化学选择性必修1本章复习精品学案设计

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化学反应的方向
第1节
一、化学反应的方向
自然界中发生的变化会有一定的方向性。化学反应也具有方向性。
1. 化学反应的方向与焓变
(1)放热反应过程中体系能量降低，因此具有自发进行的倾向，科学家提出用焓变(能量变化)来判断反应进行的方向，这就是焓判据(能量判据)。
(2)焓变与化学反应进行方向的关系
①多数放热反应是自发进行的。例如燃烧反应、中和反应等。
②有些吸热反应也可以自发进行，如：
2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g) ΔH＝＋109.8 kJ·ml－1。
结论：只用焓判据判断反应是否自发进行不全面。
2. 化学反应的方向与熵变
(1)熵
①定义：衡量一个体系混乱度的物理量，其符号为S。
②特点：混乱度越大，体系越无序，体系的熵值就越大。
(2)熵变
①定义：反应前后体系熵值的变化，记为ΔS。
②计算式：ΔS＝S(生成物)－S(反应物)。
③熵的比较
1. 同种物质的 S(g)>S(l)>S(s)；同类物质的摩尔质量越大，熵越大，如甲烷的熵小于乙烷。
2. 对于有气体参加的反应，若反应后气体分子数增加，该反应的 ΔS>0；若反应后气体分子数减少，该反应的ΔS<0；若反应前后气体分子数不变，该反应的 ΔS 变化很小。
(3)熵判据
体系有自发地向混乱度增加(即熵增)的方向转变的倾向，因此可用熵变来判断反应进行的方向。
二、焓变与熵变对反应方向的共同影响
1．化学反应方向的判断
(1)焓变和熵变都与反应自发性有关，又都不能独立地作为反应自发性的判据，要判断反应进行的方向，必须综合考虑体系的焓变和熵变。
(2)可以利用以下公式进行判断，ΔH－TΔS。
ΔH－TΔS<0，反应能自发进行；
ΔH－TΔS＝0，反应达到平衡状态；
ΔH－TΔS>0，反应不能自发进行。
2.温度对化学反应方向的影响
当焓变和熵变的作用相反且相差不大时，温度有可能对反应的方向起决定性的作用，ΔH、ΔS与反应方向的关系如图所示。
第2节
化学反应的限度
一、化学平衡常数
1．化学平衡常数的概念
在一定温度下，可逆反应无论从正反应方向开始，还是从逆反应方向开始，也无论反应开始时反应物和生成物的浓度大小，当达到平衡时，生成物浓度幂的乘积除以反应物浓度幂的乘积的比值是个常数，这个常数叫做该反应的化学平衡常数，简称平衡常数，用符号 K 表示。
化学平衡常数是定量描述化学反应限度的物理量。
2.化学平衡常数表达式
对于可逆反应：aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)，在一定温度下，化学平衡常数表示式K＝eq \f(cc(C)•cd(D),ca(A)•cb(B))。
平衡常数的表达式必须与化学方程式相对应。在稀溶液中进行的反应，如果反应中有水参加，水的浓度不必写在平衡常数的表达式中，因为水的浓度被视为常数。当有固体和纯液体参与反应时，固体和纯液体的浓度也不写入平衡常数的表达式中。
3．化学平衡常数的意义
平衡常数的大小反映了化学反应进行的程度(也叫反应的限度)。
K值越大，表示反应进行得越完全，平衡时反应物的转化率越大，当K＞105时，该反应就进行得基本完全了；K值越小，表示反应进行得越不完全，平衡时反应物的转化率越小。
4．化学平衡常数的影响因素
(1)内因：不同的化学反应及化学方程式的书写形式是决定化学平衡常数的主要因素。
(2)外因：在化学方程式一定的情况下，K只受温度影响。
5.化学平衡常数表达式与化学方程式的书写有关。若反应方向改变、化学计量数等倍扩大或缩小，化学平衡常数也会改变。
已知两反应的平衡常数分别为K1、K2。
①若两反应互为逆反应，则K1•K2＝1。
②若两反应的反应物和生成物相同，反应1的系数是反应2的n倍，则K1＝Keq \\al(n,2)。
③若两反应相加，则总反应的平衡常数K＝K1•K2。
④若两反应相减，则总反应的平衡常数K＝eq \f(K1,K2)。
二、平衡转化率
1.定义
某一反应物的平衡转化率α等于该物质在反应中已转化的量(如物质的量、物质的量浓度等)与该物质起始总量的比值。
2.表达式
平衡转化率α＝eq \f(该反应物的起始总量－该反应物的平衡量,该反应物的起始总量)×100%
对于反应aA＋bBcC＋dD，反应物A的平衡转化率为α(A)＝eq \f(c0(A)－c(A),c0(A))×100%，式中c0(A)和c(A)分别表示A的初始浓度和A的平衡浓度。
3.意义
反应的平衡转化率能表示在一定温度和一定起始浓度下反应进行的限度。
三、化学平衡的移动
1.浓度商：对于一般的可逆反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，在任意时刻的eq \f(cpC·cqD,cmA·cnB)称为浓度商，常用Q表示，即Q＝eq \f(cpC·cqD,cmA·cnB)。
当Qc＝K时，v(正)＝v(逆)，反应处于平衡状态；
当Qcv(逆)，反应向正反应方向进行；
当Qc>K时，v(正)2.浓度对化学平衡的影响
(1)增大反应物浓度或减小生成物浓度，平衡向正反应方向移动。
(2)增大生成物浓度或减小反应物浓度，平衡向逆反应方向移动。
3.温度对化学平衡的影响
（1）平衡常数与温度有关。温度对化学平衡的影响改变了平衡常数。
（2）温度升高，会使化学平衡向着吸热反应的方向移动直至体系达到新的平衡状态；温度降低，会使化学平衡向着放热反应的方向移动直至体系达到新的平衡状态。
4.压强对化学平衡的影响
（1）有气体参与的可逆反应，在其他条件不变的情况下，增大压强会使化学平衡向着气体分子数减小的方向移动；减小压强，会使化学平衡向着气体分子数增大的方向移动。
对于aA(g)bB(g)反应，通过减小(或增大)容器的体积以增大(或减小)压强。
Ⅰ.若a＞b，即正反应方向是气体分子数目减小的反应，增大压强，平衡正向(或向气体分子数减小的方向)移动，减小压强，平衡逆向(或向气体分子数增大的方向)移动。
Ⅱ.若a＝b，即反应前后气体分子数目不变的反应，改变反应体系的压强，平衡不发生移动。
（2）压强增大或减小是利用减小容器的体积或增大容器体积实现的，即缩小容器体积⇒压强增大⇒物质浓度增大⇒平衡移动。
（3）压强变化对于没有气体参与的反应不影响。
5、勒夏特列原理
（1）内容：如果改变影响平衡的条件之一(如温度、压强，以及参加反应的化学物质的浓度)，平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。
（2）平衡移动的结果是“减弱”外界条件的影响，而不是“消除”外界条件的影响，更不是“扭转”外界条件的影响。
第3节
化学反应的速率
一、化学反应速率的表示方法
1．表示方法：用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示。
表达式：v＝eq \f(Δc,Δt)。
2．单位：常用ml•L－1•s－1或ml•L－1•min－1等。
3．同一反应中不同物质的化学反应速率的表示
对任意一个化学反应mA＋nB===pY＋qZ，反应体系中各物质的浓度分别表示为c(A)、c(B)、c(Y)和c(Z)，则反应速率分别表示为v(A)＝eq \f(Δc(A),Δt)，v(B)＝eq \f(Δc(B),Δt)，v(Y)＝eq \f(Δc(Y),Δt)，v(Z)＝eq \f(Δc(Z),Δt)。
同一时间内，各物质浓度变化量之比等于化学方程式计量数之比，即Δc(A)：Δc(B)：Δc(Y)：Δc(Z)＝m：n：p：q，所以v(A)：v(B)：v(Y)：v(Z)＝m：n：p：q。
4．根据eq \f(Δc,Δt)求得的反应速率是时间间隔Δt内化学反应的平均速率。
二、影响化学反应速率的因素
1.基元反应和反应历程
（1）基元反应：由反应物只经一步就转化成生成物的反应，称为基元反应。
由多步完成的称为非基元反应或复杂反应，其中的每一步都是一个基元反应。
（2）反应历程：化学反应所经过的步骤，称为反应历程或反应机理。反应历程是用一系列的基元反应来描述的。
（3）我们平时所写的化学方程式只能表示出反应物和生成物之间的化学计量关系。化学反应速率与反应历程有关，相同的反应，条件不同反应历程不同，化学反应速率也不同。
2.碰撞理论——化学反应的微观条件
①活化分子：化学反应中，能量较高、有可能发生有效碰撞的分子。
②活化能：活化分子的平均能量与所有分子的平均能量之差。
③用碰撞理论理解化学反应的过程
④有效碰撞与化学反应速率的关系
有效碰撞的频率越高，则反应速率越快。
3.过渡态理论
(1)过渡状态理论简介：反应物转化为生成物的过程中要经过能量较高的过渡状态。如图所示：Ea是正反应的活化能，E′a 是逆反应的活化能。
(2)过渡态理论对催化剂影响化学反应速率的解释：
使用催化剂→改变了反应的路径(如图)，反应的活化能降低→活化分子的百分数增大→反应速率加快。
4.内因对化学反应速率的影响
在相同条件下，反应速率首先是由反应物自身的性质决定的。
5．外界条件对化学反应速率的影响
第4节
工业合成氨
一、合成氨适宜生产条件的选择
1、理论分析：
（1）在温度一定时，增大压强有利于提高平衡混合物中氨的含量；在压强一定时，降低温度有利于提高平衡混合物中氨的含量。
（2）升高温度、增大压强及使用催化剂等都可以使合成氨的化学反应速率增大。
（3）目前，工业上通常采用以铁为主的催化剂，在 500℃左右、20 ～ 50 MPa、氢氮比为 2.8 ～ 2.9 的条件下合成氨。
二、工业合成氨的生产流程
合成氨的工业生产主要包括造气、净化与合成三个步骤。
1. 造气
原料气中氮气来自空气，氢气则用水、煤、天然气、石油等为原料制得。如以天然气为原料制取氢气，反应可简单表示为：
H2O + CH4 CO + 3H2
H2O + CO CO2+ H2
2. 净化
在制取原料气的过程中，常混有一些杂质气体，其中如 H2S、CO 等杂质会使合成氨所用的催化剂中毒，所以必须除去。
3. 合成
从合成塔出来的混合气体中氨含量为10% ～ 20%，需要将产品氨与未反应的 H2、N2 分离，将未反应的 H2、N2 作为循环气再返回合成塔。合成氨反应为放热反应，可通过热交换器有效利用此反应热来预热反应前的 H2、N2，降低合成氨的成本。
条件变化
活化能
单位体积内
活化分子百分数
单位时间内有效碰撞的次数
化学反应
速率
分子总数
活化分子数
浓度
增大
不变
增多
增多
不变
增多
增大
减小
不变
减少
减少
不变
减少
减小
压强
增大(减小容器容积)
不变
增多
增多
不变
增多
增大
减小(增大容器容积)
不变
减少
减少
不变
减少
减小
温度
升高
不变
不变
增多
增大
增多
增大
降低
不变
不变
减少
减小
减少
减小
使用催化剂
减小
不变
增多
增大
增多
增大