　②p甲v(逆)时，才使平衡向正反应方向移动。‎ ‎(3)同等程度地改变反应混合物中各物质的浓度时，应视为压强的影响。‎ ‎(4)对于缩小体积增大压强，不管是否移动，各成分的浓度均增大，但增大的倍数可能不同也可能相同。‎ 角度2　外界条件对转化率或产率的影响 ‎3．(2017·成都模拟)工业上采取下列方法消除NO2污染：CH4(g)＋2NO2(g)N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－867 kJ/mol，下列说法正确的是(　　)‎ A．冷却使水液化可提高NO2的平衡转化率 ‎ B．提高反应温度，平衡常数增大 C．缩小容器的体积，逆反应速率增大的程度比正反应速率增大的程度小 D．加入合适的催化剂可提高NO2的平衡转化率 A　[选项A，减小反应产物浓度，平衡向正反应方向移动，NO2的平衡转化率增大，正确；选项B，升温平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，错误；选项C，缩小容器体积相当于加压，平衡向逆反应方向移动，逆反应速率增大的程度更大，错误；选项D，使用催化剂对平衡的移动无影响，错误。]‎ ‎4．(2015·全国卷Ⅱ 节选)甲醇既是重要的化工原料，又可作为燃料，利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂作用下合成甲醇。发生的主要反应如下：‎ ‎①CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH1<0‎ ‎②CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH2‎ ‎③CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH3>0‎ 回答下列问题： ‎ ‎【导学号：99682226】‎ ‎(1)反应①的化学平衡常数K表达式为________；图1中能正确反映平衡常数K随温度变化关系的曲线为________(填曲线标记字母)，其判断理由是________。‎ 图1‎ ‎(2)合成气组成n(H2)/n(CO＋CO2)＝2.60时，体系中的CO平衡转化率(α)与温度和压强的关系如图2所示。α(CO) 值随温度升高而________(填“增大”或“减小”)，其原因是_____________________________________________；‎ 图2中的压强由大到小为________，其判断理由是____________________。‎ 图2‎ ‎[解析]　(1)根据化学平衡常数的书写要求可知，反应①的化学平衡常数为K＝。‎ 反应①为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，平衡常数K减小，故曲线a符合要求。‎ ‎(2)由图2可知，压强一定时，CO的平衡转化率随温度的升高而减小，其原因是反应①为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，反应③为吸热反应，温度升高，平衡正向移动，又使产生CO的量增大，而总结果是随温度升高，CO的转化率减小。‎ 反应①的正反应为气体总分子数减小的反应，温度一定时，增大压强，平衡正向移动，CO的平衡转化率增大，而反应③为气体总分子数不变的反应，产生CO的量不受压强的影响，因此增大压强时，CO的转化率提高，故压强p1、p2、p3的关系为p1＜p2＜p3。‎ ‎[答案]　(1)K＝[或Kp＝]　a　反应①为放热反应，平衡常数数值应随温度升高而变小 ‎(2)减小　升高温度时，反应①为放热反应，平衡向左移动，使得体系中CO的量增大；反应③为吸热反应，平衡向右移动，又使产生CO的量增大；总结果，随温度升高，使CO的转化率降低 p3＞p2＞p1　相同温度下，由于反应①为气体分子数减小的反应，加压有利于提升CO的转化率；而反应③为气体分子数不变的反应，产生CO的量不受压强影响。故增大压强时，有利于CO的转化率升高 ‎5．(2016·全国甲卷节选)丙烯腈(CH2===CHCN)是一种重要的化工原料，工业上可用“丙烯氨氧化法”生产，主要副产物有丙烯醛(CH2===CHCHO)和乙腈(CH3CN)等。回答下列问题： ‎ ‎【导学号：99682227】‎ ‎(1)以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副产物丙烯醛(C3H4O)的热化学方程式如下：‎ ‎①C3H6(g)＋NH3(g)＋O2(g)===C3H3N(g)＋3H2O(g)　ΔH＝－515 kJ·mol－1‎ ‎②C3H6(g)＋O2(g)===C3H4O(g)＋H2O(g)　ΔH＝－353 kJ·mol－1‎ 有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是__________；提高丙烯腈反应选择性的关键因素是________。‎ ‎(2)图(a)为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线，最高产率对应的温度为‎460 ℃‎。低于‎460 ℃‎时，丙烯腈的产率________(填“是”或“不是”)对应温度下的平衡产率，判断理由是_____________________________________；‎ 高于‎460 ℃‎时，丙烯腈产率降低的可能原因是________(双选，填字母)。‎ A．催化剂活性降低 B．平衡常数变大 C．副反应增多 D．反应活化能增大 图(a)　　　　　　　　　　　　图(b)‎ ‎(3)丙烯腈和丙烯醛的产率与n(氨)/n(丙烯)的关系如图(b)所示。由图可知，最佳n(氨)/n(丙烯)约为________，理由是__________________________。‎ 进料气氨、空气、丙烯的理论体积比约为________。‎ ‎[解析]　(1)由于反应①是一个气体分子数增加的放热反应，降温、减压均有利于提高丙烯腈的平衡产率。有机反应中要提高某反应的选择性，关键是选择合适的催化剂。‎ ‎(2)由于反应①是放热反应，温度降低，平衡右移，丙烯腈的平衡产率应增大，因此图(a)中‎460 ℃‎以下的产率不是对应温度下的平衡产率。反应①的平衡常数随温度的升高而变小，反应的活化能不受温度的影响，故当温度高于‎460 ℃‎时，丙烯腈的产率降低的可能原因是催化剂活性降低和副反应增多。‎ ‎(3)由图(b)可知，当n(氨)/n(丙烯)＝1时，丙烯腈的产率最高，而丙烯醛的产率已趋近于0，如果n(氨)/n(丙烯)再增大，丙烯腈的产率反而降低，故最佳n(氨)/n(丙烯)约为1。空气中O2的体积分数约为，结合反应①方程式及最佳n(氨)/n(丙烯)约为1可知，进料气氨、空气、丙烯的理论体积比应为1∶∶1＝1∶7.5∶1。‎ ‎[答案]　(1)降低温度，降低压强　催化剂 ‎(2)不是　该反应为放热反应，平衡产率应随温度升高而降低　AC ‎(3)1　该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙烯醛产率最低　1∶7.5∶1‎ 平衡移动与转化率的关系 ‎(1)若有多种反应物，增大某一反应物的浓度，则另外的反应物的转化率增大而自身的减小。‎ ‎(2)若只有一种反应物时(恒温恒容)‎ 反应实例 反应物 的浓度 平衡 移动 转化率 变化 产物百 分含量 ‎2SO3(g) ‎2SO2(g)＋O2(g)‎ 增大 正向 减小 减小 ‎2NO2(g) N2O4(g)‎ 增大 正向 增大 增大 ‎2HI(g)I2(g)＋‎ H2(g)‎ 增大 正向 不变 不变 ‎[课堂小结·反馈达标1＋1]　　　　　　全新理念　探究高考　明确考向　　　‎ ‎1．一组判断，展示高考易误点 ‎(1)利用气体的总压、平均相对分子质量和密度不变均可作为反应到达平衡标志。(　　)‎ ‎(2)当同一物质的v(正)＝v(逆)时，反应一定达到平衡状态。(　　)‎ ‎(3)在一固定容积的容器中发生C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)反应，当气体密度不变时，说明反应已达平衡。(　　)‎ ‎(4)往平衡体系FeCl3＋3KSCNFe(SCN)3＋3KCl中加入KCl固体，平衡将向逆反应方向移动，溶液颜色将变浅。(　　)‎ ‎(5)对于2NO2(g)N2O4(g)平衡体系，扩大体积减小压强，再达到平衡时颜色变深。(　　)‎ ‎(6)对于密闭容器中的可逆反应mX(g)＋nY(s)pZ(g)　ΔH<0，达化学平衡后，通入氦气，化学平衡一定发生移动。 (　　)‎ ‎(7)升高温度，平衡向吸热反应方向移动，此时v吸增大，v放减小。(　　)‎ ‎(8)通过改变一个条件使某反应向正反应方向移动，转化率一定增大。(　　)‎ ‎(9)若平衡发生移动，则v正和v逆一定改变，同理v正、v逆改变，平衡一定移动。(　　)‎ ‎(10)对于2NH3N2＋3H2反应，恒温恒容下再充入一定量的NH3，NH3的转化率增大。(　　)‎ ‎(11)对于任何可逆反应，改变体系的温度，平衡一定发生移动。(　　)‎ ‎(12)ΔH<0，ΔS>0的反应一定自发进行。(　　)‎ ‎[答案]　(1)×　(2)√　(3)√　(4)×　(5)×　(6)×　(7)×　(8)×　(9)×　(10)×　(11)√　(12)√‎ ‎2．一题串知，覆盖高考考什么 ‎ (2014·全国卷Ⅱ)在容积为‎1.00 L的容器中，通入一定量的N2O4，发生反应N2O4(g)2NO2(g)，随温度升高，混合气体的颜色变深。‎ ‎(1)密闭容器中进行的反应：N2O4(g)2NO2(g)‎ ‎①当容器中混合气体的颜色不变时，反应是否处于平衡状态？________。‎ ‎②当容器中气体的压强不变时，反应是否处于平衡状态？________。‎ ‎③当v正(N2O4)＝v逆(NO2)时，反应是否处于平衡状态？________。[考查化学平衡状态的判定标志]‎ ‎(2)密闭容器中进行的反应：N2O4(g)2NO2(g)　ΔH，则ΔH________0(填“>”或“<”)。[考查温度对平衡的影响]‎ ‎(3)在容器中，再充入少量N2O4，平衡向________方向移动，N2O4的体积分数变________(填“大”或“小”，下同)，N2O4的转化率变________。[考查浓度对平衡的影响]‎ ‎(4)一定温度下，在容积为‎1.00 L的容器中，通入0.100 mol的N2O4,60 s时，反应达到平衡状态(见图表)，则N2O4的转化率为________，反应的平衡常数K＝________ mol·L－1。[考查反应达到平衡时各量的计算]‎ ‎(5)相同温度下，若将容器容积缩小一半，平衡N2O4(g)2NO2(g)向________方向移动，NO2的含量变________(填“大”或“小”)。[考查压强对平衡的影响]‎ ‎[答案]　(1)①是　②是　③不是　(2)>　(3)正反应　大　小　(4)60%　0.36　(5)逆反应　小