2022高二化学学案24《化学反应进行的方向》(人教版选修4).docx

2.4 化学反响进行的方向 学案〔人教版选修4〕
[学习目标]1.了解自发过程和化学反响的自发性。2.通过“有序〞和“无序〞的比照，了解熵和熵变的概念。3.初步了解焓变和熵变对化学反响方向的影响，能用焓变和熵变说明化学反响的方向。
[重点·难点]理解焓变与熵变对反响方向的影响，根据定量关系式ΔG＝ΔH－TΔS及给定数据判断反响方向。
1．自发过程和自发反响
有关化学反响进行的______、________和________是化学反响原理的三个重要组成局部。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)自发反响
在给定的一组条件下，可以________地进行到显著程度的化学反响。
(3)以下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O2
C．CH4和O2混合后遇火燃烧
D．CO气体分解为C和O2
2．化学反响进行方向的判据
(1)焓判据
放热反响过程中体系能量________，具有自发进行的倾向，因此可用________来判断反响进行的方向。
(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________来判断反响进行的方向。
(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________________，假设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响进行的方向是不全面的。
3．以下说法中不正确的选项是(　　)
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．吸热反响不可以自发进行
D．同种物质气态时熵值最大
4．自发反响一定能发生反响，而非自发反响一定不能发生反响吗
一、决定和影响化学反响进行方向的因素
1.化学反响的方向与焓变的关系
(1)多数能自发进行的化学反响是放热反响
例如：在常温、常压下，氢氧化亚铁被氧化为氢氧化铁的反响是自发的，反响放热：4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)===4Fe(OH)3(s)　ΔH(298K)＝－444.3kJ·mol－1
(2)有些吸热反响也能自发进行
例如：NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)===CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l)　ΔH(298K)＝＋37.30kJ·mol－1
(3)有一些吸热反响在室温条件下不能自发进行，但在较高温度下那么能自发进行
例如：在室温下和较高温度下均为吸热过程的CaCO3的分解反响。
CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)
ΔH(298K)＝＋178.2kJ·mol－1
ΔH(1200K)＝＋176.5kJ·mol－1
2．化学反响的方向与熵变的关系
反响的熵变ΔS为生成物总熵与反响物总熵之差。对于确定的化学反响，在一定条件下具有确定的熵变。
(1)许多熵增加的反响在常温、常压下可以自发进行。产生气体的反响，气体物质的物质的量增大的反响，熵变通常都是正值，为熵增加反响。
例如：2H2O2(aq)===2H2O(l)＋O2(g)；
(2)有些熵增加的反响在常温、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)铝热反响是熵减小的反响，它在一定条件下也可以自发进行。
2Al(s)＋Fe2O3(s)===Al2O3(s)＋2Fe(s)；
任何反响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响进行方向的因素是焓变和熵变。
典例1以下说法正确的选项是(　　)
A．在常温下，放热反响一般能自发进行，吸热反响都不能自发进行
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响的自发性有关，因此焓变或熵变均可以单独作为反响自发性的判据
D．在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂，可以改变化学反响进行的方向
听课记录：
变式训练1以下说法正确的选项是(　　)
A．吸热反响都不能自发进行
B．焓变是唯一影响化学反响进行方向的因素
C．化学反响有高能状态向低能状态转化，一般为放热反响
D．有气体生成的反响都是放热反响
变式训练2以下对熵变的判断中不正确的选项是(　　)
A．少量的食盐溶解于水中：ΔS＞0
B．纯碳和氧气反响生成CO(g)：ΔS＞0
C．气态水变成液态水：ΔS＞0
D．CaCO3(s)受热分解为CaO(s)和CO2(g)：ΔS＞0
二、焓变与熵变对反响方向的共同影响
1．用焓变和熵变的复合判据判断反响的方向
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，可用于化学反响自发进行的方向的判断，ΔG＝ΔH－TΔS。
(1)当ΔH<0，ΔS>0时，ΔG<0，反响________进行。
(2)当ΔH>0，ΔS<0时，ΔG>0，反响______________进行。
(3)当ΔH>0，ΔS>0或ΔH<0，ΔS<0时，反响是否自发进行与________有关，在一定温度下可使ΔG＝0，即反响达________________。
2．用复合判据判断反响方向的有关规律
(1)____热的熵________反响一定能自发进行，放热的熵减小反响或熵无明显变化的反响，也可能自发进行，如氢气燃烧、甲烷燃烧等。
(2)____热的熵________反响一定不能自发进行，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，温度有可能对反响的方向起决定性作用。
典例2工业上用赤铁矿生产铁，可以选择的复原剂有C和H2。根据所学知识判断：哪一种复原剂可使反响自发进行的温度较低
：Fe2O3(s)＋C(s)===2Fe(s)＋CO2(g)
ΔH＝＋233.8kJ·mol－1，
ΔS＝0.279kJ·mol－1·K－1
Fe2O3(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，常用焦炭复原Fe2O3，而目前最主要的炼铝方法是电解Al2O3和冰晶石的熔融物。298K时Fe2O3(s)＋C(s)===2Fe(s)＋CO2(g)
ΔH＝＋233.8kJ·mol－1，
ΔS＝0.279kJ·mol－1·K－1
2Al2O3(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。
参考答案
课前准备区
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)A
2．(1)降低焓变　(2)①有序无序无序熵S②增大大于③>>④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[有的吸热反响可以自发进行，如NH4Cl与Ba(OH)2的反响。]
4．自发反响、非自发反响是指该反响过程是否有自发进行的倾向，而这个过程是否一定会发生那么不能确定。如碳的燃烧是一个自发反响，但要想发生反响，需借助外界条件点燃才能发生。
课堂活动区
典例1B[正确解答此题，首先要明确焓判据和熵判据对化学反响方向的影响，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响中的作用。A项错误，有些能使熵值增大的吸热反响可以自发进行；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响的活化能，不能改变反响的方向。]
变式训练1C[从焓变的角度分析，化学反响有由高能状态向低能状态转化，使体系能量降低的趋势，表现为放热反响较易进行。]
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，为熵增加的反响；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，为熵增加的反响。]
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作复原剂时反响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＞时该反响能自发进行。用C作复原剂时T1＞＝＝838.0K；用H2作复原剂时T2＞＝＝679.6K。
故用H2作复原剂时，反响自发进行的温度较低。
变式训练3用焦炭复原Al2O3所需温度太高，是不可能实现的，而用焦炭复原Fe2O3那么可以实现。
解析根据反响能否自发进行的综合判据分析可知T＞时该反响能自发进行。用C作复原剂复原Fe2O3时，假设使反响自发进行，那么需要的温度T1>＝＝838.0K；假设用C作复原剂复原Al2O3时需要的温度T2>＝＝3416K。比照上述温度可知，用焦炭复原Al2O3是不可能实现的，故两种金属治炼方法有差异。