高二化學(xué)教案：《化學(xué)反應的方向及判據》教學(xué)設計

　　一、復習回顧

　　反應條件對化學(xué)平衡的影響

　�。�1）溫度的影響：

　　升高溫度，化學(xué)平衡向吸熱方向移動(dòng)；

　　降低溫度，化學(xué)平衡向放熱方向移動(dòng)。

　�。�2）濃度的影響：

　　增大反應物濃度或減小生成物濃度，化學(xué)平衡向正反應方向移動(dòng)；

　　減小反應物濃度或增大生成物濃度，化學(xué)平衡向逆反應方向移動(dòng)。

　�。�3）壓強的影響：

　　增大壓強，化學(xué)平衡向氣體分子數減小的方向移動(dòng)；

　　減小壓強，化學(xué)平衡向氣體分子數增大的方向移動(dòng)。

　�。�4）催化劑：

　　加入催化劑，化學(xué)平衡不移動(dòng)。

　　二、知識梳理

　　考點(diǎn)1：反應焓變與反應方向

　　1.多數能自發(fā)進(jìn)行的化學(xué)反應是放熱反應。如氫氧化亞鐵的水溶液在空氣中被氧化為氫氧化鐵的反應是自發(fā)的，其△H（298K）==－444.3kJ·mol—1

　　2.部分吸熱反應也能自發(fā)進(jìn)行。

　　如NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)==CH3COONH4(aq)+CO2(g)+H2O(l)，其△H（298K）== +37.30kJ·mol—1。

　　3.有一些吸熱反應在常溫下不能自發(fā)進(jìn)行，在較高溫度下則能自發(fā)進(jìn)行。如碳酸鈣的分解。

　　因此，反應焓變不是決定反應能否自發(fā)進(jìn)行的唯一依據。

　　考點(diǎn)2：反應熵變與反應方向

　　1.熵：描述大量粒子混亂度的物理量，符號為S，單位J·mol—1·K—1，熵值越大，體系的混亂度越大。

　　2.化學(xué)反應的熵變（△S）：反應產(chǎn)物的總熵與反應物總熵之差。

　　3.反應熵變與反應方向的關(guān)系

　�。�1）多數熵增加的反應在常溫常壓下均可自發(fā)進(jìn)行。產(chǎn)生氣體的反應、氣體物質(zhì)的量增加的反應，熵變都是正值，為熵增加反應。

　�。�2）有些熵增加的反應在常溫下不能自發(fā)進(jìn)行，但在較高溫度下則可自發(fā)進(jìn)行。如碳酸鈣的分解。

　�。�3）個(gè)別熵減少的反應，在一定條件下也可自發(fā)進(jìn)行。如鋁熱反應的△S== —133.8 J·mol—1·K—1，在點(diǎn)燃的條件下即可自發(fā)進(jìn)行。

　　考點(diǎn)3：熵增加原理以及常見(jiàn)的熵增過(guò)程

　　1.自發(fā)過(guò)程的體系趨向于有序轉變?yōu)闊o(wú)序，導致體系的熵增加，這一經(jīng)驗規律叫熵增加原理，也是反應方向判斷的熵判據。

　　2.影響熵大小的因素

　�。�1）同一條件下，不同的物質(zhì)熵不同

　�。�2）同一物質(zhì)的熵氣體＞液體＞固體

　　3.常見(jiàn)的熵增加過(guò)程

　　固體的溶解、氣體的擴散、水的汽化過(guò)程以及墨水的擴散過(guò)程等等都是體系混亂度增加的過(guò)程，即熵增過(guò)程。

　　4.常見(jiàn)的熵增反應

　�。�1）產(chǎn)生氣體的反應；

　�。�2）有些熵增加的反應在常溫常壓下不能進(jìn)行，但是在高溫下的時(shí)候可以自發(fā)進(jìn)行。

　�。�3）有些熵減小的反應也可以自發(fā)進(jìn)行

　　考點(diǎn)4：焓變和熵變對反應方向的共同影響——“四象限法”判斷化學(xué)反應的方向

　　在二維平面內建立坐標系，第Ⅰ象限的符號為“＋、＋”，第Ⅱ象限的符號為“＋、—”，第Ⅲ象限的符號為“—、—”，第Ⅳ象限的符號為“—、＋”。借肋于數學(xué)坐標系四個(gè)象限的符號，聯(lián)系焓變與熵變對反應方向的共同影響，可以從熱力學(xué)的角度快速判斷化學(xué)反應的方向。

　　在溫度、壓強一定的條件下，化學(xué)反應的方向的判據為：

　　△H—T△S＜0　反應能自發(fā)進(jìn)行[來(lái)源:學(xué)|科|網(wǎng)][來(lái)源:學(xué)科網(wǎng)]

　　△H—T△S==0反應達到平衡狀態(tài)

　　△H—T△S＞0反應不能自發(fā)進(jìn)行

　　反應放熱和熵增加都有利于反應自發(fā)進(jìn)行。該判據指出的是化學(xué)反應自發(fā)進(jìn)行的趨勢。

　　從以上四個(gè)象限的情況來(lái)看，交叉象限的情況相反相成，第Ⅰ象限（高溫下反應自發(fā)進(jìn)行）和第Ⅲ象限（低溫下反應自發(fā)進(jìn)行）相反相成，第Ⅱ象限（所有溫度下均可自發(fā)進(jìn)行）和第Ⅳ象限（所有溫度下反應均不能自發(fā)進(jìn)行）相反相成。分析化學(xué)反應的方向的熱力學(xué)判據是△H—T△S＜0，而這個(gè)判據是溫度、壓強一定的條件下反應自發(fā)進(jìn)行的趨勢，并不能說(shuō)明反應能否實(shí)際發(fā)生，因為反應能否實(shí)際發(fā)生還涉及動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。

　　三、例題精析

　　【例題1】石灰石的分解反應為：CaCO3(s)==CaO(s) +CO2(g)，其△H（298K）==178.2kJ·mol—１，△S（298K）==169.6J·mol—1·K—1，試根據以上數據判斷該反應在常溫下是否自發(fā)進(jìn)行？其分解溫度是多少？

　　【答案】不能，溫度高于７７８℃時(shí)反應可自發(fā)進(jìn)行

　　【解析】第Ⅰ象限符號為“＋、＋”（△S＞0、△H＞0）時(shí)化學(xué)反應的方向——高溫下反應自發(fā)進(jìn)行，∵△H—Ｔ△S＝178.2kJ·mol—１—２９８Ｋ×10×—3×169.6kJ·mol—1·K—1

　　=128kJ·mol—1＞0

　　∴298K時(shí)，反應不能自發(fā)進(jìn)行。即常溫下該反應不能自發(fā)進(jìn)行。

　　由于該反應是吸熱的熵增加反應，升高溫度可使△H—Ｔ△S＜0，假設反應焓變和熵變不隨溫度變化而變化，據△H—Ｔ△S＜0可知，Ｔ＞△H/△S ==178.2kJ·mol—１/10×—3×169.6kJ·mol—1·K—1==1051K，即溫度高于７７８℃時(shí)反應可自發(fā)進(jìn)行。

　　【例題2】已知雙氧水、水在２９８Ｋ、１００kPa時(shí)的標準摩爾生成焓的數據如下：

　�。ǎ保┰囉梢陨蠑祿�計算雙氧水發(fā)生分解反應的熱效應。

　�。ǎ玻┤綦p氧水發(fā)生分解反應生成液態(tài)水和氧氣時(shí)，其△S==57.16J·mol—1·K—1

　　試判斷該反應在常溫下能否自發(fā)進(jìn)行。若溫度達到２０００Ｋ時(shí)，反應能否自發(fā)進(jìn)行。

　　【答案】（1）—１３５.２kJ·mol—１（2）所有溫度下反應均能自發(fā)進(jìn)行

　　【解析】第Ⅱ象限符號為“＋、—”（△S＞0、△H＜0）時(shí)化學(xué)反應的方向——所有溫度下反應均能自發(fā)進(jìn)行，（１）根據△H ==H（產(chǎn)物）—H（反應物）得，△H ==２×（—２５８.８kJ·mol—１）+0—2×（—１９１.２kJ·mol—１）===　—１３５.２kJ·mol—１。

　�。�2）在２９８Ｋ時(shí)，△H—Ｔ△S＝—１３５.２kJ·mol—１－(298K×10—3×57.16kJ·mol—1·K—1) ==　—152.23 kJ·mol—１＜0

　　∴該反應在常溫下可自發(fā)進(jìn)行。

　　溫度達到２０００Ｋ，且假定焓變和熵變不隨溫度變化而變化，△H—Ｔ△S＝—１３５.２kJ·mol—１－(２０００K×10—3×57.16kJ·mol—1·K—1)==　—２４９.５２kJ·mol—１＜0

　　故△S＞0、△H＜0時(shí)，僅從符號上進(jìn)行分析，無(wú)論溫度如何變化，恒有△H—Ｔ△S＜0，故化學(xué)反應的方向——所有溫度下反應均能自發(fā)進(jìn)行。

　　【例題3】常溫下氫氧化亞鐵與空氣中的氧氣及水有可能發(fā)生反應，即：

　�。碏e(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)==4Fe(OH)3(s)，已知該反應在２９８Ｋ時(shí)的△H== —444.3 kJ·mol—１，△S==　—２８０.1 J·mol—1·K—1[來(lái)源:學(xué).科.網(wǎng)]

　　試問(wèn)該反應在常溫下是否自發(fā)進(jìn)行？

　　【答案】高溫下反應不能自發(fā)進(jìn)行。源

　　【解析】第Ⅲ象限符號為“—、—”（△S＜0、△H＜0）時(shí)化學(xué)反應的方向——低溫下反應可以自發(fā)進(jìn)行。根據△H—Ｔ△S＝—444.3 kJ·mol—１—２９８Ｋ×10－3×（—２８０.1 kJ·mol—1·K—1）== —360.83 kJ·mol—１＜0，故２９８Ｋ時(shí)反應可自發(fā)進(jìn)行。由于焓變和熵變的作用相反，且二者相差懸殊，焓變對反應的方向起決定性作用，故反應可自發(fā)進(jìn)行。

　　假定溫度達到２０００Ｋ，則△H—Ｔ△S＝—444.3 kJ·mol—１—２０００Ｋ×10－3×（—２８０.1 kJ·mol—1·K—1）＝１１５.9 kJ·mol—１＞0，反應不能自發(fā)行。即高溫下反應不能自發(fā)進(jìn)行。

　　四、課堂練習

　　【基礎】

　　1. 過(guò)程自發(fā)性的作用是（    ）

　　A.判斷過(guò)程的方向      B.確定過(guò)程是否一定會(huì )發(fā)生

　　C.判斷過(guò)程發(fā)生的速率  D.判斷過(guò)程的熱效應

　　【答案】A

　　【解析】一個(gè)過(guò)程或者反應的自發(fā)性是判斷這個(gè)過(guò)程或者反應可能進(jìn)行的方向，無(wú)法確定是否一定發(fā)生。

　　2. 對于反應4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)==4Fe(OH)3(s)； △H== —444.3kJ·mol—1 ；△S== —280.1J·mol—1·k—1。在常溫常壓下反應能自發(fā)進(jìn)行，能反應方向起決定性作用的是（    ）

　　A.熵變   B.溫度   C.壓強   D.焓變

　　【答案】 D

　　【解析】因為決定一個(gè)反應能否自發(fā)的判據是△  H和△  S一起決定的，而熵變的單位比較小，對反應的自發(fā)性的貢獻比較小，而焓變才是決定一個(gè)反應能否自發(fā)的決定性因素，所以D正確。

　　【鞏固】

　　1. 能用能量判據判斷下列過(guò)程的方向的是（    ）

　　A.水總是自發(fā)地由高處往低處流

　　B.放熱反應容易自發(fā)進(jìn)行，吸熱反應不能自發(fā)進(jìn)行

　　C.有序排列的火柴散落時(shí)成為無(wú)序排列

　　D.多次洗牌以后，撲克牌毫無(wú)規律的混亂排列的幾率增大

　　【答案】A

　　【解析】對于A(yíng)選項顯然是高能量走向低能量的，而B(niǎo)選項反應的自發(fā)與否與該反應是吸熱還是放熱沒(méi)有直接的關(guān)系；反應的熵變是與微觀(guān)實(shí)質(zhì)聯(lián)系的，而CD中并不適用。

　　2. 下列反應中，在高溫下不能自發(fā)進(jìn)行的是（    ）

　　A.CO（g）==C（s）+1/2O2（g）          B.2N2O5（g）===4NO2（g）+O2（g）

　　C.(NH4)2CO3(s)==NH4HCO3(s)+NH3(g)      D.MgCO3(s)==MgO(s) +CO2(g)

　　【答案】A

　　【解析】A不符合反應的事實(shí)

　　【拔高】

　　1. 下列關(guān)于判斷過(guò)程方向的說(shuō)法正確的是（    ）

　　A.所有自發(fā)進(jìn)行的化學(xué)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(xué)反應

　　C.由能量判據和熵判據組合而成的復合判據，將更適合于所有的過(guò)程[來(lái)源:學(xué)+科+網(wǎng)

　　D.同一物質(zhì)的固、液、氣三種狀態(tài)的熵值相同

　　【答案】C

　　【解析】反應的自發(fā)與否與該反應是吸熱還是放熱沒(méi)有直接的關(guān)系所以A選項錯誤；需要根據△H-T△S的數值來(lái)判斷反應是否自發(fā)，同一物質(zhì)的固、液、氣三種狀態(tài)的熵值在增加。

　　2. 下列反應中，熵顯著(zhù)增加的反應是（    ）

　　A. CO(g)+2H2(g)==CH3OH(g)            B.CaCO3+2HCl==CaCl2+H2O+CO2↑

　　C. C（s）+O2（g）==CO2（g）          D.2HgO(s)==2Hg(l)+O2(g)

　　【答案】BD

　　【解析】由液態(tài)或者固態(tài)生成氣態(tài)的反應會(huì )使混亂度增加，所以熵變顯著(zhù)變大，所以選項BD。

　　3.（2016春?海南校級月考）對于化學(xué)反應方向的確定不僅與焓變（△H）有關(guān)，也與溫度（T）、熵變（△S）有關(guān)，實(shí)驗證明，化學(xué)反應的方向應由△H?T△S確定，若△H?T△S＜0，則自發(fā)進(jìn)行，否則不能自發(fā)進(jìn)行．下列說(shuō)法中，正確的是（    ）

　　A. 在溫度、壓強一定的條件下，焓因素和熵因素共同決定一個(gè)化學(xué)反應的方向

　　B. 溫度、壓強一定時(shí)，熵增加的反應一定能自發(fā)進(jìn)行

　　C. 反應焓變是決定反應能否自發(fā)進(jìn)行的唯一因素

　　D. 固體的溶解過(guò)程只與焓變有關(guān)

　　【答案】A

　　【解析】A、在溫度、壓力一定的條件下，焓因素和熵因素共同決定一個(gè)化學(xué)反應的方向，△H?T△S＜0，則能自發(fā)進(jìn)行；△H?T△S＞0，不能自發(fā)進(jìn)行，故A正確；

　　B、溫度、壓力一定時(shí)，放熱的熵增加反應，△H＜0，△S＞0，△H?T△S＜0，反應一定能自發(fā)進(jìn)行，故B錯誤；

　　C、反應自發(fā)進(jìn)行由焓變、熵變、溫度共同決定，故C錯誤；

　　D、固體溶解主要是物理過(guò)程，焓變是反應前后的能量變化，固體的溶解過(guò)程與焓變無(wú)關(guān)，故D錯誤；故選A。

　　五、課后作業(yè)

　　【基礎】

　　1.某化學(xué)反應在較低溫度下自發(fā)反應，較高溫度下非自發(fā)進(jìn)行，有關(guān)該反應的下列說(shuō)法正確的是（    ）

　　A.ΔH>0，ΔS>0      B.ΔH>0，ΔS<0

　　C.ΔH<0，ΔS>0      D.ΔH<0，ΔS<0

　　2.下列有關(guān)化學(xué)反應方向及其判據的說(shuō)法中正確的是（    ）

　　A．非自發(fā)反應就是不可能發(fā)生的反應，自發(fā)反應就是能較快進(jìn)行的反應

　　B．高溫高壓下可以使石墨轉化為金剛石是自發(fā)的化學(xué)反應

　　C．由能量判據和熵判據組合而成的復合判據，將更適合于所有的過(guò)程

　　D．反應NH3(g)＋HCl(g)＝NH4Cl(s)在低溫下能自發(fā)進(jìn)行，說(shuō)明該反應的△H＞0

　　3.恒溫條件下，在體積不變的密閉容器中，有可逆反應X(s)+2Y(g) 2Z(g)    △H<0，下列說(shuō)法—定正確的是（    ）

　　A．0.2molX和0.4molY充分反應，Z的物質(zhì)的量可能會(huì )達到0.35mol

　　B．從容器中移出部分反應物X，則正反應速率將下降

　　C．當△H不變時(shí)，反應將達到平衡

　　D．向反應體系中繼續通入足量Y氣體，X有可能被反應完全

　　【鞏固】

　　1.分析下列反應在任何溫度下均能自發(fā)進(jìn)行的是（    ）

　　A．2N2(g)＋O2(g)=2N2O(g) ΔH＝＋163 kJ·mol－1

　　B．Ag(s)＋1/2Cl2(g)=AgCl(s) ΔH＝－127 kJ·mol－1

　　C．HgO(s)=Hg(l)＋1/2O2(g) ΔH＝＋91 kJ·mol－1

　　D．H2O2(l)= 1/2O2(g)＋H2O(l) ΔH＝－98 kJ·mol－1

　　2.已知吸熱反應2CO（g）= 2C（s）＋O2（g），設ΔH 和ΔS不隨溫度而變，下列說(shuō)法中正確的是（    ）

　　A．低溫下能自發(fā)進(jìn)行              B．高溫下能自發(fā)進(jìn)行

　　C．任何溫度下都能自發(fā)進(jìn)行        D．任何溫度下都不能自發(fā)進(jìn)行

　　3.反應FeO(s) ＋C(s)===Fe(s)＋CO (g)　ΔH＞0，ΔG＝ΔH－TΔS，下列說(shuō)法正確的是（    ）

　　A．ΔS＜0

　　B．ΔS＞0

　　C．當TΔS＞ΔH時(shí)，可自發(fā)進(jìn)行

　　D．當TΔS＜ΔH時(shí)，可自發(fā)進(jìn)行

　　【提高】

　　1.下列說(shuō)法不正確的是（    ）

　　A. 焓變是一個(gè)與反應能否自發(fā)進(jìn)行有關(guān)的因素，多數的能自發(fā)進(jìn)行的反應都是放熱反應。

　　B. 在同一條件下不同物質(zhì)有不同的熵值，其體系的混亂程度越大，熵值越大。

　　C. 一個(gè)反應能否自發(fā)進(jìn)行取決于該反應放熱還是吸熱

　　D. 一個(gè)反應能否自發(fā)進(jìn)行，與焓變和熵變的共同影響有關(guān)

　　2.以下自發(fā)反應可用能量判據來(lái)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

　　3.某化學(xué)反應其△H== —122 kJ·mol-1，?S== 231 J·mol-1·K-1，則此反應在下列哪種情況下可自發(fā)進(jìn)行（    ）

　　A．在任何溫度下都能自發(fā)進(jìn)行

　　B．在任何溫度下都不能自發(fā)進(jìn)行

　　C．僅在高溫下自發(fā)進(jìn)行

　　D．僅在低溫下自發(fā)進(jìn)行

　　【答案】

　　【基礎】D   C   A

　　【鞏固】D   D   C

　　【提高】C    D   A