高中化学 第二章 第四节 化学反应进行的方向教案（1）新人教版选修4

用心 爱心 专心1 化学反应进行的方向化学反应进行的方向 教学目标 1 理解能量判据 熵的概念 2 利用能量判据判断反应进行的方向 3 利用熵变判断反应进行的方向 教学重点 焓减与熵增与化学反应方向的关系 教学过程 板 书 4 化学反应进行的方向 引言 化学反应原理的三个重要组成部分 化学反应进行的快慢 化学反应速率 化学反应的限度 化学平衡 化学反应进行的方向 能量判据和熵判据 阅读 课本 36 页 学生举例 1 生活中的自发过程 1 自然界中水由高处往低处流 而不会自动从低处往高处流 2 铁器暴露在潮湿空气中会生锈 这些过程都是自发的 其逆过 程就是非自发的 这些生活中的现象将向何方发展 我们非常清楚 因为它们有明显 的自发性 其中是否蕴藏了一定的科学原理 2 化学反应中的自发过程 1 甲烷燃烧 CH4 g 2O2 g CO2 g 2H2O g H 802 3 kJ mol 2 铁生锈 3Fe s 3 2O2 g Fe2O3 s H 824 kJ mol 3 氢气和氧气反应 2H2 g O2 g 2H2O l H 571 6 KJ mol 共同点 放热反应 E 反 E 生 一 自发过程与能量判据 1 自发过程 在一定条件下不需要外力作用就能自动进行的过程 共同特点 体系趋向于从高能状态转变为低能状态 2 能量判据 自发过程的体系取向于从高能状态转变为低能状态 这时体系会对外部做 功或释放热量 这一经验规律就是能量判据 是判断化学反应进行方向的判据之一 有些过程也是自发的 这当中有的与物质的能量高低无关 有的虽与能量高低有关 但 用能量判据却无法解释清楚 例如 两种理想气体的混合可顺利自发进行 无须借助外力 N2O5 分解 2N2O5 g 4NO2 g O2 g H 56 7kJ mol 用心 爱心 专心2 碳铵的分解 NH4 2CO3 s NH4HCO3 s NH3 g H 74 9 kJ mol 二 熵与熵判据 1 在密闭条件下 体系有由有序自发地转变为无序的倾向 这种推动体系变化的因素称 作熵 2 熵判据 在与外界隔离的体系中 自发过程将导致体系的熵增大 这一经验规律叫做 熵增原理 是判断化学反应方向的另一判据 熵判据 3 同一物质 在气态时熵最大 液态时次之 固态时最小 物质由有序变得无序 即有序程度降低 混乱度增加 熵 表示物质混乱度 熵越大混乱度越大 熵变 S 生成物熵与反应物熵之差 三 能量判据和熵判据的应用 能量判据中 自发过程取向于最低能量状态的倾向 熵判据中 自发过程取向于最大混乱度的倾向 很多情况下 简单地只用其中一个判据判断同一个反应 可能会出现相反的判断结果 所以应两个判据兼顾 由能量判据 以焓变为基础 和熵判据组合成的复合判据将更适合 于所有的过程 注意 1 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 例如金刚石有向石墨转化的倾向 但是能否发生 什么时候发生 多快才能完成 就不是能量判据和熵判据能解决的问题了 2 在讨论过程的方向时 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 例如石墨经高温高压还是可以变为金刚石的 阅读 科学视野 反应自发进行的判断 H T S 0 非自发进行 小结 一 化学反应进行方向的判据 1 能量判据 自发过程趋向于最低能量状态的倾向 放热过程常常是容易进行的 2 熵判据 自发过程趋向最大混乱度的倾向 若干熵增的过程是自发的 二 理解熵的含义和熵的变化 1 放热的自发过程可能是熵减小的过程 如铁生锈 氢气燃烧等 也可能是熵无明显变 化或增加的过程 如金刚石和石墨的互变熵不变 活泼金属与酸的置换反应熵增等 2 吸热的自发过程应为熵增加的过程 如冰的融化 硝酸铵溶于水等 3 无热效应的自发过程是熵增加的过程 如两种理想气体的混合等 4 由能量判据 以焓变为基础 和熵判据组合成的复合判据 G 将更适合于所有的 过程 用心 爱心 专心3 5 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期发生和过程发生 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 6 若一个变化的正向能自发进行 则逆向是非自发反应 7 反应的自发性也受外界条件的影响 如常温下石灰石分解生成生石灰和二氧化碳是非 自发性的 但在 1273K 时 这一反应就是自发的反应 规律方法总结 自发反应中的焓变和熵变的关系 1 放热的自发过程可能是熵减小的过程 如铁生锈 氢气燃烧等 也可能是熵无明显变化或增加的过程 如甲烷燃烧 氢气和氯气化合等 2 吸热的自发过程是熵增加的过程 如冰的融化 硝酸铵溶于水等 3 无热效应的自发过程是熵增加的过程 如两种理想 气体的混合等 板书设计 巩固练习 见附页 用心 爱心 专心4 练习 1 科学家根据体系存在着力图使 和 的自然现象 提 出了相互关联的 和 为最终解决上述问题提供了必要的理论根据 试 分别举一例 2 以下自发反应可用能量判据来解释的是 A 硝酸铵自发地溶于水 B 2N2O5 g 4NO2 g O2 g H 56 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 已知金刚石和石墨在氧气中完全燃烧的热化学方程式为 C 金刚石 s O2 g CO2 g H1 395 41kJ mol C 石墨 s O2 g CO2 g H2 393 51kJ mol 关于金刚石与石墨的转化 下列说法正确的是 A 金刚石转化成石墨是自发进行的过程 B 石墨转化成金刚石是自发进行的过程 C 石墨比金刚石能量低 D 金刚石比石墨能量低 4 知道了某过程有自发性之后 则 A 可判断出过程的方向 B 可确定过程是否一定会发生 C 可预测过程发生完成的快慢 D 可判断过程的热效应 5 碳铵 NH4 2CO3 在室温下就能自发地分解产生氨气 对其说法中正确的是 A 碳铵分解是因为生成了易挥发的气体 使体系的熵增大 B 碳铵分解是因为外界给予了能量 C 碳铵分解是吸热反应 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 6 下列反应中 在高温下不能自发进行的是 A NH4 2CO3 s NH4HCO3 s NH3 g B 2N2O5 g 4NO2 g O2 g C MgCO3 s MgO s CO2 s D CO g C s 1 2O2 7 我们主要从三个方面讨论一个化学反应的原理 其中不属于这三个方面的是 用心 爱心 专心5 A 反应进行的方向 B 反应的快慢 C 反应进行的限度 D 反应物的多少 8 下列说法错误的是 A NH4NO3溶于水吸热 说明其溶于水不是自发过程 B 同一种物质气态时熵值最大 液态时次之 而固态时熵值最小 C 借助于外力能自发进行的过程 其体系的能量趋向于从高能状态转变为低能状态 D 由能量判据和熵判据组合而成的复合判据 更适合于所有的过程 9 下列过程属于熵增加的是 A 一定条件下 水由气态变液态 B 高温高压条件下使石墨转化为金刚石 C 2N2O5 g 4NO2 g O2 g D 散落的火柴的无序排列 10 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 11 以下自发进行反应可用能量判据来解释的是 A 硝酸铵自发地溶于水 B 2N2O5 g 4NO2 g O2 g H 56 7kJ mol 1 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 12 判断下列反应的熵值增加的是 A 2H2 g O2 g 2H2O l B H2 g Cl2 g 2HCl g C NH4 2CO3 s NH4HCO3 s NH3 g D Cu s Cl2 g CuCl2 s 13 已知在等温条件下 化学反应方向的判据为 H T S 0 反应能正向自发进行 H T S O 反应达平衡状态 H T S 反应能逆向自发进行 其中 H 为焓变 S 为熵变 T 为热力学温标 单位为 K 设反应 A s D g E g H T S 4500 11T J mol 要防止反应发生 温度必须 A 高于 400K B 低于 136K C 高于 136K 而且低于 409K D 低于 409K 参考答案 用心 爱心 专心6 1 自身能量趋于最低 各有序变为无序 能量判据和熵判据 自然界