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
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＋2CO2CO2＋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0
v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＋3KSCNFe(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2NH3N2＋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
