2019-2020年蘇教版高中化學(xué)選修4《化學(xué)反應(yīng)的方向和限度》學(xué)案.doc

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2019-2020年蘇教版高中化學(xué)選修4《化學(xué)反應(yīng)的方向和限度》學(xué)案 問題導(dǎo)入 我們知道“水往低處流”，鹽酸和NaOH(aq)混合后就能自發(fā)反應(yīng)，而煤氣的燃燒卻需要點燃才能發(fā)生，并且一經(jīng)點燃后就能持續(xù)燃燒，這是什么道理呢？ 答案：自然界中的許多自發(fā)過程，無論是物理過程還是化學(xué)過程，都有由能量較高狀態(tài)向能量較低狀態(tài)轉(zhuǎn)化的傾向。 基礎(chǔ)知識 1.在一定條件下，無需外界幫助就能自動進行的反應(yīng)，稱為______________。自發(fā)反應(yīng)的焓變多數(shù)_________________零，是____________反應(yīng)。有些吸熱反應(yīng)在_________下不能自發(fā)進行，但在____________下能自發(fā)進行，如CaCO3分解，說明_________不是決定反應(yīng)是否_________的唯一因素。 答案:自發(fā)反應(yīng) 小于 放熱 常溫 高溫 焓變 自發(fā)進行 2.固體溶解過程的一個共同特點是固體中_________排列的離子（如氯化鈉晶體中的Na+和Cl-）或分子（如蔗糖固體中的蔗糖分子）進入到溶液體系中，整個體系由_________變?yōu)開________，即體系的_____________程度_________，或者說體系的____________增大。 對于一個由大量粒子組成的體系，人們定義一個物理量——熵來描述體系的_________，符號為_____________。熵值越大，體系_________越大。在同一條件下不同的物質(zhì)有不同的_______________值，而同一物質(zhì)的熵值與_________有關(guān)。例如，對同一物質(zhì)來說，S（g）＞S（1）＞S(s)。 答案:規(guī)則 規(guī)則 無序 混亂 增大 熵 混亂度 S 混亂度 熵 其狀態(tài) 3.______________和______________都有促使反應(yīng)自發(fā)進行的傾向，因此，要正確判斷一個化學(xué)反應(yīng)是否能自發(fā)進行，必須綜合考慮反應(yīng)的___________和_________，在恒溫、恒壓時： 如果________________，則反應(yīng)一定能自發(fā)進行。________________，則反應(yīng)一定不能自發(fā)進行。________________，反應(yīng)是否自發(fā)進行與反應(yīng)溫度有關(guān)。 答案:體系能量降低 混亂度增大 焓度 熵度 ΔH＜0、ΔS＞0 ΔH＞0、ΔS＜0 ΔH＜0、ΔS＜0或ΔH＞0、ΔS＞0 課堂互動 三點剖析 重點1 化學(xué)反應(yīng)方向與ΔH （1）自發(fā)反應(yīng)也是一個自發(fā)過程。自發(fā)過程總是能夠?qū)ν饨缱龉?，消耗自身能量，而自身能量降低。因而化學(xué)反應(yīng)也自發(fā)地向能量低的方向進行。 （2）當(dāng)化學(xué)反應(yīng)中的ΔH＜0時，反應(yīng)的能量減少，因而ΔH的變化也體現(xiàn)了體系能量的變化，所以ΔH可作為自發(fā)反應(yīng)是否發(fā)生的一個判斷依據(jù)，簡稱為“能量判據(jù)”。 （3）ΔH＜0的反應(yīng)，多數(shù)是能自發(fā)進行的反應(yīng)。ΔH＞0的反應(yīng)多為非自發(fā)反應(yīng)。特殊情況下要通過“ΔH-TΔS＜0”來判斷反應(yīng)是否能夠自發(fā)進行。 【例1】 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(jié)成冰 解析：自然界中水由高處向低處流；天然氣的燃燒；鐵在潮濕空氣中的生銹；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 重點2 化學(xué)反應(yīng)方向與ΔS 化學(xué)反應(yīng)總是容易向ΔS增大的方向進行。但是，熵增加的反應(yīng)不一定是自發(fā)反應(yīng)。因此，ΔS不能作為反應(yīng)是否自發(fā)進行的唯一判據(jù)。 有一類自發(fā)過程，例如放在同一密閉容器中的氣體或液體物質(zhì)（也包括能夠揮發(fā)的固態(tài)物質(zhì)）的蒸氣，不需要外界的任何作用，氣態(tài)物質(zhì)會通過分子的擴散自發(fā)地形成均勻的混合物。這種現(xiàn)象可以推廣到相互接觸的固體物質(zhì)體系，經(jīng)過長期放置后，人們能夠找到通過擴散而進入另一種固體中的原子或分子（這種現(xiàn)象可以作為純物質(zhì)難以保存的最本質(zhì)的解釋）。又如把硝酸銨溶于水雖然要吸熱，它卻能夠自發(fā)地向水中擴散。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，人們提出在自然界還存在著另一種能夠推動體系變化的因素，即在密閉條件下，體系由有序自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)闊o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。以撲克牌為例，經(jīng)過多次的洗牌之后，嚴格按照花色和序號排列的機會與花色序號毫無規(guī)律地混亂排列的機會相比，大概要相差幾十個數(shù)量級?？茖W(xué)家把這種因素稱作熵。在與外界隔離的體系中，自發(fā)過程將導(dǎo)致體系的熵增大，這個原理也叫做熵增原理。 【例2】 碳酸銨〔（NH4）2CO3〕在室溫下就能自發(fā)地分解產(chǎn)生氨氣，對其說法正確的是（ ） A.碳酸銨分解是因為生成了易揮發(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(yīng)，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 解析：碳酸銨自發(fā)分解，是因為體系由于氨氣的生成而使熵增大。 答案：A 難點 焓變與熵變對反應(yīng)方向的共同影響 化學(xué)反應(yīng)方向的判據(jù) 在溫度、壓力一定的條件下，自發(fā)反應(yīng)總是向ΔH-TΔS＜0的方向進行，直至達到平衡狀態(tài)。即： 【例3】已知298 K下反應(yīng)HCl(g)+NH3(g)====NH4Cl(s) ΔH=-176.4 kJmol-1，ΔS=-2 843 Jmol-1K-1。試判斷該反應(yīng)的自發(fā)性。 解析：由化學(xué)反應(yīng)的判據(jù)計算如下： ΔH-TΔS=-176.4 kJmol-1-298K(-284.310-3 kJmol-1K-1)=-91.7 kJmol-1＜0。 答案：該反應(yīng)在298 K下為自發(fā)反應(yīng)。 各個擊破 類題演練1 能用能量判據(jù)判斷下列過程的方向的是（ ） 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，撲克牌的毫無規(guī)律的混亂排列的幾率大 解析：A項水總是自發(fā)地由高處往低處流，有趨向于最低能量狀態(tài)的傾向。B項吸熱反應(yīng)也可以自發(fā)進行，例如，在25 ℃和1.01105 Pa時，2N2O5（g）====4NO2（g）+O2（g） ΔH=56.7 kJmol-1。 （NH）4CO3（s）====NH4HCO3（s）+NH3（g） ΔH=74.9 kJmol-1。不難看出，上述兩個反應(yīng)都是吸熱反應(yīng)，又都是熵增的反應(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。C項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)。D項撲克牌的無序排列也屬于熵判據(jù)。 答案：A 變式訓(xùn)練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)條件下才能實現(xiàn) D.自發(fā)反應(yīng)在任何條件下都能實現(xiàn) 解析：放熱反應(yīng)常常是容易進行的過程，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。過程的自發(fā)性只能用于判斷過程的方向，是否能實現(xiàn)還要看具體的條件。 答案：C 類題演練2 下列關(guān)于判斷過程的方向的說法正確的是（ ） A.所有自發(fā)進行的化學(xué)反應(yīng)都是放熱反應(yīng) B.高溫高壓下可以使石墨轉(zhuǎn)化為金剛石是自發(fā)的化學(xué)反應(yīng) C.由能量判據(jù)和熵判據(jù)組合而成的復(fù)合判據(jù)，將更適合于所有的過程 D.同一物質(zhì)的固、液、氣三種狀態(tài)的熵值相同 解析：并非所有自發(fā)進行的化學(xué)反應(yīng)都是放熱的，如NH4NO3溶于水，石墨轉(zhuǎn)化為金剛石反應(yīng)不是自發(fā)的化學(xué)反應(yīng)。同一物質(zhì)的熵值ΔS（s）＜ΔS（l）＜ΔS（g）。 答案：C 變式訓(xùn)練2 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）CaCO3(s)====CaO(s)+CO2(g)； (3)乙烯聚合成聚乙烯； （4）N2O4（g）====2NO2(g)。 解析：氣體的物質(zhì)的量增加的反應(yīng)或過程，體系的熵增加，即ΔS＞0；若氣體物質(zhì)的量減少，體系的熵就減小，ΔS＜0。因此（1）（3）均為熵減小的變化；（2）（4）為熵增加的化學(xué)變化。 答案：（1）ΔS＜0 （2）ΔS＞0 （3）ΔS＜0 （4）ΔS＞0 類題演練3 已知100 kPa、298.15 K時氫氟酸的電離過程HF（aq）H+(aq)+F-(aq) ΔH=-12.5 kJmol-1 ΔS=-102.5 Jmol-1K-1。試判斷該過程的自發(fā)性。 解析：ΔH-TΔS=-12.5 kJmol-1-298.15 K（-102.510-3 kJmol-1K-1）=18.1 kJmol-1＞0。 答案：該過程為非自發(fā)過程。 變式訓(xùn)練3 已知在100 kPa、298.15 K時石灰石分解反應(yīng)： CaCO3(s)====CaO(s)+CO2(g)ΔH=178.3 kJmol-1.ΔS=160.4 Jmol-1K-1,試判斷反應(yīng)的自發(fā)性及自發(fā)進行的最低溫度。 解析：ΔH-TΔS=178.3 kJmol-1-298.15 K160.410-3 kJmol-1K-1=130.5 kJmol-1＞0。 T＞=178.3 kJmol-1/160.410-3 kJmol-1K-1=1 112 K。 答案：在100 kPa、298.15 K時石灰石的分解反應(yīng)為非自發(fā)反應(yīng)。自發(fā)進行分解的最低溫度為1 112 K。 課后集訓(xùn) 基礎(chǔ)達標(biāo) 1.有關(guān)化學(xué)反應(yīng)的說法，正確的是（ ） A.自發(fā)反應(yīng)都是放熱反應(yīng) B.自發(fā)反應(yīng)都是熵增大的反應(yīng) C.自發(fā)反應(yīng)一定能實現(xiàn) D.非自發(fā)反應(yīng)在一定條件下能實現(xiàn) 解析：選項A錯，如NH4NO3溶于水是自發(fā)反應(yīng)卻是吸熱反應(yīng)；選項B錯，當(dāng)ΔH＜0，ΔS＜0時有適當(dāng)?shù)臏囟纫矔l(fā)生自發(fā)反應(yīng)；選項C錯，有些自發(fā)反應(yīng)需要一定的溫度。 答案：D 2.以下自發(fā)反應(yīng)可用ΔH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) ΔH=+56.7 kJmol-1 C.(NH4)2CO3(s)====NH4HCO3(s)+NH3(g) ΔH=+74.9 kJmol-1 D.2H2(g)+O2(g)====2H2O(l) ΔH=-285.8 kJmol-1 解析：H2燃燒為放熱反應(yīng)，同時ΔH＜0。 答案：D 3.下列反應(yīng)中，一定不能自發(fā)進行的是（ ） A.2KClO3(s)====2KCl(s)+3O2(g) ΔH=-78.03 kJmol-1 ΔS=1 110 Jmol-1K-1 B.CO(g) ====C(s,石墨)+O2(g) ΔH=110.5 kJmol-1 ΔS=-89.36 Jmol-1K-1 C.4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g) ====4Fe(OH)3(s) ΔH=-444.3 kJmol-1 ΔS=-280.1 Jmol-1K-1 D.NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq) ====CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l) ΔH=37.301 kJmol-1 ΔS=184.05 Jmol-1K-1 解析：計算其ΔH-TΔS，若小于0，自發(fā)進行；大于0，非自發(fā)進行。 答案：B 4.下列說法中正確的是（ ） A.某反應(yīng)低溫條件下能自發(fā)進行，那么高溫條件下也一定能自發(fā)進行 B.某反應(yīng)高溫條件下不能自發(fā)進行，那么低溫條件下也不能自發(fā)進行 C.反應(yīng)方向是由焓變和熵變共同決定的，與反應(yīng)溫度無關(guān) D.溫度有可能對反應(yīng)的方向起決定性的作用 解析：反應(yīng)能否進行取決于ΔH-TΔS，當(dāng)ΔH-TΔS＜0時能自發(fā)進行，因而選項A、B不正確；能否自發(fā)進行與溫度有關(guān)，因而選項C不正確，選項D正確。 答案：D 5.下列反應(yīng)一定能自發(fā)進行的是（ ） A.放熱反應(yīng) B.熵增加的反應(yīng) C.熵增加的吸熱反應(yīng) D.熵增加的放熱反應(yīng) 解析：反應(yīng)能自發(fā)進行，則ΔH-TΔS＜0，只有熵增加的放熱反應(yīng)ΔH-TΔS＜0，故選D。 答案：D 6.25 ℃時，KNO3在水中的飽和溶液物質(zhì)的量濃度是6 molL-1，若將1 mol固體KNO3置于1 L水中，則KNO3變成鹽溶液過程的ΔH-TΔS的取值為（ ） A.小于0 B.等于0 C.大于0 D.不能確定 解析：因為KNO3溶于水，混亂度增加，其取值為負值，即選A。 答案：A 7.對于平衡體系CO（g）+H2O(g) CO2(g)+H2(g)ΔH＞0,當(dāng)其他條件不變時，增大某一反應(yīng)物濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動，則下列說法一定正確的是（ ） A.生成物濃度一定增大 B.反應(yīng)物濃度一定減小 C.任一生成物的體積分數(shù)一定增大 D.反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率一定增大 解析：增大某一反應(yīng)物濃度，化學(xué)平衡向正方向移動，因而生成物濃度增大；投入的一種反應(yīng)物濃度增大，另一種減少；轉(zhuǎn)化率投入的一種減小，另一種增大；生成物體積分數(shù)不一定增大。 答案：A 綜合運用 8.可逆反應(yīng)：3A（g）3B（？）+C（？）（正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)），隨著溫度的升高，氣體平均相對分子質(zhì)量有減小趨勢，則下列判斷正確的是（ ） A.B和C可能都是固體 B.B和C一定都是氣體 C.若C為固體，則B一定是氣體 D.B和C可能都是氣體 解析：升高溫度，平衡向正方向移動，相對分子質(zhì)量減小，根據(jù)=知：如果B、C均為氣體可以滿足，如果C為固體，B為氣體，則氣體的物質(zhì)的量不變，而質(zhì)量越小，也正確，故選項C、D正確，選項B錯誤；如B、C均為固體，氣體相對分子質(zhì)量不變，故選項A錯誤。 答案：CD 9.在一密閉燒瓶中，在25 ℃時存在著平衡： 2NO2N2O4 ΔH＜0。把燒瓶置于100 ℃的水中，則下列幾項性質(zhì)不會改變的是（ ） ①顏色 ②平均相對分子質(zhì)量 ③質(zhì)量 ④壓強 ⑤密度 A.①和③ B.②和④ C.④和⑤ D.③和⑤ 解析：升高溫度2NO2N2O4 ΔH＜0，會向左移動，因而顏色加深，平均相對分子質(zhì)量減小，質(zhì)量不變，壓強增大，密度不變，故選D。 答案：D 10.下列事實不能用勒夏特列原理解釋的是（ ） A.溴水中有下列平衡Br2+H2OHBr+HBrO,當(dāng)加入AgNO3溶液后溶液顏色變淺 B.對2HI（g）H2(g)+I2(g)，增大壓強可使平衡體系顏色變深 C.反應(yīng)CO+NO2CO2+NO ΔH＜0,升高溫度可使平衡向逆反應(yīng)方向移動 D.合成NH3反應(yīng)，為提高NH3的產(chǎn)率，理論上應(yīng)采取低溫度的措施 解析：改變影響平衡的一個條件，化學(xué)平衡向削弱改變的方向移動，B選項中增大壓強，平衡不移動，體系因濃度增大而顏色變深，故選B。 答案：B 11.在100 kPa、298.15 K時有以下反應(yīng)，試通過計算確定反應(yīng)自發(fā)進行的方向。 （1）2KClO3(s)====2KCl(s)+3O2(g) ΔH=-78.03 kJmol-1 ΔS=1 110 Jmol-1K-1 (2)CO(g)====C(s，石墨）+O2(g) ΔH=110.5 kJmol-1 ΔS=-89.36 Jmol-1K-1 (3)4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g) ====4Fe(OH)3(s) ΔH=-444.3 kJmol-1 ΔS=-280.1 Jmol-1K-1 (4)NH4HCO3(s)+CH3COOH（aq）====CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l) ΔH=37.301 kJmol-1 ΔS=184.05 Jmol-1K-1 (5)KCl(s) ====K+(aq)+Cl-(aq) ΔH=17.1 kJmol-1 ΔS=75.9 Jmol-1K-1 (6)2NO(g)+2CO(g) ====N2(g)+2CO2(g) ΔH=-113.0 kJmol-1 ΔS=-145.3 Jmol-1K-1 解析：（1）ΔH-TΔS=-78.03 kJmol-1-298.15 K1 11010-3 kJmol-1K-1=-408.98 kJmol-1＜0。 （2）ΔH-TΔS=110.5 kJmol-1-298.15 K(-89.3610-3 kJmol-1K-1)=137.14 kJmol-1＞0 (3)ΔH-TΔS=-444.3 kJmol-1-298.15 K(-280.110-3 kJmol-1K-1)=-360.8 kJmol-1＜0 (4)ΔH-TΔS=37.301 kJmol-1-298.15 K184.0510-3 kJmol-1K-1=-17.57 kJmol-1＜0 (5)ΔH-TΔS=17.1 kJmol-1-298.15 K75.910-3 kJmol-1K-1=-5.5 kJmol-1＜0 (6)ΔH-TΔS=-113.0 kJmol-1-298.15 K(-145.310-3 kJmol-1K-1)=-69.68 kJmol-1＜0。 答案：（1）（3）（4）（5）為自發(fā)反應(yīng)； （2）為非自發(fā)反應(yīng)。 12.已知100 kPa、298.15 K時有以下反應(yīng)： NH4Cl(s) ====NH3(g)+HCl(g) ΔH=176.4 kJmol-1 ΔS=284.3 Jmol-1K-1 試計算NH4Cl分解自發(fā)進行的最低溫度。 解析：ΔH-TΔS=176.4 kJmol-1-298.15 K284.310-3 kJmol-1K-1=91.64 kJmol-1＞0,此條件下該反應(yīng)為非自發(fā)反應(yīng)。 T＞ΔH/ΔS=176.4 kJmol-1/284.310-3 kJmol-1K-1=620.5 K。 答案：620.5 K 13.A、B兩容器由極易導(dǎo)熱的材料做成。A的容積不變；B容器活塞可上下移動，保持內(nèi)外壓強相等。在相同條件下，將等量的NO2壓入容積相同的A、B兩容器中發(fā)生如下反應(yīng)：2NO2N2O4 ΔH＜0,用“=”“＞”“＜”或“＜”填空： （1）反應(yīng)開始時生成N2O4的速率v(A)____________v(B)。 (2)反應(yīng)中生成N2O4的速率v(A) ____________v(B)。 （3）平衡時兩容器中分子總數(shù)n(A) ____________n(B)。 (4)達到平衡時兩容器壓強p(A) ____________p(B)。 解析：（1）開始時c（NO2）相同，則A、B兩容器反應(yīng)速率相同。生成N2O4的速率相等。由于2NO2N2O4，ΔV（g）=-1，恒壓時體積減小，則恒壓時生成N2O4的速率大，其分子數(shù)則少，達平衡時壓強大。 答案：（1）= （2）＜ （3）＞ （4）＜ 拓展探究 14.抽煙對人體有害。煙草不完全燃燒產(chǎn)生的一氧化碳被吸進肺里跟血液中的血紅蛋白（用Hb表示)化合，發(fā)生下述反應(yīng)：CO+HbO2O2+HbCO。實驗表明，HbCO的濃度即使只有HbO2濃度的2%，也足以使人的智力受損。試回答： （1）上述反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式為K=__________。 （2）抽煙后，吸入肺部的空氣中測得的CO和O2的濃度分別為10-6 molL-1和10-2 molL-1。已知37 ℃時，平衡常數(shù)K=220，這時__________HbCO的濃度HbO2濃度的0.02倍。（填“大于”“等于”、或“小于”） 解析：=2.210-2 答案：（1） （2）大于 15.高溫時空氣中的N2和O2會反應(yīng)生成NO而污染大氣：N2（g）+O2(g)====2NO(g)。試通過計算說明在1 200 ℃的條件下，此反應(yīng)能否正向自發(fā)進行？估算自發(fā)進行的最低溫度是多少？（已知ΔH=180.50 kJmol-1,ΔS=247.7 Jmol-1K-1） 解析：ΔH-TΔS=180.50 kJmol-1-0.247 7 kJmol-1K-11 473 K=-184.36 kJmol-1＜0,所以在1 200 ℃時能自發(fā)進行，自發(fā)進行的最低溫度 T==728.7 K。 答案：能 728.7 K