2020-2021學(xué)年魯科版選修4 第二單元第一節(jié) 化學(xué)反應(yīng)的方向 學(xué)案

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1、知識像燭光，能照亮一個(gè)人，也能照亮無數(shù)的人。--培根 第一節(jié) 化學(xué)反應(yīng)的方向 目標(biāo)與素養(yǎng)：1.了解焓變與熵變的含義。(宏觀辨識)2.理解焓變、熵變與反應(yīng)方向的關(guān)系。(證據(jù)推理)3.能綜合運(yùn)用焓變與熵變判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向。(模型認(rèn)知) 1．反應(yīng)焓變與反應(yīng)方向 (1)自發(fā)過程 ①含義：在溫度和壓強(qiáng)一定的條件下，不借助光、電等外部力量就能自動(dòng)進(jìn)行的過程。 ②特點(diǎn) a．體系趨向于從高能量狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍芰繝顟B(tài)。 b．在密閉條件下，體系趨向于從有序狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序狀態(tài)。 c．具有方向性：即過程的某個(gè)方向在一定條件下是自發(fā)的，而其逆方向在該條件下肯定不能自發(fā)。 微點(diǎn)撥：自發(fā)

2、過程需要在一定的溫度和壓強(qiáng)下才可以發(fā)生。 (2)反應(yīng)焓變與反應(yīng)方向的關(guān)系 ①能自發(fā)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)多數(shù)是ΔH＜0的反應(yīng)。 ②有些ΔH＞0的反應(yīng)也能自發(fā)進(jìn)行。 ③反應(yīng)的焓變是反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的影響因素，但不是唯一因素。 2．反應(yīng)熵變與反應(yīng)方向 (1)熵 ①概念：描述體系混亂度的一個(gè)物理量，符號為S，單位是J·mol－1·K－1。 ②特點(diǎn)：混亂度越大，體系越無序，體系的熵值就越大。 ③影響因素。 a．同一物質(zhì)：S(高溫)＞S(低溫)，S(g)＞S(l)＞S(s)。 b．不同物質(zhì)：相同條件下不同物質(zhì)具有不同的熵值，分子結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，熵值越大。 c．S(混合物)＞S(純凈物)。

3、(2)反應(yīng)熵變 (3)反應(yīng)熵變與反應(yīng)方向 ①二者關(guān)系。 ②結(jié)論：熵變是與反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行有關(guān)的一個(gè)因素，但不是唯一因素。 微點(diǎn)撥：熵變正負(fù)的判斷 (1)物質(zhì)由固態(tài)到液態(tài)、由液態(tài)到氣態(tài)或由固態(tài)到氣態(tài)的過程，熵變?yōu)檎?，是熵增加的過程。 (2)氣體體積增大的反應(yīng)，熵變通常都是正值，是熵增加的反應(yīng)。 (3)氣體體積減小的反應(yīng)，熵變通常都是負(fù)值，是熵減小的反應(yīng)。 3．焓變與熵變對反應(yīng)方向的共同影響 (1)反應(yīng)方向的判據(jù) 在溫度和壓強(qiáng)一定的條件下，化學(xué)反應(yīng)的方向是反應(yīng)的焓變和熵變共同影響的結(jié)果。反應(yīng)的判據(jù)為ΔH－TΔS。 (2)文字表述 在溫度和壓強(qiáng)一定的條件下，

4、自發(fā)反應(yīng)總是向ΔH－TΔS＜0的方向進(jìn)行，直至達(dá)到平衡狀態(tài)。 (3)局限性 ①只能用于一定溫度和壓強(qiáng)條件下的反應(yīng)，不能用于其他條件下的反應(yīng)。 ②僅僅可以用于判斷溫度和壓強(qiáng)一定的條件下反應(yīng)自動(dòng)發(fā)生的趨勢，不能說明反應(yīng)在該條件下能否實(shí)際發(fā)生。 微點(diǎn)撥：在ΔH和ΔS確定的情況下，溫度有可能對反應(yīng)的方向起決定作用。 1．判斷對錯(cuò)(對的在括號內(nèi)打“√”，錯(cuò)的在括號內(nèi)打“×”。) (1)CaCO3(s)CaO(s)＋CO2(g)是一個(gè)熵減過程。 (　　) (2)－10 ℃的水結(jié)成冰，可用熵變的判據(jù)來解釋該變化過程的自發(fā)性。 (　　) (3)吸熱且熵增加的反應(yīng)，溫度越低反應(yīng)越可能自

5、發(fā)進(jìn)行。 (　　) (4)由焓判據(jù)和熵判據(jù)組合而成的復(fù)合判據(jù)，將更適合于所有的過程。 (　　) (5)一個(gè)反應(yīng)的ΔH－TΔS＝0，則該反應(yīng)處于平衡狀態(tài)。 (　　) [提示]　(1)×　CaCO3分解反應(yīng)是一個(gè)氣體物質(zhì)的量增多的反應(yīng)，故為熵增過程。 (2)×?。?0 ℃的水結(jié)成冰是一個(gè)熵減過程，該過程能自發(fā)進(jìn)行，應(yīng)用焓變的判據(jù)解釋，即ΔH＜0是該過程自發(fā)進(jìn)行的主要原因。 (3)×　當(dāng)ΔH＞0、ΔS＞0，溫度越高越可能使ΔH－TΔS＜0，即有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行。 (4)√　(5)√ 2．自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)一定是(　　) A．吸熱反應(yīng)　　　 B．放熱反應(yīng) C．熵增加反應(yīng) D．ΔH－

6、TΔS＜0 D　[ΔH－TΔS＜0的反應(yīng)為自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)。] 3．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．純碳和氧氣反應(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 C　[A項(xiàng)，NaCl(s)―→NaCl(aq)　ΔS＞0；B項(xiàng)，2C(s)＋O2(g) 2CO(g)　ΔS＞0；C項(xiàng)，H2O(g)―→H2O(l)　ΔS＜0；D項(xiàng)，CaCO3(s)CaO(s)＋CO2(g)　ΔS＞0。] 化學(xué)反應(yīng)方向的判斷 1.放熱和熵增加都對ΔH－TΔS＜0有所貢獻(xiàn)，因

7、此放熱的熵增加反應(yīng)一定能自發(fā)進(jìn)行，吸熱的熵減小反應(yīng)一定不能自發(fā)進(jìn)行。 2．當(dāng)反應(yīng)的焓變和熵變的影響相反，且二者大小相差懸殊時(shí)，某一因素可能占主導(dǎo)地位。 一般常溫下自發(fā)進(jìn)行的放熱反應(yīng)，焓變對反應(yīng)方向起決定性作用。 一般常溫下自發(fā)進(jìn)行的吸熱反應(yīng)，熵變對反應(yīng)方向起決定性作用。 3．如果反應(yīng)的焓變和熵變的影響相反且相差不大時(shí)，溫度可能對反應(yīng)的方向起決定性作用。 溫度與反應(yīng)方向的關(guān)系： 4.ΔH與ΔS共同影響一個(gè)化學(xué)反應(yīng)在一定條件下能否自發(fā)進(jìn)行，它們與化學(xué)反應(yīng)速率無關(guān)。 【典例】　工業(yè)上利用甲烷制取碳黑的反應(yīng)是 ①CH4(g)===C(s)＋2H2(g) ΔH(298 K)＝74.

8、848 kJ·mol－1 ΔS(298 K)＝80.674 J·mol－1·K－1 反應(yīng)過程中容易發(fā)生副反應(yīng)： ②2CH4(g)===C2H2(g)＋3H2(g) ΔH(298 K)＝376.426 kJ·mol－1 ΔS(298 K)＝220.211 J·mol－1·K－1 下列有關(guān)說法中正確的是(　　) A．反應(yīng)①在常溫下就可以自發(fā)進(jìn)行 B．焓變是副反應(yīng)②自發(fā)進(jìn)行的決定因素 C．制取碳黑允許的最低溫度是927.8 K D．溫度越高對制取碳黑越有利 C　[ΔH－TΔS＝74.848 kJ·mol－1－80.674×10－3 kJ·mol－1·K－1×298 K≈50.8

9、07 kJ·mol－1＞0，所以該反應(yīng)常溫下不自發(fā)進(jìn)行，A錯(cuò)誤；反應(yīng)②是熵增加的吸熱反應(yīng)，熵變是決定該反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的因素，B錯(cuò)誤；制取碳黑時(shí)，ΔH－TΔS＝74.848 kJ·mol－1－80.674×10－3 kJ·mol－1·K－1×T＜0，得T＞927.8 K，即制取碳黑的最低溫度為927.8 K，C正確；溫度過高時(shí)，可能會(huì)發(fā)生反應(yīng)②，D錯(cuò)誤。] (1)C(s)＋2H2(g)===CH4(g)在常溫常壓下________(填“能”或“不能”)自發(fā)進(jìn)行？ (2)由副反應(yīng)②可知，制取乙炔的最低溫度是________。 [答案]　(1)能　(2)1 709.4 K (1)在

10、利用ΔH－TΔS作為判據(jù)判斷反應(yīng)方向時(shí)，給出ΔH的單位通常為kJ·mol－1，ΔS的單位通常是J·mol－1·K－1，進(jìn)行計(jì)算時(shí)應(yīng)將二者的單位統(tǒng)一。 (2)利用ΔH、ΔS的符號和ΔH－TΔS進(jìn)行推理，可以減少計(jì)算量。 1．在25 ℃、1.01×105 Pa下，反應(yīng)2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)　ΔH＝56.7 kJ·mol－1能自發(fā)進(jìn)行的合理解釋是(　　) A．該反應(yīng)是分解反應(yīng) B．該反應(yīng)的熵增效應(yīng)大于焓變效應(yīng) C．該反應(yīng)是熵減反應(yīng) D．該反應(yīng)是放熱反應(yīng) B　[該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，但不能只用焓判據(jù)來判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向。該反應(yīng)是熵增反應(yīng)，且能夠自發(fā)進(jìn)行，說明

11、該反應(yīng)的熵增效應(yīng)大于焓變效應(yīng)，B項(xiàng)正確。] 2．對于平衡體系mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，下列結(jié)論正確的是(　　) A．若此反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則該反應(yīng)在任何條件下均可自發(fā)進(jìn)行 B．若m＋n

12、變成冰 C．墨水滴到水中會(huì)擴(kuò)散到整個(gè)水體 D．鐵器暴露在潮濕的空氣中會(huì)生銹并放出熱量 C　[熵變在某種意義上可以理解為體系混亂程度的變化，體系中微粒排列越規(guī)則，熵越小，越混亂，熵越大。C項(xiàng)中墨水在水中擴(kuò)散開是熵增加的過程。故選C項(xiàng)。] 2．以下反應(yīng)均為自發(fā)反應(yīng)，其中不能用焓判據(jù)解釋的是(　　) A．2Na(s)＋Cl2(g)===2NaCl(s)　ΔH＜0 B．C3H8(g)＋5O2(g)===3CO2(g)＋4H2O(l)　ΔH＜0 C．2NH4Cl(s)＋Ca(OH)2(s)===2NH3(g)＋CaCl2(s)＋2H2O(l)　ΔH＞0 D．2Mg(s)＋O2(g)===

13、2MgO(s)　ΔH＜0 C　[C項(xiàng)反應(yīng)的ΔH＞0，由焓判據(jù)判斷反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行，而題給條件是能自發(fā)進(jìn)行，所以C項(xiàng)中的反應(yīng)不能用焓判據(jù)解釋。] 3．下列說法正確的是(　　) A．氨氣和氯化氫的反應(yīng)是熵增加的反應(yīng) B．氨氣和氯化氫的反應(yīng)是焓增加的反應(yīng) C．碳酸氫銨的分解是熵增加的反應(yīng) D．碳酸氫銨的分解由于是焓減小的反應(yīng)，所以不能自發(fā)進(jìn)行 C　[氨氣和氯化氫的反應(yīng)是氣體體積減小的化合反應(yīng)，所以熵減小、焓減小；碳酸氫銨的分解是一個(gè)氣體體積增加的分解反應(yīng)，所以是一個(gè)熵增加、焓增加的反應(yīng)。] 4．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)在低溫時(shí)能自發(fā)進(jìn)行，則該

14、反應(yīng)的ΔH、ΔS應(yīng)為(　　) A．ΔH＜0、ΔS＞0　　 B．ΔH＜0、ΔS＜0 C．ΔH＞0、ΔS＞0 D．ΔH＞0、ΔS＜0 C　[A項(xiàng)，ΔH＜0、ΔS＞0時(shí)，ΔH－TΔS在任何溫度下小于0；B項(xiàng)，ΔH＜0、ΔS＜0時(shí)，ΔH－TΔS在低溫下小于0；C項(xiàng)，ΔH＞0、ΔS＞0時(shí)，ΔH－TΔS在高溫下小于0；D項(xiàng)，ΔH＞0、ΔS＜0時(shí)，ΔH－TΔS在任何溫度下大于0。] 5．已知電子工業(yè)中清洗硅片上的SiO2(s)的反應(yīng)為SiO2(s)＋4HF(g)===SiF4(g)＋2H2O(l)　ΔH(298.15 K)＝－94.0 kJ·mol－1，ΔS(298.15 K)＝－75.8 J·mol－1·K－1，假設(shè)ΔH和ΔS不隨溫度而變化，則此反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行時(shí)的溫度__________________________。 [解析]　要使反應(yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行，則ΔH－TΔS＜0，即－94.0 kJ·mol－1－T×(－75.8 J·mol－1·K－1)×10－3kJ·J－1＜0，故T＜≈1 240 K。 [答案]　小于1 240 K - 7 - / 7