资源描述
第四节 化学反应进行的方向
●课标要求
能用焓变和熵变说明化学反应的方向。
●课标解读
1.了解熵变、焓变的含义。
2.了解焓判据、熵判据对化学反应方向推断的局限性。
3.理解综合判据推断化学反应方向。
●教学地位
在同学学习了化学反应及其能量变化、化学反应速率、化学反应的限度之后,教材支配了难度较大的化学反应进行的方向的内容。通过日常生活中的见闻引导同学,使同学明确依据反应的焓变和熵变的大小,只能推断反应自发进行的可能性,不能打算反应是否确定发生或反应速率的大小。对于自由能学问,仅限于达到知道、了解的层次即可。
●新课导入建议
未涂防锈漆的钢制器件会生锈、香水会集中到空气中等,这些都是不用借助外力就可以自发进行的过程;用水泵把水从低水位升至高水位,高温高压可以使石墨转化为金刚石,这些是必需在外界对体系施加某种作用时才能实现的过程。化学反应为什么有的能够自发进行,不需要借助外力,而有些反应或过程需要在特定条件下才能进行呢?
【提示】 体系趋向于从高能状态转变为低能状态的过程经常能够自发进行。
●教学流程设计
课前预习支配:(1)看教材P34页,完成【课前自主导学】中“学问1”;
(2)看教材P34~36页,完成【课前自主导学】“学问2”,并完成【思考沟通】。⇒步骤1:导入新课、分析本课时的教材地位。⇒步骤2:建议对【思考沟通】多提问几个同学,使80%以上的同学都能把握该内容,以利于下一步对该重点学问的探究。⇒步骤3:师生互动完成探究“推断进行化学反应方向的判据”可利用【问题导思】所设置的问题,由浅入深地进行师生互动、可利用【老师备课资源】为您供应的例题。
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步骤6:先让同学自主总结本课时学习的主要学问,然后对比【课堂小结】以明确把握已学的内容,并课下完成【课后知能检测】。⇐步骤5:在老师指导下由同学自主完成【变式训练】和【当堂双基达标】中的题目,验证同学对该部分内容的把握状况。⇐步骤4:老师通过【例题】和教材的讲解,对探究中的问题进行总结。
课 标 解 读
重 点 难 点
1.了解自发反应和非自发反应的含义。
2.了解熵的概念。
3.理解焓判据与熵判据。
1.熵的大小推断。焓判据及熵判据的局限性。(重点)
2.能依据化学反应利用焓变与熵变推断反应进行的方向。(难点)
自发过程和自发反应
1.自发过程
(1)含义:在确定条件下,不用借助于外力就可以自发进行的过程。
(2)特点体系趋向于从高能状态转变为低能
状态。在密闭条件下,体系有从有序自发转变为无序的倾向。
2.自发反应:在给定条件下,可以自发地进行到显著程度的化学反应。
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降低,具有自发进行的倾向,因此可用焓变来推断反应进行的方向。
2.熵判据
(1)熵
用来量度体系混乱程度的物理量。熵值越大,混乱程度越大。符号为S。
(2)熵增原理
在与外界隔绝的体系中,自发过程将导致体系的熵增大,即熵变(符号ΔS)>零。
(3)熵判据
体系有自发地向混乱度增加(即熵增)的方向转变的倾向,因此可用熵变来推断反应进行的方向。
(1)某物质三态的熵值大小挨次如何?
(2)焓变ΔH>0的反应,确定不能自发进行吗?
(3)熵变ΔS<0的反应,确定不能自发进行吗?
【提示】 (1)S(g)> S(l)>S(s)
(2)、(3)都不愿定。
推断化学反应进行方向的判据
【问题导思】
①分别用焓判据,熵判据在推断化学反应进行的方向时是否全面?[来源:学_科_网]
【提示】 不全面。
②反应是否自发与温度有关吗?
【提示】 有。
③在焓变与熵变共同组成的复合判据如何推断反应是否自发?
【提示】 利用ΔG=ΔH-TΔS,若ΔG<0,则自发;ΔG>0则非自发。
1.焓判据:化学反应能否自发进行与吸热、放热的关系
(1)多数放热反应是自发进行的,例如燃烧
H2(g)+O2(g)===H2O(l) ΔH=-286 kJ/mol,
中和反应:NaOH(aq)+HCl(aq)===NaCl(aq)+H2O(l) ΔH=-57.3 kJ/mol
(2)有些吸热反应(ΔH>0)也是自发的。例如
(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)+NH3(g)
ΔH=+74.9 kJ/mol
2.熵判据:熵变与反应方向的关系
(1)很多熵增的反应是自发的。例如,固+固―→气:
2KClO32KCl+3O2↑;固+液―→气:CaCO3+2HCl===CaCl2+H2O+CO2↑等。
(2)有些熵减的反应也可以自发进行。例如
Ca(OH)2(aq)+CO2(g)===CaCO3(s)+H2O(l)
综上所述,单独使用熵判据也是不全面的。
3.复合判据:ΔG=ΔH-TΔS
体系的自由能变化(符号为ΔG,单位为kJ/mol)综合考虑了焓变和熵变对体系的影响,可用作化学反应自身进行的判据,ΔG=ΔH-TΔS。
(1)当ΔH<0,ΔS>0时,反应自发进行;
(2)当ΔH>0,ΔS<0时,反应不能自发进行;
(3)当ΔH>0,ΔS>0,或ΔH<0,ΔS<0时,反应是否自发进行与温度有关,一般低温时焓变影响为主,高温时熵变影响为主。
1.过程的自发性只能用于推断过程的方向,不能确定过程是否确定会发生和过程的速率。
2.在争辩过程的方向时,我们指的是没有外界干扰时体系的性质。假如允许外界体系施加某种作用,就可能毁灭相反的结果。
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=+185.57 kJ·mol-1,能自发进行,缘由是体系有自发地向混乱度增加的方向转变的倾向
C.由于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状况下,使用催化剂,可以转变化学反应进行的方向
【解析】 A项错误,有些熵值增大的吸热反应可以自发进行;C项错误的缘由是要将二者综合起来即利用复合判据进行推断;D项中使用催化剂只能降低反应的活化能,不能转变反应的方向。
【答案】 B[来源:Z|xx|k.Com]
25 ℃和1.01×105Pa时,反应2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g) ΔH=+56.7 kJ·mol-1,自发进行的缘由是( )
A.是吸热反应 B.是放热反应
C.是熵削减的反应 D.熵增大效应大于能量效应
【解析】 吸热,熵变大,能自发,由于熵增大效应大于能量效应,选D。
【答案】 D
【老师备课资源】
关于复合判据与温度关系
某化学反应其ΔH为-122 kJ·mol-1,ΔS为-231 J·mol-1·K-1,则此反应在下列哪种状况下可能自发进行( )
A.在任何温度自发进行
B.在任何温度下都不自发进行
C.仅在高温下自发进行
D.仅在低温下自发进行
【解析】 要使反应能够自发进行,则ΔH-TΔS<0,代入数据可得:-122 kJ·mol-1-T×(-0.231 kJ·mol-1·K-1)<0,解得当T<528 K时,反应可自发进行,即反应仅在低温下自发进行,选D项。
【答案】 D
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
【解析】 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、室温下冰的溶化,都是自发过程,其逆向都是非自发的。
【答案】 D[来源:学科网ZXXK]
2.下列说法中不正确的是( )
A.体系有序性越高,熵值就越低
B.自发过程可能导致体系的熵增大
C.吸热反应不行以自发进行
D.同种物质气态时熵值最大
【解析】 体系混乱度越高,熵值越大;同种物质气态时混乱度最大,熵值最大;吸热反应也有可能自发进行。
【答案】 C
3.能用能量判据推断下列过程方向的是( )
A.水总是自发地由高处往低处流
B.放热反应简洁自发进行,吸热反应不能自发进行
C.有序排列的火柴散落时成为无序排列
D.多次洗牌以后,扑克牌毫无规律的混乱排列的几率大
【解析】 水总是自发地由高处往低处流,有趋向于最低能量状态的倾向;吸热反应也可以自发进行,例如,在25 ℃和1.01×105 Pa时,(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)+NH3(g) ΔH=+74.9 kJ·mol-1,不难看出,上述反应是吸热反应,又是熵增的反应,明显只依据焓变来推断反应进行的方向是不全面的;有序排列的火柴散落时成为无序排列,有趋向于最大混乱度的倾向,属于熵判据;扑克牌的无序排列也属于熵判据。
【答案】 A
4.以下自发反应不行用熵判据来解释的是( )
A.CaCO3(s)+2HCl(aq)===CaCl2(aq)+CO2(g)+H2O(l)
B.NH4Cl(s)===NH3(g)+HCl(g)
C.2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)
D.2C(s)+O2(g)===2CO(g)
【解析】 熵判据是ΔS>0的反应自发进行。A、B、D选项中都有显著的熵增,可用熵判据解释。[来源:学。科。网Z。X。X。K]
【答案】 C
5.已知反应:2NO(g)+2CO(g)===N2(g)+2CO2(g)在298 K、101 kPa的条件下,其ΔH=-113.0 kJ·mol-1,ΔS=-145.3 J·mol-1·K-1。
该反应________(填“能”或“不能”)用于消退汽车尾气中的NO,理由为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
【解析】 ΔG=ΔH-TΔS=-113.0 kJ·mol-1-298 K×(-145.3×10-3 kJ·mol-1·K-1)=-69.7 kJ·mol-1<0,故理论上该反应能自发进行。
【答案】 能 该反应的ΔH-TΔS=-69.7 kJ·mol-1<0,说明该反应在理论上是可行的,所以有可能用于消退汽车尾气中的NO
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