2018-2019年高中化學(xué) 第二章 化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡 2.4 化學(xué)反應(yīng)進行的方向?qū)W案設(shè)計 新人教版選修4.docx

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第四節(jié)　化學(xué)反應(yīng)進行的方向 學(xué)習(xí)目標 1.了解自發(fā)過程和化學(xué)反應(yīng)的自發(fā)性。 2.通過“有序”和“無序”的對比,了解熵和熵變的概念。 3.初步了解焓變和熵變對化學(xué)反應(yīng)方向的影響,能用焓變和熵變說明化學(xué)反應(yīng)的方向。 學(xué)習(xí)過程 一、自發(fā)過程和自發(fā)反應(yīng) 有關(guān)化學(xué)反應(yīng)進行的　　　　、　　　　和　　　　是化學(xué)反應(yīng)原理的三個重要組成部分?？茖W(xué)家根據(jù)體系存在著力圖使自身能量趨于“　　　　”和由“　　　　”變?yōu)椤啊　　　　钡淖匀滑F(xiàn)象,提出了互相關(guān)聯(lián)的　　　　判據(jù)和　　　　判據(jù),為最終解決上述問題提供了必要的依據(jù)。 1.自發(fā)過程:在一定條件下,　就可以自動進行的過程。 2.自發(fā)反應(yīng):在給定條件下,能　　　　地進行到顯著程度的化學(xué)反應(yīng)。 二、反應(yīng)方向的焓判據(jù) 焓判據(jù):放熱反應(yīng)過程中體系能量　　　　,具有自發(fā)進行的傾向。 三、反應(yīng)方向的熵判據(jù) 1.混亂度:表示體系的　　　　或　　　　。 2.熵:熱力學(xué)上用來表示混亂度的狀態(tài)函數(shù),用符號　　　　表示。 3.熵的大小判斷: (1)同一種物質(zhì)不同狀態(tài)時熵值大小為:　　　　態(tài)>　　　　態(tài)>　　　　態(tài)。 (2)與物質(zhì)的量成　　　　。 4.反應(yīng)熵變ΔS=反應(yīng)產(chǎn)物總熵-反應(yīng)物總熵。 5.熵判據(jù):在密閉條件下,體系有由　　　　自發(fā)地變?yōu)椤　　　〉膬A向,即混亂度增加(ΔS>0),且　　　　越大,越有利于反應(yīng)自發(fā)進行。 四、復(fù)合判據(jù) 1.過程的自發(fā)性只能用于判斷過程的方向,不能確定過程是否　　　　和過程　　　　,若允許外界對體系施加某種作用,就可能出現(xiàn)相反的結(jié)果。綜合考慮　　　　和　　　　的復(fù)合判據(jù),將更適合于所有的過程只根據(jù)一個方面來判斷反應(yīng)進行的方向是不全面的。 2.體系的自由能變化(符號為ΔG,單位為kJmol-1)ΔG=ΔH-TΔS綜合考慮了焓變和熵變對體系的影響,可用于化學(xué)反應(yīng)自發(fā)進行的方向的判斷。 若ΔH-TΔS<0,反應(yīng)能　　　　進行; 若ΔH-TΔS=0,反應(yīng)　　　　; 若ΔH-TΔS>0,反應(yīng)　　　　。 【小結(jié)】用復(fù)合判據(jù)判斷反應(yīng)方向的有關(guān)規(guī)律 1.　　　　熱、熵　　　　的反應(yīng)一定能自發(fā)進行,放熱、熵減小的反應(yīng)或熵?zé)o明顯變化的反應(yīng),也可能自發(fā)進行,如氫氣燃燒、甲烷燃燒等。 2.　　　　熱、熵　　　　反應(yīng)一定不能自發(fā)進行,而吸熱的自發(fā)過程一定是熵增加的過程,如冰的融化。 3.很多情況下,簡單地只用其中一個判據(jù)去判斷同一個反應(yīng),可能會出現(xiàn)相反的判斷結(jié)果,所以我們應(yīng)兩個判據(jù)兼顧。由焓判據(jù)和熵判據(jù)組合成的復(fù)合判據(jù)(體系自由能變化:ΔG=ΔH-TΔS)將更適合于所有的反應(yīng)過程。 4.過程的自發(fā)性只能用于判斷過程的方向,不能確定過程是否一定會發(fā)生和過程的速率。 5.在討論過程的方向時,我們指的是沒有外界干擾時體系的性質(zhì)。如果允許外界對體系施加某種作用,就可能出現(xiàn)相反的結(jié)果。 6.反應(yīng)的自發(fā)性也受外界條件的影響。 隨堂檢測 1.(雙選)下列過程屬自發(fā)過程的是(　　) A.水自高處流向低處 B.水分解成H2和O2 C.CH4和O2混合后遇火燃燒 D.CO氣體分解為C和O2 2.下列說法中不正確的是(　　) A.體系有序性越高,熵值就越低 B.體系傾向于由有序變?yōu)闊o序 C.吸熱反應(yīng)不可以自發(fā)進行 D.同種物質(zhì)氣態(tài)時熵值最大 3.下列說法正確的是(　　) A.常溫下,放熱反應(yīng)一般能自發(fā)進行,吸熱反應(yīng)都不能自發(fā)進行 B.反應(yīng)NH4HCO3(s)NH3(g)+H2O(g)+CO2(g)　ΔH=+185.57kJmol-1,能自發(fā)進行,原因是體系有自發(fā)地向混亂度增加的方向轉(zhuǎn)變的傾向 C.因為焓變和熵變都與反應(yīng)的自發(fā)性有關(guān),因此焓變或熵變均可以單獨作為反應(yīng)自發(fā)性的判據(jù) D.在其他外界條件不變的情況下,使用催化劑,可以改變化學(xué)反應(yīng)進行的方向 4.下列說法正確的是(　　) A.吸熱反應(yīng)都不能自發(fā)進行 B.焓變是唯一影響化學(xué)反應(yīng)進行方向的因素 C.化學(xué)反應(yīng)由高能狀態(tài)向低能狀態(tài)轉(zhuǎn)化,一般為放熱反應(yīng) D.有氣體生成的反應(yīng)都是放熱反應(yīng) 5.下列對熵變的判斷中不正確的是(　　) A.少量的食鹽溶解于水中:ΔS>0 B.C(s)和O2(g)反應(yīng)生成CO(g):ΔS>0 C.氣態(tài)水變成液態(tài)水:ΔS>0 D.CaCO3(s)受熱分解為CaO(s)和CO2(g):ΔS>0 6.工業(yè)上用赤鐵礦生產(chǎn)鐵,可以選擇的還原劑有C和H2。根據(jù)所學(xué)知識判斷:哪一種還原劑可使反應(yīng)自發(fā)進行的溫度較低? 已知:Fe2O3(s)+32C(s)2Fe(s)+32CO2(g) ΔH=+233.8kJmol-1,ΔS=0.279kJmol-1K-1 Fe2O3(s)+3H2(g)2Fe(s)+3H2O(g) ΔH=+98kJmol-1,ΔS=0.1442kJmol-1K-1 7.高爐煉鐵是目前世界上最主要的煉鐵方法,常用焦炭還原Fe2O3,而目前最主要的煉鋁方法是電解Al2O3和冰晶石的熔融物。已知298K時,Fe2O3(s)+32C(s)2Fe(s)+32CO2(g) ΔH=+233.8kJmol-1,ΔS=0.279kJmol-1K-1 2Al2O3(s)+3C(s)4Al(s)+3CO2(g) ΔH=+2171kJmol-1,ΔS=635.5Jmol-1K-1 試從熱力學(xué)角度分析兩種金屬冶煉方法不同的原因。 8.自發(fā)反應(yīng)一定能發(fā)生,而非自發(fā)反應(yīng)一定不能發(fā)生嗎? 參考答案 學(xué)習(xí)過程 一、方向　快慢　限度　最低　有序　無序　焓　熵 1.不用借助于外力 2.自發(fā) 二、降低 三、1.不規(guī)則　無序狀態(tài) 2.S 3.(1)氣　液　固　(2)正比 5.有序　無序　ΔS 四、1.一定會發(fā)生　發(fā)生的速率　焓判據(jù)　熵判據(jù) 2.自發(fā)　達到平衡狀態(tài)　不能自發(fā)進行 【小結(jié)】1.放　增加　2.吸　減小 隨堂檢測 1.AC 2.C　解析:有的吸熱反應(yīng)可以自發(fā)進行,如NH4Cl與Ba(OH)2的反應(yīng)。 3.B　解析:正確解答本題,首先要明確焓判據(jù)和熵判據(jù)對化學(xué)反應(yīng)方向的影響,然后利用自由能變化(復(fù)合判據(jù))進行綜合分析判斷,同時要注意催化劑在化學(xué)反應(yīng)中的作用。A項錯誤,有些能使熵值增大的吸熱反應(yīng)可以自發(fā)進行;C項錯誤的原因是要將二者綜合起來即利用復(fù)合判據(jù)對反應(yīng)的自發(fā)性進行判斷;D項中使用催化劑只能降低反應(yīng)的活化能,不能改變反應(yīng)的方向。 4.C　解析:從焓變的角度分析,化學(xué)反應(yīng)有由高能狀態(tài)向低能狀態(tài)轉(zhuǎn)化,使體系能量降低的趨勢,表現(xiàn)為放熱反應(yīng)較易進行。 5.C　解析:食鹽溶于水是典型的熵增加過程;2C(s)+O2(g)2CO(g),氣體的物質(zhì)的量增大,為熵增加的反應(yīng);氣態(tài)水變成液態(tài)水是體系混亂度減小的過程,為熵減小的過程;CaCO3(s)的分解產(chǎn)生了氣體,為熵增加的反應(yīng)。 6.用H2作還原劑時反應(yīng)自發(fā)進行的溫度較低。 解析:根據(jù)ΔH-TΔS=0為平衡狀態(tài),ΔH-TΔS<0為自發(fā)狀態(tài)可知,T>ΔHΔS時該反應(yīng)能自發(fā)進行。用C作還原劑時T1>ΔHΔS=+233.8kJmol-10.279kJmol-1K-1=838.0K;用H2作還原劑時T2>ΔHΔS=+98kJmol-10.1442kJmol-1K-1=679.6K。 故用H2作還原劑時,反應(yīng)自發(fā)進行的溫度較低。 7.用焦炭還原Al2O3所需溫度太高,是不可能實現(xiàn)的,而用焦炭還原Fe2O3則可以實現(xiàn)。 解析:根據(jù)反應(yīng)能否自發(fā)進行的綜合判據(jù)分析可知T>ΔHΔS時該反應(yīng)能自發(fā)進行。用C作還原劑還原Fe2O3時,若使反應(yīng)自發(fā)進行,則需要的溫度T1>ΔHΔS=+233.8kJmol-10.279kJmol-1K-1=838.0K;若用C作還原劑還原Al2O3時需要的溫度T2>ΔHΔS=+2171kJmol-1635.510-3kJmol-1K-1=3416K。對比上述溫度可知,用焦炭還原Al2O3很難實現(xiàn),故兩種金屬冶煉方法有差別。 8.自發(fā)反應(yīng)、非自發(fā)反應(yīng)是指該反應(yīng)過程是否有自發(fā)進行的傾向,而這個過程是否一定會發(fā)生則不能確定。如碳的燃燒是一個自發(fā)反應(yīng),但要想發(fā)生反應(yīng),需借助外界條件點燃才能發(fā)生。