2019-2020年高中化學(xué) 專題二第二單元 化學(xué)反應(yīng)的方向和限度教案 蘇教版選修4.doc

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2019-2020年高中化學(xué) 專題二第二單元 化學(xué)反應(yīng)的方向和限度教案 蘇教版選修4 【引入】： 自然界中有許多現(xiàn)象是可以自發(fā)進(jìn)行的，請(qǐng)結(jié)合自己的生活經(jīng)驗(yàn)舉例說明. 自然界中水總是從高處往低處流 電流總是從電位高的地方向電位低的地方流動(dòng) 室溫下冰塊自動(dòng)融化 墨水?dāng)U散 食鹽溶解于水 火柴棒散落 化學(xué)反應(yīng)中鎂條燃燒、酸堿中和、鐵器暴露在潮濕空氣中生銹、甲烷和氧氣的混合氣體遇明火就燃燒、鋅與CuSO4溶液反應(yīng)生成Cu和ZnSO4等，這些過程都是自發(fā)的，其逆過程就是非自發(fā)的. 一、 化學(xué)反應(yīng)的方向. 1.自發(fā)過程： 在一定條件下，不借助外部力量就能自動(dòng)進(jìn)行的過程. 2.自發(fā)反應(yīng)：在一定的條件下無需外界幫助就能自動(dòng)進(jìn)行的反應(yīng). 【過渡】： 如何判斷一個(gè)過程，一個(gè)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行？ 二、判斷化學(xué)反應(yīng)方向的依據(jù). 【交流與討論】： 酸堿中和、鎂條燃燒等這些一定條件下能自發(fā)發(fā)生的反應(yīng)有何共同特點(diǎn)？ △H < O即放熱反應(yīng) 放熱反應(yīng)使體系能量降低，能量越低越穩(wěn)定， △H < O有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行. 1.焓判據(jù)(能量判據(jù)). 體系趨向于從高能狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軤顟B(tài) （這時(shí)體系會(huì)對(duì)外做功或者釋放熱量～△H ﹤0） 【設(shè)問】： 自發(fā)反應(yīng)一定要△H < O ？ NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)=CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l) △ H= ＋37.30kJ/mol 【結(jié)論】： △H < O有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，但自發(fā)反應(yīng)不一定要△H < O. 焓變是反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的一個(gè)因素,但不是唯一 因素. 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，科學(xué)家們提出了在自然界還存在著另一種能夠推動(dòng)體系變化的因素→熵. 2.熵判據(jù). (1).熵：體系混亂度的量度，即熵是用來描述體系的混亂度. 符號(hào)：S 單位： J?mol-1?K-1 . 體系混亂度越大，熵值越大；體系混亂度越小，熵值越小. (2).熵變：反應(yīng)前后體系熵的變化. 同一物質(zhì)，S（g）﹥S（l）﹥S（s） 產(chǎn)生氣體的反應(yīng)、氣體物質(zhì)的物質(zhì)的量增大的反應(yīng)，熵變通常都是正值 （ △S ＞0），為熵增加反應(yīng). 【設(shè)問】： 火柴散落、墨水?dāng)U散過程混亂度如何變化？從混亂度變化角度分析它們?yōu)槭裁纯梢宰园l(fā)？ 自發(fā)過程的體系趨向于由有序轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序，導(dǎo)致體系的熵增大，這一經(jīng)驗(yàn)規(guī)律叫做熵增原理，也就是反應(yīng)方向判斷的熵判據(jù). (3).熵判據(jù): 混亂度越大越穩(wěn)定，△S > 0 有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行 【設(shè)問】： CaCO3(s) == CaO (s) +CO2 (g)這個(gè)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行？ 已知： △H(298K)=+178.2KJ?mol , △S(298K)=169.6J?mol-1?K-1 【結(jié)論】： △S > O有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行,自發(fā)反應(yīng)不一定要△S > O. 熵變是反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的一個(gè)因素,但不是唯一 因素. 3.復(fù)合判據(jù)（自由能變化）. △ G=△H—T △S 當(dāng)△ G<0時(shí)，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行 當(dāng)△ G>0時(shí)，反應(yīng)不自發(fā)進(jìn)行 當(dāng)△ G=0時(shí)，平衡狀態(tài) 溫度對(duì)反應(yīng)自發(fā)性的情況: 類型 △H △S △H—T△S 反應(yīng)的自發(fā)性 1 - + 永遠(yuǎn)是— 任何溫度都是 自發(fā)反應(yīng) 2 + - 永遠(yuǎn)是+ 任何溫度下都是 非自發(fā)反應(yīng) 3 - - 高溫+ 低溫— 高溫是非自發(fā)反應(yīng) 低溫是自發(fā)反應(yīng) 4 + + 高溫— 低溫+ 高溫是自發(fā)反應(yīng) 低溫是非自發(fā)反應(yīng) 【注意點(diǎn)】： (1).反應(yīng)的自發(fā)性只能用于判斷反應(yīng)發(fā)生的方向，不能確定反應(yīng)是否一定會(huì)發(fā)生和反應(yīng)發(fā)生的速率. 如涂有防銹漆和未涂防銹漆的鋼制器件，其發(fā)生腐蝕過程的自發(fā)性是相同的，但只有后者可以實(shí)現(xiàn). (2).在討論過程的方向時(shí)，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. 如水泵可以把水從低水位升至高水位；高溫高壓石墨轉(zhuǎn)化為金剛石的例子，實(shí)現(xiàn)后者的先決條件是要向體系中輸入能量，該過程的本質(zhì)仍然是非自發(fā)性的. 完成P42表2－5. 【課堂練習(xí)】： 1.下列過程是非自發(fā)的是 D 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 2.碳酸銨〔（NH4）2CO3〕在室溫下就能自發(fā)地分解產(chǎn)生氨氣，對(duì)其說法中正確的是 A A.其分解是因?yàn)樯闪艘讚]發(fā)的氣體，使體系的熵增大 B.其分解是因?yàn)橥饨缃o予了能量 C.其分解是吸熱反應(yīng)，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 3.下列說法正確的是 C A.凡是放熱反應(yīng)都是自發(fā)的，由于吸熱反應(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)一定是熵減少或不變 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) 4.自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)一定是 D A.吸熱反應(yīng) B.放熱反應(yīng) C.熵增加反應(yīng) D.熵增加或者放熱反應(yīng) 第二課時(shí) 化學(xué)平衡狀態(tài) 化學(xué)平衡常數(shù) 一、化學(xué)平衡的建立 1．可逆反應(yīng)：在相同條件下同時(shí)能向正反應(yīng)方向和逆反應(yīng)方向進(jìn)行的反應(yīng)。 電解 點(diǎn)燃 注：①．相同條件下的反應(yīng)。 如：2 H2 + O2 === 2 H2O，2 H2 + O2 === 2 H2O（非可逆） △ ②．有氣體參加的必須在密閉容器中 如：敞口容器：CaCO3 == CaO + CO2 ↑不可逆 △ 密閉容器：CaCO3 CaO + CO2 可逆 ③．同時(shí)具有正反應(yīng)速率、逆反應(yīng)速率。 2．化學(xué)平衡 催化劑 高溫 引言：初中溶解平衡 書P43 CO + H2O CO2 + H2 分析：①．反應(yīng)剛開始時(shí)，反應(yīng)物和生成物的濃度如何變化？V正、V逆變化？ mol t 生成物 反應(yīng)物 V逆 V正 V正=V逆 達(dá)到平衡 v t ②．隨反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)物和生成物的濃度如何變化？V正、V逆變化？ ③．當(dāng)V正 = V逆時(shí)，反應(yīng)物的濃度和生成物的濃度是否再變化？ 1．定義：化學(xué)平衡狀態(tài)是指在一定條件下的可逆反應(yīng)里，正反應(yīng)和逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)混合物中各組分的濃度保持不變的狀態(tài)。 注：化學(xué)平衡的特征：動(dòng)、等、定、變 A．反應(yīng)平衡時(shí)，V正 = V逆≠0，是動(dòng)態(tài)平衡。V正 = V逆是指同一個(gè)特定的物質(zhì)的正、反速率。 B．反應(yīng)混合物中，各物質(zhì)的濃度不再改變，百分含量保持不變。但平衡時(shí)，各物質(zhì)的濃度不一定相等。 C．外界條件變化時(shí)，原有平衡被破壞，出現(xiàn)新的平衡。 提問：1．某化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)反應(yīng)物的濃度等于生成物的濃度，是否正確？ 2．化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，反應(yīng)停止了，所以各物質(zhì)的百分含量保持不變。這句話 對(duì)嗎？ 例1：二氧化氮在加熱條件下能夠分解成一氧化氮和氧氣。該反應(yīng)進(jìn)行到35 s時(shí)，達(dá)到平衡（NO2濃度約為0.010）。圖中曲線表示二氧化氮分解反應(yīng)在前20 s內(nèi)的反應(yīng)進(jìn)程。 ①、若反應(yīng)延續(xù)至60 s，請(qǐng)?jiān)趫D中用實(shí)線接著畫出20 s～60 s的反應(yīng)進(jìn)程曲線。 ②、若在反應(yīng)開始時(shí)加入催化劑（其他條件都不變），請(qǐng)?jiān)趫D上用虛線畫出加入催化劑后的反應(yīng)進(jìn)程曲線。 時(shí)間/s 10 20 30 40 50 60 濃度 0.010 0.020 0.030 時(shí)間/s 10 20 30 40 50 60 濃度 0.010 0.020 0.030 2．化學(xué)平衡的判斷 直接標(biāo)志：A．V正 = V逆 B．各組分的m、n不變。 C．通過含量：各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)、（恒溫、衡壓下）氣體的體積分?jǐn)?shù)不變。 D．通過濃度：各組分的濃度不變。 間接標(biāo)志：A．通過總量：前提：氣體反應(yīng)Δ≠0時(shí)。體系的n（總）、p（總）、v（總）不變。 B．通過復(fù)合量：、ρ不變。 C．其他：如平衡體系顏色不變（實(shí)際是有色物濃度不變） 例： 1．在一定溫度下，可逆反應(yīng)4A(氣)＋5B(氣) 4C(氣)＋6D(氣)達(dá)到平衡的標(biāo)志是（ D ） A．單位時(shí)間內(nèi)消耗n mol的A，同時(shí)生成 n mol的C B．單位時(shí)間內(nèi)消耗4n mol的A，同時(shí)生成 5n mol的B C．A、B、C、D的分子數(shù)之比為4∶5∶4∶6 D．容器的總壓強(qiáng)不隨時(shí)間而變化 2．在一定溫度下，可逆反應(yīng)A2（g）+ B2（g） 2AB（g）達(dá)到平衡的標(biāo)志是（ C ） A．容器的總壓強(qiáng)不隨時(shí)間而變化。 B．單位時(shí)間內(nèi)有n mol A2生成同時(shí)就有n mol B2生成。 C．單位時(shí)間內(nèi)有n mol A2生成同時(shí)就有2n mol AB生成。 D．單位時(shí)間內(nèi)有n mol B2發(fā)生反應(yīng)同時(shí)就有n mol AB分解。 3．下列哪種說法可以證明反應(yīng)N2 + 3 H2 2 NH3 已達(dá)平衡狀態(tài)（ AD ） A．一個(gè)N N健斷裂的同時(shí)，有三個(gè)H H健形成。 B．一個(gè)N N健斷裂的同時(shí)，有三個(gè)H H健斷裂。 C．一個(gè)N N健斷裂的同時(shí)，有六個(gè)N H健形成。 D．一個(gè)N N健斷裂的同時(shí)，有三個(gè)H H健斷裂。 4．H2 (氣)+ I2 (氣) 2HI(氣)已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志是（ ③④⑦⑨ ） ① c(H2)＝c(I2) ＝c(HI) ② c(H2)∶c(I2) ∶c(HI)＝1∶1∶2 ③ c(H2)、c(I2)、c(HI)不再隨時(shí)間而改變 ④ 單位時(shí)間內(nèi)生成n molH2的同時(shí)生成2n mol HI ⑤ 單位時(shí)間內(nèi)生成n molH2的同時(shí)生成n mol I2 ⑥ 反應(yīng)速率v(H2)=v(I2)=v(HI) ⑦ 一個(gè)H－H鍵斷裂的同時(shí)有兩個(gè)H－I鍵斷裂 ⑧ 溫度和體積一定時(shí)，容器內(nèi)壓強(qiáng)不再變化 ⑨ 溫度和體積一定時(shí)，混合氣體的顏色不再變化 ⑩ 溫度和壓強(qiáng)一定時(shí)，混合氣體的密度不再變化 (11) 條件一定，混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再變化 5．常溫下，將A molNO2置于一體積可變的密閉容器中，保持壓強(qiáng)恒定，發(fā)生反應(yīng)2NO2(氣) N2O4(氣)，達(dá)到平衡后，測(cè)得混合氣體對(duì)氫氣的相對(duì)密度為28.75，求NO2的轉(zhuǎn)化率。 解析：巧解，差量法 設(shè)原有NO21mol 2NO2 ＝N2O4 △n 2 mol 1 mol x 1 mol－ x＝0.4 mol ∴40％ 二、化學(xué)平衡常數(shù) 數(shù)據(jù)分析：書P44表2－6 定義：對(duì)反應(yīng)m A + n B p C + q D 平衡常數(shù)K = 注：1．任一可逆反應(yīng)K僅與溫度有關(guān)，與濃度無關(guān)。即溫度不變則K定值。 2．K意義：表示反應(yīng)的程度，K越大,反應(yīng)進(jìn)行的程度越大。即原料轉(zhuǎn)化率越大。 3．K與反應(yīng)的起始方向無關(guān)，通過反應(yīng)常數(shù)K′與平衡常數(shù)的比較，可判定反應(yīng) 方向。 反應(yīng)狀態(tài) K′＝K 平衡狀態(tài) K′> K 向逆反應(yīng)方向進(jìn)行 K′< K 向正反應(yīng)方向進(jìn)行 4．反應(yīng)中有固體和純液體的，其濃度不隨反應(yīng)而變化，因此其濃度不計(jì)算在表達(dá)式中。 如：CaCO3（s） CaO（s） + CO2（g） K = c(CO2 ) CO2（g）+ H2（g） CO（g）+ H2O（l） K = 5．稀溶液中反應(yīng)物有水參加，水的濃度也不計(jì)算在內(nèi)。 如：Cr2O72－ + H2O 2 CrO42－ + 2 H＋ K = 6．對(duì)同一個(gè)化學(xué)反應(yīng)，不同的化學(xué)方程式對(duì)應(yīng)不同的平衡常數(shù)關(guān)系及平衡常數(shù)。 如：N2O4（g） 2 NO2（g） K = N2O4（g） NO2（g） K = 7．對(duì)于氣體反應(yīng)，可以用平衡時(shí)物質(zhì)的量濃度表示，也可以用平衡時(shí)氣體的分壓表示。 N2O4（g） 2 NO2（g） K = 例： 1．在某溫度下，可逆反應(yīng)m A + n B p C + q D的平衡常數(shù)為K，下列說法正確 的是（ AD ） A．K越大，達(dá)到平衡時(shí)，反應(yīng)進(jìn)行的程度越大。 B．K越小，達(dá)到平衡時(shí)，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率越大。 C．K隨反應(yīng)物濃度的改變而改變。 D．K隨溫度的改變而改變。 E．K越大，反應(yīng)的速率越大。 2．現(xiàn)由可逆反應(yīng)CO(氣)+H2O (氣) CO2(氣) +H2(氣)－△H，在850℃時(shí)，K＝1。 ① 若溫度升高至950℃，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，K_<___1（<、>、＝） 解析：K值越大表示反應(yīng)越易向正反應(yīng)方向進(jìn)行，升溫反應(yīng)逆反應(yīng)方向移動(dòng)即不易向正反應(yīng)方向進(jìn)行。 ② 850℃時(shí)在固定容積的密閉容器中放入混合物，起始濃度c(CO)=0.01mol/L，c(H2O) (氣) =0.03mol/L， c(CO2) =0.01mol/L， c(H2) =0.05mol/L。則反應(yīng)開始時(shí)，H2O (氣)的消耗速率比生成速率___小____（大、小、不確定） 解析：反應(yīng)常數(shù)K′＝＝>1，即反應(yīng)要向K＝1的方向進(jìn)行只能使分子減小、分母增大即向逆反應(yīng)進(jìn)行。 ③ 850℃時(shí)，若將②中H2O起始濃度增加到0.1mol/L，則反應(yīng)向（填正反應(yīng)、逆反應(yīng)）______方向進(jìn)行；達(dá)到平衡時(shí)α(CO)＝______。 解析：反應(yīng)常數(shù)K′＝＝<1正反應(yīng)方向進(jìn)行 溫度不變即K不變 CO(氣) + H2O (氣) = CO2(氣) + H2(氣) 起始濃度 0.01 0.1 0.01 0.05 變化濃度 x x x x 平衡濃度(0.01－x) (0.1－x) (0.01＋x) (0.05＋x) K=1=＝ 得α(CO) ④ 保持容器溫度、體積不變，若在容器中充入適量的H2，則重新達(dá)到平衡時(shí)，CO的反應(yīng)速率比充H2之前___增大___（大、小、不確定）理由是什么？ 解析：增大任一反應(yīng)物或生成物的濃度，化學(xué)反應(yīng)速率都增大。 v(NH3) t 1 2 3 4 5 11 6 7 8 9 10 m v－m＝－(p為常數(shù)) 3．在一定條件下，氨氣和氮氧化物（NOn）能發(fā)生氧化還原反應(yīng)。將一定量的氨氣和氮氧化物充入一真空的恒容密閉容器中，保持溫度不變，使反應(yīng)達(dá)到平衡。 ① 配平化學(xué)方程式NH3(氣)＋NOn(氣) N2(氣)＋H2O(氣) 解析：4nNH3(氣)＋6NOn(氣) (2n+3)N2(氣)＋6nH2O(氣) ② 分析氨氣的反應(yīng)速率v與時(shí)間t的關(guān)系如圖所示，已知：m＝0.22mol/(Lmin)，p＝250。反應(yīng)中氨氣的瞬時(shí)速率與氨氣的存留濃度的關(guān)系為v∶c(NH3)=1∶6(數(shù)據(jù))。在下表①～⑤中填入v和c(NH3)。 t min v(NH3) mol/(Lmin) c(NH3) mol/L 0 0.22 ① 5 ② ③ 平衡時(shí) ④ ⑤ 解析：由圖可知，該反應(yīng)在t＝9 min時(shí)達(dá)到平衡。另外由 速率－時(shí)間關(guān)系v－m=－知v = m－；又氨氣的瞬時(shí)速率與氨氣的存留濃度的關(guān)系為v∶c(NH3)=1∶6。聯(lián)立求解。 t min v(NH3) mol/(Lmin) c(NH3) mol/L 0 0.22 1.32 5 0.17 1.02 平衡時(shí) 0.058 0.34 ③ 若起始時(shí)混合氣體總濃度為2.5mol/L，在恒溫恒容條件下達(dá)到平衡時(shí)，測(cè)得壓強(qiáng)是反應(yīng)前的1.28倍，則NOn中的n是多少？ 解析：由②可知：t＝0，c(NH3)= 1.32 mol/L；達(dá)到平衡時(shí)，t＝9min，c(NH3)= 0.34 mol/L。若取定容器體積為1L，則參加反應(yīng)的氨氣的物質(zhì)的量是0.98mol。 又根據(jù)反應(yīng)4nNH3(氣)＋6NOn(氣)＝(2n+3)N2(氣)＋6nH2O(氣) △n＝4n－3，知每有4n molNH3參加反應(yīng)，混合氣體的物質(zhì)的量就減少（4n－3）mol， 因此，得4n∶(4n－3)＝0.98mol∶(0.282.5mol) n＝2.625 （△n也可由定義求出 n2=3.2 mol △n＝3.2mol－2.5mol＝0.7mol）