第22讲 化学反应的方向与限度
化学反应的方向速率和限度
等温等压的封闭体系内，不作非体积功的前提下，
任何自发过程总是朝着吉布斯自由能（ G=H-
TS衡），减小的方向进行，rGm
=0 时，反应达平
体系的 G 降低到最小值，此式为著名的吉布斯最
小自由能原理。
（五）热化学反应方向的判断
1 、标准状态下，反应方向的判断
标准态下，rG吉m 布斯r公H m式变T 为
0K 时，任何纯净的完整晶态物质的熵值 规定为 0 ，即 So=0.
若一纯晶体从 过程的熵变S量
0K→TK ：
其熵值为
ST
，则此
S =ST-S0=ST-0=ST—— 即该纯物质在 TK 时的熵。
在 TK ，标准态下，某单位物质的量纯物质的熵值，
称为标准摩尔熵 Sm ，单位为“ J·mol-1·K-1” 。
1878 年美国著名物理化学家吉布斯提出摩尔吉布斯自 由能变量（简称自由能量）rGm ：
在等温、等压条件下， rGm= r Hm -T r Sm —— 吉布斯公式 + +( 吸热 ) -( 熵减 ) 自发过程，反应正向进
行
-
进行
-( 放热 ) +( 熵增 ) 非自发过程，反应逆向
0
平衡状态
分析 NH4Cl （ s ）常温下的溶解， CaCO 3 （ s ）在 850℃ 下的分解均有体系混乱程 度增大的过程发生，及可能还有温度的影 响。
（三）化学反应的熵变
熵——描述物质或体系混乱程 度（粒子运动）大小的物理量（热力学中）。 符号为“ S” ，它也是体系自身的属性，所以 熵也是状态函数，物质（或体系）的混乱度 越大，熵值越大。
/ （ J·mol-1·K-1 ） 92.6
39.75 213.7
化学反应的方向和限度-热力学第二定律
化学反应方向受到温度、压力、浓度等条件的影 响，不同条件下反应方向可能不同。
化学反应限度概念
01
化学反应限度指的是在给定条件下，反应物转化为产物的最 大程度或最终状态。
02
化学反应限度可以通过实验测定，如测定平衡常数、转化率 等参数来描述。
03
开发新能源技术
热力学第二定律对于新能源技术的开发具有重要指导作用，例如在太阳能、风能等可再生能源的利用中，可以通过热 力学分析来提高能量转换效率。
促进环保和可持续发展
热力学第二定律的应用有助于促进化学工业的环保和可持续发展，通过优化能源利用和减少废弃物排放， 降低对环境的负面影响。
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效率无法达到100%。
热力学第二定律还指出了提 高能量转换效率的途径，即 通过减少不可逆损失和降低 环境温度等方式来提高能量 转换效率。
03 化学反应中能量转换与方 向判断
能量转换类型及特点
吸热反应
反应物吸收能量，转化为产物，反应过程中体系温度 升高。
放热反应
反应物释放能量，生成产物，反应过程中体系温度降 低。
熵增原理的意义
揭示了自然界中不可逆过程的普遍性 和绝对性，即一切与热现象有关的实 际宏观过程都是不可逆的。
热力学第二定律与能量转换关系
热力学第二定律指出了能量 转换的方向性和限度，即能 量转换必须遵守热力学第二
定律的限制。
在能量转换过程中，总会有 一部分能量以热能的形式散 失到环境中，导致能量转换
催化剂的选择性
某些催化剂可能对特定的反应具有选择性，即它们可能只 加速某一特定的反应步骤或某一特定的产物生成。
化学反应的方向和限度
化学反应的方向和限度规律和知识点总结：1.可逆反应和不可逆反应：(1)可逆反应：在同一条件下，同时向正、逆反应方向进行的化学反应。
(2)判断一个反应是不是可逆反应就看是不是在同一条件下向正、逆反应方向同时进行。
2.化学反应的方向：(1)自发反应：在一定条件下，无需外界帮助就能自动进行的反应成为自发反应。
无需外界帮助≠在一定条件下才能进行或者不能进行完全的反应，例如：酒精的燃烧需要点燃，铁粉和硫粉的反应需要加热，植物的光合作用需要光照等等的反应，都是自发反应。
因为在所需的条件下，反应一旦发生便能自发进行下去。
因而，自发反应与反应条件没有必然联系。
(2)能量判据：∆H < 0多数能自发进行的化学反应是放热的。
并且反应放出的热量越多，体系能量降低得也越多，反应约完全。
规律：①一般来说，如果一个过程是自发的，则其逆过程往往是非自发的。
②自发反应和非自发反应是可能相互转化的，某一条件下的自发反应可能在另一条件下是非自发反应。
例如2NO + O2＝ 2NO2，在常温下是自发反应，在高温下，其逆反应是自发反应。
③吸热的自发过程或者自发反应：a. 室温下冰块融化b. 硝酸铵的溶解c. N2O5和(NH4)2CO3的分解(3)熵增加判据：∆S > 0常见的熵增加反应：(1)产生气体的反应：例如双氧水的分解(2)高温下能够自发进行的反应：例如碳酸钙高温下分解(4)化学反应方向的判据：在温度、压强一定的条件下，自发反应总是向∆H - T∆S < 0的方向进行。
3.化学平衡状态：(1)研究对象：可逆反应(2)概念：在一定条件下的可逆反应中，正反应速率和逆反应速率相等，反应物各组分浓度保持不变的状态。
(3)化学平衡需要注意的几点：①前提是“一定条件下的可逆反应”②实质是“正反应速率和逆反应速率相等”③标志是“反应混合物中各组分浓度保持不变”(4)化学平衡状态的特征：①逆：可逆反应②等：v正＝ v逆 > 0③动：动态平衡④定：各组分浓度保持不变⑤变：外界条件改变时，化学平衡被破坏，并在新条件下建立新的化学平衡。
《化学反应的方向和限度》 知识清单
《化学反应的方向和限度》知识清单一、化学反应的方向1、自发过程和自发反应自发过程是在一定条件下，不需要外力作用就能自动进行的过程。
而自发反应则是在给定的条件下，能够自发进行到显著程度的化学反应。
例如，水总是自发地从高处流向低处，这就是一个自发过程。
而铁在潮湿的空气中生锈则是一个自发反应。
2、焓变与反应方向在化学反应中，焓变（ΔH）是一个重要的热力学参数。
一般来说，放热反应（ΔH ＜ 0）常常有利于反应的自发进行。
但这并不是绝对的判断依据。
例如，氢气和氧气反应生成水是放热反应，在常温常压下可以自发进行。
然而，氯化铵固体加热分解为氨气和氯化氢气体是吸热反应（ΔH ＞ 0），但在一定条件下也能自发进行。
3、熵变与反应方向熵（S）是用来描述体系混乱度的热力学函数。
熵变（ΔS）则是反应前后体系熵的变化。
对于大多数自发反应，体系的熵通常是增加的（ΔS ＞ 0），因为混乱度增大有利于反应的自发进行。
比如，固体溶解在水中，体系的混乱度增大，熵增加。
但也有一些熵减（ΔS ＜ 0）的反应可以自发进行，这时候焓变往往起到了更关键的作用。
4、综合判断反应方向判断化学反应的方向需要综合考虑焓变（ΔH）和熵变（ΔS）。
根据吉布斯自由能（ΔG）的公式：ΔG ＝ΔH TΔS。
当ΔG ＜ 0 时，反应能自发进行；当ΔG ＝ 0 时，反应达到平衡状态；当ΔG ＞ 0 时，反应不能自发进行。
其中，T 表示热力学温度。
二、化学反应的限度1、化学平衡状态当一个可逆反应进行到一定程度时，正反应速率和逆反应速率相等，反应物和生成物的浓度不再发生变化，这时的状态称为化学平衡状态。
化学平衡状态具有以下特征：（1）动态平衡：正逆反应仍在进行，只是速率相等。
（2）浓度不变：各物质的浓度不再随时间改变。
（3）条件一定：平衡状态的建立与条件有关，条件改变，平衡可能发生移动。
2、平衡常数对于一个特定的可逆反应，在一定温度下，无论起始浓度如何，达到平衡时各物质浓度之间存在一个固定的比例关系，这个比例关系可以用平衡常数（K）来表示。
化学反应的方向和限度
第2节化学反应的方向和限度★考纲要求1．了解化学反应的方向与化学反应的焓变和熵变之间的关系。
2．掌握化学反应在一定条件下能否自发进行的判断依据。
3．能够利用化学反应的焓变和熵变判断化学反应的方向。
4．了解可逆反应的定义。
5．理解化学平衡的定义。
6．理解影响化学平衡的因素。
7．理解化学平衡常数的定义并能进行简单计算。
★高考动向本节重要知识有化学反应进行的方向、化学平衡的概念、特征、化学平衡状态的判断、化学平衡常数的概念及计算。
化学平衡常数的计算是近几年高考新增的热点，化学平衡的判断及计算一直是高考的热点，预测2014年的高考，结合化工生产，综合考查化学平衡的判断及化学平衡常数的计算会有所体现。
★基础知识梳理一、化学反应进行的方向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体系趋向于从高能量状态转变为低能量状态(体系对外部做功或放出热量)。
②在密闭条件下，体系有从有序转变为无序的倾向性(无序体系更加稳定)。
2．化学反应方向的判据(1)焓判据放热过程中体系能量降低，ΔH < 0，具有自发进行的倾向，但有些吸热反应也可以自发进行，故只用焓变判断反应方向不全面。
(2)熵判据①熵：衡量体系混乱_程度的物理量，符号为S。
②熵的大小：同种物质，三种状态下，熵值由大到小的顺序为S(g)>S(l)>S(s) 。
③熵判据体系的混乱度增大，ΔS > 0，反应有自发进行的倾向。
但有些熵减的过程也能自发进行，故只用熵变来判断反应方向也不全面。
(3)复合判据——自由能变化①符号：ΔG，单位：kJ/mol②公式：ΔG＝ΔH－TΔS③应用恒温、恒压下，判断化学反应自发性的判据，不仅与焓变和熵变有关，还与温度有关，可推出下列关系式：a．当ΔH<0，ΔS>0时，ΔG < 0，反应一定自发进行。
b．当ΔH>0，ΔS<0时，ΔG > 0，反应不可自发进行。
化学反应的方向和限度
化学反应的方向和限度1.熵：衡量一个体系混乱度的物理量，符号为S。
体系中微粒之间无规则排列的程度越大，体系的熵越大。
2．熵变：反应前后体系熵的变化，符号为ΔS。
(1)若发生变化后体系的混乱度增大，该过程的ΔS>0；反之，ΔS<0。
(2)同种物质，三态熵值大小顺序为S(g)>S(l)>S(s)。
3．熵变与化学反应方向的关系化学反应的ΔS越大，越有利于反应自发进行。
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。
在恒温、恒压时，1．ΔH<0，ΔS>0，则反应一定能自发进行；2．ΔH>0，ΔS<0，则反应一定不能自发进行；3．ΔH<0，ΔS<0或ΔH>0，ΔS>0，反应可能自发进行，也可能不自发进行，与反应的温度有关。
反应方向的判据为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H2的燃烧是自发反应吗？该过程体系的能量和熵如何变化，说明什么问题？【答案】H2的燃烧属自发反应，该过程放出热量，体系能量降低，但熵减小，说明判断一定反应进行的方向要综合考虑焓判据和熵判据。
1．常见的自发过程和自发反应(1)自然界中水总是从高处往低处流；(2)电流总是从电位高的地方向电位低的地方流动；(3)室温下冰块自动融化；(4)铁器暴露在潮湿空气中会生锈；(5)甲烷与氧气混合遇火就燃烧；(6)锌与CuSO4溶液会自动反应生成Cu和ZnSO4等是自发过程，其逆向都是非自发过程。
2．自发过程和自发反应可被利用来完成有用功。
如向下流动的水可推动机器，甲烷燃烧可在内燃机中被利用来做功，锌与CuSO 4溶液的反应可被设计成原电池，可将氢气燃烧反应设计成燃料电池等。
3．非自发过程要想发生，则必须对它做功，如利用水泵可将水从低处流向高处，通电可将水分解生成氢气和氧气。
化学反应的方向和限度
化学反应的方向和限度
化学反应的方向和限度是描述一种反应发生的过程，反应的进程受到环境条件和反应本身
的限制，这就是化学反应的方向和限度。
常规的化学反应是物质之间的相互作用，这种相
互作用有一定的方向性，它们一起参与到反应中，经过一定的变化，形成更稳定的产物。
我们将理解反应方向和限度对改变化学反应特性和结果至关重要。
反应的方向主要有两种：向前反应和向后反应。
前者是指从反应物本身到产物的反应，是
反应能量减小，热力学有利的反应；后者是指从产物反应到反应物，需要外加一定的能量
才能进行，热力学不利的反应。
对于一个反应，这两种方向反应的反应程度是不同的，反
应方向的不同，也将相应的影响反应的结果。
反应限度是指反应物在一定条件下，以某��单位时间内，转化为稳定产物的最大限度。
它受许多因素的影响，包括反应物的物性、温度、压力、添加剂等。
同样，反应的限度也
会影响反应的结果。
当反应发生之初，反应物的摩尔分数较高，则反应在低转化度下就停止，转化度越低，反应最终的可溶性或最终的产物的选择性也越高。
理解反应的方向和限度有助于更好的控制化学反应，使反应效率最大化，也可以有效的控
制反应的结果和成分。
此外，对反应的总能耗和对环境的污染程度也有帮助。
当反应物在
有限的特定条件下进行反应，可以获得较高的反应程度和转化率，从而减少能耗和减少污
染物的释放。
总而言之，反应的方向和限度是理解和控制化学反应的关键。
可通过观测反应物产物比例、研究反应的温度、压力、添加剂的量，来控制化学反应的方向和限度，使反应在一定的条
件下发挥最佳效果。
化学反应方向和化学反应的限度
一、化学反应的方向
1.自发过程：在一定条件下不需外力帮助（如光、电）
就能自动进行的过程(包括物理变化和化学变化).
2.非自发过程 ：在一定条件下下，需要外界做功才能 进行的过程。
3.自发过程的特征：有明确的方向性 (要逆转必须借助 外界做功)；具有做功的本领。
同条件下，自发变化的逆过程是非自发过程； 自发变化或非自发变化是在给定条件下而言的，若 条件改变，自发过程可转变为非自发过程，而非自发 过程可转变为自发过程；
有序
混乱
2、熵判断
1）熵(S)：衡量一个体系混乱度的物理量叫做熵。 在一个有大量微粒构成的体系中，微粒之间无规则排
列的程度越大，体系的熵越大。
2）熵变：反应前后体系熵的变化叫做反应的熵变。 用△S表示。
△S = S生成物总熵 － S反应物总熵
如果发生反应后体系的混乱度增大，该过程的△S > 0； 反之，发生反应后体系的混乱度减小，△S < 0 。
C. 一个反应能否自发进行取决于该反应放热 还是吸热
D. 一个反应能否自发进行，与焓变和熵变的 共同影响有关
练习：下列说法中正确的是 D
A．某反应低温条件下能自发进行，那么高温条 件下也一定能自发进行
B．某反应高温条件下不能自发进行，那么低温 条件下也不能自发进行
C．反应方向是由焓变和熵变共同决定的，与反 应温度无关
自发进行的原因是 D
A.是吸热反应 B.是熵减少的反应 C.是放热反应 D.熵增大效应大于能量效应
P45 问题解决 几种变化的方向性
变化
焓变 熵变 方向性
CO2(s) → CO2(g)
> 0 > 0 自发进行
2Mg(s) + O2(g) = 2MgO(s) < 0
化学反应的方向和限度ΔH-TΔS=自发ΔH-TΔS＞ΔH
(3)化学平衡常数
对于反应aA(g)＋b
[C]c·[D]d K＝ [A]a·[B]b
cC(g)＋dD(g)
(4)化学平衡常数与化学反应限度的关系 平衡常数的大小反映了化学反应可能进行的程度，K 越大 ，说
明反应可以进行得越完全。
3．平衡转化率
对于上例反应中A(g)的平衡转化率可表示为：
A的初始浓度－A的平衡浓度
应，由于书写方式不同，各反应物、生成物的计量数不同，平衡常 数的表达式也不同，对于给定的化学反应，正、逆反应的平衡常数 互为倒数。
(3)给定化学反应的平衡常数只与温度有关，与其他因素无关。 对于同类型反应，K 的大小反映了化学反应可能进行的程度(限度)， K 越大，反应进行得越完全。
2．平衡转化率 同一反应中的不同反应物的转化率可能不同，但当反应物之间 起始投料物质的量之比恰好等于化学计量数之比时，反应物的平衡 转化率是相等的。 相同条件下，增大某一反应物的浓度，可以提高另一反应物的 转化率，而本身的转化率减小。
1．下列关于判断过程方向的说法正确的是( ) A．所有自发进行的化学反应都是放热反应 B．CO2与NaOH的反应能自发说明反应后熵增大 C．由焓判据和熵判据组合而成的复合判据，将更适合于所有 的过程 D．同一物质的固、液、气三种状态的熵值相同 解析：许多吸热反应也能自发进行，A错；CO2与NaOH的反应 是熵减小的反应，能自发说明该反应是放热反应，B错；同一物质 S(固)<S(液)<S(气)，D错。 答案：C
动； ②反应物浓度减小或生成物浓度增大时，平衡向 逆反应方向 移
动。
(3)压强的影响 ①Δνg＝0，改变压强，化学平衡状态 不变 。 ②Δνg>0，增大压强，平衡逆向 移动； 减小压强，平衡 正向 移动。 ③Δνg<0，增大压强，平衡 正向 移动； 减小压强，平衡 逆向 移动。
知识点总结1 化学反应的方向和限度
知识点1·化学反应的方向和限度一、 化学反应的方向（一）相关概念（1）自发过程：在一定温度和压强下，不需借助光、电等外部力量就能自动进行的过程。
（2） 自发反应：在一定温度和压强下，无需外界帮助就能自动进行的反应，称为自发反应。
注：自发自发过程可以是物理过程，不一定是自发反应。
但自发反应一定是自发过程。
（3） 自发反应与非自发反应注：a. 自发反应与非自发反应是可以相互转化的，某一条件下的自发反应在另一条件下可能是非自发反应。
如常温下，2NO + O 2 == 2NO 2是自发反应；高温下，其逆反应是自发反应。
b. 大部分自发反应在常温常压下即可自发进行且进行完全，如酸碱中和反应等。
但在一定条件下才能进行的反应也可能是自发反应，如氢气的燃烧需要点燃，但属于自发反应，所以自发反应与反应条件无必然联系。
例1-1： 过程的自发性的作用是（ A ）A. 判断过程的方向B. 确定过程是否一定发生C. 判断过程发生的速率D. 判断过程的热效应 例1-2： 下列过程是非自发的是（ D ）A. 水由高处向低处流B. 天然气的燃烧C. 铁在潮湿的空气中生锈D. 室温下水结成冰（二）化学反应方向的判据 1. 反应焓变与反应方向2. 反应熵变与反应方向（1）熵① 熵：在密闭条件下，体系由有序自发地转变为无序的倾向，这种推动体系变化的因素称为熵。
符号：S ，单位：J ·mol -1·K -1或J/(mol ·K)。
② 实质：熵是衡量体系混乱度大小的物理量，即表示体系的不规则或无序状态程度的物理量，是物质的一个状态函数。
熵值越大，体系的混乱度越大。
③ 影响熵（S ）大小的因素a. 同一条件下，不同的物质熵值不同。
b. 同一物质的熵与其聚集状态及外界条件有关，如对同一物质而言：S(g) ＞ S(l) ＞ S(s)。
c. 与物质的量的关系：物质的量越大，分子数越多，熵值越大。
（2）熵变① 熵变：反应前后体系熵的变化称为熵变，符号为：△S ，单位为：J ·mol -1·K -1或J/(mol ·K)。
化学反应的方向与限度
化学反应的方向与限度
化学家从大量的客观事实中发现，绝大多数放热反应在 298 K和101.325 kPa下往往是自发进行的。一百多年前，贝 塞罗（Berthelot）和汤姆逊（Thomson）曾提出根据化学反 应热效应来判断化学反应的自发性。焓变ΔrH 能自发进行，反之，焓变ΔrH为正值的则是非自发反应，且 ΔrH的值越负，自发进行的倾向性就越大。放热反应之所以能 够使反应自发进行是因为反应体系总是趋向最低势能状态。 ΔrH越负，反应放热量越多，反应进行得越完全。但放热反应 并不是判断反应自发性的唯一标准，有些吸热反应在一定条件 下也能自发进行，如碳酸钙的高温分解反应。
化学反应的方向与限度
1. 绝热过程
发生绝热过程时，系统与环境间无热交换，根据热力学第二定 律可以导出：
ΔS≥0(ΔS>0为不可逆过程，ΔS=0为可逆过程) （3-17）
式（3-17）表明，在可逆绝热过程中，系统的熵不变；在不可 逆绝热过程中，系统的熵增加；绝热系统不可能发生ΔS<0的变化， 即一个封闭系统从一个平衡态出发，经过绝热过程到达另一个平衡 态，它的熵不会减少。这个结论是热力学第二定律的一个重要结果， 即在绝热条件下，趋向于平衡的过程使系统的熵增加。
化学反应的方向与限度
尽管反应焓变ΔrH是正值，是吸热反应，但在高温下反 应也能够进行。可见反应能否自发进行除了反应体系倾向最 低势能状态这一原因外，还有其他原因起作用。
化学反应的方向与限度
三、 熵的概念
在研究碳酸钙分解反应中可以发现，排列有序的碳酸钙 晶体除了生成氧化钙以外，还生成了二氧化碳气体，反应前 后物种数增加了，而且反应体系也从一种非常有序的晶体状 态变成了无序的混乱状态，这种混乱程度较大的状态变化就 是使反应能够自发进行的另一个推动力。
第22讲-化学平衡的移动-化学反应进行的方向
第22讲化学平衡的移动化学反应进行的方向基础考点梳理最新考纲1.理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对化学平衡的影响，认识其一般规律。
2．了解化学反应速率和化学平衡的调控在生产和科学研究领域中的重要作用。
自主复习一、影响平衡移动的外界条件1．浓度：在其他条件不变时，反应物浓度增大或生成物浓度减小，平衡正向移动；反应物浓度减小或生成物浓度增大，平衡逆向移动。
2．压强：对于气体分子数不等的可逆反应，在其他条件不变时，增大压强，平衡向体积减小的方向移动；减小压强，平衡向体积增大的方向移动。
对于气体分子数相等的可逆反应，在其他条件不变时，增大或减小压强，平衡不移动。
3．温度：在其他条件不变时，升高温度，平衡向吸热方向移动；降低温度，平衡向放热方向移动。
4．平衡移动原理(勒夏特列原理)概念：如果改变影响化学平衡的一个条件(如：浓度、压强或温度等)，平衡就会向着能够减弱这种改变的方向移动。
二、自发反应在一定条件下无需外界帮助就能自动进行的反应，我们称之为自发反应。
许多化学反应的正反应能自发进行，而其逆反应无法自发进行。
三、化学反应方向的判断依据1．许多自发过程，无论是物理过程还是化学过程，都有由能量较高状态向能量较低状态转化的倾向。
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。
然而，并非所有自发进行的化学反应都是放热的。
2．大多数自发反应有趋向于体系混乱度增大的倾向。
衡量一个体系混乱度的物理量叫做熵。
用符号S表示。
体系中微粒之间无规则排列的程度越大，体系的熵越大。
反应前后体系熵的变化叫做反应的熵变，可用ΔS表示。
3．ΔS>0，发生变化后体系混乱度增大；ΔS<0，发生变化后体系混乱度减小。
4．反应的焓变是制约化学反应能否自发进行的因素之一，除热效应外，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，也就是熵变。
熵变和焓变是影响化学反应能否自发进行的因素但不是唯一因素。
化学反应的方向、限度和速率
二、化学反应的限度
1、化学平衡的判断依据 V正=V逆 同一种物质的生成速率与消失速率相等。
平衡混 合物组 成确定
物质的量、浓度、百分含量、 转化率不变
2、化学平衡常数
（1）、化学平衡常数的数学表达式 （2）、化学平衡常数的书写： （3）、化学平衡常数的影响因素： 反应物性质和 温度 （4）、化学平衡常数的意义： （5）、化学平衡常数应用： （6）、化学平衡常数、速率与转化率的计算 ——三段式
一、化学反应的方向 判断依据：△H-T△S <0 正向自发
=0 平衡
>0 逆向自发 焓判据 一般来说，△H<0的反应可自发。故放热熵 减小的反应可自发，是只看焓判据。 熵判据 一般来说，△S>0的反应可自发。故吸热熵 增加的反应可自发，是只看熵判据。
计算： △H-T△S=0 只能确定反应的方向，不能确定反应是否发生、反 应程度、反应速率。
6、影响因素 （1）决定因素 反应物本身的性质
（2）影响因素 浓度、温度、压强、催化剂、固体表面积、原电池
5、化学反应速率大小比较
压强 催化剂>温度> 浓度 固体表面积、原电池
四、工业合成氨 1、反应特点 考虑催化剂催化活性， 兼顾化学速率与平衡
700K
2、生 产条件
200—500KPa 考虑生产成本，兼顾化 学反应速率与化学平衡 铁触媒 考虑化学反应速率
1、浓度
反应mA+nB = pC；△H<0
K不变，Q改变
增大A浓度，B转化率增大，A转化率减小。
2、温度 3、压强
ห้องสมุดไป่ตู้
K变，Q不变 B转化率减小，A转化率减小。 K不变，Q改变
若m+n>p，增大压强，B转化率增大，A转化率增大。
第22讲 化学平衡常数 化学反应的方向与调控
[微点拨] 使用化学平衡常数应注意的问题 (1)化学平衡常数K值的大小是可逆反应进行程度的标志，它能够表 示可逆反应进行的程度。一个可逆反应的K值越大，表明平衡时生成物 的浓度越大，反应物的浓度越小，反应物的转化率也越大。可以说，化 学平衡常数是在一定温度下一个反应本身固有的内在性质的定量体现。 (2)化学平衡常数只与温度有关，与反应物或生成物的浓度无关。
1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)NH
＋
4
＋
H2O
NH3·H2O ＋ H ＋ 的 平 衡 常 数 表 达 式 为 K ＝
ccNNHH3·H＋ 4 2·OcH·c2OH＋。( × )
(2)对于 N2(g)＋3H2(g) 2NH3 ΔH<0 反应，降温和加压均右移，
平衡常数均增大。( × )
(4)化学平衡常数计算“四要求” 有关K的计算要明确题目要求，一般有四种情况： ①写出K的表达式——只要求写出化学平衡常数的表达式。 ②写出K的计算式——只要求写出K的计算式而不要求计算结果。 ③列式计算K——写出K的计算式(计算过程)并求出最后计算结果。 ④求K的数值——只要直接给出K的计算结果即可。 另外，还要注意看计算时是否要求带单位，若无特别要求，一般不 用带单位。
(15)对某一可逆反应，升高温度则化学平衡常数一定变大。( × ) [提示] 对于正反应吸热的反应，升高温度平衡正向移动，K增大； 对于正反应放热的反应，升高温度平衡逆向移动，K变小。 (16)化学平衡常数和转化率都能体现反应进行的程度。( √ ) [提示] 化学反应达平衡时，各反应物的转化率达最大。化学平衡 常数本身就是化学平衡时各物质浓度的关系。故平衡常数和转化率是从 两个不同的角度来反映化学反应进行的程度。
《化学反应的方向与限度》反应方向揭秘
《化学反应的方向与限度》反应方向揭秘在我们的日常生活中，化学反应无处不在。
从食物的消化到金属的腐蚀，从燃烧燃料获取能量到塑料的合成，化学反应塑造了我们周围的世界。
然而，你是否曾经思考过，为什么有些化学反应会自然而然地发生，而有些则似乎很难甚至不可能进行？这就涉及到化学反应的方向与限度这一重要的化学概念。
要理解化学反应的方向，我们首先要明白一个关键的概念——热力学。
热力学研究的是能量的转化以及在过程中能量的守恒。
在化学反应中，我们关心的是反应物和生成物之间的能量差异。
想象一下，化学反应就像是一场“能量的竞赛”。
如果生成物的能量低于反应物的能量，那么这个反应就像是从高处滚向低处的球，会自发地进行。
这种情况下，反应会释放出能量，通常以热的形式表现出来，我们称之为放热反应。
例如，燃烧煤炭产生二氧化碳和热量就是一个典型的放热反应。
相反，如果生成物的能量高于反应物的能量，反应就像是要把球从低处推到高处，需要外界提供能量才能发生，这就是吸热反应。
比如，碳酸钙受热分解成氧化钙和二氧化碳，这个过程需要吸收热量才能进行。
但仅仅依靠能量的高低来判断反应的方向还不够全面。
我们还需要引入另一个重要的概念——熵。
熵可以简单理解为系统的混乱程度。
一般来说，一个反应如果导致系统的混乱程度增加，也就是熵增加，那么这个反应就更有可能自发进行。
举个例子，把一瓶香水打开放在房间里，香气会逐渐扩散，直到充满整个房间。
这个过程中，香水分子的分布变得更加混乱，熵增加了，所以这个过程会自发发生。
综合考虑能量（焓变）和熵变，我们有了一个判断化学反应方向的重要准则——吉布斯自由能变化（ΔG）。
如果ΔG ＜ 0，反应能够自发进行；如果ΔG ＞ 0，反应不能自发进行；当ΔG ＝ 0 时，反应达到平衡状态。
那么，什么因素会影响化学反应的方向呢？温度就是其中一个重要的因素。
对于某些反应，在低温时可能因为熵变的影响较小，反应不能自发进行，但在高温时，由于温度对焓变和熵变的影响，反应可能变得能够自发进行。
《化学反应的方向与限度》平衡建立过程
《化学反应的方向与限度》平衡建立过程在我们的日常生活和工业生产中，化学反应无处不在。
从食物的消化到金属的冶炼，从药物的合成到材料的制备，化学反应都扮演着至关重要的角色。
而在研究化学反应时，了解反应的方向和限度，特别是平衡建立的过程，对于我们预测反应的可能性、控制反应条件以及提高反应的效率都具有极其重要的意义。
首先，让我们来理解一下什么是化学反应的方向。
简单来说，化学反应的方向就是指反应是自发地朝着某个方向进行，还是需要外界提供能量或条件才能发生。
这就好比我们走路，如果是下坡路，我们很容易就走下去了（自发反应）；但如果是上坡路，就需要我们费力地攀登（非自发反应）。
判断化学反应方向的一个重要依据是热力学原理。
热力学第二定律告诉我们，在孤立系统中，一切自发过程总是朝着熵增加的方向进行。
熵可以理解为系统的混乱程度，熵增加意味着系统变得更加混乱无序。
对于化学反应，如果反应产物的熵大于反应物的熵，那么这个反应在一定条件下就有可能自发进行。
然而，仅仅依靠熵的变化并不能完全确定反应的方向。
这时候，我们还需要考虑焓变，也就是反应过程中的热量变化。
如果反应是放热的（焓减），通常有利于反应的自发进行；但如果是吸热的（焓增），则反应自发进行的可能性相对较小。
综合考虑熵变和焓变，我们可以通过吉布斯自由能（ΔG）来判断反应的方向。
当ΔG ＜ 0 时，反应能够自发进行；当ΔG ＝ 0 时，反应达到平衡状态；当ΔG ＞ 0 时，反应不能自发进行。
了解了反应的方向，接下来我们深入探讨一下反应限度以及平衡建立的过程。
当一个化学反应开始时，反应物的浓度较高，而生成物的浓度较低。
随着反应的进行，反应物不断被消耗，生成物不断积累。
在这个过程中，反应速率也在不断发生变化。
反应速率可以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。
在反应初期，反应物浓度高，有效碰撞的几率大，所以反应速率较快。
但随着反应物浓度的降低，反应速率逐渐减慢；同时，生成物浓度的增加又使得逆反应的速率逐渐增大。
《化学反应的方向与限度》反应限度解析
《化学反应的方向与限度》反应限度解析在我们生活的这个世界里，化学反应无时无刻不在发生。
从燃烧的火焰到生锈的铁钉，从食物的消化到细胞内的新陈代谢，化学反应塑造了我们周围的一切。
而在研究化学反应时，有两个关键的概念——反应的方向和限度，其中反应限度更是理解化学反应的核心要素之一。
那么，什么是反应限度呢？简单来说，反应限度就是指化学反应能够进行到的最大程度。
当一个化学反应达到限度时，反应物和生成物的浓度不再发生明显的变化，反应似乎“停滞”了，但实际上是正反应和逆反应的速率相等，达到了一种动态平衡。
为了更好地理解反应限度，让我们先来看看一些常见的化学反应。
比如氢气和氮气合成氨的反应：N₂＋ 3H₂⇌ 2NH₃。
在一定的条件下，比如合适的温度、压力和催化剂存在时，这个反应会发生。
但随着反应的进行，氨的浓度逐渐增加，而氢气和氮气的浓度逐渐减少。
当达到一定程度时，氨的生成速率和分解速率相等，反应就达到了限度。
为什么会存在反应限度呢？这与化学反应的本质有关。
化学反应的发生是由于反应物分子之间的碰撞和相互作用，从而导致化学键的断裂和重新形成。
但并不是每次碰撞都能引发反应，这需要分子具有足够的能量和正确的取向。
而且，在反应过程中，随着反应物浓度的降低和生成物浓度的增加，正反应的速率会逐渐减慢，逆反应的速率会逐渐加快，最终两者相等，达到平衡状态。
反应限度可以通过化学平衡常数来定量描述。
化学平衡常数（K）是生成物浓度的幂次方乘积与反应物浓度的幂次方乘积之比，在一定温度下，对于一个特定的反应，其平衡常数是一个定值。
平衡常数越大，说明反应进行的程度越大，生成物在平衡体系中的比例越高；平衡常数越小，则反应进行的程度越小。
例如，对于反应 aA ＋ bB ⇌ cC ＋ dD ，其平衡常数 K 的表达式为：K ＝ C^c × D^d ／（A^a × B^b) 。
通过测量反应达到平衡时各物质的浓度，就可以计算出平衡常数，从而了解反应的限度。
2.2化学反应的方向和限度、
1）K O必须按指定方程书写
2）同一方程式，当T相同时，若化学计量系数
变化n倍，则： K
O 2
(
K1O
)n
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二、多重平衡法则
• 如果一个化学反应是若干相关化学反应式的代数 和（或差），在相同温度下，这个反应式的平衡 常数就等于它们相应的平衡常数的积（或商）。
例：（1）Fe(s) + CO2(g)＝FeO(s) + CO(g) K1Θ
O2
N2+O2
无序程度增加
“熵”是量度系统混乱度的物理量，熵值越大 ,
混乱度越高。 符号：S ；单位：kJ·mol-1·K-1.
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1)物质的标准摩尔熵（ Smө ）
热力学第三定律： 在热力学零度，任何纯物质的理想晶体（纯净而
完美的晶体,热力学零度时理想晶体中的质点完全停 止了运动）在T=0K时的熵值为零。（假想状态）
该反应在高温下自发，反应的温度为：
rGmө ＝ rHmө - T rSmө ≤ 0
T
≥
rHmө
/rSmө
=
178.3 103/164.4 = 中国地质大学长城学院
1111
K
三、反应的标准摩尔吉布斯函数变（ △rGmө ） 1.标准摩尔生成吉布斯函数（ △fGmө ）
在298K时的标准状态下，由最稳定单质生成1mol 某物质时的吉布斯函数变。
一、化学反应的吉布斯函数变
1876年美国著名数学物理学家吉布斯综合考虑了焓和熵 两个因素，提出了一个新的状态函数：
定义: G def H - TS
状态1 定温 状态2：G = H - TS G：状态函数，广延性质 kJmol-1
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PCl3 (g)+Cl2 (g)
参考答案： ⑴ K
[Cl 2 ][PCl 3 ] [PCl 5 ]
⑵K=0.450 mol L1
⒋平衡转化率 化学反应 mA(g)+nB(g) α(A)= pC(g)+qD(g)，反应物 A 的平衡转化率为：
c ( A) [ A] A的初始浓度 A的平衡浓度 100% 0 100% A的初始浓度 c 0 ( A)
再将各有关量代入相应浓度、含量或反应物的平衡转化率的表达式即可。 注意：只有变化量的比值必定等于方程式中的系数之比。 【练习】PCl5 的热分解反应如下：PCl5 (g) ⑴写出反应的平衡常数表达式。 ⑵已知某温度下，在容积为 10.0 L 的密闭容器中充入 2.00 mol PCl5 ，达到平 衡后，测得容器内 PCl3 的浓度为 0.150mol· L 1 ，计算该温度下的平衡常数。
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淮北一中 2015 届高三化学一轮复习（夏爱军）
⑶如果反应的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 向起决定性作用。 ①放热的熵减小反应在低温时能自发进行； ②吸热的熵增加反应在高温下能自发进行。 【练习】下列说法中正确的是 A．凡是放热反应都是自发进行的反应，而吸热反应都是非自发进行的反应 B．自发反应一定是熵增大的反应，非自发反应一定是熵减小或不变的反应 C．熵增加且放热的反应一定是自发反应 D．非自发反应在任何条件下都不能发生 二、化学反应的限度 ⒈可逆反应 在相同条件下，同时向正、反两个反应方向进行的化学反应。 如：N2 +3H2 2NH3
3．反应熵变与反应方向 思考：将一盒火柴打开从空中抛下，会有何变化？说明自发过程与什么因素 有关呢？ ⑴熵与熵变 描述一个由大量粒子组成的体系混乱度的物理量叫做熵，用符号 S 表示。 熵值越大，体系混乱度越大。在同一条件下，不同物质的熵不同；而同一物质 的熵与其聚集状态及外界条件有关，S(g)＞S(l)＞S(s)。 化学反应的熵变△S，为反应产物总熵与反应物总熵之差。△S＞0 的反应，称 为熵增加反应；反之，△S＜0 的反应，称为熵减小反应。 ⑵熵变是与反应能否自发进行有关的一个因素，但不是惟一的因素。 ⑶例证： ①许多熵增加的反应在常温、常压下可以自发进行，如 2H2 O 2 2H2 O+O2 ↑
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B. SO 3 和 NO 的体积比保持不变 D.每消耗 1 mol SO 3 的同时生成 1 mol NO 2
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反应特点 无 条 件 判 据 v (正)=v (逆) 各组分质量或 体积分数不变 各组分质量 或浓度等不变 总压强不变 混合气体 M 不变 有 条 件 判 据 混合气体 密度不变 体系温度不变 气体颜色不变 气体总体积不变 气体总物质的量不变 ⒊化学平衡常数
NH4 HCO 3 +CH3 COOH＝CH3 COONH4 +H2 O+CO2 ↑ ②有些熵增加的反应在常温、常压下不能自发进行，但在较高温度下可以自 发进行，如 C+H2 O CO+H2
③有些熵减小的反应在一定条件下也可以自发进行，如 2Al+Fe2 O3 Al2 O3 +2Fe NH3 +HCl＝NH4 Cl
则反应 NO 2 (g)+SO 2 (g)
2SO3 (g) △H＝－196.6kJ/mol 2NO2 (g) △H＝－ 113.0kJ/mo
kJ/mol。
SO 3 (g)+NO(g)的△ H＝
一定条件下将 NO2 与 SO2 以体积 1∶2 置于密闭容器中发生上述反应，下列能说 明反应达到平衡状态的是 A.体系压强保持不变 C. 混合气体颜色保持不变 ⑶化学平衡状态的判断依据
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化学反应的方向与限度
【知识网络】
化学 反应 方向 化 学 反 应 的 方 向 与 限 度 化 学 反 应 限 度 焓判据 熵判据 △H－T△S＜ 0 概念 化学平 衡状态 特征：逆、等、动、定、变 建立途径：等效平衡 化学平 衡移动 影响因素：温度、浓度、压强 浓度商判据 移动原因及方向 速率判据 pC(g)+qD(g)
mA(g)+nB(g) m+n=p+q 平衡 平衡 平衡 （浓度变化时 不一定不平衡） 不一定平衡 不一定平衡 不一定平衡 绝热体系平衡 有色分子参与的 反应平衡 不一定平衡 不一定平衡
pC(g)+平衡 定温、定容时平衡 平衡 定温、定压时平衡 绝热体系平衡 有色分子参与的 反应平衡 定温、定压时平衡 平衡
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⑵例证： ①多数能自发进行的化学反应是放热反应，如 4Fe(OH)2 +O2 +2H2 O＝4Fe(OH)3 ②有些吸热反应也能自发进行，如 NH4 HCO 3 +CH3 COOH＝CH3 COONH4 +H2 O+CO2 ↑ ③有些吸热反应在室温条件下不能自发进行，但在较高温度下则能自发进行， 如 CaCO3 CaO+CO2 ↑
平衡转化率既受温度影响也受浓度影响，若增大 A 的浓度，可使 B 的转化率 增大，但 A 自身的转化率减小。 ⒌化学平衡的移动及影响因素 ⑴化学平衡移动 由于温度、压强、浓度的变化而使可逆反应由一个平衡状态变为另一个平衡 状态的过程，称为化学平衡移动。 一定条件下 v(正 ) ≠ v(逆 ) v(正 )＝ v(逆 ) 改变条件导致 一段时间 Q ≠ K Q=K 平衡（Ⅰ）被破坏 平衡（Ⅰ）
mA(g)+nB(g) 表达式 K= 化学平 衡常数 影响因素：温度 应用 表达式 平衡 转化率
[C]p [D] q [A]m [B] n
判断反应程度、方向；计算 α(A)=
c 0 (A) - [A] 100 % c 0 (A)
影响因素：温度、浓度 应用 判断反应程度；计算
一、化学反应的方向 1．自发过程：在温度和压强一定的条件下，不借助光、电等外部力量就能自 动进行的过程称为自发过程。 如：水由高处流向低处的过程、热由高温物体传向低温物质的过程、常温下 将金属钠投入水中的反应等。 自发过程一般具有如下特点： ⑴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能量） ； ⑵在密闭条件下，体系有从有序转变为无序的倾向性。 2．反应焓变与反应方向 思考：热水自发变凉，说明自发过程与什么因素有关呢？ ⑴反应焓变是与反应能否自发进行有关的一个因素，但不是惟一因素。
4．焓变与熵变对反应方向的共同影响 在温度、压强一定的条件下 ⑴△H－T· △ S ＜0 ⑵△H－T· △ S ＝0 ⑶△H－T· △ S ＞0 反应能自发进行 反应达到平衡状态 反应不能自发进行
这个判据用文字表述为：在温度、压强一定的条件下，自发反应总是向△H－ T· △S＜0 的方向进行，直至达到平衡状态。 一般规律： ⑴放热的熵增加反应一定能自发进行； ⑵吸热的熵减小反应一定不能自发进行；
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新的条件下 v’(正 )＝ v’(逆 ) Q’ = K ’ 平衡（Ⅱ）
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对于一个已达化学平衡状态的可逆反应，如果条件改变： v (正)＞v (逆)、Q＜K，则平衡正向移动或向右移动，平衡移动的结果使反应产 物浓度更大； v (正)＜v (逆)、Q＞K，则平衡逆向移动或向左移动，平衡移动的结果使反应产 物浓度更小； ⑵反应条件对化学平衡的影响 ①浓度：在其它条件不变的情况下，增大反应物浓度或减小生成物浓度，都 可以使平衡向着正反应方向移动。增大生成物浓度或减小反应物浓度，都可以使 平衡向着逆反应方向移动。浓度对化学平衡的影响是通过改变浓度商实现的。 在化工生产中，根据以上平衡原理，常常通过增加某一价廉、易得的反应物 的浓度来提高另一昂贵、稀缺的反应物的转化率，从而降低生产成本。为了提高 产率，生产过程中常常将反应产物及时从体系中移走，使反应所建立的化学平衡 不断地向右移动。 注意：当反应混合物中存在与其他物质不相混溶的固体或液体物质时，由于 其“浓度”是恒定的，不随其量的增减而变化，故改变这些固体或液体的量，对 平衡无影响。 ②压强：对于有气体参加反应且化学方程式中气态物质系数发生变化的可逆 反应，若其它条件不变，增大压强，化学平衡向气态物质系数减小的方向移动； 反之，减小压强，化学平衡向气态物质系数增大的方向移动。对于化学方程式中 气态物质系数不变的反应，增大或减小压强，化学平衡状态不变。压强对化学平 衡的影响也是通过改变浓度商实现的。 对于只涉及固体或液体的反应，压强对平衡体系的影响极其微弱，可以不予 考虑。 注意：恒容时，通入稀有气体，总压强增大，但原平衡混合物的浓度均不变， 反应速率不变，平衡不移动；恒压时，通入稀有气体，容器体积变大，原平衡混 合物的浓度均减小，相当于减压，平衡向气态物质系数增大的方向移动。 恒容时，当改变平衡混合物中某一气态物质的浓度时，虽然同时引起压强改 变，但判断平衡移动的方向时，应仍从浓度影响的角度去考虑；若同等程度地改 变平衡混合物中各气态物质的浓度，则应从压强的角度考虑。 ③温度：其它条件不变时，升高温度，化学平衡向吸热反应方向移动；降低 温度，化学平衡向放热反应方向移动。温度对化学平衡的影响是通过改变平衡常 数实现的。 ④化学平衡移动过程中反应物的转化率一定发生变化，各组分的百分含量一 定改变。对于一个给定的可逆反应来说，浓度、压强改变时，化学平衡不一定发 生移动，但温度改变时，化学平衡一定发生移动。 催化剂只能加快化学反应速率，对化学平衡无影响，不能改变化学平衡常数
⑴概念：在一定温度下，当一个可逆反应达到平衡时，生成物浓度系数次幂 之积与反应物浓度系数次幂之积的比值是一个常数，称之为化学平衡常数，用符 号 K 表示。 ⑵表示方法：以 mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)为例： K