第2讲 化学反应的方向和限度
基础盘点
一、化学反应进行的方向及判断根据
自我诊断
1. 判断反应过程自发性的目的是 ( )
A.判断反应的方向
B.确定反应是否一定发生
C.判断反应过程发生的速率
D.判断反应过程的热效应
解析 判断反应过程的自发性，只是指出一定条件下反应自动发生的趋势，即反应发生的可能性，并不能说明反应能否实际发生，故只有A项正确。
A
基础回归
1.自发反应
在一定条件下 就能自发进行的反应称为自发反应。
2.判断化学反应方向的依据
（1）焓变与反应方向
研究表明，对于化学反应而言，绝大多数
都能自发进行，且反应放出的热量 ，体系能量 得也 ，反应越 。可见，
是制约化学反应能否自发进行的因素之
一。
无需外界帮助
放热反
应
越多
降低
越多
完全
反应的
焓变
（2）熵变与反应方向
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 。大多数自发反应有趋向于体系 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 的物理量。用符号 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)。
混乱度
混乱度
混乱度
S
b.熵变的含义
熵变是反应前后体系 ，用 表示，化学反应的ΔS越大，越有利于反应 。
（3）综合判断反应方向的依据
因此，要正确判断一个化学反应是否能自发进
行，必须综合考虑反应的 与 。在恒温、
恒压时，①如果反应的 ，则该反应一
定能自发进行；②如果反应的 ，则该
反应一定不能自发进行；③如果反应的 或 ，反应是否能自发进行与反应的 有关。
熵的变化
自发进行
ΔS
焓变
熵变
ΔH<0,ΔS>0
ΔH>0,ΔS<0
ΔH<0,ΔS<0
ΔH>0,ΔS>0
温度
二、可逆反应和化学平衡
自我诊断
2.在一定条件下，将0.3 mol CO和0.2 mol H2O(g)通入2 L密闭容器中，进行反应：
CO（g）+H2O(g) CO2(g)+H2(g)。
（1）反应刚开始时， 浓度最大，正反应速率最大； 浓度为0， 反应速率为0。
反应物
生成物
逆
（2）随着反应的进行，反应物浓度逐渐 ，正反应速率逐渐 ；生成物浓度逐渐 ，逆反
应速率逐渐 ，最终正、逆反应速率 ，达到平衡状态，此时反应体系中各物质的浓度均
。依据以上叙述画出反应的v-t图象：
减小
减小
保持不变
增大
相等
增大
基础回归
1.可逆反应
条件下，既能向 方向进行，又能向
方向进行的化学反应。
相同
正反应
逆反应
答案
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 ，反应体系中所有参加反应的物质的 保持不变的状态。
（2）平衡特点
相等
质量
指点迷津
“v(正)=v(逆)”，是化学平衡状态微观本质的条件，其含义可简单地理解为：对反应物或生成物中同一物质而言，其生成速率等于消耗速率。“反应混合物中各组分的浓度不变”是平衡状态的宏观表现，是v(正)=v(逆)的必然结果。
基础回归
1.概念
在一定温度下，当一个可逆反应达到
时，生成物 与反应物
的比值是一个常数，用符号 表示。
2.表达式
对于反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),
K= （固体和纯液体的浓度为常数，通常不计入平衡常数表达式中）。
化学平衡
浓度计量数次方的乘积
浓度计量数次方的乘积
三、化学平衡常数
K
3.意义
（1）K值越大，反应物的转化率 ，正反应
进行的程度 。
（2）K只受 影响,与反应物或生成物的浓
度变化无关。
（3）化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常
数。若反应方向改变,则平衡常数改变。若方程
式中各物质的系数等倍扩大或缩小，尽管是同
一反应，平衡常数也会改变。
越大
越大
温度
误区警示
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完全程度。一个反应的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。
要点精讲
要点一 化学平衡状态的判断
1.化学平衡状态的标志
（1）v正=v逆——反应体系中同一物质的消耗速率和生成速率相等。
（2）平衡混合物中各组成成分的含量保持不变
——各组分的物质的量浓度、质量分数、物质的量分数、体积分数（有气体参加的可逆反应）、反应物的转化率等保持不变。
2.实例分析
【典例导析1】下列方法可以证明H2（g）+I2(g) 2HI(g)已达平衡状态的是 （填序号）。
①单位时间内生成n mol H2的同时，生成n mol HI ②一个H—H键断裂的同时有两个H—I键断裂 ③百分含量w(HI)=w(I2) ④反应速率v(H2) =v(I2)= v(HI) ⑤c(HI)∶c(H2)∶c(I2)=2∶1∶1 ⑥温度和体积一定时，某一生成物浓度不再变化 ⑦温度和体积一定时，容器内压强不再变化 ⑧条件一定，混合气体的平均相对分子质量不再变化 ⑨温度和体积一定时，混合气体颜色不再变化 ⑩温度和压强一定时，混合气体的密度不再变化
讨论：在上述⑥~⑩的说法中能说明2NO2（g）N2O4(g)达到平衡状态的是 （填序号）。
解析 对于反应前后气体分子总数不等的可逆反应，可从化学反应速率、化学键断裂、物质的量、物质的量浓度、转化率、颜色、温度、相
对分子质量、压强、密度等来判断。
对于反应前后气体分子总数相等的可逆反应，可从化学反应速率、化学键断裂、物质的量、物质的量浓度、转化率、颜色、温度等来判断（此时相对分子质量、压强、密度不能用来判
断）。
答案 ②⑥⑨ ⑥⑦⑧⑨⑩
技巧点拨
化学平衡的标志很多，可以从以下方面进行判断：①速率标志：v正=v逆≠0；②反应混合物中各组分的体积分数、物质的量分数、质量分数不再发生变化；③反应物的转化率、生成物的产率不再发生变化；④反应物反应时破坏的化学键与逆反应得到的反应物形成的化学键种类和数量相同；⑤对于气体体积数不同的可逆反应，
达到化学平衡时，体积和压强不再发生变化。
迁移应用1 在一定温度下，反应A2（g）+B2(g)
2AB(g)达到平衡的标志是 （ ）
A.单位时间生成n mol的A2同时生成n mol的AB
B.容器内的总压强不随时间变化
C.单位时间生成2n mol的AB同时生成n mol的B2
D.单位时间生成n mol的A2同时生成n mol的B2
解析 A项可转换为单位时间生成n mol A2的同时消耗0.5n mol A2，A2的正、逆反应转化浓度不相等，未达到平衡状态；由于该反应为等体积反应，平衡前后气体压强均不变，B项不能说明是否达到平衡状态；C项可转换为单位时间生成2n mol AB的同时消耗2n mol AB或消耗n mol B2的同时生成n mol B2，表明达到了平衡状态；D项只表示了
逆反应方向的反应速率。
答案 C
迁移应用2 在一定温度下的定容容器中，当下列哪些物理量不再发生变化时，表明反应A（g）+2B(g) C(g)+D(g)已达到平衡状态的是
（ ）
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混合气体总物质的量 ⑤混合气体的平均相对分子质量 ⑥v(C)与v(D)的比值⑦混合气体总质量 ⑧混合气体总体积
A.①②③④⑤⑥⑦⑧ B.①③④⑤
C.①②③④⑤⑦ D.①③④⑤⑧
解析 ②由于是定容容器，反应前后气体的质量不变，故反应中气体的密度保持不变，故不能作为判断是否达到平衡状态的依据，同理⑧不正确；⑥反应速率之比等于反应方程式中的计量数之比，故不论是否达到平衡，它们的速率比值总是计量数之比，故不正确；⑦由于反应物和生成物全部是气体，根据质量守恒，不论是否达到平衡，气体总质量保持不变，故不正确；综上所
述，选项B符合题意。
答案 B
要点二 等效平衡
1.含义
在一定条件下（恒温恒容或恒温恒压），对同一可逆反应体系，起始时加入物质的物质的量不同，而达到化学平衡时，同种物质的百分含量相同。
2.分析方法
按照化学方程式的化学计量数关系，把起始物转化为方程式同一半边的物质，通过对比两种情况下对应组分的起始量是相等，还是等比，
来判断化学平衡是否等效（即“一边倒”）。
3.分类及判断方法
等效平衡有两类反应（即Δn=0、Δn≠0的反应）、两种状态（即恒温恒容、恒温恒压）
（1）恒温恒容条件下的体积可变反应
判断方法：极值等量即等效
实例：
例如，一定条件下的可逆反应：
2SO2 + O2 2SO3
① 2 mol 1 mol 0
② 0 0 2 mol
③ 0.5 mol 0.25 mol 1.5 mol
④ a mol b mol c mol
上述①②③三种配比，按方程式的化学计量数关系均转化为反应物，则SO2均为2 mol、O2均为
1 mol，三者建立的平衡状态完全相同。
④中a、b、c三者的关系满足：（ ×2）+a=2,( ×1)+b=1,即与上述平衡等效。
（2）恒温恒压条件下的体积可变反应
判断方法：极值等比即等效
实例
例如：2SO2 (g) + O2 (g) 2SO3 (g)
① 2 mol 3 mol 0 mol
② 1 mol 3.5 mol 2 mol
③ a mol b mol c mol
①②中 =2∶3,故互为等效平衡。
③中a、b、c三者关系满足：
即与①②平衡等效。
（3）恒温条件下体积不变的反应
判断方法：无论是恒温恒容，还是恒温恒压，只要极值等比即等效，因为压强改变对该类反应的化学平衡无影响。
实例
例如：H2（g） + I2(g) 2HI(g)
① 1 mol 1 mol 0 mol
② 2 mol 2 mol 1 mol
③ a mol b mol c mol
①②两种情况下，n（H2）∶n（I2）=1∶1，故两平衡等效。③中a、b、c三者关系满足：( ×1+a)∶( ×1+b)=1∶1或a∶b=1∶1,c≥0,即与①②等效。
特别提醒
三种情况下的等效指的均是平衡混合物中各组分
的百分含量保持不变。实际上三种等效是有差别
的，第1种情况是绝对等效（包括浓度、密度、相
对分子质量等都相等），而第2、3种情况下，
物质的量等存在倍数关系。
【典例导析2】（2009·北京理综，9）已知H2(g)+I2(g) 2HI(g) ΔH<0。有相同容
积的定容密闭容器甲和乙，甲中加入H2和I2
各0.1 mol,乙中加入HI 0.2 mol,相同温度下分
别达到平衡。欲使甲中HI的平衡浓度大于乙
中HI的平衡浓度，应采取的措施是 （ ）
A.甲、乙提高相同温度
B.甲中加入0.1 mol He,乙不变
C.甲降低温度，乙不变
D.甲增加0.1 mol H2，乙增加0.1 mol I2
解析 在相同体积和温度的条件下，甲、乙两容器是等效体系，平衡时两容器中各组分的浓度相同；若提高相同的温度，甲、乙两体系平衡移动的情况相同；若向甲中加入一定量的He，平衡不移动；若向甲中加0.1 mol H2和向乙中加0.1 mol I2，则使平衡移动的效果相同；而降低甲的温度会
使平衡正向移动，c(HI)提高。
答案 C
规律方法
解答有关“等效平衡”的题目要注意四看：
（1）看可逆反应建立平衡的条件，如：恒温
恒容、恒温恒压等；
（2）看该条件下的可逆反应特点，如：反应
前后气体分子数有无变化、正反应是吸热反应
还是放热反应等；
（3）看平衡等效的要求，如：平衡浓度相等，
还是平衡混合物中某物质的体积、物质的量的
百分含量不变等；
（4）看投料方式与化学计量数是否一致，是投
料相同，还是投料比相同。
迁移应用3 （2008·全国理综Ⅱ,13）在相同温度和压强下，对反应CO2(g)+H2(g) CO(g) +H2O(g)进行甲、乙、丙、丁四组实验，实验起始时放入容器内各组分的物质的量见下表：
上述四种情况达到平衡后,n(CO)的大小顺序是 ( )
A.乙=丁>丙=甲 B.乙>丁>甲>丙
C.丁>乙>丙=甲 D.丁>丙>乙>甲
解析 根据反应方程式：
CO2（g）+H2（g） CO（g）+H2O（g）
甲：a mol a mol 0 mol 0 mol
乙：2a mol a mol 0 mol 0 mol
丙：0 mol 0 mol a mol a mol
丁：a mol 0 mol a mol a mol
根据极端假设的思想，将产物全部转化为反应
物，发现甲和丙中加入的物质的量一样，乙和
丁中加入的物质的量一样，因此甲和丙、乙和
丁属于等效平衡，达到平衡后CO的物质的量：
甲=丙、乙=丁，乙和甲相比，乙相当于在甲的
基础上多加了a mol CO2，增大反应物的浓度平
衡右移，因此达到平衡后CO的物质的量乙>甲，
故n（CO）的大小顺序为：乙=丁>丙=甲。
答案 A
迁移应用4 在一定温度下，把2 mol SO2和1 mol O2通入一个一定容积的密闭容器里，发生如下反应：2SO2（g）+O2(g) 2SO3(g)，当此反应进行到一定程度时，反应混合物就处于化学平衡状态。现在该容器中维持温度不变，令a、b、c分别代表初始加入的SO2、O2和SO3的物质的量。如a、b、c取不同的数值，它们必须满足一定的相互关系，才能保证达到平衡时，反应混合物中三种气体的体积分数仍跟上述平衡时
的完全相同。
请填写下列空白：
催化剂
(1)若a=0,b=0,则c= ;
(2)若a=0.5,则b= ,c= ;
(3)a、b、c必须满足的一般条件是（请用两个方
程式表示,其中一个只含a和c,另一个只含b和c）:
、 。
解析 根据 2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)
开始状态 2 mol 1 mol 0
改变初始状态 a b c
因达到平衡时两种状态等效,则根据S原子守恒有:
a+c=2、 ,则（1）当a=0,b=0时,c=2;(2)当a=0.5
时，b=0.25,c=1.5;(3)a+c=2,2b+c=2。
催化剂
答案 （1）2 （2）0.25 1.5 （3）a+c=2 2b+c=2
对点讲练
题组一 化学反应的方向及其判断
1.下列过程属于非自发过程的是 ( )
A.N2和O2混合
B.H2和O2化合生成H2O
C.常温、常压下石墨转化为金刚石
D.C+O2 CO2
C
2.下列说法错误的是 ( )
A.NH4NO3溶于水是自发过程
B.同一种物质气态时熵值最大，液态时次之，
而固态时最小
C.借助于外力能自发进行的过程，其体系的能
量趋向于从高能状态转变为低能状态
D.由能量判据（以焓变为基础）和熵判据组合
而成的复合判据，更适合于所有的过程
C
3.有A、B、C、D 4个反应：

则在任何温度都能自发进行的反应是 ；任何
温度都不能自发进行的反应是 ；另两个反应
中，在温度高于 时可自发进行的反应是 ，
在温度低于 时可自发进行的反应是 。
C
B
77℃
A
-161.6℃
D
题组二 化学平衡状态及其判断
4. 一定条件下，在密闭容器中，能表示反应X(g)+2Y(g) 2Z(g)一定达到化学平衡状态的是 ( )
①X、Y、Z的物质的量之比为1∶2∶2 ②X、
Y、Z的浓度不再发生变化 ③容器中的压强不再发生变化 ④单位时间内生成n mol Z，同时生成2n mol Y
A.①② B.①④ C.②③ D.③④
解析 根据化学平衡状态的概念可知，可逆反应达平衡时，正、逆反应速率相等，对于反应前后气体总体积不等的反应，其压强不再发生变化，各组分的浓度不再变化，但它们的物质的量之比
不一定等于其化学计量数之比。
答案 C
5.向某密闭容器中充入1 mol CO和2 mol H2O(g),发生反应：CO+H2O(g) CO2+H2。
当反应达到平衡时，CO的体积分数为x。若维持容器的体积和温度不变，起始物质按下列四种配比充入该容器中，达到平衡时CO的体积分数大于x的是 （ ）
A.0.5 mol CO+2 mol H2O(g)+1 mol CO2+1 mol H2
B.1 mol CO+1 mol H2O(g)+1 mol CO2+1 mol H2
C.0.5 mol CO+1.5 mol H2O(g)+0.4 mol CO2
+0.4 mol H2
D.0.5 mol CO+1.5 mol H2O(g)+0.5 mol CO2
+0.5 mol H2
催化剂
高温
解析 在等温等体积反应前后气体体积相等的可逆反应，只需投料比例相等，则两平衡等效。A项逆推后为1.5 mol CO+3 mol H2O(g)与原平衡等效；B项逆推后为2 mol CO+2 mol H2O(g) , CO比例偏高，则平衡后CO体积分数也偏高；C项逆推后为0.9 mol CO+1.9 mol H2O(g),CO比例偏低，则平衡后CO体积分数也偏低；D项逆推后为1 mol CO+
2 mol H2O(g)与原平衡等效。
答案 B
6. 在容积不同的密闭容器内，分
别充入等量的N2和H2，在不同
温度下，任其发生反应N2(g)+
3H2(g) 2NH3(g)，并分别
在t秒时测定其中NH3的体积分数，
绘图如右图所示：
（1）A，B，C，D，E五点中，尚未达到化学平衡状态的点 。
（2）此可逆反应的正反应是 反应（填“放热”或“吸热”）。
（3）AC段的曲线是增函数，CE段曲线是减函数，试从反应速率和平衡角度说明理由： 。
解析 由图判断可知，C点是第一个平衡点，则A、B两点尚未达到平衡状态。C点以后，随温度升高，NH3百分含量降低，说明平衡向逆反应方向
移动，所以正反应是放热反应。
答案 （1）A 、B （2）放热 （3）A C:反应开始v正>v逆，反应向右进行生成NH3；C E：已达平衡，升温使平衡左移，NH3的体积分数减小
题组三 化学平衡常数及有关计算
7.一定温度下，在一个容积为1 L的密闭容器中，
充入1 mol H2(g)和1 mol I2(g)，发生反应H2（g）
+I2(g) 2HI(g)，经充分反应达到平衡后，生
成的HI（g）占气体体积的50%，在该温度下，
在另一个容积为2 L的密闭容器中充入1 mol HI(g)
发生反应HI（g） H2(g)+ I2(g)，则下列判
断正确的是 (