第二单元化学反应的方向和限度

化学反应原理 新课标苏教版 专题2化学反应速率和化学平衡 第二节化学反应进行的方向 2020年4月7日星期二 研究化学反应进行的快慢 研究化学反应进行的限度 研究化学反应能否发生的问题 化学反应速率问题 化学平衡问题 化学反应进行的方向 1 了解自发过程和化学反应的自发性 2 理解熵和熵变的概念 3 学会用焓变和熵变来判断化学反应的方向 一 教学重点 二 教学难点 1 焓变与熵变的概念2 焓变与熵变与化学反应方向的关系 化学反应方向的判断方法 问题 一 什么是自发过程 自发反应 试举例说明 二 什么是焓判据 在一定温度 压强下 化学反应一定不能向着吸热的方向自发进行吗 三 什么是熵判据 在一定温度和压强下 化学反应一定不能向着熵减少的方向自发进行吗 四 什么是复合判据 怎样判断化学反应进行的方向 阅读课本P34 P36 完成学案新知导学 问题一 什么是自发过程 自发反应 试举例说明 问题二 什么是焓判据 在一定温度 压强下 化学反应一定不能向着吸热的方向自发进行吗 下列反应在一定条件下都能自发进行 你知道这些反应能自发进行的主要原因吗 C3H8 g 5O2 g 3CO2 g 4H2O l H 2217 5kJ mol 12Na s Cl2 g 2NaCl s H 822kJ mol 14Fe s 3O2 g Fe2O3 s H 1648 4kJ mol 1H2 g F2 g 2HF g H 546 6kJ mol 1 共同特点 H O即放热反应 放热反应使体系能量降低 能量越低越稳定 H O有利于反应自发进行 二 能量判据 焓判据 反应物的总能量高 生成物的总能量低 放热反应 H 0 化学反应进行方向的判据 日常生活中长期积累的经验而总结得到一条经验规律 能量判据 焓判据 自发过程体系趋向于从高能状态转变为低能状态 这时体系会对外做功或者释放热量即 H 0 思考 化学反应一定不能向着吸热的方向自发进行吗 N2O5分解 2N2O5 g 4NO2 g O2 g H 56 7kJ mol 碳铵的分解 NH4 2CO3 s NH4HCO3 s NH3 g H 74 9kJ mol 自发进行的吸热反应 结论 焓变是反应能否自发进行的一个因素 但不是唯一因素 问题三 什么是熵判据 在一定温度和压强下 化学反应一定不能向着熵减少的方向自发进行吗 你能发现这些看似不相干的事件之间的联系吗 有序 混乱 克劳修斯 德国 熵 S 由有序变为无序 为了解释这样一类与能量状态的高低无关的过程的自发性 提出了在自然界还存在着另一种能够推动体系变化的因素 熵 69 9Jmol 1K 1 47 9Jmol 1K 1 188 7Jmol 1K 1 S g S l S s 三种状态下水的熵 冰水水蒸气 总结 自发过程的两大变化趋势 1 能量趋于减小 焓减 2 混乱度趋于增大 熵增 问题四 什么是复合判据 怎样判断化学反应进行的方向 化学反应的最终判据到底是什么呢 G H T S 四 复合判据 自由能变化 当 G 0时 反应自发进行 当 G 0时 反应不自发进行 当 G 0时 反应处于平衡状态 体系自由能变化 G H T S 综合考虑了焓变和熵变对反应体系的影响 G H T S 为热力学温度 均为正值 在恒温 恒压下 用 G判断化学反应进行的方向是最全面最科学的 当 G 0时 反应就可以自发进行 自发进行 不自发进行 低温时 高温时 低温时 高温时 低温不自发 高温自发 低温自发 高温不自发 H 闪电时空气中的N2和O2发生反应 N2 g O2 g 2NO g H 180 50kJ mol S 247 7J mol K 若不考虑温度对该反应焓变的影响 则反应能否自发进行 若能自发进行 则在怎样的温度下能自发进行 解析若反应能自发进行 须满足 H T S 0 即T H S180 50kJ mol247 7J mol K 10 3kJ J解之可得T 728 7K 即当温度高于728 7K时该反应能自发进行 T 练一练 1 下列过程是非自发的是 A 水由高处向低处流B 天然气的燃烧C 铁在潮湿的空气中生锈D 室温下液态水结成冰 当堂检测 C D 3 下列对熵变的判断中不正确的是 A 少量的食盐溶解于水中 S 0B 纯碳和氧气反应生成CO g S 0C 气态水变成液态水 S 0D CaCO3 s 受热分解为CaO s 和CO2 g S 0 C 4 下列说法正确的是 A 在常温下 放热反应一般能自发进行 吸热反应都不能自发进行B NH4HCO3 s NH3 g H2O g CO2 g H 185 57kJ mol 能自发进行 原因是体系有自发地向混乱度增加的方向转变的倾向C 因为焓变和熵变都与反应的自发性有关 因此焓变或熵变均可以单独作为反应自发性的判据D 在其他外界条件不变的情况下 使用催化剂 可以改变化学反应进行的方向 B 5 灰锡结构松散 不能用于制造器皿 而白锡结构坚固 可以制造器皿 现把白锡制成的器皿放在0 100kPa的室内存放 它会不会变成灰锡而不能再继续使用 已知在0 100kPa条件下白锡转化为灰锡的反应焓变和熵变分别为 H 2180 9J mol 1 S 6 61J mol 1 K 1 A 会变B 不会变C 不能确定D 升高温度才会变 解析 在等温 等压条件下 自发反应总是向着 H T S 0的方向进行 直至达到平衡状态 因此 在0 100kPa条件下 白锡会不会变为灰锡的问题就转化为求算反应 白锡 灰锡的 H T S值的问题 H T S 2180 9J mol 1 273K 6 61J mol 1 K 1 376 37J mol 1 0 因此在该条件