2.2.1+化学反应的方向和限度+课件(苏教版选修4).ppt

2 2 1化学反应的方向和限度课件 苏教版选修4 1 自发反应一定能自动进行 而非自发反应一定不能发生 这句话对吗 说明理由 提示 不对 某些自发反应需在一定条件下才能自动进行 非自发反应具备了一定条件也能发生 如甲烷燃烧是自发反应 但需点燃或加热才能反应 石灰石分解为氧化钙和二氧化碳为非自发反应 在高温下可以发生 2 根据下列实例 回答所提出的问题 并由此判断说明焓变与化学反应方向的关系 1 冰融化 NH4NO3溶解是否是自发进行的 这两个过程是吸热过程还是放热过程 2 甲烷燃烧是否能够自发进行 该过程是吸热过程还是放热过程 提示 1 冰融化 NH4NO3溶解过程都吸热 都能自发进行 2 甲烷燃烧是放热反应 能自发进行 从上面例子可以看出 化学反应的焓变仅是影响反应方向的一个因素 但不能作为判断依据使用 3 根据熵和熵变的意义 探究说明下列过程属于熵增过程还是熵减过程 1 少量食盐溶于水中 2 碳和氧气反应生成CO g 3 水蒸气变成液态水提示 1 溶解过程体系的混乱度增大 为熵增过程 2 反应2C O22CO为气体体积增大的反应 为熵增过程 3 水蒸气变成液态水体系的混乱度减小 为熵减过程 典例1 双选 下列说法不正确的是A 体系有序性越高 熵值就越低B 自发过程将导致体系的熵增大C 吸热反应不可以自发进行D 同种物质气态时熵值最大 思路点拨 1 明确熵增 熵减的判断方法 2 理解自发过程与 H S的关系 自主解答 选B C 熵表示的是物质的混乱度 混乱度越大 相应熵值越高 所以体系有序性越高 熵值就越低 A正确 有些熵减小的过程也能自发进行 B不正确 吸热反应有的也可以自发进行 如碳酸钙在较高温度下的分解就是一个典型的吸热反应 但是由于产生了气体 所以熵值增大 可以自发进行 C不正确 同种物质气态时 混乱程度最大 所以熵值也最大 1 自发反应是否一定能够实际发生 为什么 提示 不一定 因为 H T S这个判据是指在温度 压强一定的条件下 化学反应自发进行的趋势 即反应发生的可能性 并不能说明反应在该条件下能否实际发生 因为化学反应能否实际发生还涉及到化学反应速率的问题 2 若某反应的 H 0 S 0 试探究温度对该反应方向的影响 提示 若 H 0 S 0时 反应自发的条件是 H T S 0 即必须满足T S H 所以该反应在高温时自发进行 低温时不自发进行 3 判断一个化学反应是否能自发 要用 H和 S两个因素 那么 H T S 0的反应一定能够自发进行 且效果显著 对吗 提示 不对 因为 H T S这个判据是指在温度 压强一定的条件下 化学反应自发进行的趋势 即反应发生的可能性 并不能说明反应在该条件下能否实际发生 因为化学反应能否实际发生还涉及到化学反应速率和限度的问题 过程的自发性只能用于判断过程的方向 不 能确定过程是否一定会发生和过程发生的速率 如涂有防锈漆和未涂防锈漆的钢制器件 其发生腐蚀过程的自发性是相同的 但只有后者可以实现 在讨论过程的方向时 我们指的是没有外界干扰时体系的性质 如果允许外界对体系施加某种作用 就可能出现相反的结果 如常温下石灰石分解生成生石灰和二氧化碳是非自发的 但在1273K时 这一反应就是自发的反应 高温高压可以使石墨转化为金刚石 这些反应实现的先决条件是要向体系中输入能量 该过程的本质仍然是非自发的 典例2 已知反应2NO g 2CO g N2 g 2CO2 g 在298K 101kPa的条件下 其 H 113 0kJ mol 1 S 145 3J mol 1 K 1 1 请讨论该反应能否用于消除汽车尾气中的NO 请说明道理 2 已知汽车发动机内温度高于2000K 能否设计一个装置使该反应在发动机中进行 请分析说明 若假定该反应的 H随温度的变化忽略不计 请计算使该反应能够自发进行的最高温度 思路点拨 1 利用 H T S 0这一公式去判断反应的可能性 2 利用 H T S 0公式来计算反应自发进行的临界温度 自主解答 可用 H T S 113 0kJ mol 1 298K 0 1453kJ mol 1 K 1 69 7kJ mol 1 0所以该反应在该温度条件下能自发进行 但从 H 0和 S 0这两个条件来看 该反应是一个低温自发的反应 随着温度的升高 会逐渐变得不自发 由T 代入数据可得T 777 7K 即高于777 7K时反应不再自发 答案 1 能 H T S 113 0kJ mol 1 298K 0 1453kJ mol 1 K 1 69 7kJ mol 1 0所以该反应在该温度条件下能自发进行 2 不能 从 H 0和 S 0这两个条件来看 该反应是一个低温自发的反应 随着温度的升高 会逐渐变得不自发 由代入数据可得T 777 7K 即高于777 7K时反应不再自发 知识点一 化学反应与焓变 熵变1 下列过程是非自发过程的是 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 选D 解题时紧扣自发过程的定义和特点 自发过程是指在一定条件下不借助于外部力量就能自发进行的过程 当然还受到外界条件的影响 而水结成冰所需要的温度是在零度以下 2 下列自发反应可用焓判据来解释的是 A 2N2O5 g 4NO2 g O2 g H 56 7kJ mol 1B NH4 2CO3 s NH4HCO3 s NH3 g H 74 9kJ mol 1C 2H2 g O2 g 2H2O l H 286kJ mol 1D CaCO3 s CaO s CO2 g H 178 2kJ mol 1 解析 选C 从焓变的角度分析 化学反应有由高能状态向低能状态转化 使体系能量降低的趋势 表现为放热反应较易进行 3 下列关于化学反应的熵变的叙述中正确的是 A 化学反应的熵变与反应的方向无关B 化学反应的熵变直接决定了反应的方向C 熵值增大的反应都是混乱度增大的反应D 熵值增大的反应一定都能自发进行 解析 选C 解题时明确熵变及熵变的含义及与反应方向的关系 熵是描述体系混乱度的物理量 熵值越大 混乱度越大 熵变 S是影响反应方向的因素 但不是惟一因素 也不是所有熵增大的反应都能自发进行 也有熵增大的反应不能自发进行的 所以A B D均错误 C正确 知识点二 化学反应的复合判据4 自发进行的反应不可能是 A 吸热反应B 放热反应C 熵增加反应D 熵减少且吸热的反应 解析 选D 当 H 0 S 0 反应一定能自发进行 H 0 S 0或 H 0 S 0 反应可能自发进行 H 0 S 0 反应不能自发进行 5 反应CH3OH l NH3 g CH3NH2 g H2O g 在某温度时能自发向正反应方向进行 若该反应的 H 17kJ mol 1 H T S 17kJ mol 1 则下列关系中正确的是 A H 0 H T S0C H 0 H T S 0D H 0 H T S 0 解析 选A 由题意知 CH3OH l NH3 g CH3NH2 g H2O g H 17kJ mol 1 所以 H 0 又因为该反应在某温度时能自发向正反应方向进行 说明 H T S 0 即选A 6 对于化学反应能否自发进行 下列说法中错误的是 A 若 H0 S 0低温时可自发进行C 若 H 0 S0任何温度下都能自发进行 解析 选B 根据 G H T S知 G0反应不能自发进行 当 H0 若 G0时 H T S0 S0 不能自发进行 C正确 当 H 0 S 0时 H T S 0时 T为高温 故B错误 7 已知 Fe2O3 s 3H2 g 2Fe s 3H2O g H 98kJ mol 1 S 0 1442kJ mol 1 K 1 试判断用H2还原Fe2O3是否可以实现 为何在工业生产中不采用此种方法 解析 用H2作还原剂还原Fe2O3时需要的温度故用H2作还原剂时 反应自发进行的温度较低 但由于H2化学性质活泼 生产安全性低且H2为气体 比固体焦炭对设备的要求高 目前大量制取H2成本较高 故工业生产采用焦炭而不用H2 答案 可以实现 H2为气体 化学性质活泼 易燃 易爆炸 使用不方便 且H2生产成本较高 一 选择题 本题包括4小题 每小题3分 共12分 1 过程的自发性的作用是 A 判断过程的方向B 确定过程是否一定会发生C 判断过程发生的速率D 判断过程的热效应 解析 选A 大量事实告诉我们 过程的自发性只能用于判断过程的方向 不能确定过程是否一定会发生和过程发生的速率 所以A正确 B C不正确 放热反应常常是自发进行的过程 但是有些吸热反应也能自发进行 D不正确 2 下列说法中正确的是 A 凡是放热反应都是自发的 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 熵增加且放热的反应一定是自发反应D 非自发反应在任何条件下都不能实现 解析 选C 反应的自发性同时受焓变和熵变的影响 放热反应不一定都是自发的 吸热反应不一定都是非自发的 自发反应不一定是熵增大 非自发反应不一定是熵减小或不变 反应能不能发生受外界条件的影响 非自发反应在一定条件下也可能发生 3 下列反应中 熵减小的是 A NH4 2CO3 s NH4HCO3 s NH3 g B 2N2O5 g 4NO2 g O2 g C MgCO3 s MgO s CO2 g D 2CO g 2C s O2 g 解析 选D 固体变为溶液或反应生成气体的过程都是熵增加的过程 反应过程中气体物质的量增加的过程也是熵增加的过程 故A B C为熵增加的反应 D为熵减小的反应 4 汽车尾气 含烃类 CO NO与SO2等 是城市主要污染源之一 治理的办法之一是在汽车排气管上装催化转化器 它使NO与CO反应生成可参与大气生态循环的无毒气体 其反应原理是 2NO g 2CO g N2 g 2CO2 g 在298K 100kPa下 H 113kJ mol 1 S 145J mol 1 K 1 下列说法中错误的是 A 该反应中反应物总能量高于生成物的总能量B 该反应常温下不能自发进行 因此需要高温和催化剂条件C 该反应常温下能自发进行 高温和催化剂条件只是加快反应的速率D 汽车尾气中的这两种气体会与人体血红蛋白结合而使人中毒 解析 选B 因为2NO g 2CO g N2 g 2CO2 g 298K时 H 113kJ mol S 145J mol 1 K 1 说明该反应为放热反应 且是熵减的反应 生成物的总能量低于反应物的总能量 常温时 G H T S 113kJ mol 1 298K 145 10 3kJ mol 1 K 1 69 79kJ mol 1 0 即该反应在常温下能自发进行 故A C D正确 二 非选择题 本题包括2小题 共18分 5 9分 判断下列反应的熵值的变化 在每小题后面的横线上填上 增加 减小 或 无明显变化 1 2H2 g O2 g 2H2O l 2 H2 g Cl2 g 2HCl g 3 NH4 2CO3 s NH4HCO3 s NH3 g 4 Cu s Cl2 g CuCl2 s 5 将少量KNO3晶体溶解水中 解析 判断熵值变化的依据是同温同压下 气态熵值 液态熵值 固态熵值 状态都是气态时 看物质的量的多少 物质的量越多 熵值越大 故 1 减小 2 无明显变化 3 增加 4 减小 5 KNO3溶于水时KNO3 K NO3 自由移动离子数目增多 因此熵值变大 答案 1 减小 2 无明显变化 3 增加 4 减小 5 增加 6 9分 有A B C D四个反应 则在任何温度下都能自发进行的反应是 任何温度下都不能自发进行的反应是 另两个反应中 在温度高于 时可自发进行的反应是 在温度低于 时可自发进行的反应是 解析 解题时明确 H S与反应方向的关系 放热的熵增反应在任何温度下都能自发进行 吸热的熵减反应在任何温度下都不能自发进行 放热的熵减反应在低温下能自发进行 吸热的熵增反应在高温下可以自发进行 具体温度可以根据 H T S 0计算出来 故C在任意温度下均自发进行 B在任意温度下均不能自发进行 对于A反应 H T S 10 5kJ mol 1 T 30 0 10 3kJ mol 1 K 1 0 故T 350K 即t 77 对于D反应 H T S 11 7kJ mol 1 T 105 0 10 3kJ mol 1 K 1 0 故T 111 4K 即t 161 6 答案 CB77A 161 6D 1 5分 下列说法中 正确的是 A 凡是吸热反应都不是自发反应B 凡是熵增大的反应都是自发反应C 要判断反应进行的方向 必须综合考虑体系的焓变和熵变D 过程的自发性不仅能用于判断过程的方向 还能确定过程是否一定能发生 解析 选C 解题时应注意决定反应自发性的因素是 H与 S的共同影响 单独的 H0均不能准确判断反应方向 故A B错 C正确 过程的自发性不能确定过程是否能真实发生 还存在反应速率和反应条件的问题 D错 2 5分 某化学反应其 H 122kJ mol 1 S 231J mol 1 K 1 则此反应在下列哪种情况下可自发进行 A 在任何温度下都能自发进行B 在任何温度下都不能自发进行C 仅在高温下自发进行D 仅在低温下自发进行 解析 选A 当 G H T S 0时反应自发进行 所以该反应在任何温度下都能自发进行 3 10分 在冶金工业中 以C作为还原剂 如温度高于980K时 氧化产物以CO为主 低于980K时以CO2为主 1 已知2CO g CO2 g C s T 980K时 H T S 0 当体系温度低于980K时 估计 H T S 0 填 大于 小于 或 等于 下同 当体系温度高于980K时 该反应 自发进行 填 能 或 不能 2 电子