高中化学化学反应进行的方向学案选修

1化学反应进行的方向复习学案[学习目标]1.了解自发过程和化学反应的自发性。2.通过“有序”和“无序”的对比，了解熵和熵变的概念。3.初步了解焓变和熵变对化学反应方向的影响，能用焓变和熵变说明化学反应的方向。[重点·难点]理解焓变与熵变对反应方向的影响，根据定量关系式ΔG＝ΔH－TΔS及给定数据判断反应方向。自主复习1．自发过程和自发反应有关化学反应进行的______、________和________是化学反应原理的三个重要组成部分。科学家根据体系存在着力图使自身能量趋于“________”和由“________”变为“________”的自然现象，提出了互相关联的____判据和____判据，为最终解决上述问题提供了必要的依据。(1)自发过程①含义：在一定条件下，________________________就可以自动进行的过程。②特点：a.体系趋向于从____________状态转变为________状态(体系对外部________或者________能量)。b．在密闭条件下，体系有从__________自发转变为________的倾向，即________原理。(2)自发反应在给定的一组条件下，可以________地进行到显著程度的化学反应。(3)下列过程属自发过程的是()A．水自高处流向低处B．水分解成H2和O2C．CH4和O2混合后遇火燃烧D．CO气体分解为C和O22．化学反应进行方向的判据(1)焓判据放热反应过程中体系能量________，具有自发进行的倾向，因此可用________来判断反应进行的方向。(2)熵判据①熵：在密闭条件下，体系有从________自发地转变为______的倾向。因为与有序体系相比，________体系“更加稳定”，可以采取更多的存在方式。科学家用____(符号为____)来量度这种混乱(或无序)的程度。②熵增原理在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵________，即熵变(符号ΔS)________零。③熵值大小的比较同一种物质不同状态时熵值大小为S(g)______S(l)____S(s)。④熵判据体系有自发地向混乱度________(即________)的方向转变的倾向，因此可用________来判断反应进行的方向。(3)复合判据过程的自发性只能用于判断过程的方向，不能确定过程是否____________和过程________________，若允许外界对体系施加某种作用，就可能出现相反的结果。综合考虑__________和__________的复合判据，将更适合于所有的过程，只根据一个方面来判断反应进行的方向是不全面的。3．下列说法中不正确的是()A．体系有序性越高，熵值就越低B．自发过程将导致体系的熵增大C．吸热反应不可以自发进行D．同种物质气态时熵值最大4．自发反应一定能发生反应，而非自发反应一定不能发生反应吗？2师生互动一、决定和影响化学反应进行方向的因素1.化学反应的方向与焓变的关系(1)多数能自发进行的化学反应是放热反应例如：在常温、常压下，氢氧化亚铁被氧化为氢氧化铁的反应是自发的，反应放热：4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)===4Fe(OH)3(s)ΔH(298K)＝－444.3kJ·mol－1(2)有些吸热反应也能自发进行例如：NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)===CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l)ΔH(298K)＝＋37.30kJ·mol－1(3)有一些吸热反应在室温条件下不能自发进行，但在较高温度下则能自发进行例如：在室温下和较高温度下均为吸热过程的CaCO3的分解反应。CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)ΔH(298K)＝＋178.2kJ·mol－1ΔH(1200K)＝＋176.5kJ·mol－12．化学反应的方向与熵变的关系反应的熵变ΔS为生成物总熵与反应物总熵之差。对于确定的化学反应，在一定条件下具有确定的熵变。(1)许多熵增加的反应在常温、常压下可以自发进行。产生气体的反应，气体物质的物质的量增大的反应，熵变通常都是正值，为熵增加反应。例如：2H2O2(aq)===2H2O(l)＋O2(g)；(2)有些熵增加的反应在常温、常压下不能自发进行，但在较高温度下可以自发进行。例如：CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)；C(s，石墨)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)；(3)铝热反应是熵减小的反应，它在一定条件下也可以自发进行。2Al(s)＋Fe2O3(s)===Al2O3(s)＋2Fe(s)；任何反应体系都有趋向于从高能状态转变为低能状态和从有序自发地转变为无序的倾向。因此影响和决定化学反应进行方向的因素是焓变和熵变。典例1下列说法正确的是()A．在常温下，放热反应一般能自发进行，吸热反应都不能自发进行B．NH4HCO3(s)===NH3(g)＋H2O(g)＋CO2(g)ΔH＝＋185.57kJ·mol－1，能自发进行，原因是体系有自发地向混乱度增加的方向转变的倾向C．因为焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓变或熵变均可以单独作为反应自发性的判据D．在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂，可以改变化学反应进行的方向变式训练1下列说法正确的是()A．吸热反应都不能自发进行B．焓变是唯一影响化学反应进行方向的因素C．化学反应有高能状态向低能状态转化，一般为放热反应D．有气体生成的反应都是放热反应变式训练2下列对熵变的判断中不正确的是()A．少量的食盐溶解于水中：ΔS＞0B．纯碳和氧气反应生成CO(g)：ΔS＞0C．气态水变成液态水：ΔS＞0D．CaCO3(s)受热分解为CaO(s)和CO2(g)：ΔS＞0二、焓变与熵变对反应方向的共同影响1．用焓变和熵变的复合判据判断反应的方向体系的自由能变化(符号为ΔG，单位为kJ·mol－1)综合考虑了焓变和熵变对体系的影响，可用于化学反应自发进行的方向的判断，ΔG＝ΔH－TΔS。(1)当ΔH0，ΔS0时，ΔG0，反应________进行。(2)当ΔH0，ΔS0时，ΔG0，反应______________进行。(3)当ΔH0，ΔS0或ΔH0，ΔS0时，反应是否自发进行与________有关，在一定温度下可使ΔG＝0，即反应达________________。2．用复合判据判断反应方向的有关规律(1)____热的熵________反应一定能自发进行，放热的熵减小反应或熵无明显变化的反应，也可能自发进行，如氢气燃烧、甲烷燃烧等。3(2)____热的熵________反应一定不能自发进行，而吸热的自发过程一定是熵增加的过程，如：冰的融化。(3)无热效应的自发过程是熵增加的过程。如两种理想气体的混合。(4)当焓变和熵变的作用相反时，如果二者大小相差悬殊，可能某一因素占主导地位。(5)此外，如果焓变和熵变的作用相反且相差不大时，温度有可能对反应的方向起决定性作用。典例2工业上用赤铁矿生产铁，可以选择的还原剂有C和H2。根据所学知识判断：哪一种还原剂可使反应自发进行的温度较低？已知：Fe2O3(s)＋32C(s)===2Fe(s)＋32CO2(g)ΔH＝＋233.8kJ·mol－1，ΔS＝0.279kJ·mol－1·K－1Fe2O3(s)＋3H2(g)===2Fe(s)＋3H2O(g)ΔH＝＋98kJ·mol－1，ΔS＝0.1442kJ·mol－1·K－1听课记录：变式训练3高炉炼铁是目前世界上最主要的炼铁方法，常用焦炭还原Fe2O3，而目前最主要的炼铝方法是电解Al2O3和冰晶石的熔融物。已知298K时Fe2O3(s)＋32C(s)===2Fe(s)＋32CO2(g)ΔH＝＋233.8kJ·mol－1，ΔS＝0.279kJ·mol－1·K－12Al2O3(s)＋3C(s)===4Al(s)＋3CO2(g)ΔH＝＋2171kJ·mol－1，ΔS＝635.5J·mol－1·K－1试从热力学角度分析两种金属冶炼方法不同的原因。4化学反应进行的方向复习学案答案自主复习1．方向快慢限度最低有序无序焓熵(1)①不用借助于外力②高能低能做功释放b．有序无序熵增(2)自发(3)A2．(1)降低焓变(2)①有序无序无序熵S②增大大于③④增加熵增熵变(3)一定会发生发生的速率焓判据熵判据3．C[有的吸热反应可以自发进行，如NH4Cl与Ba(OH)2的反应。]4．自发反应、非自发反应是指该反应过程是否有自发进行的倾向，而这个过程是否一定会发生则不能确定。如碳的燃烧是一个自发反应，但要想发生反应，需借助外界条件点燃才能发生。师生互动一、典例1B[正确解答本题，首先要明确焓判据和熵判据对化学反应方向的影响，然后利用自由能变化(复合判据)进行综合分析判断，同时要注意催化剂在化学反应中的作用。A项错误，有些能使熵值增大的吸热反应可以自发进行；C项错误的原因是要将二者综合起来即利用复合判据进行判断；D项中使用催化剂只能降低反应的活化能，不能改变反应的方向。]变式训练1C[从焓变的角度分析，化学反应有由高能状态向低能状态转化，使体系能量降低的趋势，表现为放热反应较易进行。]变式训练2C[食盐溶于水是典型的熵增加过程；2C(s)＋O2(g)===2CO(g)，气体的物质的量增大，为熵增加的反应；气态水变成液态水是体系混乱度减小的过程，为熵减小的过程；CaCO3(s)的分解产生了气体，为熵增加的反应。]二、1．(1)自发(2)不能自发(3)温度平衡状态2．(1)放增加(2)吸减小典例2用H2作还原剂时反应自发进行的温度较低。解析根据ΔH－TΔS＝0为平衡状态，ΔH－TΔS＜0为自发状态，故T＞ΔHΔS时该反应能自发进行。用C作还原剂时T1＞ΔHΔS＝233.8kJ·mol－10.279kJ·mol－1·K－1＝838.0K；用H2作还原剂时T2＞ΔHΔS＝98kJ·mol－10.1442kJ·mol－1·k－1＝679.6K。故用H2作还原剂时，反应自发进行的温度较低。变式训练3用焦炭还原Al2O3所需温度太高，是不可能实现的，而用焦炭还原Fe2O3则可以实现。解析根据反应能否自发进行的综合判据分析可知T＞ΔHΔS时该反应能自发进行。用C作还原剂还原Fe2O3时，若使反应自发进行，则需要的温度T1ΔHΔS＝233.8kJ·mol－10.279kJ·mol－1·K－1＝838.0K；若用C作还原剂还原Al2O3时需要的温度T2ΔHΔS＝2171kJ·mol－1635.5×10－3KJ·mol－1·k－1＝3416K。对比上述温度可知，用焦炭还原Al2O3是不可能实现的，故两种金属治炼方法有差别。