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2019-2020年高中化學 2.1《化學反應(yīng)的方向》教案 魯科版選修4 知識與技能： 1. 了解焓變、熵變與反應(yīng)方向的關(guān)系； 2. 能通過△H-T△S及給定的△S數(shù)據(jù)定量判斷反應(yīng)的方向 過程與方法： 分別通過分析反應(yīng)焓變與反應(yīng)熵變與反應(yīng)的方向，從而進一步了解影響因素以及各因素間的相互關(guān)聯(lián)。 情感態(tài)度與價值觀： 在分析問題中能夠體會到研究的樂趣，學會如何看待事物的多面性，并最終了解熱力學理論研究的重要意義。 教學重難點：理解焓變與熵變對反應(yīng)方向的共同影響，根據(jù)定量關(guān)系△H-T△S及給定數(shù)據(jù)判斷反應(yīng)方向。 課型：新課及練習講評課 課時安排：1課時新課 2課時練習講評 教學過程： 【導入】為了減輕汽車尾氣造成的大氣污染，人們提出通過2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)來處理，這一方案是否可行，反應(yīng)物之間是否可以發(fā)生反應(yīng)？你的依據(jù)是什么？ 【板書】第一節(jié) 化學反應(yīng)的方向 自發(fā)反應(yīng)： 【教師】大家預習P35—P39，看看反應(yīng)的自發(fā)性與哪些因素有關(guān)？ 【學生】預習P35—P39（10分鐘） 【教師】科學家根據(jù)自然界中能量有由高到低的自發(fā)性和混亂的程度有有序到無序的規(guī)律來研究化學反應(yīng)…… 【板書】一、反應(yīng)焓變與反應(yīng)方向 反應(yīng)焓變是反應(yīng)能否自發(fā)進行的一個因素，但不是唯一因素。 一般的講，放熱反應(yīng)容易自發(fā)進行。 【講解】閱讀P36并思考：NH4NO3(s) 、NaOH(s)、 NaC1(s)和蔗糖都能溶于水，它們的溶解過程與焓變有關(guān)嗎？是什么因素決定它們的溶解能自發(fā)進行？固體溶解過程中的共同特點是： 【板書】二、反應(yīng)熵變與反應(yīng)方向 1.熵：描述體系混亂度的物理量 2.符號：S 單位：J?mol-1?K-1 3.大小判據(jù)： （1）物質(zhì)的混亂度：體系混亂度越大，熵值越大； （2）同一條件：不同物質(zhì)的熵值不同； （3）物質(zhì)的存在狀態(tài)：S(g) > S(l) > S(s)。 4.反應(yīng)熵變 (1)符號：△S (2)表達式:△S = S總和(生成物) – S總和(反應(yīng)物) (3)正負判斷： ①氣體體積增大的反應(yīng)，△S>0,熵增加反應(yīng) ②氣體體積減小的反應(yīng)，△S<0,熵減小反應(yīng) 【過渡】那么決定反應(yīng)方向的因素是什么呢？經(jīng)許多化學家在研究大量的化學反應(yīng)后得出化學反應(yīng)的方向與反應(yīng)的焓變及熵變都由關(guān)系。 【板書】三、焓變與熵變對反應(yīng)方向的共同影響 【板書】1.判據(jù)：△H-T△S 2.判據(jù)與反應(yīng)的自發(fā)性： < 0 反應(yīng)自發(fā) △H-T△S = 0 達平衡狀態(tài) > 0 反應(yīng)不能自發(fā) 3.適用判據(jù)應(yīng)注意的問題： （1）判斷反應(yīng)的自發(fā)性要結(jié)合△H和△S，利用△H-T△S （2）條件是溫度、壓強一定條件下 （3）反應(yīng)具有自發(fā)性，只能說明這個反應(yīng)有進行的趨勢，但這個反應(yīng)到底能不能反應(yīng)，那還要看反應(yīng)進行的限度和反應(yīng)進行的速率。 【練習】閱讀P38內(nèi)容，填寫： 化學反應(yīng)變化 △H-T△S 能否自發(fā) 2KClO3(s) == 2KCl(s)＋3O2(g) CO(g) == C(s,石墨)＋1/2O2(g) 4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g) == 4Fe(OH)3(s) NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq) == CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l) 【板書】恒T恒P下 △H △S △H-T△S 反應(yīng)的自發(fā)性 — + — 一定自發(fā) + — + 一定不能自發(fā) — — 低溫—，高溫+ 低溫自發(fā) + + 高溫—，低溫+ 高溫自發(fā) 【小結(jié)】 △S △H 【作業(yè)】P40 2、3 【板書設(shè)計】 一、反應(yīng)焓變與反應(yīng)方向 反應(yīng)焓變是反應(yīng)能否自發(fā)進行的一個因素，但不是唯一因素。 一般的講，放熱反應(yīng)容易自發(fā)進行。 二、反應(yīng)熵變與反應(yīng)方向 1.熵： 2.符號： 單位： 3.大小判據(jù)： （1）物質(zhì)的混亂度： （2）同一條件：不同物質(zhì)的熵值不同 （3）物質(zhì)的存在狀態(tài)：S(g) > S(l) > S(s) 4.反應(yīng)熵變 (1)符號： (2)表達式: (3)正負判斷： 三、焓變與熵變對反應(yīng)方向的共同影響 1.判據(jù)：△H-T△S 2.判據(jù)與反應(yīng)的自發(fā)性： < 0 反應(yīng)自發(fā) △H-T△S = 0 達平衡狀態(tài) > 0 反應(yīng)不能自發(fā) 3.適用判據(jù)應(yīng)注意的問題： （1）判斷反應(yīng)的自發(fā)性要結(jié)合△H和△S，利用△H-T△S （2）條件是溫度、壓強一定條件下 （3）反應(yīng)具有自發(fā)性，只能說明這個反應(yīng)有進行的趨勢，但這個反應(yīng)到底能不能反應(yīng)，那還要看反應(yīng)進行的限度和反應(yīng)進行的速率。 【作業(yè)】P40 2、3 （第二課時） 【題1】下列說法完全正確的是（D） A.放熱反應(yīng)均是自發(fā)反應(yīng) B.ΔS為正值的反應(yīng)均是自發(fā)反應(yīng) C.物質(zhì)的量增加的反應(yīng)，ΔS為正值 D.如果ΔH和ΔS均為正值，當溫度升高時，反應(yīng)可能自發(fā)進行 【解析】大多數(shù)放熱反應(yīng)可自發(fā)進行，但有些放熱反應(yīng)需在一定條件下才能引發(fā)反應(yīng)，如炭的燃燒等，故A錯。ΔS為正值，即熵值增加的變化，不一定是自發(fā)反應(yīng)，如碳酸鈣分解為氧化鈣和二氧化碳，故B錯。反應(yīng)前后物質(zhì)的量是否改變與熵值增加與否無必然關(guān)系，故C錯。而對D選項，當ΔH和ΔS均為正值時，溫度越高則TΔS越大，故ΔH－TΔS可能小于零，所以反應(yīng)可能自發(fā)進行。 【題2】反應(yīng)CH3OH(l)+NH3(g)＝CH3NH2(g)+H2O(g)在某溫度自發(fā)向右進行，若其 |ΔH|=17kJ?mol –1，|ΔH－TΔS|=17kJ?mol –1，則下列正確的是(A) A. ΔH > 0，ΔH－TΔS < 0 B. ΔH < 0，ΔH－TΔS > 0 C. ΔH > 0，ΔH－TΔS >0 D. ΔH < 0，ΔH－TΔS < 0 【解析】當此反應(yīng)在某溫度下自發(fā)向右進行時，ΔH－TΔS < 0，即ΔH－TΔS <－17kJ?mol –1，因此排除B、C，由于正反應(yīng)方向是熵增加的反應(yīng)，即ΔS > 0，故只有ΔH > 0時，才可能滿足條件。 【題3】下列反應(yīng)中，ΔS最大的是（A） A.CaCO3(s)＝CaO(s)+CO2(g) B.2SO2(g)+O2(g)＝2SO3(g) C.N2(g)+3H2(g)＝2NH3(g) D.CuSO4(s)+5H2O(l)＝CuSO4?5H2O(s) 【解析】對同一物質(zhì)來說，S(g)>S(l)>S(s)，B、C、D均為熵減少的反應(yīng)，即ΔS均小于零；只有A是熵增加的反應(yīng)，故選A。 【題4】已知下列反應(yīng)在常溫下均為非自發(fā)反應(yīng)，則在高溫下仍為非自發(fā)的是（D） A.Ag2O(s)＝2Ag(s)+O2(g) B.Fe2O3(s)+ C(s)＝2Fe(s)+ CO2(g) C.N2O4(g)＝2NO2(g) D.６C(s)+6H2O(l)＝C6H12O6(s) 【解析】在與外界隔離的體系中，自發(fā)過程將導致體系的熵增大，這個原理叫做熵增原理。在用來判斷過程的方向時，稱為熵判斷依據(jù)。對于同一種物質(zhì)而言，S(g)>S(l)>S(s)。A、C都是分解反應(yīng)，都是吸熱反應(yīng)，即ΔH>０，又是熵增反應(yīng)，即ΔS > 0，因此當高溫時可能有ΔH－TΔS < 0，故在高溫下可自發(fā)進行，而B也是熵增反應(yīng)，也是吸熱反應(yīng)，同A、C一樣在高溫下可自發(fā)進行。D是熵減小反應(yīng)，溫度越高，則ΔH－TΔS的值越大，因此在高溫下不能自發(fā)進行。 【題5】某反應(yīng)２AB(g)C(g)+3D(g)在高溫時能自發(fā)進行，其逆反應(yīng)在低溫下能自發(fā)進行，則該反應(yīng)的ΔH、ΔS應(yīng)為（C） A.ΔH < 0，ΔS > 0 B. ΔH < 0，ΔS <0 C. ΔH > 0，ΔS > 0 D. ΔH > 0，ΔS < 0 【解析】反應(yīng)自發(fā)進行的前提是反應(yīng)的ΔH－TΔS<０，與溫度有關(guān)，反應(yīng)溫度的變化可能使ΔH－TΔS的符號發(fā)生變化。ΔH > 0，ΔS < 0，在任何溫度下，ΔH－TΔS>０，反應(yīng)都不能自發(fā)進行。ΔH> 0，ΔS <0，在較低溫度下，ΔH－TΔS<０，即反應(yīng)在降低溫度時才能發(fā)生。ΔH < 0，ΔS < 0，若使反應(yīng)自發(fā)進行，即ΔH－TΔS<０，必須提高溫度，即反應(yīng)只有在較高溫度時自發(fā)進行。ΔH < 0，ΔS > 0，在任何溫度時，ΔH－TΔS<０，即在任何溫度下反應(yīng)均能自發(fā)進行。 【題6】水的三態(tài)的熵值的大小關(guān)系正確的是（C） A.S(s)>S(l)>S(g) B. S(l)>S(s)>S(g) C. S(g)>S(l)>S(s) D. S(g)>S(s)>S(l) 【解析】按H2O(g)→H2O(l)→H2O(s)，水分子的排列越來越有序，水分子的運動范圍越來越小，故混亂度越來越小，其熵越來越小。 【題8】已知2CO(g)CO2(g)+C(s)，T＝980K時，ΔH－TΔS＝０。當體系溫度低于980K時，估計ΔH－TΔS的正負號為　　　　　，所以CO將發(fā)生 　　　　反應(yīng)，當體系溫度高于980K時，ΔH－TΔS的正負號為　　　。在冶金工業(yè)中，以C作為還原劑溫度高于980K時的氧化產(chǎn)物是以　　　為主，低于980K時以　　為主。 【解析】由CO氣體反應(yīng)生成CO2氣體和C的反應(yīng)是一個熵增反應(yīng)，即ΔS > 0。因此由T＝980 K時ΔH－TΔS＝０知，當T<980 K時，ΔH－TΔS<０；當T>980 K時，ΔH－TΔS>０。 【題9】有A、B、C、D四個反應(yīng)： 反應(yīng) A B C D ΔH／kJ?mol –1 10.5 1.80 －126 －11.7 ΔS／J?mol –1?K –1 30.0 －113.0 84.0 －105.0 則在任何溫度都能自發(fā)進行的反應(yīng)是　　??；任何溫度都不能自發(fā)進行的反應(yīng)是　　　；另兩個反應(yīng)中，在溫度高于　　　℃時可自發(fā)進行的反應(yīng)是　　?。辉跍囟鹊陀凇　　　　鏁r自發(fā)進行的反應(yīng)是　　　　。 【解析】對反應(yīng)B，則在任何溫度下，ΔH－TΔS<０，故在任何溫度下都不能自發(fā)進行；同理可分析反應(yīng)C在任何溫度下都能自發(fā)進行。對A、D兩反應(yīng)可代入數(shù)據(jù)計算，可知A溫度必須高于350 K時，可自發(fā)進行，D溫度必須低于111.4 K時可自發(fā)進行。 【題10】下列反應(yīng)： ①C(s)+O2(g)＝CO2(g) ②2CO(g)+O2(g)＝2CO2(g) ③NH4Cl(s)＝NH3(g)+HCl(g) ④CaCO3(s)＝CaO+CO2(g) 按ΔS減小的順序排列為?、邰堍佗凇　?。（填寫序號） 【解析】我們知道同種物質(zhì)S(g)>S(l)>S(s)。③是１種固體變成２種氣體的反應(yīng)，ΔS很大；④是１種固體變成１種氣體和１種固體的反應(yīng)，ΔS>０，但增加值比③小；①是一種固體和一種氣體生成一種氣體的反應(yīng)，屬于熵減小反應(yīng)；②是兩種氣體生成一種氣體的反應(yīng)，屬于熵減小反應(yīng)，且減小程度比①大。 【題11】已知溫度為298K時，氨的分解反應(yīng)：?。睳H3(g)＝N2(g)+3H2(g) ΔH＝92.38 kJ?mol –1 ΔS＝198.26 J?mol –1?K –1 (1) 在298K時，能否自發(fā)進行？ (2) 欲使上述反應(yīng)方向逆轉(zhuǎn)，對溫度條件有何要求？ 【解析】通過ΔH－TΔS計算可知，ΔH－TΔS＝33.3 kJ?mol –1，不能自發(fā)進行；設(shè)在溫度為x時可自發(fā)進行，則有T>＝466 K。 【題12】已知溫度為298 K時，反應(yīng)： CH4(g)+4CuO(s)＝CO2(g)+2H2O(l)+4Cu(s) ΔH＝－261.11 kJ?mol –1 ΔS＝129.27 J?mol –1?K –1 (1) 常溫、常壓下，反應(yīng)能否自發(fā)進行？ (2) 500 K時反應(yīng)能否自發(fā)進行？ 【解析】ΔH－TΔS＝－299.65 kJ?mol –1 ，能自發(fā)進行。因為ΔH < 0，ΔS > 0，在任何溫度時，ΔH－TΔS<０，即在任何溫度下反應(yīng)均能自發(fā)進行。所以在500 K時也可自發(fā)進行。 【題13】已知數(shù)據(jù)：Sn(白)Sn(灰)，ΔH＝12.94 kJ?mol –1 ΔS＝44.36 J?mol –1?K –1，求反應(yīng)Sn(白)Sn(灰)的轉(zhuǎn)化溫度。 【解析】ΔH－TΔS可計算得到T>291.7K。 【題14】鐵銹的主要成分為Fe2O3，298 K時，由單質(zhì)生成Fe2O3的 ΔH＝－824 kJ?mol –1 ，且ΔH－TΔS＝－742.2 kJ?mol –1，用計算說明在－150℃的空氣中鐵是否可能發(fā)生銹蝕？ 【解析】常溫下，T＝298 K，ΔH－TΔS＝－824 kJ?mol –1－298 KΔS＝－742.2 kJ?mol –1，解得ΔS＝－274.5 J?mol –1?K –1。在－150℃時，ΔH－TΔS＝－790.2 kJ?mol –1，故反應(yīng)能自發(fā)進行。 【題15】汽車尾氣的凈化反應(yīng)：２NO(g)+2CO(g)＝N2(g)+2CO2(g) 在298 K，100kPa時，ΔH＝－113.0 kJ?mol –1 ΔS＝－145.3 J?mol –1?K –1 通過計算說明該反應(yīng)在室溫下能不能自發(fā)進行？ 【解析】T＝298 K，ΔH－TΔS＝－69.7 kJ?mol –1，故常溫下能自發(fā)進行。 （第三課時） 【題1】吸熱反應(yīng)一定是（C） A.非自發(fā)的化學反應(yīng)　　B.釋放能量　　C.貯存能量　　D.反應(yīng)需要加熱 【解析】吸熱反應(yīng)是一個把熱能等轉(zhuǎn)化為物質(zhì)內(nèi)部能量而被“貯存”起來的過程，B錯誤，C正確；吸熱的自發(fā)反應(yīng)是熵增加的過程，A錯誤；有些吸熱反應(yīng)在常溫或低溫下也可自發(fā)進行，D錯誤。 【題２】下列說法中正確的是（AC） A.物質(zhì)發(fā)生化學反應(yīng)都伴隨著能量變化 B.伴隨著能量變化的物質(zhì)變化都是化學變化 C.在一個確定的化學反應(yīng)關(guān)系中，反應(yīng)物的總能量與生成物的總能量一定不同 D.在一個確定的化學反應(yīng)關(guān)系中，反應(yīng)物的總能量總是高于生成物的總能量 【解析】物質(zhì)發(fā)生化學反應(yīng)都伴隨著能量的變化，伴有能量變化的物質(zhì)變化不一定是化學變化，物質(zhì)發(fā)生物理變化、核變化也伴有能量變化。在一個確定的化學反應(yīng)關(guān)系中，反應(yīng)物的總焓(x)與反應(yīng)物的總焓(y)之間的關(guān)系為x>y，化學反應(yīng)為放熱反應(yīng)；x0，故ΔH－TΔS<0，所以在任何溫度下都是自發(fā)的過程。 【題７】25℃時，飽和KNO3溶液物質(zhì)的量濃度是６mol?L –1，若將１mol固體置于１L水中，則變成鹽溶液過程的的取值為（A） A.< ０　　　　　B.＝０　　　　　C.>０　　　　　D.不能確定 【解析】 【題８】觀察下列自然界的一些自發(fā)變化，可發(fā)現(xiàn)它們有一些共同的特點。下列說法不正確的是（C） A.都有一定的方向性，按某一物理量標度由高到低自發(fā)進行 B.都可以用來做功，自發(fā)過程一旦發(fā)生后體系做功的本領(lǐng)就會降低 C.有一定的進行限度，自發(fā)過程總是單向地趨向于非平衡狀態(tài) D.有一定的數(shù)據(jù)差來判斷自發(fā)變化能否發(fā)生 【解析】有一定的進行限度是對的，但最終趨向于平衡狀態(tài)。 【題９】向平底燒瓶中放入氫氧化鋇晶體［Ba(OH)2?8H2O］和氯化銨晶體，塞緊瓶塞。在木板上滴少量水，如圖所示。一會兒，就會發(fā)現(xiàn)瓶內(nèi)固態(tài)物質(zhì)變成液體，瓶壁變冷，小木板上因少量水凍結(jié)而被燒瓶粘住，這時打開瓶塞，出來的氣體有氨味。這是自發(fā)地發(fā)生了反應(yīng)： Ba(OH)2?8H2O (s)+2NH4Cl(s)＝BaCl2(s)+2NH3(g)+10H2O(l) 下列結(jié)論中正確的是（C） A.自發(fā)反應(yīng)一定是放熱反應(yīng)　　　　B. 自發(fā)反應(yīng)一定是吸熱反應(yīng) C.有的吸熱反應(yīng)也能自發(fā)進行　　　D.吸熱反應(yīng)不能自發(fā)進行 【解析】本反應(yīng)的ΔH>0，ΔS>0，故在一定溫度下可自發(fā)進行。 【題10】當鐵加熱后放入氧氣中可觀察到的現(xiàn)象是　　　　　　　，說明這個反應(yīng)是　　　　　　?。ㄌ睢拔鼰帷被颉胺艧帷保┓磻?yīng)，說明單質(zhì)鐵的穩(wěn)定性　　　（填“強”或“弱”）于產(chǎn)物。 【解析】燃燒必然是放熱反應(yīng)，放熱反應(yīng)的反應(yīng)物總能量大于生成物總能量，能量越高，物質(zhì)越不穩(wěn)定。 【題11】對反應(yīng)：CaCO3(s)＝CaO(s)+CO2(g)，ΔH(298K)＝178.3 kJ?mol –1 ΔS(298K)＝169.6 J?mol –1?K –1，分析此反應(yīng)在室溫下能不能自發(fā)進行？假定反應(yīng)焓變與熵變不隨溫度變化，求CaCO3的分解溫度。 【解析】設(shè)在溫度為x時可自發(fā)進行，則有 ΔH－TΔS＝178.3 kJ?mol –1 －x169.6 J?mol –1?K –1<０ 求得x>1051K，故在常溫下不能自發(fā)進行。 【題12】高爐煉鐵中常用焦炭還原Al2O3。已知298K時反應(yīng)： ２Al2O3(s)+3C(s)＝4Al(s)+3CO2(g) ΔH＝217 kJ?mol –1 ΔS＝635.5 J?mol –1?K –1 請運用所學知識判斷用焦炭還原Al2O3煉制金屬鋁的可能性。 【解析】在常溫下，代入數(shù)據(jù)計算可得ΔH－TΔS>0，故不能自發(fā)進行。同理，計算得當Y>341.46 K時，ΔH－TΔS<0，可自發(fā)進行。 【題13】已知下列數(shù)據(jù)：CaSO4(s)＝CaO(s)+SO3(g) ΔH＝401.88 kJ?mol –1 ΔS＝403.4 J?mol –1?K –1通過計算說明能否用CaO固體吸收高爐廢氣中的SO3氣體以防止SO3污染環(huán)境。 【解析】當一個反應(yīng)逆向發(fā)生時，其ΔH、ΔS的數(shù)值不變，但符號相反。反應(yīng)在常溫下能自發(fā)進行，同時反應(yīng)的轉(zhuǎn)折溫度較高，為２122 K，因此是可行的。 CaO(s)+SO3(g) ＝CaSO4(s) ΔH＝－401.88 kJ?mol –1 ΔS＝－403.4 J?mol –1?K –1 代入ΔH－TΔS中可判斷得在常溫下一定小于０，故能自發(fā)進行。 【題14】在298 K時，下列反應(yīng)的ΔH依次為： C8H18(g)＋O2(g)＝8CO2(g)＋9H2O(l) ΔH1＝－5512.4 kJ?mol –1 C(s，石墨)＋O2(g)＝CO2(g) 　　ΔH２＝－393.5 kJ?mol –1 H2(g)＋O2＝H2O(l) ΔH3＝－285.8 kJ?mol –1 C8H18(g)＝8C(s，石墨)＋9H2(g) ΔS＝757.3 J?mol –1?K –1 則298 K時，由單質(zhì)生成１mol正辛烷的ΔH、ΔS及ΔH－TΔS分別為多少？ 【解析】由單質(zhì)生成１mol正辛烷的反應(yīng)為：８C(s，石墨)＋９H2(g)→C8H18(g)，該反應(yīng)是辛烷分解反應(yīng)的逆反應(yīng)，故ΔS＝－757.3 J?mol –1?K –1，并且此反應(yīng)的焓變ΔH＝８ΔH２＋９ΔH３－ΔH１＝－207.8 kJ?mol –1，所以298 K時，ΔH－TΔS＝17.86 kJ?mol –1。