2019-2020年蘇教版化學(xué)選修4《化學(xué)反應(yīng)的方向和限度》word學(xué)案.doc
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2019-2020年蘇教版化學(xué)選修4《化學(xué)反應(yīng)的方向和限度》word學(xué)案 問題導(dǎo)入 我們知道“水往低處流”,鹽酸和NaOH(aq)混合后就能自發(fā)反應(yīng),而煤氣的燃燒卻需要點燃才能發(fā)生,并且一經(jīng)點燃后就能持續(xù)燃燒,這是什么道理呢? 答案:自然界中的許多自發(fā)過程,無論是物理過程還是化學(xué)過程,都有由能量較高狀態(tài)向能量較低狀態(tài)轉(zhuǎn)化的傾向。 基礎(chǔ)知識 1.在一定條件下,無需外界幫助就能自動進行的反應(yīng),稱為______________。自發(fā)反應(yīng)的焓變多數(shù)_________________零,是____________反應(yīng)。有些吸熱反應(yīng)在_________下不能自發(fā)進行,但在____________下能自發(fā)進行,如CaCO3分解,說明_________不是決定反應(yīng)是否_________的唯一因素。 答案:自發(fā)反應(yīng) 小于 放熱 常溫 高溫 焓變 自發(fā)進行 2.固體溶解過程的一個共同特點是固體中_________排列的離子(如氯化鈉晶體中的Na+和Cl-)或分子(如蔗糖固體中的蔗糖分子)進入到溶液體系中,整個體系由_________變?yōu)開________,即體系的_____________程度_________,或者說體系的____________增大。 對于一個由大量粒子組成的體系,人們定義一個物理量——熵來描述體系的_________,符號為_____________。熵值越大,體系_________越大。在同一條件下不同的物質(zhì)有不同的_______________值,而同一物質(zhì)的熵值與_________有關(guān)。例如,對同一物質(zhì)來說,S(g)>S(1)>S(s)。 答案:規(guī)則 規(guī)則 無序 混亂 增大 熵 混亂度 S 混亂度 熵 其狀態(tài) 3.______________和______________都有促使反應(yīng)自發(fā)進行的傾向,因此,要正確判斷一個化學(xué)反應(yīng)是否能自發(fā)進行,必須綜合考慮反應(yīng)的___________和_________,在恒溫、恒壓時: 如果________________,則反應(yīng)一定能自發(fā)進行。________________,則反應(yīng)一定不能自發(fā)進行。________________,反應(yīng)是否自發(fā)進行與反應(yīng)溫度有關(guān)。 答案:體系能量降低 混亂度增大 焓度 熵度 ΔH<0、ΔS>0 ΔH>0、ΔS<0 ΔH<0、ΔS<0或ΔH>0、ΔS>0 課堂互動 三點剖析 重點1 化學(xué)反應(yīng)方向與ΔH (1)自發(fā)反應(yīng)也是一個自發(fā)過程。自發(fā)過程總是能夠?qū)ν饨缱龉?,消耗自身能量,而自身能量降低。因而化學(xué)反應(yīng)也自發(fā)地向能量低的方向進行。 (2)當化學(xué)反應(yīng)中的ΔH<0時,反應(yīng)的能量減少,因而ΔH的變化也體現(xiàn)了體系能量的變化,所以ΔH可作為自發(fā)反應(yīng)是否發(fā)生的一個判斷依據(jù),簡稱為“能量判據(jù)”。 (3)ΔH<0的反應(yīng),多數(shù)是能自發(fā)進行的反應(yīng)。ΔH>0的反應(yīng)多為非自發(fā)反應(yīng)。特殊情況下要通過“ΔH-TΔS<0”來判斷反應(yīng)是否能夠自發(fā)進行。 【例1】 下列過程是非自發(fā)的是( ) A.水由高處向低處流 B.天然氣的燃燒 C.鐵在潮濕空氣中生銹 D.室溫下水結(jié)成冰 解析:自然界中水由高處向低處流;天然氣的燃燒;鐵在潮濕空氣中的生銹;室溫下冰的融化,都是自發(fā)過程,其逆向都是非自發(fā)的。 答案:D 重點2 化學(xué)反應(yīng)方向與ΔS 化學(xué)反應(yīng)總是容易向ΔS增大的方向進行。但是,熵增加的反應(yīng)不一定是自發(fā)反應(yīng)。因此,ΔS不能作為反應(yīng)是否自發(fā)進行的唯一判據(jù)。 有一類自發(fā)過程,例如放在同一密閉容器中的氣體或液體物質(zhì)(也包括能夠揮發(fā)的固態(tài)物質(zhì))的蒸氣,不需要外界的任何作用,氣態(tài)物質(zhì)會通過分子的擴散自發(fā)地形成均勻的混合物。這種現(xiàn)象可以推廣到相互接觸的固體物質(zhì)體系,經(jīng)過長期放置后,人們能夠找到通過擴散而進入另一種固體中的原子或分子(這種現(xiàn)象可以作為純物質(zhì)難以保存的最本質(zhì)的解釋)。又如把硝酸銨溶于水雖然要吸熱,它卻能夠自發(fā)地向水中擴散。為了解釋這樣一類與能量狀態(tài)的高低無關(guān)的過程的自發(fā)性,人們提出在自然界還存在著另一種能夠推動體系變化的因素,即在密閉條件下,體系由有序自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序的傾向。因為與有序體系相比,無序體系“更加穩(wěn)定”,可以采取更多的存在方式。以撲克牌為例,經(jīng)過多次的洗牌之后,嚴格按照花色和序號排列的機會與花色序號毫無規(guī)律地混亂排列的機會相比,大概要相差幾十個數(shù)量級??茖W(xué)家把這種因素稱作熵。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,這個原理也叫做熵增原理。 【例2】 碳酸銨〔(NH4)2CO3〕在室溫下就能自發(fā)地分解產(chǎn)生氨氣,對其說法正確的是( ) A.碳酸銨分解是因為生成了易揮發(fā)的氣體,使體系的熵增大 B.碳酸銨分解是因為外界給予了能量 C.碳酸銨分解是吸熱反應(yīng),根據(jù)能量判據(jù)不能自發(fā)分解 D.碳酸鹽都不穩(wěn)定,都能自發(fā)分解 解析:碳酸銨自發(fā)分解,是因為體系由于氨氣的生成而使熵增大。 答案:A 難點 焓變與熵變對反應(yīng)方向的共同影響 化學(xué)反應(yīng)方向的判據(jù) 在溫度、壓力一定的條件下,自發(fā)反應(yīng)總是向ΔH-TΔS<0的方向進行,直至達到平衡狀態(tài)。即: 【例3】已知298 K下反應(yīng)HCl(g)+NH3(g)====NH4Cl(s) ΔH=-176.4 kJmol-1,ΔS=-2 843 Jmol-1K-1。試判斷該反應(yīng)的自發(fā)性。 解析:由化學(xué)反應(yīng)的判據(jù)計算如下: ΔH-TΔS=-176.4 kJmol-1-298K(-284.310-3 kJmol-1K-1)=-91.7 kJmol-1<0。 答案:該反應(yīng)在298 K下為自發(fā)反應(yīng)。 各個擊破 類題演練1 能用能量判據(jù)判斷下列過程的方向的是( ) A.水總是自發(fā)地由高處往低處流 B.放熱反應(yīng)容易自發(fā)進行,吸熱反應(yīng)不能自發(fā)進行 C.有序排列的火柴散落時成為無序排列 D.多次洗牌以后,撲克牌的毫無規(guī)律的混亂排列的幾率大 解析:A項水總是自發(fā)地由高處往低處流,有趨向于最低能量狀態(tài)的傾向。B項吸熱反應(yīng)也可以自發(fā)進行,例如,在25 ℃和1.01105 Pa時,2N2O5(g)====4NO2(g)+O2(g) ΔH=56.7 kJmol-1。 (NH)4CO3(s)====NH4HCO3(s)+NH3(g) ΔH=74.9 kJmol-1。不難看出,上述兩個反應(yīng)都是吸熱反應(yīng),又都是熵增的反應(yīng),顯然只根據(jù)焓變來判斷反應(yīng)進行的方向是不全面的。C項有序排列的火柴散落時成為無序排列,有趨向于最大混亂度的傾向,屬于熵判據(jù)。D項撲克牌的無序排列也屬于熵判據(jù)。 答案:A 變式訓(xùn)練1 下列說法正確的是( ) A.凡是放熱反應(yīng)都是自發(fā)的,凡是吸熱反應(yīng)都是非自發(fā)的 B.自發(fā)反應(yīng)一定是熵增大,非自發(fā)反應(yīng)一定是熵減小或不變 C.自發(fā)反應(yīng)在恰當條件下才能實現(xiàn) D.自發(fā)反應(yīng)在任何條件下都能實現(xiàn) 解析:放熱反應(yīng)常常是容易進行的過程,吸熱反應(yīng)有些也是自發(fā)反應(yīng);自發(fā)反應(yīng)的熵不一定增大,可能減小,也可能不變。過程的自發(fā)性只能用于判斷過程的方向,是否能實現(xiàn)還要看具體的條件。 答案:C 類題演練2 下列關(guān)于判斷過程的方向的說法正確的是( ) A.所有自發(fā)進行的化學(xué)反應(yīng)都是放熱反應(yīng) B.高溫高壓下可以使石墨轉(zhuǎn)化為金剛石是自發(fā)的化學(xué)反應(yīng) C.由能量判據(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 D.同一物質(zhì)的固、液、氣三種狀態(tài)的熵值相同 解析:并非所有自發(fā)進行的化學(xué)反應(yīng)都是放熱的,如NH4NO3溶于水,石墨轉(zhuǎn)化為金剛石反應(yīng)不是自發(fā)的化學(xué)反應(yīng)。同一物質(zhì)的熵值ΔS(s)<ΔS(l)<ΔS(g)。 答案:C 變式訓(xùn)練2 試判斷下列體系的熵變是大于0,還是小于0。 (1)水蒸氣冷凝成水; (2)CaCO3(s)====CaO(s)+CO2(g); (3)乙烯聚合成聚乙烯; (4)N2O4(g)====2NO2(g)。 解析:氣體的物質(zhì)的量增加的反應(yīng)或過程,體系的熵增加,即ΔS>0;若氣體物質(zhì)的量減少,體系的熵就減小,ΔS<0。因此(1)(3)均為熵減小的變化;(2)(4)為熵增加的化學(xué)變化。 答案:(1)ΔS<0 (2)ΔS>0 (3)ΔS<0 (4)ΔS>0 類題演練3 已知100 kPa、298.15 K時氫氟酸的電離過程HF(aq)H+(aq)+F-(aq) ΔH=-12.5 kJmol-1 ΔS=-102.5 Jmol-1K-1。試判斷該過程的自發(fā)性。 解析:ΔH-TΔS=-12.5 kJmol-1-298.15 K(-102.510-3 kJmol-1K-1)=18.1 kJmol-1>0。 答案:該過程為非自發(fā)過程。 變式訓(xùn)練3 已知在100 kPa、298.15 K時石灰石分解反應(yīng): CaCO3(s)====CaO(s)+CO2(g)ΔH=178.3 kJmol-1.ΔS=160.4 Jmol-1K-1,試判斷反應(yīng)的自發(fā)性及自發(fā)進行的最低溫度。 解析:ΔH-TΔS=178.3 kJmol-1-298.15 K160.410-3 kJmol-1K-1=130.5 kJmol-1>0。 T>=178.3 kJmol-1/160.410-3 kJmol-1K-1=1 112 K。 答案:在100 kPa、298.15 K時石灰石的分解反應(yīng)為非自發(fā)反應(yīng)。自發(fā)進行分解的最低溫度為1 112 K。 課后集訓(xùn) 基礎(chǔ)達標 1.有關(guān)化學(xué)反應(yīng)的說法,正確的是( ) A.自發(fā)反應(yīng)都是放熱反應(yīng) B.自發(fā)反應(yīng)都是熵增大的反應(yīng) C.自發(fā)反應(yīng)一定能實現(xiàn) D.非自發(fā)反應(yīng)在一定條件下能實現(xiàn) 解析:選項A錯,如NH4NO3溶于水是自發(fā)反應(yīng)卻是吸熱反應(yīng);選項B錯,當ΔH<0,ΔS<0時有適當?shù)臏囟纫矔l(fā)生自發(fā)反應(yīng);選項C錯,有些自發(fā)反應(yīng)需要一定的溫度。 答案:D 2.以下自發(fā)反應(yīng)可用ΔH判據(jù)來解釋的是( ) A.硝酸銨自發(fā)地溶于水 B.2N2O5(g)====4NO2(g)+O2(g) ΔH=+56.7 kJmol-1 C.(NH4)2CO3(s)====NH4HCO3(s)+NH3(g) ΔH=+74.9 kJmol-1 D.2H2(g)+O2(g)====2H2O(l) ΔH=-285.8 kJmol-1 解析:H2燃燒為放熱反應(yīng),同時ΔH<0。 答案:D 3.下列反應(yīng)中,一定不能自發(fā)進行的是( ) A.2KClO3(s)====2KCl(s)+3O2(g) ΔH=-78.03 kJmol-1 ΔS=1 110 Jmol-1K-1 B.CO(g) ====C(s,石墨)+O2(g) ΔH=110.5 kJmol-1 ΔS=-89.36 Jmol-1K-1 C.4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g) ====4Fe(OH)3(s) ΔH=-444.3 kJmol-1 ΔS=-280.1 Jmol-1K-1 D.NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq) ====CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l) ΔH=37.301 kJmol-1 ΔS=184.05 Jmol-1K-1 解析:計算其ΔH-TΔS,若小于0,自發(fā)進行;大于0,非自發(fā)進行。 答案:B 4.下列說法中正確的是( ) A.某反應(yīng)低溫條件下能自發(fā)進行,那么高溫條件下也一定能自發(fā)進行 B.某反應(yīng)高溫條件下不能自發(fā)進行,那么低溫條件下也不能自發(fā)進行 C.反應(yīng)方向是由焓變和熵變共同決定的,與反應(yīng)溫度無關(guān) D.溫度有可能對反應(yīng)的方向起決定性的作用 解析:反應(yīng)能否進行取決于ΔH-TΔS,當ΔH-TΔS<0時能自發(fā)進行,因而選項A、B不正確;能否自發(fā)進行與溫度有關(guān),因而選項C不正確,選項D正確。 答案:D 5.下列反應(yīng)一定能自發(fā)進行的是( ) A.放熱反應(yīng) B.熵增加的反應(yīng) C.熵增加的吸熱反應(yīng) D.熵增加的放熱反應(yīng) 解析:反應(yīng)能自發(fā)進行,則ΔH-TΔS<0,只有熵增加的放熱反應(yīng)ΔH-TΔS<0,故選D。 答案:D 6.25 ℃時,KNO3在水中的飽和溶液物質(zhì)的量濃度是6 molL-1,若將1 mol固體KNO3置于1 L水中,則KNO3變成鹽溶液過程的ΔH-TΔS的取值為( ) A.小于0 B.等于0 C.大于0 D.不能確定 解析:因為KNO3溶于水,混亂度增加,其取值為負值,即選A。 答案:A 7.對于平衡體系CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)ΔH>0,當其他條件不變時,增大某一反應(yīng)物濃度,平衡向正反應(yīng)方向移動,則下列說法一定正確的是( ) A.生成物濃度一定增大 B.反應(yīng)物濃度一定減小 C.任一生成物的體積分數(shù)一定增大 D.反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率一定增大 解析:增大某一反應(yīng)物濃度,化學(xué)平衡向正方向移動,因而生成物濃度增大;投入的一種反應(yīng)物濃度增大,另一種減少;轉(zhuǎn)化率投入的一種減小,另一種增大;生成物體積分數(shù)不一定增大。 答案:A 綜合運用 8.可逆反應(yīng):3A(g)3B(?)+C(?)(正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)),隨著溫度的升高,氣體平均相對分子質(zhì)量有減小趨勢,則下列判斷正確的是( ) A.B和C可能都是固體 B.B和C一定都是氣體 C.若C為固體,則B一定是氣體 D.B和C可能都是氣體 解析:升高溫度,平衡向正方向移動,相對分子質(zhì)量減小,根據(jù)=知:如果B、C均為氣體可以滿足,如果C為固體,B為氣體,則氣體的物質(zhì)的量不變,而質(zhì)量越小,也正確,故選項C、D正確,選項B錯誤;如B、C均為固體,氣體相對分子質(zhì)量不變,故選項A錯誤。 答案:CD 9.在一密閉燒瓶中,在25 ℃時存在著平衡: 2NO2N2O4 ΔH<0。把燒瓶置于100 ℃的水中,則下列幾項性質(zhì)不會改變的是( ) ①顏色 ②平均相對分子質(zhì)量 ③質(zhì)量 ④壓強 ⑤密度 A.①和③ B.②和④ C.④和⑤ D.③和⑤ 解析:升高溫度2NO2N2O4 ΔH<0,會向左移動,因而顏色加深,平均相對分子質(zhì)量減小,質(zhì)量不變,壓強增大,密度不變,故選D。 答案:D 10.下列事實不能用勒夏特列原理解釋的是( ) A.溴水中有下列平衡Br2+H2OHBr+HBrO,當加入AgNO3溶液后溶液顏色變淺 B.對2HI(g)H2(g)+I2(g),增大壓強可使平衡體系顏色變深 C.反應(yīng)CO+NO2CO2+NO ΔH<0,升高溫度可使平衡向逆反應(yīng)方向移動 D.合成NH3反應(yīng),為提高NH3的產(chǎn)率,理論上應(yīng)采取低溫度的措施 解析:改變影響平衡的一個條件,化學(xué)平衡向削弱改變的方向移動,B選項中增大壓強,平衡不移動,體系因濃度增大而顏色變深,故選B。 答案:B 11.在100 kPa、298.15 K時有以下反應(yīng),試通過計算確定反應(yīng)自發(fā)進行的方向。 (1)2KClO3(s)====2KCl(s)+3O2(g) ΔH=-78.03 kJmol-1 ΔS=1 110 Jmol-1K-1 (2)CO(g)====C(s,石墨)+O2(g) ΔH=110.5 kJmol-1 ΔS=-89.36 Jmol-1K-1 (3)4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g) ====4Fe(OH)3(s) ΔH=-444.3 kJmol-1 ΔS=-280.1 Jmol-1K-1 (4)NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)====CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l) ΔH=37.301 kJmol-1 ΔS=184.05 Jmol-1K-1 (5)KCl(s) ====K+(aq)+Cl-(aq) ΔH=17.1 kJmol-1 ΔS=75.9 Jmol-1K-1 (6)2NO(g)+2CO(g) ====N2(g)+2CO2(g) ΔH=-113.0 kJmol-1 ΔS=-145.3 Jmol-1K-1 解析:(1)ΔH-TΔS=-78.03 kJmol-1-298.15 K1 11010-3 kJmol-1K-1=-408.98 kJmol-1<0。 (2)ΔH-TΔS=110.5 kJmol-1-298.15 K(-89.3610-3 kJmol-1K-1)=137.14 kJmol-1>0 (3)ΔH-TΔS=-444.3 kJmol-1-298.15 K(-280.110-3 kJmol-1K-1)=-360.8 kJmol-1<0 (4)ΔH-TΔS=37.301 kJmol-1-298.15 K184.0510-3 kJmol-1K-1=-17.57 kJmol-1<0 (5)ΔH-TΔS=17.1 kJmol-1-298.15 K75.910-3 kJmol-1K-1=-5.5 kJmol-1<0 (6)ΔH-TΔS=-113.0 kJmol-1-298.15 K(-145.310-3 kJmol-1K-1)=-69.68 kJmol-1<0。 答案:(1)(3)(4)(5)為自發(fā)反應(yīng); (2)為非自發(fā)反應(yīng)。 12.已知100 kPa、298.15 K時有以下反應(yīng): NH4Cl(s) ====NH3(g)+HCl(g) ΔH=176.4 kJmol-1 ΔS=284.3 Jmol-1K-1 試計算NH4Cl分解自發(fā)進行的最低溫度。 解析:ΔH-TΔS=176.4 kJmol-1-298.15 K284.310-3 kJmol-1K-1=91.64 kJmol-1>0,此條件下該反應(yīng)為非自發(fā)反應(yīng)。 T>ΔH/ΔS=176.4 kJmol-1/284.310-3 kJmol-1K-1=620.5 K。 答案:620.5 K 13.A、B兩容器由極易導(dǎo)熱的材料做成。A的容積不變;B容器活塞可上下移動,保持內(nèi)外壓強相等。在相同條件下,將等量的NO2壓入容積相同的A、B兩容器中發(fā)生如下反應(yīng):2NO2N2O4 ΔH<0,用“=”“>”“<”或“<”填空: (1)反應(yīng)開始時生成N2O4的速率v(A)____________v(B)。 (2)反應(yīng)中生成N2O4的速率v(A) ____________v(B)。 (3)平衡時兩容器中分子總數(shù)n(A) ____________n(B)。 (4)達到平衡時兩容器壓強p(A) ____________p(B)。 解析:(1)開始時c(NO2)相同,則A、B兩容器反應(yīng)速率相同。生成N2O4的速率相等。由于2NO2N2O4,ΔV(g)=-1,恒壓時體積減小,則恒壓時生成N2O4的速率大,其分子數(shù)則少,達平衡時壓強大。 答案:(1)= (2)< (3)> (4)< 拓展探究 14.抽煙對人體有害。煙草不完全燃燒產(chǎn)生的一氧化碳被吸進肺里跟血液中的血紅蛋白(用Hb表示)化合,發(fā)生下述反應(yīng):CO+HbO2O2+HbCO。實驗表明,HbCO的濃度即使只有HbO2濃度的2%,也足以使人的智力受損。試回答: (1)上述反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式為K=__________。 (2)抽煙后,吸入肺部的空氣中測得的CO和O2的濃度分別為10-6 molL-1和10-2 molL-1。已知37 ℃時,平衡常數(shù)K=220,這時__________HbCO的濃度HbO2濃度的0.02倍。(填“大于”“等于”、或“小于”) 解析:=2.210-2 答案:(1) (2)大于 15.高溫時空氣中的N2和O2會反應(yīng)生成NO而污染大氣:N2(g)+O2(g)====2NO(g)。試通過計算說明在1 200 ℃的條件下,此反應(yīng)能否正向自發(fā)進行?估算自發(fā)進行的最低溫度是多少?(已知ΔH=180.50 kJmol-1,ΔS=247.7 Jmol-1K-1) 解析:ΔH-TΔS=180.50 kJmol-1-0.247 7 kJmol-1K-11 473 K=-184.36 kJmol-1<0,所以在1 200 ℃時能自發(fā)進行,自發(fā)進行的最低溫度 T==728.7 K。 答案:能 728.7 K- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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