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

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-TS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(xué)會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：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-TS及給定數(shù)據(jù)判斷反應(yīng)方向。課型：新課及練習(xí)講評課課時安排：1課時新課 2課時練習(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)P35P39，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)P35P39（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：Jmol-1K-13.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： 氣體體積增大的反應(yīng)，S>0,熵增加反應(yīng)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?！景鍟咳㈧首兣c熵變對反應(yīng)方向的共同影響【板書】1.判據(jù)：H-TS 2.判據(jù)與反應(yīng)的自發(fā)性： < 0 反應(yīng)自發(fā)H-TS = 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-TS（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(xí)】閱讀P38內(nèi)容，填寫： 化學(xué)反應(yīng)變化 H-TS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 HSH-TS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-TS 2.判據(jù)與反應(yīng)的自發(fā)性： < 0 反應(yīng)自發(fā)H-TS = 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-TS（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.S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)，S為正值D.如果H和S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。S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H和S均為正值時，溫度越高則TS越大，故HTS可能小于零，所以反應(yīng)可能自發(fā)進行?！绢}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|H|=17kJmol 1，|HTS|=17kJmol 1，則下列正確的是(A)A. H > 0，HTS < 0 B. H < 0，HTS > 0C. H > 0，HTS >0 D. H < 0，HTS < 0【解析】當此反應(yīng)在某溫度下自發(fā)向右進行時，HTS < 0，即HTS <17kJmol 1，因此排除B、C，由于正反應(yīng)方向是熵增加的反應(yīng)，即S > 0，故只有H > 0時，才可能滿足條件。【題3】下列反應(yīng)中，S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)CuSO45H2O(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S均小于零；只有A是熵增加的反應(yīng)，故選A?！绢}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.C(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H>，又是熵增反應(yīng)，即S > 0，因此當高溫時可能有HTS < 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HTS的值越大，因此在高溫下不能自發(fā)進行。【題5】某反應(yīng)AB(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H、S應(yīng)為（C）A.H < 0，S > 0 B. H < 0，S <0C. H > 0，S > 0 D. H > 0，S < 0【解析】反應(yīng)自發(fā)進行的前提是反應(yīng)的HTS<，與溫度有關(guān)，反應(yīng)溫度的變化可能使HTS的符號發(fā)生變化。H > 0，S < 0，在任何溫度下，HTS>，反應(yīng)都不能自發(fā)進行。H> 0，S <0，在較低溫度下，HTS<，即反應(yīng)在降低溫度時才能發(fā)生。H < 0，S < 0，若使反應(yīng)自發(fā)進行，即HTS<，必須提高溫度，即反應(yīng)只有在較高溫度時自發(fā)進行。H < 0，S > 0，在任何溫度時，HTS<，即在任何溫度下反應(yīng)均能自發(fā)進行?！绢}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?！绢}8】已知2CO(g)CO2(g)+C(s)，T980K時，HTS。當體系溫度低于980K時，估計HTS的正負號為，所以CO將發(fā)生反應(yīng)，當體系溫度高于980K時，HTS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?！窘馕觥坑蒀O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S > 0。因此由T980 K時HTS知，當T<980 K時，HTS<；當T>980 K時，HTS>。【題9】有A、B、C、D四個反應(yīng)：反應(yīng)ABCDHkJmol 110.51.8012611.7SJmol 1K 130.0113.084.0105.0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；在溫度低于時自發(fā)進行的反應(yīng)是。【解析】對反應(yīng)B，則在任何溫度下，HTS<，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?！绢}10】下列反應(yīng)：C(s)+O2(g)CO2(g) 2CO(g)+O2(g)2CO2(g)NH4Cl(s)NH3(g)+HCl(g) CaCO3(s)CaO+CO2(g)按S減小的順序排列為。（填寫序號）【解析】我們知道同種物質(zhì)S(g)>S(l)>S(s)。是種固體變成種氣體的反應(yīng)，S很大；是種固體變成種氣體和種固體的反應(yīng)，S>，但增加值比小；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)；是兩種氣體生成一種氣體的反應(yīng)，屬于熵減小反應(yīng)，且減小程度比大?！绢}11】已知溫度為298K時，氨的分解反應(yīng)：NH3(g)N2(g)+3H2(g)H92.38 kJmol 1 S198.26 Jmol 1K 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HTS計算可知，HTS33.3 kJmol 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?！绢}12】已知溫度為298 K時，反應(yīng)：CH4(g)+4CuO(s)CO2(g)+2H2O(l)+4Cu(s) H261.11 kJmol 1 S129.27 Jmol 1K 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】HTS299.65 kJmol 1 ，能自發(fā)進行。因為H < 0，S > 0，在任何溫度時，HTS<，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)，H12.94 kJmol 1 S44.36 Jmol 1K 1，求反應(yīng)Sn(白)Sn(灰)的轉(zhuǎn)化溫度。【解析】HTS可計算得到T>291.7K?！绢}14】鐵銹的主要成分為Fe2O3，298 K時，由單質(zhì)生成Fe2O3的H824 kJmol 1 ，且HTS742.2 kJmol 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，T298 K，HTS824 kJmol 1298 KS742.2 kJmol 1，解得S274.5 Jmol 1K 1。在150時，HTS790.2 kJmol 1，故反應(yīng)能自發(fā)進行?！绢}15】汽車尾氣的凈化反應(yīng)：NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)在298 K，100kPa時，H113.0 kJmol 1 S145.3 Jmol 1K 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】T298 K，HTS69.7 kJmol 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(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?！绢}】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<y，化學(xué)反應(yīng)為吸熱反應(yīng)；xy。【題】HTS作為化學(xué)反應(yīng)方向的判據(jù)，它適用的條件是（A）A.溫度、壓強一定B.壓強一定C.溫度、體積一定D.體系中物質(zhì)的狀態(tài)一定【解析】HTS只能用于溫度、壓強一定的條件下的化學(xué)反應(yīng)的判斷，不能用于其他條件下的反應(yīng)判斷?！绢}】下列反應(yīng)都是吸熱反應(yīng)，在高溫下不能自發(fā)進行的是（A）A.CO(g)C(s)+ O2(g) B.2CuO(s)Cu2O+O2(g)C.MgCO3(s)MgO(s)+CO2(g) D.SnO2(s)+C(s)Sn(s)+CO2(g)【解析】A反應(yīng)既是吸熱反應(yīng)，又是熵減小的反應(yīng)，所以溫度越高，HTS的值越大，不能自發(fā)進行。B、C、D的反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，但都是熵增加反應(yīng)，溫度越高。HTS的值越小，可能自發(fā)進行?！绢}5】對于反應(yīng)：Fe(OH)2(s)2H2O(l)O2(g)4Fe(OH)3(s)H444.3 kJmol 1 S280.1 Jmol 1K 1在常溫、常壓下反應(yīng)能自發(fā)進行。對反應(yīng)的方向起決定性作用的是（D）A.熵變B.溫度C.壓強D.焓變【解析】HTS<0時反應(yīng)可自發(fā)進行，由于常溫、常壓下，TS是較小的確定的值，由HTS0時，T反應(yīng)才可能逆轉(zhuǎn)，故焓變對反應(yīng)方向起決定性作用。【題】如圖所示，在圖中A、B兩容器里分別收集著兩種互不作用的理想氣體。若將中間活塞打開，兩種氣體分子立即都占有了兩個容器。這是一個不伴隨能量變化的自發(fā)過程。關(guān)于此過程的下列說法不正確的是（D）A.此過程是從混亂度小的向混亂度大的變化過程，即熵增大的過程B.此過程為自發(fā)過程，而且沒有熱量的吸收或放出C.此過程從有序到無序，混亂度增大D.此過程是自發(fā)可逆的【解析】兩種互不作用的理想氣體的等壓混合，是一個不伴隨能量變化的過程，但是一個熵增加的過程，即H=0，S>0，故HTS<0，所以在任何溫度下都是自發(fā)的過程。【題】25時，飽和KNO3溶液物質(zhì)的量濃度是molL 1，若將mol固體置于L水中，則變成鹽溶液過程的的取值為（A）A.< B.C.>D.不能確定【解析】【題】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)?！绢}】向平底燒瓶中放入氫氧化鋇晶體Ba(OH)28H2O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)28H2O (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H>0，S>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（填“吸熱”或“放熱”）反應(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)，H(298K)178.3 kJmol 1 S(298K)169.6 Jmol 1K 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?！窘馕觥吭O(shè)在溫度為x時可自發(fā)進行，則有HTS178.3 kJmol 1 x169.6 Jmol 1K 1<求得x>1051K，故在常溫下不能自發(fā)進行?！绢}12】高爐煉鐵中常用焦炭還原Al2O3。已知298K時反應(yīng)：Al2O3(s)+3C(s)4Al(s)+3CO2(g) H217 kJmol 1 S635.5 Jmol 1K 1請運用所學(xué)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HTS>0，故不能自發(fā)進行。同理，計算得當Y>341.46 K時，HTS<0，可自發(fā)進行。【題13】已知下列數(shù)據(jù)：CaSO4(s)CaO(s)+SO3(g) H401.88 kJmol 1 S403.4 Jmol 1K 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?！窘馕觥慨斠粋€反應(yīng)逆向發(fā)生時，其H、S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122 K，因此是可行的。CaO(s)+SO3(g) CaSO4(s) H401.88 kJmol 1 S403.4 Jmol 1K 1代入HTS中可判斷得在常溫下一定小于，故能自發(fā)進行?！绢}14】在298 K時，下列反應(yīng)的H依次為：C8H18(g)O2(g)8CO2(g)9H2O(l) H15512.4 kJmol 1 C(s，石墨)O2(g)CO2(g) H393.5 kJmol 1 H2(g)O2H2O(l) H3285.8 kJmol 1 C8H18(g)8C(s，石墨)9H2(g) S757.3 Jmol 1K 1則298 K時，由單質(zhì)生成mol正辛烷的H、S及HTS分別為多少？【解析】由單質(zhì)生成mol正辛烷的反應(yīng)為：C(s，石墨)H2(g)C8H18(g)，該反應(yīng)是辛烷分解反應(yīng)的逆反應(yīng)，故S757.3 Jmol 1K 1，并且此反應(yīng)的焓變HHHH207.8 kJmol 1，所以298 K時，HTS17.86 kJmol 1。