2014年高中化學(xué)選修四教學(xué)案2-4 化學(xué)反應(yīng)進行的方向

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第四節(jié) 化學(xué)反應(yīng)進行的方向 ●課標(biāo)要求 能用焓變和熵變說明化學(xué)反應(yīng)的方向。 ●課標(biāo)解讀 1.了解熵變、焓變的含義。 2．了解焓判據(jù)、熵判據(jù)對化學(xué)反應(yīng)方向判斷的局限性。 3．理解綜合判據(jù)判斷化學(xué)反應(yīng)方向。 ●教學(xué)地位 在學(xué)生學(xué)習(xí)了化學(xué)反應(yīng)及其能量變化、化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)反應(yīng)的限度之后，教材安排了難度較大的化學(xué)反應(yīng)進行的方向的內(nèi)容。通過日常生活中的見聞引導(dǎo)學(xué)生，使學(xué)生明確根據(jù)反應(yīng)的焓變和熵變的大小，只能判斷反應(yīng)自發(fā)進行的可能性，不能決定反應(yīng)是否一定發(fā)生或反應(yīng)速率的大小。對于自由能知識，僅限于達到知道、了解的層次即可。 ●新課導(dǎo)入建議 未涂防銹漆的鋼制器件會生銹、香水會擴散到空氣中等，這些都是不用借助外力就可以自發(fā)進行的過程；用水泵把水從低水位升至高水位，高溫高壓可以使石墨轉(zhuǎn)化為金剛石，這些是必須在外界對體系施加某種作用時才能實現(xiàn)的過程?；瘜W(xué)反應(yīng)為什么有的能夠自發(fā)進行，不需要借助外力，而有些反應(yīng)或過程需要在特定條件下才能進行呢？ 【提示】　體系趨向于從高能狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軤顟B(tài)的過程常常能夠自發(fā)進行。 ●教學(xué)流程設(shè)計 課前預(yù)習(xí)安排：(1)看教材P34頁，完成【課前自主導(dǎo)學(xué)】中“知識1”； (2)看教材P34～36頁，完成【課前自主導(dǎo)學(xué)】“知識2”，并完成【思考交流】。?步驟1：導(dǎo)入新課、分析本課時的教材地位。?步驟2：建議對【思考交流】多提問幾個學(xué)生，使80%以上的學(xué)生都能掌握該內(nèi)容，以利于下一步對該重點知識的探究。?步驟3：師生互動完成探究“判斷進行化學(xué)反應(yīng)方向的判據(jù)”可利用【問題導(dǎo)思】所設(shè)置的問題，由淺入深地進行師生互動、可利用【教師備課資源】為您提供的例題。 ? 步驟6：先讓學(xué)生自主總結(jié)本課時學(xué)習(xí)的主要知識，然后對照【課堂小結(jié)】以明確掌握已學(xué)的內(nèi)容，并課下完成【課后知能檢測】。?步驟5：在老師指導(dǎo)下由學(xué)生自主完成【變式訓(xùn)練】和【當(dāng)堂雙基達標(biāo)】中的題目，驗證學(xué)生對該部分內(nèi)容的掌握情況。?步驟4：教師通過【例題】和教材的講解，對探究中的問題進行總結(jié)。 課　標(biāo)　解　讀 重　點　難　點 1.了解自發(fā)反應(yīng)和非自發(fā)反應(yīng)的含義。 2.了解熵的概念。 3.理解焓判據(jù)與熵判據(jù)。 1.熵的大小判斷。焓判據(jù)及熵判據(jù)的局限性。(重點) 2.能根據(jù)化學(xué)反應(yīng)利用焓變與熵變判斷反應(yīng)進行的方向。(難點) 自發(fā)過程和自發(fā)反應(yīng) 1.自發(fā)過程 (1)含義：在一定條件下，不用借助于外力就可以自發(fā)進行的過程。 (2)特點體系趨向于從高能狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍? 狀態(tài)。在密閉條件下，體系有從有序自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序的傾向。 2．自發(fā)反應(yīng)：在給定條件下，可以自發(fā)地進行到顯著程度的化學(xué)反應(yīng)。 化學(xué)反應(yīng)進行方向的判據(jù) 1.焓判據(jù) 放熱反應(yīng)過程中體系能量降低，具有自發(fā)進行的傾向，因此可用焓變來判斷反應(yīng)進行的方向。 2．熵判據(jù) (1)熵 用來量度體系混亂程度的物理量。熵值越大，混亂程度越大。符號為S。 (2)熵增原理 在與外界隔絕的體系中，自發(fā)過程將導(dǎo)致體系的熵增大，即熵變(符號ΔS)＞零。 (3)熵判據(jù) 體系有自發(fā)地向混亂度增加(即熵增)的方向轉(zhuǎn)變的傾向，因此可用熵變來判斷反應(yīng)進行的方向。 (1)某物質(zhì)三態(tài)的熵值大小順序如何？ (2)焓變ΔH>0的反應(yīng)，一定不能自發(fā)進行嗎？ (3)熵變ΔS<0的反應(yīng)，一定不能自發(fā)進行嗎？ 【提示】　(1)S(g)> S(l)>S(s) (2)、(3)都不一定。 判斷化學(xué)反應(yīng)進行方向的判據(jù) 【問題導(dǎo)思】　 ①分別用焓判據(jù)，熵判據(jù)在判斷化學(xué)反應(yīng)進行的方向時是否全面？ 【提示】　不全面。 ②反應(yīng)是否自發(fā)與溫度有關(guān)嗎？ 【提示】　有。 ③在焓變與熵變共同組成的復(fù)合判據(jù)如何判斷反應(yīng)是否自發(fā)？ 【提示】　利用ΔG＝ΔH－TΔS，若ΔG<0，則自發(fā)；ΔG>0則非自發(fā)。 1．焓判據(jù)：化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進行與吸熱、放熱的關(guān)系 (1)多數(shù)放熱反應(yīng)是自發(fā)進行的，例如燃燒 H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH＝－286 kJ/mol， 中和反應(yīng)：NaOH(aq)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l)　ΔH＝－57.3 kJ/mol (2)有些吸熱反應(yīng)(ΔH>0)也是自發(fā)的。例如 (NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g) ΔH＝＋74.9 kJ/mol 2．熵判據(jù)：熵變與反應(yīng)方向的關(guān)系 (1)許多熵增的反應(yīng)是自發(fā)的。例如，固＋固―→氣： 2KClO32KCl＋3O2↑；固＋液―→氣：CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑等。 (2)有些熵減的反應(yīng)也可以自發(fā)進行。例如 Ca(OH)2(aq)＋CO2(g)===CaCO3(s)＋H2O(l) 綜上所述，單獨使用熵判據(jù)也是不全面的。 3．復(fù)合判據(jù)：ΔG＝ΔH－TΔS 體系的自由能變化(符號為ΔG，單位為kJ/mol)綜合考慮了焓變和熵變對體系的影響，可用作化學(xué)反應(yīng)自身進行的判據(jù)，ΔG＝ΔH－TΔS。 (1)當(dāng)ΔH<0，ΔS>0時，反應(yīng)自發(fā)進行； (2)當(dāng)ΔH>0，ΔS<0時，反應(yīng)不能自發(fā)進行； (3)當(dāng)ΔH>0，ΔS>0，或ΔH<0，ΔS<0時，反應(yīng)是否自發(fā)進行與溫度有關(guān)，一般低溫時焓變影響為主，高溫時熵變影響為主。 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發(fā)生和過程的速率。 2．在討論過程的方向時，我們指的是沒有外界干擾時體系的性質(zhì)。如果允許外界體系施加某種作用，就可能出現(xiàn)相反的結(jié)果。 　下列說法正確的是(　　) A．在常溫下，放熱反應(yīng)一般能自發(fā)進行，吸熱反應(yīng)都不能自發(fā)進行 B．NH4HCO3(s)===NH3(g)＋H2O(g)＋CO2(g)　ΔH＝＋185.57 kJmol－1，能自發(fā)進行，原因是體系有自發(fā)地向混亂度增加的方向轉(zhuǎn)變的傾向 C．因為焓變和熵變都與反應(yīng)的自發(fā)性有關(guān)，因此焓變或熵變均可以單獨作為反應(yīng)自發(fā)性的判據(jù) D．在其他外界條件不變的情況下，使用催化劑，可以改變化學(xué)反應(yīng)進行的方向 【解析】　A項錯誤，有些熵值增大的吸熱反應(yīng)可以自發(fā)進行；C項錯誤的原因是要將二者綜合起來即利用復(fù)合判據(jù)進行判斷；D項中使用催化劑只能降低反應(yīng)的活化能，不能改變反應(yīng)的方向。 【答案】　B 　25 ℃和1.01105Pa時，反應(yīng)2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋56.7 kJmol－1，自發(fā)進行的原因是(　　) A．是吸熱反應(yīng)　　　　　B．是放熱反應(yīng) C．是熵減少的反應(yīng) D．熵增大效應(yīng)大于能量效應(yīng) 【解析】　吸熱，熵變大，能自發(fā)，因為熵增大效應(yīng)大于能量效應(yīng)，選D。 【答案】　D 【教師備課資源】 關(guān)于復(fù)合判據(jù)與溫度關(guān)系 　某化學(xué)反應(yīng)其ΔH為－122 kJmol－1，ΔS為－231 Jmol－1K－1，則此反應(yīng)在下列哪種情況下可能自發(fā)進行(　　) A．在任何溫度自發(fā)進行 B．在任何溫度下都不自發(fā)進行 C．僅在高溫下自發(fā)進行 D．僅在低溫下自發(fā)進行 【解析】　要使反應(yīng)能夠自發(fā)進行，則ΔH－TΔS<0，代入數(shù)據(jù)可得：－122 kJmol－1－T(－0.231 kJmol－1K－1)<0，解得當(dāng)T<528 K時，反應(yīng)可自發(fā)進行，即反應(yīng)僅在低溫下自發(fā)進行，選D項。 【答案】　D 1．下列過程是非自發(fā)的是(　　) A．水由高處向低處流　　B．煤炭的燃燒 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、煤炭的燃燒、鐵在潮濕空氣中生銹、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 2．下列說法中不正確的是(　　) A．體系有序性越高，熵值就越低 B．自發(fā)過程可能導(dǎo)致體系的熵增大 C．吸熱反應(yīng)不可以自發(fā)進行 D．同種物質(zhì)氣態(tài)時熵值最大 【解析】　體系混亂度越高，熵值越大；同種物質(zhì)氣態(tài)時混亂度最大，熵值最大；吸熱反應(yīng)也有可能自發(fā)進行。 【答案】　C 3．能用能量判據(jù)判斷下列過程方向的是(　　) 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，撲克牌毫無規(guī)律的混亂排列的幾率大 【解析】　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；吸熱反應(yīng)也可以自發(fā)進行，例如，在25 ℃和1.01105 Pa時，(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g)　ΔH＝＋74.9 kJmol－1，不難看出，上述反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，又是熵增的反應(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；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)；撲克牌的無序排列也屬于熵判據(jù)。 【答案】　A 4．以下自發(fā)反應(yīng)不可用熵判據(jù)來解釋的是(　　) 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】　熵判據(jù)是ΔS>0的反應(yīng)自發(fā)進行。A、B、D選項中都有顯著的熵增，可用熵判據(jù)解釋。 【答案】　C 5．已知反應(yīng)：2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)在298 K、101 kPa的條件下，其ΔH＝－113.0 kJmol－1，ΔS＝－145.3 Jmol－1K－1。 該反應(yīng)________(填“能”或“不能”)用于消除汽車尾氣中的NO，理由為________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 【解析】　ΔG＝ΔH－TΔS＝－113.0 kJmol－1－298 K(－145.310－3 kJmol－1K－1)＝－69.7 kJmol－1<0，故理論上該反應(yīng)能自發(fā)進行。 【答案】　能　該反應(yīng)的ΔH－TΔS＝－69.7 kJmol－1<0，說明該反應(yīng)在理論上是可行的，所以有可能用于消除汽車尾氣中的NO 7