2019-2020年高中化學(xué)《化學(xué)反應(yīng)的方向》教案5 魯科版選修4.doc
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2019-2020年高中化學(xué)《化學(xué)反應(yīng)的方向》教案5 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(jìn)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(jià)值觀: 在分析問題中能夠體會(huì)到研究的樂趣,學(xué)會(huì)如何看待事物的多面性,并最終了解熱力學(xué)理論研究的重要意義。 教學(xué)重難點(diǎn):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(xí)講評課 課時(shí)安排:1課時(shí)新課 2課時(shí)練習(xí)講評 教學(xué)過程: 【導(dǎo)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(xué)反應(yīng)的方向 自發(fā)反應(yīng): 【教師】大家預(yù)習(xí)P35—P39,看看反應(yīng)的自發(fā)性與哪些因素有關(guān)? 【學(xué)生】預(yù)習(xí)P35—P39(10分鐘) 【教師】科學(xué)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(xué)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(jìn)行的一個(gè)因素,但不是唯一因素。 一般的講,放熱反應(yīng)容易自發(fā)進(jìn)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(jìn)行?固體溶解過程中的共同特點(diǎn)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(dá)式:△S = S總和(生成物) – S總和(反應(yīng)物) (3)正負(fù)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(xué)家在研究大量的化學(xué)反應(yīng)后得出化學(xué)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(dá)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(qiáng)一定條件下 (3)反應(yīng)具有自發(fā)性,只能說明這個(gè)反應(yīng)有進(jìn)行的趨勢,但這個(gè)反應(yīng)到底能不能反應(yīng),那還要看反應(yīng)進(jìn)行的限度和反應(yīng)進(jìn)行的速率。 【練習(xí)】閱讀P38內(nèi)容,填寫: 化學(xué)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(jì)】 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(jìn)行的一個(gè)因素,但不是唯一因素。 一般的講,放熱反應(yīng)容易自發(fā)進(jìn)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(dá)式: (3)正負(fù)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(dá)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(qiáng)一定條件下 (3)反應(yīng)具有自發(fā)性,只能說明這個(gè)反應(yīng)有進(jìn)行的趨勢,但這個(gè)反應(yīng)到底能不能反應(yīng),那還要看反應(yīng)進(jìn)行的限度和反應(yīng)進(jìn)行的速率。 【作業(yè)】P40 2、3 (第二課時(shí)) 【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(dāng)溫度升高時(shí),反應(yīng)可能自發(fā)進(jìn)行 【解析】大多數(shù)放熱反應(yīng)可自發(fā)進(jìn)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(cuò)。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(cuò)。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(cuò)。而對D選項(xiàng),當(dāng)ΔH和ΔS均為正值時(shí),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(jìn)行。 【題2】反應(yīng)CH3OH(l)+NH3(g)=CH3NH2(g)+H2O(g)在某溫度自發(fā)向右進(jìn)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(dāng)此反應(yīng)在某溫度下自發(fā)向右進(jìn)行時(shí),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(shí),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(dǎo)致體系的熵增大,這個(gè)原理叫做熵增原理。在用來判斷過程的方向時(shí),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(dāng)高溫時(shí)可能有ΔH-TΔS < 0,故在高溫下可自發(fā)進(jìn)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(jìn)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(jìn)行。 【題5】某反應(yīng)2AB(g)C(g)+3D(g)在高溫時(shí)能自發(fā)進(jìn)行,其逆反應(yīng)在低溫下能自發(fā)進(jìn)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(jìn)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(jìn)行。ΔH> 0,ΔS <0,在較低溫度下,ΔH-TΔS<0,即反應(yīng)在降低溫度時(shí)才能發(fā)生。ΔH < 0,ΔS < 0,若使反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行,即ΔH-TΔS<0,必須提高溫度,即反應(yīng)只有在較高溫度時(shí)自發(fā)進(jìn)行。ΔH < 0,ΔS > 0,在任何溫度時(shí),ΔH-TΔS<0,即在任何溫度下反應(yīng)均能自發(fā)進(jìn)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(yùn)動(dòng)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(shí),ΔH-TΔS=0。當(dāng)體系溫度低于980K時(shí),估計(jì)ΔH-TΔS的正負(fù)號為 ,所以CO將發(fā)生 反應(yīng),當(dāng)體系溫度高于980K時(shí),ΔH-TΔS的正負(fù)號為 。在冶金工業(yè)中,以C作為還原劑溫度高于980K時(shí)的氧化產(chǎn)物是以 為主,低于980K時(shí)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(gè)熵增反應(yīng),即ΔS > 0。因此由T=980 K時(shí)ΔH-TΔS=0知,當(dāng)T<980 K時(shí),ΔH-TΔS<0;當(dāng)T>980 K時(shí),ΔH-TΔS>0。 【題9】有A、B、C、D四個(gè)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(jìn)行的反應(yīng)是 ??;任何溫度都不能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)是 ??;另兩個(gè)反應(yīng)中,在溫度高于 ℃時(shí)可自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)是 ?。辉跍囟鹊陀凇 鏁r(shí)自發(fā)進(jìn)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(jìn)行;同理可分析反應(yīng)C在任何溫度下都能自發(fā)進(jìn)行。對A、D兩反應(yīng)可代入數(shù)據(jù)計(jì)算,可知A溫度必須高于350 K時(shí),可自發(fā)進(jìn)行,D溫度必須低于111.4 K時(shí)可自發(fā)進(jìn)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(shí),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(shí),能否自發(fā)進(jìn)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(jì)算可知,ΔH-TΔS=33.3 kJ?mol –1,不能自發(fā)進(jìn)行;設(shè)在溫度為x時(shí)可自發(fā)進(jìn)行,則有T>=466 K。 【題12】已知溫度為298 K時(shí),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(jìn)行? (2) 500 K時(shí)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行? 【解析】ΔH-TΔS=-299.65 kJ?mol –1 ,能自發(fā)進(jìn)行。因?yàn)棣 < 0,ΔS > 0,在任何溫度時(shí),ΔH-TΔS<0,即在任何溫度下反應(yīng)均能自發(fā)進(jìn)行。所以在500 K時(shí)也可自發(fā)進(jìn)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(jì)算得到T>291.7K。 【題14】鐵銹的主要成分為Fe2O3,298 K時(shí),由單質(zhì)生成Fe2O3的 ΔH=-824 kJ?mol –1 ,且ΔH-TΔS=-742.2 kJ?mol –1,用計(jì)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(shí),ΔH-TΔS=-790.2 kJ?mol –1,故反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)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(shí),ΔH=-113.0 kJ?mol –1 ΔS=-145.3 J?mol –1?K –1 通過計(jì)算說明該反應(yīng)在室溫下能不能自發(fā)進(jìn)行? 【解析】T=298 K,ΔH-TΔS=-69.7 kJ?mol –1,故常溫下能自發(fā)進(jìn)行。 (第三課時(shí)) 【題1】吸熱反應(yīng)一定是(C) A.非自發(fā)的化學(xué)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(gè)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(cuò)誤,C正確;吸熱的自發(fā)反應(yīng)是熵增加的過程,A錯(cuò)誤;有些吸熱反應(yīng)在常溫或低溫下也可自發(fā)進(jìn)行,D錯(cuò)誤。 【題2】下列說法中正確的是(AC) A.物質(zhì)發(fā)生化學(xué)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(xué)變化 C.在一個(gè)確定的化學(xué)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(gè)確定的化學(xué)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(xué)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(xué)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(gè)確定的化學(xué)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(xué)反應(yīng)為放熱反應(yīng);x- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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