2019-2020年高中化学 专题2 第2单元 第1课时 化学反应的方向教案 苏教版选修4

第1课时化学反应的方向目标与素养：1.了解自发过程和化学反应的自发性。(宏观辨识与微观探析)2.知道焓判据、熵判据的涵义，会用焓变和熵变判断反应进行的方向。(宏观辨识与微观探析)一、反应焓变与反应方向1．根据是否有外力作用，过程可分为自发过程和非自发过程。自发过程是在一定条件下，不借助外力而自发进行的过程。自发过程具有的特点：(1)体系趋向于从能量较高状态转变为能量较低状态(体系对外部做功或者释放热量)。(2)在密闭条件下，体系有从有序自发转变为无序的倾向。2．化学反应的自发性与反应焓变的关系(1)放热反应：绝大多数都能自发进行，且反应放出的热量越多，体系能量降低得越多，反应越完全。(2)吸热反应：有些也能自发进行。(3)结论：反应的焓变是制约化学反应能否自发进行的因素之一。微点拨：(1)非自发反应在一定条件下也能够进行。(2)自发反应只说明了反应的方向性，不能说明反应实际是否发生，也不能说明反应的快慢。二、反应熵变与反应方向1．熵(1)概念：衡量体系混乱度的物理量，其符号为S，单位为J·mol－1·K－1。(2)特点：混乱度越大，体系越无序，体系的熵值就越大。(3)影响因素①同一物质：S(高温)＞S(低温)；S(g)＞S(l)＞S(s)。②相同条件下的不同物质：分子结构越复杂，熵值越大。③S(混合物)＞S(纯净物)。2．熵变(1)概念：反应产物总熵与反应物总熵之差。(2)计算式：ΔS＝S(反应产物)－S(反应物)。(3)正负判断依据①物质由固态到液态、由液态到气态或由固态到气态的过程，ΔS＞0，是熵增加的过程。②气体体积增大的反应，熵变通常都是ΔS＞0，是熵增加的反应。③气体体积减小的反应，熵变通常都是ΔS＜0，是熵减小的反应。3．熵变与反应方向(1)含义：大多数自发反应有趋向于体系混乱度增大的倾向，导致体系的熵增大。(2)规律：大多数熵增加的反应都能自发进行。(3)局限性：少数熵减少的反应在一定条件下也可以自发进行，如－10℃的液态水自动结冰、NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)。(4)结论：熵变是影响反应自发进行的因素之一，但不是唯一因素。熵增加的反应在常温、常压下一定能自发进行吗？而熵减小的反应是不是一定不能自发进行？试举例说明。提示：不一定。碳酸钙分解为氧化钙和二氧化碳是熵增加的反应，但该反应需要高温才能自发进行。氯化氢与氨的化合反应是熵减小的反应，但该反应可以自发进行。三、焓变与熵变对反应方向的共同影响体系能量降低和混乱度增大都有促使反应自发进行的倾向。判断反应的自发性必须综合考虑反应的焓变和熵变。在恒温、恒压时，(1)ΔH0、ΔS0，则反应一定能自发进行；(2)ΔH0、ΔS0，则反应一定不能自发进行；(3)ΔH0、ΔS0或ΔH0，ΔS0，反应可能自发进行，也可能不自发进行，与反应的温度有关。1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)能够自发进行的反应一定容易发生，也一定能反应完全。()(2)C(s)＋CO2(g)===2CO(g)，室温下不能自发进行，说明该反应的ΔH＞0。()(3)一定条件下能正向自发进行的反应，其逆向必定不能自发进行。()(4)对于ΔS＞0的反应，若在任何温度下均能自发进行说明ΔH＞0。()答案：(1)×(2)√(3)√(4)×2．下列关于判断反应的方向的说法正确的是()A．所有自发进行的化学反应都是放热反应B．自发反应在任何条件下都能发生C．由焓判据和熵判据组合而成的复合判据，将更适合于所有的反应D．同一物质的固、液、气三种状态的熵值相同C[焓判据与熵判据都不能单独作为反应自发性的判据，二者组合而成的复合判据，更适合于所有的反应，A项错误，C项正确；在一定条件下能自发进行的反应，改变条件可能不能自发进行，B项错误；同一物质S(s)＜S(l)＜S(g)，D项错误。]3．(1)少量蔗糖溶解于水中，ΔS________0(填“”或“”，下同)。(2)纯碳和氧气反应生成CO(g)，ΔS________0。(3)液态水蒸发变成水蒸气，ΔS________0。答案：(1)＞(2)＞(3)＞化学反应进行方向的综合判据1．焓变和熵变都与反应自发性有关，又都不能独立地作为反应自发性的判据，要判断反应进行的方向，必须综合考虑体系的焓变和熵变。可以利用以下公式进行判断，ΔH－TΔS。ΔH－TΔS0，反应能自发进行；ΔH－TΔS＝0，反应达到平衡状态；ΔH－TΔS＞0，反应不能自发进行。2．四象限【例】下列反应在任意温度下一定能自发进行的是______。(1)2NaCl=====通电2Na＋Cl2↑(2)2KClO3(s)===2KCl(s)＋3O2(g)ΔH＝－78.03kJ·mol－1(3)CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)ΔH＝178.2kJ·mol－1(4)4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)===4Fe(OH)3(s)ΔH＝－444.3kJ·mol－1(5)CO(g)===C(s，石墨)＋12O2(g)ΔH＝110.5kJ·mol－1解析：(1)反应需要通电才能进行，故该反应为非自发反应。(2)ΔH＜0、ΔS＞0，任意温度下都有ΔH－TΔS＜0，故该反应任意温度下都能自发进行。(3)ΔH＞0、ΔS＞0，在高温下(T＞ΔHΔS)时，ΔH－TΔS＜0，反应能自发进行；而低温下(T＜ΔHΔS)时，反应不能自发进行。(4)ΔH＜0，ΔS＜0，在低温下(T＜ΔHΔS)时，ΔH－TΔS＜0，反应能自发进行。(5)ΔH＞0、ΔS＜0，ΔH－TΔS＞0，该反应任意温度下都不能自发反应。答案：(2)在化学反应A(g)＋B(g)2C(g)＋D(g)ΔH＝QkJ·mol－1过程中的能量变化如图所示，回答下列问题。(1)Q________0(填“”“”或“＝”)。(2)熵变ΔS________0(填“”“”或“＝”)。(3)该反应________自发进行(填“能”或“不能”)。解析：据图象可知，该反应是放热反应，故Q0。据反应特点可知，该反应是熵增大的反应；据此可知该反应能自发进行。答案：(1)(2)(3)能1．下列过程是非自发的是()A．水由高处向低处流B．煤炭的燃烧C．铁在潮湿空气中生锈D．室温下水结成冰D[自然界中水由高处向低处流、煤炭的燃烧、铁在潮湿空气中生锈，都是自发过程，室温下，水结成冰是非自发的。]2．水结冰的过程的焓变和熵变正确的是()A．ΔH＞0、ΔS＜0B．ΔH＜0、ΔS＞0C．ΔH＞0、ΔS＞0D．ΔH＜0、ΔS＜0D[H2O(l)===H2O(s)为ΔS0的放热(ΔH0)过程。]3．下列说法完全正确的是()A．自发进行的反应均是ΔH0的反应B．ΔS为正值的反应均能自发进行C．物质的量增加的反应，ΔS为正值D．CaCO3(s)受热分解为CaO(s)和CO2(g)ΔS0D[有些吸热反应也可以自发进行，如(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g)，故A错；熵变与反应的自发性有关，但不能独立地作为自发性的判据，故B错；物质的量增加的反应，其混乱度不一定增加，即ΔS不一定为正值，如2H2S(g)＋O2(g)===2H2O(g)＋2S(s)，故C错；CaCO3(s)的分解产生了气体，为熵增反应，故D对。]4．在25℃，1.01×105Pa条件下，反应2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)ΔH＝56.7kJ·mol－1能自发进行的合理解释是()A．该反应是熵减反应B．该反应是分解反应C．该反应的焓变效应大于熵变效应D．该反应的熵变效应大于焓变效应D[反应能否自发进行取决于焓变和熵变的复合判据，由题给内容可知该反应吸热，且熵增大，根据ΔG＝ΔH－TΔS判断，反应能自发进行，必须满足ΔH－TΔS0才可，即熵变效应大于焓变效应。]5．判断下列反应的熵值的变化，在每小题后面的横线上填上“增加”“减小”或“无明显变化”。(1)2H2(g)＋O2(g)=====点燃2H2O(l)________。(2)H2(g)＋Cl2(g)=====点燃2HCl(g)________。(3)(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g)__________。(4)Cu(s)＋Cl2(g)=====点燃CuCl2(s)________。解析：判断熵值变化的依据是同温同压下，气态熵值液态熵值固态熵值，状态都是气态时，看物质的量的多少，物质的量越多，熵值越大。答案：(1)减小(2)无明显变化(3)增加(4)减小