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高二化学教案:《化学反应的方向》教学设计

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  1.了解自发过程和化学反应的自发性。2.通过“有序”和“无序”的对比,了解熵和熵变的概念。3.初步了解焓变和熵变对化学反应方向的影响,能用焓变和熵变说明化学反应的方向。

  自然界中的自发过程,都有由能量较高状态向能量较低状态转化的倾向;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。

  用来度量体系混乱程度的物理量。熵值越大,混乱程度越大。符号为S。单位:J?mol-1?K-1。

  体系能量降低(H0)和混乱度增大(S0)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。在恒温、恒压时:

  解析多数能自发进行的反应都是放热反应,并不是所有自发进行的反应都是放热反应,既然说“多数”,必定存在特例,所以只能说“焓变是影响反应是否具有自发性的一个重要因素,但不是唯一因素”。

  解析从焓变的角度分析,化学反应有由高能状态向低能状态转化、使体系能量降低的趋势,表现为放热反应较易进行。

  解析(NH4)2CO3的分解为吸热反应,而吸热反应不易自发进行;根据焓变与熵变对化学反应的共同影响,该反应熵值一定增大。

  解析一般来讲,组成物质的原子种类相同时,一个分子中的原子数目越多,其混乱度就越大,熵值也越大;对于同一种物质,S(g)S(l)S(s)。根据以上的规律可知,对于(1),S(气态甲醇)S(液态苯)S(固态苯)。

  5.某反应:A===B+C在室温下不能自发进行,在高温下能自发进行,对该反应过程H、S的判断正确的是()

  解析由题意知:该反应在室温下不能自发反应,而高温下能自发进行。根据H和S对反应方向的共同影响可推知:H0,S0。

  解析放热反应常常是容易进行的过程,吸热反应有些也是自发的;自发反应的熵不一定增大,可能减小,也可能不变;过程的自发性只能用于判断过程的方向,是否能实现还要看具体的条件,能量判据和熵判据要综合考虑利用,不能简单地单一使用。故选C。

  3.在图中A、B两容器里,分别收集着两种互不作用的理想气体。若将中间活塞打开(如图所示),两种气体分子立即都分布在两个容器中。这是一个不伴随能量变化的自发过程。关于此过程的下列说法不正确的是()

  解析根据题意H=0,S0,由H-TS推知该过程能自发进行,气体扩散为熵增过程,而其逆过程不能自发进行。

  解析由热化学方程式可知,石墨比金刚石能量低,1 mol石墨转化为1 mol金刚石需吸收1.9 kJ的热量,金刚石转化为石墨是放热反应,因此金刚石转化为石墨是自发进行的过程。物质所具有的能量越低越稳定。

  点拨:那些不用借助外力就可以自动进行的自发过程的共同特点是:体系趋于从高能状态转变为低能状态(这时体系会对外部做功或释放热量),这就是所谓的能量判据。但是自动进行的自发反应不一定都是由高能状态到低能状态的过程,例如,硝酸铵溶于水。因而只使用能量判据来确定变化过程的方向是片面的。对具体反应需应用能量判据和熵判据综合进行分析,即凡是能够使体系能量降低、熵增大的方向就是化学反应容易进行的方向。

  8.某化学科研小组研究在其他条件不变时,改变某一条件对反应[可用aA(g)+bB(g) cC(g)表示]化学平衡的影响,得到如图所示图象(图中p表示压强,T表示温度,n表示物质的量,表示平衡转化率,表示体积分数):

  (1)在图象反应Ⅰ中,若p1p2,则此正反应为________(填“吸热”或“放热”)反应,也是一个气体分子数________(填“减少”或“增大”)的反应,由此判断,此反应自发进行,必须满足的条件是________。

  解析本题涉及图象的分析及化学平衡的移动和反应进行的方向等知识点。反应Ⅰ中恒压下温度升高,(A)减小,即升高温度平衡向左移动,则正反应为放热反应,H0;由p1p2知恒定温度时压强越大,(A)越大,即增大压强平衡向右移动,说明此反应为气体分子数减少的反应(a+bc),即为熵减反应,S0。放热、熵减反应只能在低温下自发进行。反应Ⅱ中T1温度下反应先达到平衡状态,说明T1T2;温度越高,平衡时C的物质的量越小,即升高温度平衡

  向左移动,则正反应为放热反应,H0。反应Ⅲ中在恒温下压强变化对(A)没有影响,说明压强变化不能影响平衡,此反应为气体分子数不变的反应(a+b=c),反应过程中熵变很小,S0,若T1T2,恒压下温度越高(A)越小,说明升高温度平衡向左移动,正反应为放热反应,H0,则H-TS0,反应能自发进行。

  [目标要求]1.了解化学反应的可逆性,了解可逆反应的概念、特点。2.理解化学平衡建立的过程。3.理解化学平衡的特征。

  在一定条件下,既能向正反应方向进行,同时又能向逆反应方向进行的反应。如:N2+3H2 2NH3。

  在一定条件下,当正、逆两个方向的反应速率相等时,反应体系中所有参加反应的物质的质量或浓度可以保持恒定。

  解析A、B项的反应不是在同一条件下进行,不属于可逆反应;D项反应能进行到底,不属于可逆反应;同一条件下,Cl2与水反应生成HCl和HClO,同时,HCl和HClO反应生成Cl2与水,属于可逆反应。

  解析可逆反应中,反应体系中各物质一定共存,如果B、C选项中的数据存在,则Z的浓度为0,这是不可能的,A选项符合题意;又因为该反应是总体积不变的反应,达到平衡时,不论X2、Y2、Z怎么变化,总物质的量不会改变,总浓度也不会改变,即:c(X2)+c(Y2)+c(Z)=0.6 mol?L-1。

  解析断裂反应物的化学键和形成生成物的化学键都表示正反应,断裂生成物的化学键和形成反应物的化学键都表示逆反应,只要抓住反应方向相反和物质的生成和消耗量符合反应方程式,问题便可解决。

  4.在一定条件下,反应:2NO+O2 2NO2在定容容器中发生,对该反应达到平衡的标志的描述中,错误的是()

  解析该反应为物质的量改变的反应,在定容容器中,建立平衡的过程会有压强的改变、总分子数的改变、颜色的改变,一旦这些可变量不变了,则证明平衡建立了,而总质量在任何情况下都不发生变化。

  解析该反应是等体积反应,压强不随时间变化,不能证明为平衡状态。平均式量不随时间变化也不能证明为平衡状态。如果不是等体积反应,则这两种情况都能证明为平衡状态。

  1.在密闭容器中,充入SO2和18O原子组成的氧气,在一定条件下开始反应,在达到平衡后,18O存在于()

  解析该反应是可逆反应,正反应、逆反应同时存在;化学平衡是动态平衡,正反应发生时,18O存在于SO3中,逆反应发生时,SO3中的18O又可以转化到SO2中。

  2.可逆反应aA(g)+bB(g) cC(g)的正、逆反应速率可用各反应物或生成物浓度的变化来表示。下列各关系式中能说明反应已达到平衡状态的是()

  解析当正反应速率等于逆反应速率时,可逆反应达到平衡状态。正、逆反应速率相等有以下几种表现形式:若用同一物质表示:v正=v逆;若用不同物质表示v逆∶v正=化学方程式中的化学计量数之比。根据化学方程式中A、B、C间的计量关系,可知上述四个选项中,只有bv正(A)=av逆(B)表示正、逆反应速率相等。

  3.可逆反应2HI(g) H2(g)+I2(g)在密闭容器中进行,下列能说明该反应已达到平衡状态的是()

  解析该反应为体积不变的反应,总分子数不变、压强不变不证明平衡已建立,H2、I2都是生成物且计量数相等,二者浓度相等也不能证明平衡已建立。

  ①单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2②单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO③用NO2、NO、O2的物质的量浓度变化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混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态

  5.3 mol H2和1 mol N2放入密闭容器中,使用催化剂发生反应:N2+3H2 2NH3,从反应开始到平衡过程中,不可能出现的是()

  解析可逆反应不可能进行到底。当生成2 mol NH3时,N2和H2的物质的量均为0,这种情况不可能出现。

  ①混合气体的压强②混合气体的密度③B的物质的量浓度④气体的总物质的量⑤混合气体的平均相对分子质量⑥物质C的百分含量⑦各气体的物质的量

  (1)判断反应达到平衡状态的根本标志是v(正)=v(逆)和反应混合物中各组成成分的百分含量不变。

  解析A(s)+2B(s) C(g)+D(g)是反应前后气体体积相等的反应,不管是否平衡,混合气体的压强始终不变,气体的总物质的量也不变,不是判断是否达到平衡的标志。

  7.某体积可变的密闭容器,盛有适量的A和B的混合气体,在一定条件下发生反应:A+3B 2C。若维持温度和压强不变,当达到平衡时容器的体积为V L,其中C气体的体积占10%。下列推断正确的是()

  ①原混合气体的体积为1.2V L②原混合气体的体积为1.1V L③反应达到平衡时气体A消耗掉0.05V L ④反应达平衡时气体B消耗掉0.05V L

  解析此反应的正反应是放热反应,升高温度,正、逆反应速率都增大,但平衡逆移,故A错;加入催化剂,能同等程度地提高正、逆反应速率,故C正确;平衡时,各成分的反应速率保持不变,但不为0,故B正确;消耗CO为v(正),消耗N2为v(逆),当单位时间内消耗CO和N2的物质的量之比为2∶1时,均换算为CO的反应速率,得v(正)=v(逆),达平衡,故D正确。

  (3)当反应进行到v正与v逆________时,此可逆反应就达到了平衡,若保持外界条件不变时,反应混合物中各组分的物质的量、物质的量浓度、质量分数、体积分数、反应物的转化率和生成物的产率及体系的总压强(或各组分的分压)都将________。

  解析根据反应的化学方程式知,v(A)∶v(B)∶v(C)=1∶2∶2,则c(A)∶c(B)∶c(C)=1∶2∶2,此时可判断c(B)=c(C),因为此反应中B的消耗量等于C的生成量,又等于B的剩余量,则B消耗了原来的一半,即1 mol,同时A消耗了0.5 mol。

  11.将一定量的SO2和含0.7 mol氧气的空气(忽略CO2)放入一定体积的密闭容器中,550 ℃时,在催化剂作用下发生反应:2SO2+O2 2SO3(正反应放热)。反应达到平衡后,将容器中的混合气体通过过量NaOH溶液,气体体积减少了21.28 L;再将剩余气体通过焦性没食子酸的碱性溶液吸收O2,气体的体积又减少了5.6 L(以上气体体积均为标准状况下的体积)。(计算结果保留一位小数)

  解析(1)由定义判断b正确;由于恒温恒容下的非等体积反应,压强不变说明气体的总物质的量不变,反应达平衡,c正确;由=mV中m和V都是定值,故也始终不变,无法判断是否达到平衡,e错误;SO2和SO3的浓度大小关系不能作为平衡判定标志,a错;d中SO3的生成速率和SO2的消耗速率任意时间点都相等,d错。

  (2)由化学平衡的影响因素可知:恒容下充入N2不改变反应混合物各成分浓度,平衡不移动;充入O2则增大了反应物O2的浓度,提高了SO2的转化率;催化剂不改变平衡,无法影响SO2的转化率;升高温度会使平衡逆向移动,降低SO2的转化率。

  [目标要求]1.知道化学平衡常数的含义。2.能运用化学平衡常数对化学反应进行程度的判断。3.能利用化学平衡常数计算反应物的转化率。

  (1)K值越大,说明正反应进行的程度越大,反应物的转化率越大;反之就转化越不完全,转化率就越小。

  解析大量实验证明,化学平衡常数决定于两个方面的因素:化学反应的本身和反应体系的温度,与起始浓度等其他外界条件没有任何关系。

  3.在某温度下,将2 mol A和3 mol B充入一密闭容器中发生反应:aA(g)+B(g) C(g)+D(g),5 min后达平衡。已知各物质的平衡浓度关系为c(A)a?c(B)=c(C)?c(D)。若在温度不变的情况下,将容器的容积扩大为原来的10倍,A的转化率不发生变化,则B的转化率为()

  (2)降低温度,该反应的K值________(填“增大”、“减小”或“不变”,下同),二氧化硫的转化率________,化学反应速率________。

  解析(1)化学平衡常数是指在一定温度下,达到平衡的可逆反应里生成物浓度的系数次方的乘积与反应物浓度的系数次方的乘积之比,故K=c2?SO3?c2?SO2??c?O2?。

  (2)降低温度,平衡向正反应方向移动,反应物浓度减小,生成物浓度增大,故K值增大,二氧化硫转化率增大,但化学反应速率随温度的降低而减小。(有关化学平衡移动的知识下节介绍)

  5.在一定温度下,一定体积的密闭容器中有如下平衡:H2(g)+I2(g) 2HI(g)。已知H2

  解析平衡常数是生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值,但固体浓度视为1,不写入平衡常数计算式中。

  解析对于给定的可逆反应体系,化学平衡常数越大,反应进行的程度越大,A项正确;化学平衡常数与温度升降的关系视具体反应而定,对于放热反应,温度越高,K越小;对于吸热反应,温度越高,K越大。

  解析要判断NO、H2O、CO2这三个化合物分解放氧的倾向,则必须求出各个分解放氧反应的平衡常数,然后比较大小即可。由计算可知:

  (2)在上述温度下,该容器中若通入H2和I2蒸气各0.2 mol,试求达到化学平衡状态时各物质的浓度。

  8.在一个容积为500 mL的密闭容器中,充入5 mol H2和2 mol CO。在一定温度和一定压强下,发生如下反应:

  如果降低温度,该反应K值____________,化学反应速率______,N2的转化率______。(填“增大”、“减小”或“不变”)

  (2)在500℃、20 MPa时,将N2、H2置于一个容积为2 L的密闭容器中发生反应,反应过程中各种物质的物质的量随时间的变化如图所示,回答下列问题:

  ________________,达第二次平衡时,新平衡的平衡常数K2______K1(填“大于”、“小于”或“等于”)。

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