高中化學(xué)2.3.4化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向?qū)W(xué)案新人教版選修4

1、第 一 課時(shí)【學(xué)習(xí)目標(biāo)】 : 1. 了解反應(yīng)的自發(fā)性與反應(yīng)過程中能量變化及熵值變化的關(guān)系；2. 能夠用焓減與熵增原理判斷化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向。【重、難點(diǎn)】 : 能夠用焓減與熵增原理判斷化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向【知識(shí)梳理】 :一、自發(fā)過程 和自發(fā)反應(yīng)1、自發(fā)過程：在一定條件下，不需要外力作用就能自動(dòng)進(jìn)行的過程。 如：水由高處往低處流，自由落體，電流由電位高的地方向電位低的地方流，鐵 器暴露于潮濕的空氣中會(huì)生銹，室溫下冰塊會(huì)融化，這些都是自發(fā)過程。2、自發(fā)反應(yīng)：在給定條件下，能自發(fā)地進(jìn)行到顯著程度的反應(yīng)。3、非自發(fā)反應(yīng)：不能自發(fā)地進(jìn)行，必須借助某種外力才能進(jìn)行的反應(yīng)。4、自發(fā)過程 和自發(fā)反應(yīng)的應(yīng)用 自發(fā)過

2、程和自發(fā)反應(yīng)可被利用來完成有用功。如向下流動(dòng)的水可推動(dòng)機(jī)器，甲烷燃燒可在內(nèi)燃機(jī)中 被利用來做功，鋅與 CuSO溶液的反應(yīng)可被設(shè)計(jì)成原電池。非自發(fā)的過程要想發(fā)生，則必須對(duì)它做功，如利用水泵可將水從低處流向高處，通電可將水分解生 成氫氣和氧氣。二、反應(yīng)方向的焓判據(jù)。 經(jīng)驗(yàn)表明，那些不用借助外力就可以自動(dòng)進(jìn)行的自發(fā)過程的共同特點(diǎn)是：體系能量趨向于從高能態(tài) 轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軤顟B(tài)，這時(shí)體系會(huì)對(duì)外部做功或者釋放能量，由此總結(jié)而得的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律就是所謂的焓判 據(jù)。也稱能量判據(jù)。1. 焓判據(jù)：若 H< 0，正向反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行；若 H> 0,正向反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行，而逆向反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。2. 焓判據(jù)的局限性 :

3、多數(shù)自發(fā)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)是放熱反應(yīng)， 但也有不少吸熱反應(yīng)也能自發(fā)進(jìn)行。 而且 有一些吸熱反應(yīng)在室溫條件下不能自發(fā)進(jìn)行,但在較高溫度下則能自發(fā)進(jìn)行,如： N2O5（g）= 4N O2（g） + O2（g） H = 56.7KJ/mol ；NH4HCO3（s）+ CH3COO（H aq）= C O2（ g）+CH3C O ON4H（aq）+ H2O（l） H = 37.3KJ/mol ；因此,反應(yīng)焓變是與反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行有關(guān)的一個(gè)因素,但不是唯一因素。三、反應(yīng)方向的熵判椐 密閉容器中的氣態(tài)物質(zhì)或液態(tài)物質(zhì)蒸汽（包括揮發(fā)性固體）,會(huì)通過分子擴(kuò)散自發(fā)形成均勻混合物。 物質(zhì)溶于水自發(fā)地向水中擴(kuò)散,形成均勻的

4、溶液等。為解釋這一類與能量無關(guān)的過程的自發(fā)性,科 學(xué)家提出了另一推動(dòng)體系變化的因素：在密閉條件下,體系有由有序自發(fā)地變?yōu)闊o序的傾向的熵判 據(jù)。1 、混亂度：表示體系的不規(guī)則或無序狀態(tài)。 混亂度的增加意味著體系變得更加無序。2、 熵：用來表示混亂度大小的物理量符號(hào)：S ;單位：J mol -1 K-1 體系的有序性越高,即混亂度越低,熵值就越小。有序變?yōu)闊o序熵增的過程。3、 熵的大小判斷：（1）氣態(tài) > 液態(tài) > 固態(tài)（2）與物質(zhì)的量成正比4、 反應(yīng)熵變厶S =反應(yīng)產(chǎn)物總熵一反應(yīng)物總熵產(chǎn)生氣體的反應(yīng)，或氣體物質(zhì)的量增大的反應(yīng)， S通常為正值，為熵增加反應(yīng)，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行。注意：兩種氣體

5、的混合也是熵增加的過程。5、 熵判據(jù)：在于外界隔離體系中，自發(fā)過程將導(dǎo)致體系的熵增大，即S > 0。稱為熵增原理。6、熵判椐的局限性有些熵減小的反應(yīng)在一定條件下也可以自發(fā)進(jìn)行，如：-10 C的液態(tài)水會(huì)自動(dòng)結(jié)冰成為固態(tài)，氨氣與氯化氫氣體反應(yīng)生成氯化銨固體等。因此，反應(yīng)熵變是與反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行有關(guān)的又一個(gè)因素，但也不是唯一因素。四、焓變與熵變對(duì)反應(yīng)方向的共同影響。在一定條件下，一個(gè)化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行，既與反應(yīng)焓變有關(guān)，又與反應(yīng)熵變有關(guān)。研究表明,在恒溫、恒壓下，判斷化學(xué)反應(yīng)自發(fā)性的判據(jù)是：體系自由能變化（厶G單位：KJ/mol ）: G = H T S （注意：T的單位是“ K” ,不是“

6、C”） G = H S < 0 反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行； G = H " S = 0 反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)； G = H S > 0 反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。總結(jié)：類型 H S H-S反應(yīng)的自發(fā)性1一+永遠(yuǎn)是-在任何溫度下都是自發(fā)反應(yīng)2+一永遠(yuǎn)是+在任何溫度下都是非自發(fā)反應(yīng)3一一在咼溫+在低溫在低溫是自發(fā)反應(yīng) 在高溫是非自發(fā)反應(yīng)4+在咼溫在低溫+在低溫是非自發(fā)反應(yīng) 在高溫是自發(fā)反應(yīng)1、過程的自發(fā)性只能用于判斷過程的方向，不能確定過程是否一定會(huì)發(fā)生和過程的速率；2、在討論過程的方向時(shí)，我們指的是沒有外界干擾時(shí)體系的性質(zhì)。如果允許外界對(duì)體系施加某種作 用，就可能出現(xiàn)相反的結(jié)果。例題： 已知1O

7、1kPa、298.15K時(shí)石灰石分解反應(yīng)：CaCG（s） = CaO（s）+CQ（g） H （ 298 .15K ） = +178.3 kJ? moL -1 ,-1-1 S （ 298 .15K ） = +160.4 J? moL K試判斷在此條件時(shí)反應(yīng)的自發(fā)性及自發(fā)進(jìn)行的最低溫度（焓變 H及熵變？S受溫度的影響可忽略）解： G = H S = 178.3 kJ? moL-1 298.15 K x 160.4 J? moL -1 K-1 x 1/1000 kJ/J1 11=178.3 kJ? moL47.82 kJ? moL =130.48kJ? moL > 0 為非自發(fā)反應(yīng)；設(shè)：自發(fā)進(jìn)

8、行的最低溫度為T則： H S=178.3 kJ? moL -1 Tx 160.4 J? moL -1 K-1 x 1/1000 kJ/J < 0 解之：T> 1112K答：在100kPa、298.15K時(shí)石灰石分解反應(yīng)為非自發(fā)反應(yīng)，自發(fā)進(jìn)行的最低溫度為1112K?！疽牲c(diǎn)反饋】：（通過本課學(xué)習(xí)、作業(yè)后你還有哪些沒有搞懂的知識(shí)，請(qǐng)記錄下來）【基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)】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(dāng)條件下才能實(shí)現(xiàn)D. 自發(fā)反應(yīng)在任何條件下都能實(shí)現(xiàn)2.下列說法正確的是（）鐵在潮濕空

9、氣中生銹是自發(fā)過程N(yùn)HHCO受熱分解是由于由不穩(wěn)定物質(zhì)生成了穩(wěn)定物質(zhì) 反應(yīng)焓變是決定反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的惟一因素 自發(fā)過程中，熵值都是增大的溫度、壓強(qiáng)一定時(shí)，放熱且熵增加的反應(yīng)一定能自發(fā)進(jìn)行把CO通入到NSiO3溶液中之所以生成白色沉淀是因?yàn)橛蓮?qiáng)酸能制取弱酸A. B.C.D.3以下自發(fā)反應(yīng)可用焓判據(jù)來解釋的是( )A. 硝酸銨自發(fā)的溶于水1B. 22Q(g)=4NQ(g) + 02(g) H=+ 56.7 kJ mol1C. (NH4)2CO(s)=NH4HCQs) + NH(g) H=+ 74.9 kJ molD. 2Hz(g) + Q(g)=2H2O(l) H=- 571.6 kJ mo14

10、.下列反應(yīng)在任意溫度下一定能自發(fā)進(jìn)行的是 ()A. 2NaCl + 2HzO2NaOIHCl2T+ HdB. NH(g) + HCl(g) =NH4CI(s) Hk 0C. CaCO(s)=CaO(s) + CO(g) H> 0D. %Y2(g)=X2(g) + Y2(g) Hk 05 .汽車尾氣(含烴類、CO NO與 SO等)是城市主要污染源之一，治理的辦法之一是在汽車排氣管上裝催化轉(zhuǎn)化器，它使NO與CO反應(yīng)生成可參與大氣生態(tài)循環(huán)的無毒氣體，反應(yīng)原理：2NO(g) +- 1 - 1 2CO(g)=N(g) + 2CO(g),在 298 K、100 kPa 下， Hh- 113 kJ m

11、ol , S=- 145 J mol K。下列說法中錯(cuò)誤的是 ()A .該反應(yīng)中反應(yīng)物的總能量高于反應(yīng)產(chǎn)物的總能量B. 該反應(yīng)常溫下不能自發(fā)進(jìn)行，因此需要高溫和催化劑C. 該反應(yīng)常溫下能自發(fā)進(jìn)行，高溫和催化劑只是加快反應(yīng)的速率D. 汽車尾氣中的這兩種氣體會(huì)與血紅蛋白結(jié)合而使人中毒6 .已知某反應(yīng)2C(g) ? A(g) + 2B(g) H< 0，下列說法正確的是()A. 僅常溫下反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)行B. 僅高溫下反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)行C. 任何溫度下反應(yīng)均可以自發(fā)進(jìn)行D. 任何溫度下反應(yīng)均難以自發(fā)進(jìn)行7 .在圖I中A、B兩容器里，分別收集著兩種互不作用的理想氣體。若將中間活塞打開，如圖n,兩種氣體

12、分子立即都占有了兩個(gè)容器。這是一個(gè)不伴隨能量變化的自發(fā)過程。關(guān)于此過程的下 列說法不正確的是 ()理想氣體的自發(fā)混合A. 此過程是從混亂程度小的向混亂程度大的變化過程，即熵增大的過程B. 此過程為自發(fā)過程，而且沒有熱量的吸收或放出C. 此過程是自發(fā)可逆的D. 此過程從有序到無序，混亂度增大8.灰錫結(jié)構(gòu)松散,不能用于制造器皿；而白錫結(jié)構(gòu)堅(jiān)固,可以制造器皿。現(xiàn)把白錫制造的器皿放在0C、101 kPa的室內(nèi)存放，它會(huì)不會(huì)變成灰錫而不能繼續(xù)使用()焓變和熵變分別為 Hh- 2 180.9 J mol(已知在0C、101 kPa條件下白錫轉(zhuǎn)化為灰錫的反應(yīng),1- 1- 1, S=- 6.61 J mol

13、KA. 會(huì)變B.不會(huì)變C.不能確定.升高溫度才會(huì)變9 .下列對(duì)熵的理解不正確的是()A. 同種物質(zhì)氣態(tài)時(shí)熵值最大，固態(tài)時(shí)熵值最小B. 體系越有序，熵值越??；越混亂，熵值越大C. 與外界隔離的體系，自發(fā)過程將導(dǎo)致體系的熵減小D. 298 K、1.01 x 105 Pa 時(shí)，2NQ(g)=4NCb(g) + Q(g)是熵增的反應(yīng)10 .下列說法中正確的是()A. 能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)一定能迅速發(fā)生反應(yīng)B. 非自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)一定不可能發(fā)生反應(yīng)C. 能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)實(shí)際可能沒有發(fā)生反應(yīng)D. 常溫下，2HQ2Hf + Qf,即常溫下水的分解反應(yīng)是自發(fā)反應(yīng)11某反應(yīng)：A=B C在室溫下不能自發(fā)進(jìn)行，在高溫下能

14、自發(fā)進(jìn)行，對(duì)該反應(yīng)過程厶H>A S的判斷正確的是()A.A Hv 0、ASv 0B. AH> 0、ASv 0C.A HV 0、AS> 0D. AH> 0、AS> 0【拓展提升】12 .反應(yīng) CHOH(I) + NH(g)=CHsNH(g) + H2Q(g)在某溫度下自發(fā)向右進(jìn)行，若反應(yīng) | A H = 17 kJ mol , | A H TA S| = 17 kJ mol ，則下列正確的是()A. A H> 0,A H- TA Sv 0B. A Hv 0,A H- TA S> 0C. A H> 0,A H- TA S> 0D. A Hv 0

15、,A H- TA Sv 013.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) CaCQ3(s)=CaQ(s) + CO(g) ;(3) 乙烯聚合成聚乙烯;(4) N 2Q(g)=2NQ(g)。14 .電子工業(yè)中清洗硅片上的SiQ2(s)的反應(yīng)是SiQ2(s) + 4HF(g)=SiF 4(g) + 2HzQ(g)_ 1A H(298.15 K) = 94.0 kJ mol_1 _ 1A S(298.15 K) =_ 75.8 J mol K設(shè)A H和AS不隨溫度而變化，試求此反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的溫度條件。15 .試判斷用于汽車凈化的一個(gè)反應(yīng)2NQ(g) + 2CQ(g)

16、=N(g) + 2CQ(g)在298 K 100 kPa下能否自發(fā)進(jìn)行？ _ 1 _ 1_ 1已知在 298K、100 kPa 下，該反應(yīng)的 A H= 113.0 kJ mol , A S=_ 145.3 J mol K。16 .有A、B、C D四個(gè)反應(yīng)。反應(yīng)ABCD_ 1A H/kJ mol10.51.80126P 11.7A SJ mol 1 K130.0113.084.0105.0則在任何溫度下都能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)是;任何溫度下都不能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)是;另兩個(gè)反應(yīng)中，在溫度高于 C時(shí)可自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)是 ;在溫度低于 C時(shí)可自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)是 ?！緟⒖即鸢浮?. C 放熱反應(yīng)常常是容易進(jìn)行的過程

17、，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；反應(yīng)的自發(fā)性只能用于判斷反應(yīng)的方向，反應(yīng)是否能實(shí)現(xiàn)還要看具體 的條件。2. B 3.D4. D A項(xiàng)需通電才能進(jìn)行，為非自發(fā)反應(yīng)； B項(xiàng)厶Hv 0>A S< 0,在低溫下厶H- TA Sv 0, 反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行；C項(xiàng)A H>0, A S>0,在高溫下A H TA Sv 0，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行；D項(xiàng)A Hv 0, A S> 0，在任何溫度下A H- TA Sv 0,反應(yīng)一定能自發(fā)進(jìn)行，故選 Do 5. B 該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，反應(yīng)物總能量高于生成物的總能量，A項(xiàng)正確；常溫下，A H TAS=- 1

18、13 kJ mol-1-298 K x -145 x 10-3 kJ mol1 Q v 0,故常溫下該反應(yīng)可自發(fā)進(jìn)行，高 溫和催化劑只是加快反應(yīng)速率，B項(xiàng)錯(cuò)誤，C項(xiàng)正確；CO和NO均會(huì)與血紅蛋白結(jié)合而使人中毒，D項(xiàng)正確。6. C 該反應(yīng)是氣體物質(zhì)的量增多的反應(yīng)，故反應(yīng)后體系的熵值增大。又知反應(yīng)的AHv 0，故A H- TA Sv 0,所以該反應(yīng)在任何溫度下均能自發(fā)進(jìn)行。7. C8. A 在等溫等壓條件下，自發(fā)反應(yīng)總是向著A H TA Sv 0的方向進(jìn)行，直至平衡狀態(tài)。在0C、 100 kPa條件下，白錫會(huì)不會(huì)變?yōu)榛义a就轉(zhuǎn)化為求算反應(yīng)白錫一t灰錫A H TA S的問題。A H TA S= 2 180.9 J mol 273 K x ( 6.61 J mol K = 376.4 J mol v0，因此在此溫度和 壓強(qiáng)下白錫會(huì)變?yōu)榛义a。9. C 體系都有從有序自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序的傾向，此過程為熵增過程，故C錯(cuò)誤。10. C11 . D 由題意知：該反應(yīng)在室溫下不能自發(fā)進(jìn)行，根據(jù)復(fù)合判據(jù)，即AH T低A S> 0(1)，而高溫下能自發(fā)進(jìn)行，