2019-2020年高中化學《化學反應的方向》教案5 魯科版選修4.doc

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2019-2020年高中化學《化學反應的方向》教案5 魯科版選修4 知識與技能： 1. 了解焓變、熵變與反應方向的關系； 2. 能通過△H-T△S及給定的△S數(shù)據(jù)定量判斷反應的方向 過程與方法： 分別通過分析反應焓變與反應熵變與反應的方向，從而進一步了解影響因素以及各因素間的相互關聯(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方向的共同影響，根據(jù)定量關系△H-T△S及給定數(shù)據(jù)判斷反應方向。 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，反應物之間是否可以發(fā)生反應？你的依據(jù)是什么？ 【板書】第一節(jié) 化學反應的方向 自發(fā)反應： 【教師】大家預習P35—P39，看看反應的自發(fā)性與哪些因素有關？ 【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…… 【板書】一、反應焓變與反應方向 反應焓變是反應能否自發(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、反應熵變與反應方向 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）物質的混亂度：體系混亂度越大，熵值越大； （2）同一條件：不同物質的熵值不同； （3）物質的存在狀態(tài)：S(g) > S(l) > S(s)。 4.反應熵變 (1)符號：△S (2)表達式:△S = S總和(生成物) – S總和(反應物) (3)正負判斷： ①氣體體積增大的反應，△S>0,熵增加反應 ②氣體體積減小的反應，△S<0,熵減小反應 【過渡】那么決定反應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后得出化學反應的方向與反應的焓變及熵變都由關系。 【板書】三、焓變與熵變對反應方向的共同影響 【板書】1.判據(jù)：△H-T△S 2.判據(jù)與反應的自發(fā)性： < 0 反應自發(fā) △H-T△S = 0 達平衡狀態(tài) > 0 反應不能自發(fā) 3.適用判據(jù)應注意的問題： （1）判斷反應的自發(fā)性要結合△H和△S，利用△H-T△S （2）條件是溫度、壓強一定條件下 （3）反應具有自發(fā)性，只能說明這個反應有進行的趨勢，但這個反應到底能不能反應，那還要看反應進行的限度和反應進行的速率。 【練習】閱讀P38內容，填寫： 化學反應變化 △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】 △S △H 【作業(yè)】P40 2、3 【板書設計】 一、反應焓變與反應方向 反應焓變是反應能否自發(fā)進行的一個因素，但不是唯一因素。 一般的講，放熱反應容易自發(fā)進行。 二、反應熵變與反應方向 1.熵： 2.符號： 單位： 3.大小判據(jù)： （1）物質的混亂度： （2）同一條件：不同物質的熵值不同 （3）物質的存在狀態(tài)：S(g) > S(l) > S(s) 4.反應熵變 (1)符號： (2)表達式: (3)正負判斷： 三、焓變與熵變對反應方向的共同影響 1.判據(jù)：△H-T△S 2.判據(jù)與反應的自發(fā)性： < 0 反應自發(fā) △H-T△S = 0 達平衡狀態(tài) > 0 反應不能自發(fā) 3.適用判據(jù)應注意的問題： （1）判斷反應的自發(fā)性要結合△H和△S，利用△H-T△S （2）條件是溫度、壓強一定條件下 （3）反應具有自發(fā)性，只能說明這個反應有進行的趨勢，但這個反應到底能不能反應，那還要看反應進行的限度和反應進行的速率。 【作業(yè)】P40 2、3 （第二課時） 【題1】下列說法完全正確的是（D） A.放熱反應均是自發(fā)反應 B.ΔS為正值的反應均是自發(fā)反應 C.物質的量增加的反應，ΔS為正值 D.如果ΔH和ΔS均為正值，當溫度升高時，反應可能自發(fā)進行 【解析】大多數(shù)放熱反應可自發(fā)進行，但有些放熱反應需在一定條件下才能引發(fā)反應，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，如碳酸鈣分解為氧化鈣和二氧化碳，故B錯。反應前后物質的量是否改變與熵值增加與否無必然關系，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，所以反應可能自發(fā)進行。 【題2】反應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，由于正反應方向是熵增加的反應，即ΔS > 0，故只有ΔH > 0時，才可能滿足條件。 【題3】下列反應中，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】對同一物質來說，S(g)>S(l)>S(s)，B、C、D均為熵減少的反應，即ΔS均小于零；只有A是熵增加的反應，故選A。 【題4】已知下列反應在常溫下均為非自發(fā)反應，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)。對于同一種物質而言，S(g)>S(l)>S(s)。A、C都是分解反應，都是吸熱反應，即ΔH>０，又是熵增反應，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，也是吸熱反應，同A、C一樣在高溫下可自發(fā)進行。D是熵減小反應，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２AB(g)C(g)+3D(g)在高溫時能自發(fā)進行，其逆反應在低溫下能自發(fā)進行，則該反應的ΔH、ΔS應為（C） A.ΔH < 0，ΔS > 0 B. ΔH < 0，ΔS <0 C. ΔH > 0，ΔS > 0 D. ΔH > 0，ΔS < 0 【解析】反應自發(fā)進行的前提是反應的ΔH－TΔS<０，與溫度有關，反應溫度的變化可能使ΔH－TΔS的符號發(fā)生變化。ΔH > 0，ΔS < 0，在任何溫度下，ΔH－TΔS>０，反應都不能自發(fā)進行。ΔH> 0，ΔS <0，在較低溫度下，ΔH－TΔS<０，即反應在降低溫度時才能發(fā)生。ΔH < 0，ΔS < 0，若使反應自發(fā)進行，即ΔH－TΔS<０，必須提高溫度，即反應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均能自發(fā)進行。 【題6】水的三態(tài)的熵值的大小關系正確的是（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，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時的氧化產物是以　　　為主，低于980K時以　　為主。 【解析】由CO氣體反應生成CO2氣體和C的反應是一個熵增反應，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： 反應 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)進行的反應是　　?。蝗魏螠囟榷疾荒茏园l(fā)進行的反應是　　　；另兩個反應中，在溫度高于　　　℃時可自發(fā)進行的反應是　　??；在溫度低于　　　　℃時自發(fā)進行的反應是　　　　。 【解析】對反應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C在任何溫度下都能自發(fā)進行。對A、D兩反應可代入數(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： 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　③④①②　　。（填寫序號） 【解析】我們知道同種物質S(g)>S(l)>S(s)。③是１種固體變成２種氣體的反應，ΔS很大；④是１種固體變成１種氣體和１種固體的反應，ΔS>０，但增加值比③??；①是一種固體和一種氣體生成一種氣體的反應，屬于熵減小反應；②是兩種氣體生成一種氣體的反應，屬于熵減小反應，且減小程度比①大。 【題11】已知溫度為298K時，氨的分解反應：?。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) 欲使上述反應方向逆轉，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： 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，反應能否自發(fā)進行？ (2) 500 K時反應能否自發(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Sn(白)Sn(灰)的轉化溫度。 【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，故反應能自發(fā)進行。 【題15】汽車尾氣的凈化反應：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】吸熱反應一定是（C） A.非自發(fā)的化學反應　　B.釋放能量　　C.貯存能量　　D.反應需要加熱 【解析】吸熱反應是一個把熱能等轉化為物質內部能量而被“貯存”起來的過程，B錯誤，C正確；吸熱的自發(fā)反應是熵增加的過程，A錯誤；有些吸熱反應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.物質發(fā)生化學反應都伴隨著能量變化 B.伴隨著能量變化的物質變化都是化學變化 C.在一個確定的化學反應關系中，反應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關系中，反應物的總能量總是高于生成物的總能量 【解析】物質發(fā)生化學反應都伴隨著能量的變化，伴有能量變化的物質變化不一定是化學變化，物質發(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關系中，反應物的總焓(x)與反應物的總焓(y)之間的關系為x>y，化學反應為放熱反應；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)瓶內固態(tài)物質變成液體，瓶壁變冷，小木板上因少量水凍結而被燒瓶粘住，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： Ba(OH)2?8H2O (s)+2NH4Cl(s)＝BaCl2(s)+2NH3(g)+10H2O(l) 下列結論中正確的是（C） A.自發(fā)反應一定是放熱反應　　　　B. 自發(fā)反應一定是吸熱反應 C.有的吸熱反應也能自發(fā)進行　　　D.吸熱反應不能自發(fā)進行 【解析】本反應的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　　　　　　　，說明這個反應是　　　　　　　（填“吸熱”或“放熱”）反應，說明單質鐵的穩(wěn)定性　　?。ㄌ睢皬姟被颉叭酢保┯诋a物。 【解析】燃燒必然是放熱反應，放熱反應的反應物總能量大于生成物總能量，能量越高，物質越不穩(wěn)定。 【題11】對反應：CaCO3(s)＝CaO(s)+CO2(g)，ΔH(298K)＝178.3 kJ?mol –1 ΔS(298K)＝169.6 J?mol –1?K –1，分析此反應在室溫下能不能自發(fā)進行？假定反應焓變與熵變不隨溫度變化，求CaCO3的分解溫度。 【解析】設在溫度為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： 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】當一個反應逆向發(fā)生時，其ΔH、ΔS的數(shù)值不變，但符號相反。反應在常溫下能自發(fā)進行，同時反應的轉折溫度較高，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，由單質生成１mol正辛烷的ΔH、ΔS及ΔH－TΔS分別為多少？ 【解析】由單質生成１mol正辛烷的反應為：８C(s，石墨)＋９H2(g)→C8H18(g)，該反應是辛烷分解反應的逆反應，故ΔS＝－757.3 J?mol –1?K –1，并且此反應的焓變ΔH＝８ΔH２＋９ΔH３－ΔH１＝－207.8 kJ?mol –1，所以298 K時，ΔH－TΔS＝17.86 kJ?mol –1。