2022年高中化學 第二章第四節(jié) 化學反應進行的方向教案 新人教版選修4 (I)

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1、2022年高中化學 第二章第四節(jié) 化學反應進行的方向教案 新人教版選修4 (I) [課標要求] 1．理解化學反應方向判斷的焓判據(jù)及熵判據(jù)； 2．能用焓變和熵變說明化學反應的方向。 [學習重點] 焓減和熵增與化學反應方向的關系 [學習過程] 一、自發(fā)過程和自發(fā)反應 1.自發(fā)過程：在一定條件下不需要外力作用就能自動進行的過程 2.自發(fā)反應：在給定的一組條件下，一個反應可以自發(fā)地進行到顯著程度，就稱為自發(fā)反應。 說明： ⑴①自然界中水總是從高處往低處流 ②電流總是從電位高的地方向電位低的地方流動 ③室溫下冰塊自動融化 ④鐵器暴露在潮濕空氣中會生銹 ⑤甲烷與氧氣混合遇火就燃燒

2、 ⑥鋅與CuSO4溶液會自動反應生成Cu和ZnSO4等都是自發(fā)過程，其逆向都是非自發(fā)過程。其中④⑤⑥都是自發(fā)反應，其逆向都是非自發(fā)反應。 ⑵自發(fā)過程和自發(fā)反應可被利用來完成有用功。如向下流動的水可推動機器;甲烷燃燒可在內燃機中被利用來做功，還可設計為燃料電池。 ⑶非自發(fā)過程要想發(fā)生，則必須對它做功，如利用水泵可將水從低處流向高處，通電可將水分解性成氫氣和氧氣。 [練習]下列過程是非自發(fā)的是 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室溫下水結成冰 二、化學反應進行方向的判據(jù) 1.能量

3、判據(jù) 對于有能量變化的自發(fā)過程共同特點： 體系的能量趨向于從 高能量 狀態(tài)轉變?yōu)? 低能量 狀態(tài)（這時體系會對外部做功或者釋放熱量）。因為能量越低越穩(wěn)定。如 甲烷與氧氣混合遇火就燃燒 、 鋅與CuSO4溶液會自動反應生成Cu和ZnSO4 。 經驗表明，放熱的化學反應容易自發(fā)進行，這就是所謂的能量判據(jù)。（但是較片面，不科學） [逆向思維]那么吸熱反應就一定不自發(fā)進行嗎？ 不一定 。請舉兩例： 8水和Ba（OH）2 與氯化銨的反應 、濕衣服晾干 ，顯然只根據(jù)焓變來判斷反應進行的方向是不全面的。 多數(shù)自發(fā)進行的化學反應是

4、放熱反應，但也有不少吸熱反應能自發(fā)進行。如： N2O5（g）= 4NO2（g）+ O2（g） △H = ＋56.7KJ/mol； NH4HCO3（s）+ CH3COOH（aq）= CO2（g）+CH3COONH4（aq）+ H2O（l） △H = ＋37.3KJ/mol； 2.熵判據(jù) 對于與能量狀態(tài)的高低無關的自發(fā)過程還存在著另一種能夠推動體系變化的因素： 固體硝酸銨溶于水要吸熱，室溫下冰塊的溶解要吸熱，兩種或兩種以上互不反應的氣體通入一密閉容器中，最終會混合均勻，這些過程都是自發(fā)的，與焓變有關嗎？是什么因素決定它們的溶解過程能自發(fā)進行？ 密閉條件下，體系有從有序自發(fā)地轉變

5、為無序的傾向。因為與有序體系相比，無序體系“更加穩(wěn)定”，可以采取更多的存在方式。科學家用熵（符號 S ，單位J·mol-1·K-1）來量度體系的混亂（或無序）的程度。 在與外界隔離的體系中，自發(fā)過程將導致體系的熵增加，即熵變（符號△S單位J·mol-1·K-1）大于零。這個原理叫熵增原理。 熵增加的化學反應容易自發(fā)進行。這就是所謂的熵判據(jù)判據(jù)。 但有些熵減小的反應在一定條件下也可以自發(fā)進行，如：-10℃的液態(tài)水會自動結冰成為固態(tài)，就是熵減的過程（但它是放熱的）； 綜合以上，要判斷反應進行的方向，必須綜合考慮體系的焓變和熵變，也就是綜合考慮焓判據(jù)和熵判據(jù)的復合判據(jù)，即考慮體系的自由能變化

6、。 3.自由能判據(jù)（全面） 體系自由能變化：符號為△G，單位kJ/mol 數(shù)學表達式：△G=△H—T△S 在溫度、壓強一定的條件下， △G 注意： 第一，在討論過程的方向問題時，我們指的是沒有外界干擾時體系的性質。 第二，大量事實告訴我們，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)生和過程發(fā)生的速率。 [達標練習] 1．下列說法正確的是（ ） A．凡是放熱反應都是自發(fā)的，吸熱反應都是非自發(fā)的； B．自發(fā)反應一定

7、是熵增大，非自發(fā)反應一定是熵減少或不變； C．自發(fā)反應在恰當條件下才能實現(xiàn)； D．自發(fā)反應在任何條件下都能實現(xiàn)。 2．自發(fā)進行的反應一定是（ ） A．吸熱反應； B．放熱反應； C．熵增加反應； D．熵增加或者放熱反應 3．下列說法中，正確的是 A放熱的自發(fā)過程都是熵值減小的過程 B吸熱的自發(fā)過程常常是熵值增加的過程 C水自發(fā)地從高處流向低處，是趨向能量最低狀態(tài)的傾向 D只根據(jù)焓變來判斷化學反應的方向是可以的 4．下列說法正確的是 A所有自發(fā)進行的化學反應都是放熱反應 B高溫高壓下可以使石墨轉化為金剛石是自發(fā)的化學反應 C由能量判據(jù)和熵判據(jù)組合而成的復合

8、判據(jù)，將更適合于所有的過程 D同一物質的固、液、氣三態(tài)熵值相同 5．碳酸銨在室溫下就能自發(fā)地分解產生氨氣，對其說法中正確的是 A碳酸銨分解是因為生成易揮發(fā)的氣體，使體系的熵增大 B碳酸銨分解是因為外界給予了能量 C碳酸銨分解是吸熱反應，根據(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 6．250C和1.01×105Pa時，反應2N2O5（g）=4NO2（g）+ O2（g） △H=＋56.76kJ/mol，自發(fā)進行的原因是（ ） A．是吸熱反應； B．是放熱反應； C．是熵減少的反應； D．熵增大效應大于能量效應。 7．下列過程屬于熵增過程的是（ ） A．硝酸鉀溶解在水里面； B．氨氣和氯化氫反應生成氯化銨晶體； C．水蒸氣凝結為液態(tài)的水； D．(NH4)2CO3分解生成二氧化碳、氨氣和水。 8．以下自發(fā)反應可用能量判據(jù)來解釋的是( ) A．硝酸銨自發(fā)地溶于水； B．2N2O5(g) = 4NO2(g)+ O2(g) △H=+56.7kJ/mol； C．(NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g) △H=+74.9 kJ/mol； D．2H2(g)+ O2(g)=2H2O(l) △H=-571.6 kJ/mol。