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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.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.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。

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