2019-2020年苏教版高中化学选修4《化学反应的方向和限度》学案.doc

2019-2020年苏教版高中化学选修4化学反应的方向和限度学案问题导入 我们知道“水往低处流”，盐酸和NaOH(aq)混合后就能自发反应，而煤气的燃烧却需要点燃才能发生，并且一经点燃后就能持续燃烧，这是什么道理呢？答案：自然界中的许多自发过程，无论是物理过程还是化学过程，都有由能量较高状态向能量较低状态转化的倾向。基础知识1.在一定条件下，无需外界帮助就能自动进行的反应，称为_。自发反应的焓变多数_零，是_反应。有些吸热反应在_下不能自发进行，但在_下能自发进行，如CaCO3分解，说明_不是决定反应是否_的唯一因素。答案:自发反应 小于 放热 常温 高温 焓变 自发进行2.固体溶解过程的一个共同特点是固体中_排列的离子（如氯化钠晶体中的Na+和Cl-）或分子（如蔗糖固体中的蔗糖分子）进入到溶液体系中，整个体系由_变为_，即体系的_程度_，或者说体系的_增大。 对于一个由大量粒子组成的体系，人们定义一个物理量熵来描述体系的_，符号为_。熵值越大，体系_越大。在同一条件下不同的物质有不同的_值，而同一物质的熵值与_有关。例如，对同一物质来说，S（g）S（1）S(s)。答案:规则 规则 无序 混乱 增大 熵 混乱度 S 混乱度 熵 其状态3._和_都有促使反应自发进行的倾向，因此，要正确判断一个化学反应是否能自发进行，必须综合考虑反应的_和_，在恒温、恒压时：如果_，则反应一定能自发进行。_，则反应一定不能自发进行。_，反应是否自发进行与反应温度有关。答案:体系能量降低 混乱度增大 焓度 熵度 H0、S0 H0、S0 H0、S0或H0、S0课堂互动三点剖析重点1 化学反应方向与H（1）自发反应也是一个自发过程。自发过程总是能够对外界做功，消耗自身能量，而自身能量降低。因而化学反应也自发地向能量低的方向进行。（2）当化学反应中的H0时，反应的能量减少，因而H的变化也体现了体系能量的变化，所以H可作为自发反应是否发生的一个判断依据，简称为“能量判据”。（3）H0的反应，多数是能自发进行的反应。H0的反应多为非自发反应。特殊情况下要通过“H-TS0”来判断反应是否能够自发进行。【例1】 下列过程是非自发的是（ ）A.水由高处向低处流 B.天然气的燃烧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；天然气的燃烧；铁在潮湿空气中的生锈；室温下冰的融化，都是自发过程，其逆向都是非自发的。答案：D重点2 化学反应方向与S 化学反应总是容易向S增大的方向进行。但是，熵增加的反应不一定是自发反应。因此，S不能作为反应是否自发进行的唯一判据。 有一类自发过程，例如放在同一密闭容器中的气体或液体物质（也包括能够挥发的固态物质）的蒸气，不需要外界的任何作用，气态物质会通过分子的扩散自发地形成均匀的混合物。这种现象可以推广到相互接触的固体物质体系，经过长期放置后，人们能够找到通过扩散而进入另一种固体中的原子或分子（这种现象可以作为纯物质难以保存的最本质的解释）。又如把硝酸铵溶于水虽然要吸热，它却能够自发地向水中扩散。为了解释这样一类与能量状态的高低无关的过程的自发性，人们提出在自然界还存在着另一种能够推动体系变化的因素，即在密闭条件下，体系由有序自发地转变为无序的倾向。因为与有序体系相比，无序体系“更加稳定”，可以采取更多的存在方式。以扑克牌为例，经过多次的洗牌之后，严格按照花色和序号排列的机会与花色序号毫无规律地混乱排列的机会相比，大概要相差几十个数量级。科学家把这种因素称作熵。在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵增大，这个原理也叫做熵增原理。【例2】 碳酸铵（NH4）2CO3在室温下就能自发地分解产生氨气，对其说法正确的是（ ）A.碳酸铵分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增大B.碳酸铵分解是因为外界给予了能量C.碳酸铵分解是吸热反应，根据能量判据不能自发分解D.碳酸盐都不稳定，都能自发分解解析：碳酸铵自发分解，是因为体系由于氨气的生成而使熵增大。答案：A难点 焓变与熵变对反应方向的共同影响 化学反应方向的判据在温度、压力一定的条件下，自发反应总是向H-TS0的方向进行，直至达到平衡状态。即：【例3】已知298 K下反应HCl(g)+NH3(g)=NH4Cl(s) H=-176.4 kJmol-1，S=-2 843 Jmol-1K-1。试判断该反应的自发性。解析：由化学反应的判据计算如下：H-TS=-176.4 kJmol-1-298K(-284.310-3 kJmol-1K-1)=-91.7 kJmol-10。答案：该反应在298 K下为自发反应。各个击破类题演练1能用能量判据判断下列过程的方向的是（ ）A.水总是自发地由高处往低处流B.放热反应容易自发进行，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，扑克牌的毫无规律的混乱排列的几率大解析：A项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。B项吸热反应也可以自发进行，例如，在25 和1.01105 Pa时，2N2O5（g）=4NO2（g）+O2（g） H=56.7 kJmol-1。（NH）4CO3（s）=NH4HCO3（s）+NH3（g） H=74.9 kJmol-1。不难看出，上述两个反应都是吸热反应，又都是熵增的反应，显然只根据焓变来判断反应进行的方向是不全面的。C项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。D项扑克牌的无序排列也属于熵判据。答案：A变式训练1下列说法正确的是（ ）A.凡是放热反应都是自发的，凡是吸热反应都是非自发的B.自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是熵减小或不变C.自发反应在恰当条件下才能实现D.自发反应在任何条件下都能实现解析：放热反应常常是容易进行的过程，吸热反应有些也是自发反应；自发反应的熵不一定增大，可能减小，也可能不变。过程的自发性只能用于判断过程的方向，是否能实现还要看具体的条件。答案：C类题演练2下列关于判断过程的方向的说法正确的是（ ）A.所有自发进行的化学反应都是放热反应B.高温高压下可以使石墨转化为金刚石是自发的化学反应C.由能量判据和熵判据组合而成的复合判据，将更适合于所有的过程D.同一物质的固、液、气三种状态的熵值相同解析：并非所有自发进行的化学反应都是放热的，如NH4NO3溶于水，石墨转化为金刚石反应不是自发的化学反应。同一物质的熵值S（s）S（l）S（g）。答案：C变式训练2试判断下列体系的熵变是大于0，还是小于0。（1）水蒸气冷凝成水；（2）CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)；(3)乙烯聚合成聚乙烯；（4）N2O4（g）=2NO2(g)。解析：气体的物质的量增加的反应或过程，体系的熵增加，即S0；若气体物质的量减少，体系的熵就减小，S0。因此（1）（3）均为熵减小的变化；（2）（4）为熵增加的化学变化。答案：（1）S0（2）S0（3）S0（4）S0类题演练3已知100 kPa、298.15 K时氢氟酸的电离过程HF（aq）H+(aq)+F-(aq) H=-12.5 kJmol-1 S=-102.5 Jmol-1K-1。试判断该过程的自发性。解析：H-TS=-12.5 kJmol-1-298.15 K（-102.510-3 kJmol-1K-1）=18.1 kJmol-10。答案：该过程为非自发过程。变式训练3已知在100 kPa、298.15 K时石灰石分解反应：CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)H=178.3 kJmol-1.S=160.4 Jmol-1K-1,试判断反应的自发性及自发进行的最低温度。解析：H-TS=178.3 kJmol-1-298.15 K160.410-3 kJmol-1K-1=130.5 kJmol-10。T=178.3 kJmol-1/160.410-3 kJmol-1K-1=1 112 K。答案：在100 kPa、298.15 K时石灰石的分解反应为非自发反应。自发进行分解的最低温度为1 112 K。课后集训基础达标1.有关化学反应的说法，正确的是（ ）A.自发反应都是放热反应 B.自发反应都是熵增大的反应C.自发反应一定能实现 D.非自发反应在一定条件下能实现解析：选项A错，如NH4NO3溶于水是自发反应却是吸热反应；选项B错，当H0，S0时有适当的温度也会发生自发反应；选项C错，有些自发反应需要一定的温度。答案：D2.以下自发反应可用H判据来解释的是（ ）A.硝酸铵自发地溶于水B.2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g) H=+56.7 kJmol-1C.(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g) H=+74.9 kJmol-1D.2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) H=-285.8 kJmol-1解析：H2燃烧为放热反应，同时H0。答案：D3.下列反应中，一定不能自发进行的是（ ）A.2KClO3(s)=2KCl(s)+3O2(g)H=-78.03 kJmol-1S=1 110 Jmol-1K-1B.CO(g) =C(s,石墨)+O2(g)H=110.5 kJmol-1S=-89.36 Jmol-1K-1C.4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g) =4Fe(OH)3(s)H=-444.3 kJmol-1S=-280.1 Jmol-1K-1D.NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq) =CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l)H=37.301 kJmol-1S=184.05 Jmol-1K-1解析：计算其H-TS，若小于0，自发进行；大于0，非自发进行。答案：B4.下列说法中正确的是（ ）A.某反应低温条件下能自发进行，那么高温条件下也一定能自发进行B.某反应高温条件下不能自发进行，那么低温条件下也不能自发进行C.反应方向是由焓变和熵变共同决定的，与反应温度无关D.温度有可能对反应的方向起决定性的作用解析：反应能否进行取决于H-TS，当H-TS0时能自发进行，因而选项A、B不正确；能否自发进行与温度有关，因而选项C不正确，选项D正确。答案：D5.下列反应一定能自发进行的是（ ）A.放热反应 B.熵增加的反应C.熵增加的吸热反应 D.熵增加的放热反应解析：反应能自发进行，则H-TS0，只有熵增加的放热反应H-TS0，故选D。答案：D6.25 时，KNO3在水中的饱和溶液物质的量浓度是6 molL-1，若将1 mol固体KNO3置于1 L水中，则KNO3变成盐溶液过程的H-TS的取值为（ ）A.小于0 B.等于0 C.大于0 D.不能确定解析：因为KNO3溶于水，混乱度增加，其取值为负值，即选A。答案：A7.对于平衡体系CO（g）+H2O(g) CO2(g)+H2(g)H0,当其他条件不变时，增大某一反应物浓度，平衡向正反应方向移动，则下列说法一定正确的是（ ）A.生成物浓度一定增大 B.反应物浓度一定减小C.任一生成物的体积分数一定增大 D.反应物转化率一定增大解析：增大某一反应物浓度，化学平衡向正方向移动，因而生成物浓度增大；投入的一种反应物浓度增大，另一种减少；转化率投入的一种减小，另一种增大；生成物体积分数不一定增大。答案：A综合运用8.可逆反应：3A（g）3B（？）+C（？）（正反应是吸热反应），随着温度的升高，气体平均相对分子质量有减小趋势，则下列判断正确的是（ ）A.B和C可能都是固体 B.B和C一定都是气体C.若C为固体，则B一定是气体 D.B和C可能都是气体解析：升高温度，平衡向正方向移动，相对分子质量减小，根据=知：如果B、C均为气体可以满足，如果C为固体，B为气体，则气体的物质的量不变，而质量越小，也正确，故选项C、D正确，选项B错误；如B、C均为固体，气体相对分子质量不变，故选项A错误。答案：CD9.在一密闭烧瓶中，在25 时存在着平衡：2NO2N2O4 H0。把烧瓶置于100 的水中，则下列几项性质不会改变的是（ ）颜色 平均相对分子质量 质量 压强 密度A.和 B.和 C.和 D.和解析：升高温度2NO2N2O4 H0，会向左移动，因而颜色加深，平均相对分子质量减小，质量不变，压强增大，密度不变，故选D。答案：D10.下列事实不能用勒夏特列原理解释的是（ ）A.溴水中有下列平衡Br2+H2OHBr+HBrO,当加入AgNO3溶液后溶液颜色变浅B.对2HI（g）H2(g)+I2(g)，增大压强可使平衡体系颜色变深C.反应CO+NO2CO2+NO H0,升高温度可使平衡向逆反应方向移动D.合成NH3反应，为提高NH3的产率，理论上应采取低温度的措施解析：改变影响平衡的一个条件，化学平衡向削弱改变的方向移动，B选项中增大压强，平衡不移动，体系因浓度增大而颜色变深，故选B。答案：B11.在100 kPa、298.15 K时有以下反应，试通过计算确定反应自发进行的方向。（1）2KClO3(s)=2KCl(s)+3O2(g)H=-78.03 kJmol-1S=1 110 Jmol-1K-1(2)CO(g)=C(s，石墨）+O2(g)H=110.5 kJmol-1S=-89.36 Jmol-1K-1(3)4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g) =4Fe(OH)3(s)H=-444.3 kJmol-1S=-280.1 Jmol-1K-1(4)NH4HCO3(s)+CH3COOH（aq）=CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l)H=37.301 kJmol-1S=184.05 Jmol-1K-1(5)KCl(s) =K+(aq)+Cl-(aq)H=17.1 kJmol-1S=75.9 Jmol-1K-1(6)2NO(g)+2CO(g) =N2(g)+2CO2(g)H=-113.0 kJmol-1S=-145.3 Jmol-1K-1解析：（1）H-TS=-78.03 kJmol-1-298.15 K1 11010-3 kJmol-1K-1=-408.98 kJmol-10。（2）H-TS=110.5 kJmol-1-298.15 K(-89.3610-3 kJmol-1K-1)=137.14 kJmol-10(3)H-TS=-444.3 kJmol-1-298.15 K(-280.110-3 kJmol-1K-1)=-360.8 kJmol-10(4)H-TS=37.301 kJmol-1-298.15 K184.0510-3 kJmol-1K-1=-17.57 kJmol-10(5)H-TS=17.1 kJmol-1-298.15 K75.910-3 kJmol-1K-1=-5.5 kJmol-10(6)H-TS=-113.0 kJmol-1-298.15 K(-145.310-3 kJmol-1K-1)=-69.68 kJmol-10。答案：（1）（3）（4）（5）为自发反应；（2）为非自发反应。12.已知100 kPa、298.15 K时有以下反应：NH4Cl(s) =NH3(g)+HCl(g)H=176.4 kJmol-1S=284.3 Jmol-1K-1试计算NH4Cl分解自发进行的最低温度。解析：H-TS=176.4 kJmol-1-298.15 K284.310-3 kJmol-1K-1=91.64 kJmol-10,此条件下该反应为非自发反应。TH/S=176.4 kJmol-1/284.310-3 kJmol-1K-1=620.5 K。答案：620.5 K13.A、B两容器由极易导热的材料做成。A的容积不变；B容器活塞可上下移动，保持内外压强相等。在相同条件下，将等量的NO2压入容积相同的A、B两容器中发生如下反应：2NO2N2O4 H0,用“=”“”“”或“”填空：（1）反应开始时生成N2O4的速率v(A)_v(B)。(2)反应中生成N2O4的速率v(A) _v(B)。（3）平衡时两容器中分子总数n(A) _n(B)。(4)达到平衡时两容器压强p(A) _p(B)。解析：（1）开始时c（NO2）相同，则A、B两容器反应速率相同。生成N2O4的速率相等。由于2NO2N2O4，V（g）=-1，恒压时体积减小，则恒压时生成N2O4的速率大，其分子数则少，达平衡时压强大。答案：（1）= （2） （3） （4）拓展探究14.抽烟对人体有害。烟草不完全燃烧产生的一氧化碳被吸进肺里跟血液中的血红蛋白（用Hb表示)化合，发生下述反应：CO+HbO2O2+HbCO。实验表明，HbCO的浓度即使只有HbO2浓度的2%，也足以使人的智力受损。试回答：（1）上述反应的平衡常数表达式为K=_。（2）抽烟后，吸入肺部的空气中测得的CO和O2的浓度分别为10-6 molL-1和10-2 molL-1。已知37 时，平衡常数K=220，这时_HbCO的浓度HbO2浓度的0.02倍。（填“大于”“等于”、或“小于”）解析：=2.210-2答案：（1）（2）大于15.高温时空气中的N2和O2会反应生成NO而污染大气：N2（g）+O2(g)=2NO(g)。试通过计算说明在1 200 的条件下，此反应能否正向自发进行？估算自发进行的最低温度是多少？（已知H=180.50 kJmol-1,S=247.7 Jmol-1K-1）解析：H-TS=180.50 kJmol-1-0.247 7 kJmol-1K-11 473 K=-184.36 kJmol-10,所以在1 200 时能自发进行，自发进行的最低温度T=728.7 K。答案：能 728.7 K