苏教版-选修四-综合复习 名师获奖

《化学反应的方向及判据》教学设计一、教学内容1．反应焓变与反应方向（1）多数能自发进行的化学反应是放热反应。如氢氧化亚铁的水溶液在空气中被氧化为氢氧化铁的反应是自发的，其△H（298K）==－444．3kJ·mol—1（2）部分吸热反应也能自发进行。如NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)==CH3COONH4(aq)+CO2(g)+H2O(l)，其△H（298K）==+37．30kJ·mol—1。（3）有一些吸热反应在常温下不能自发进行，在较高温度下则能自发进行。如碳酸钙的分解。因此，反应焓变不是决定反应能否自发进行的唯一依据。2．反应熵变与反应方向（1）熵：描述大量粒子混乱度的物理量，符号为S，单位J·mol—1·K—1，熵值越大，体系的混乱度越大。（2）化学反应的熵变（△S）：反应产物的总熵与反应物总熵之差。（3）反应熵变与反应方向的关系①多数熵增加的反应在常温常压下均可自发进行。产生气体的反应、气体物质的量增加的反应，熵变都是正值，为熵增加反应。②有些熵增加的反应在常温下不能自发进行，但在较高温度下则可自发进行。如碳酸钙的分解。③个别熵减少的反应，在一定条件下也可自发进行。如铝热反应的△S==—133．8J·mol—1·K—1，在点燃的条件下即可自发进行。4．焓变和熵变对反应方向的共同影响——“四象限法”判断化学反应的方向。在二维平面内建立坐标系，第Ⅰ象限的符号为“＋、＋”，第Ⅱ象限的符号为“＋、—”，第Ⅲ象限的符号为“—、—”，第Ⅳ象限的符号为“—、＋”。借肋于数学坐标系四个象限的符号，联系焓变与熵变对反应方向的共同影响，可以从热力学的角度快速判断化学反应的方向。在温度、压强一定的条件下，化学反应的方向的判据为：△H—T△S＜0反应能自发进行△H—T△S==0反应达到平衡状态△H—T△S＞0反应不能自发进行反应放热和熵增加都有利于反应自发进行。该判据指出的是化学反应自发进行的趋势。△S＜0△S＜0△H＞0所有温度下反应均不能自发进行△S＞0△H＜0所有温度下均可自发进行△S＞0△H＞0高温下反应自发进行△S＜0△H＜0低温下反应自发进行yx—、＋—、—＋、＋＋、—ⅠⅡⅢⅣ二、典型例题1．第Ⅰ象限符号为“＋、＋”（△S＞0、△H＞0）时化学反应的方向——高温下反应自发进行【例1】石灰石的分解反应为：CaCO3(s)==CaO(s)+CO2(g)其△H（298K）==178．2kJ·mol—１，△S（298K）==169．6J·mol—1·K—1试根据以上数据判断该反应在常温下是否自发进行？其分解温度是多少？【解析】∵△H—Ｔ△S＝178．2kJ·mol—１—２９８Ｋ×10×—3×169．6kJ·mol—1·K—1==128kJ·mol—1＞0∴298K时，反应不能自发进行。即常温下该反应不能自发进行。由于该反应是吸热的熵增加反应，升高温度可使△H—Ｔ△S＜0，假设反应焓变和熵变不随温度变化而变化，据△H—Ｔ△S＜0可知，Ｔ＞△H/△S==178．2kJ·mol—１/10×—3×169．6kJ·mol—1·K—1==1051K，即温度高于７７８℃2．第Ⅲ象限符号为“—、—”（△S＜0、△H＜0）时化学反应的方向——低温下反应可以自发进行【例2】常温下氢氧化亚铁与空气中的氧气及水有可能发生反应，即：４Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)==4Fe(OH)3(s)，已知该反应在２９８Ｋ时的△H==—444．3kJ·mol—１，△S==—２８０．1J·mol—1·K—1试问该反应在常温下是否自发进行？【解析】根据△H—Ｔ△S＝—444．3kJ·mol—１—２９８Ｋ×10－3×（—２８０．1kJ·mol—1·K—1）==—360．83kJ·mol—１＜0，故２９８Ｋ时反应可自发进行。由于焓变和熵变的作用相反，且二者相差悬殊，焓变对反应的方向起决定性作用，故反应可自发进行。假定温度达到2000K，则△H—T△S＝—444．3kJ·mol—１—2000K×10－3×（—280．1kJ·mol—1·K—1）＝115．9kJ·mol—１＞0，反应不能自发行。即高温下反应不能自发进行。3．（14分）二甲醚是一种重要的清洁燃料，也可替代氟利昂作制冷剂等，对臭氧层无破坏作用。工业上可利用煤的气化产物（水煤气）合成二甲醚。请回答下列问题：（1）煤的气化的主要化学反应方程式为：___________________________。（2）煤的气化过程中产生的有害气体H2S用Na2CO3溶液吸收，生成两种酸式盐，该反应的化学方程式为：________________________________________。（3）利用水煤气合成二甲醚的三步反应如下：①2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)；ΔH＝－90．8kJ·mol－1②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)；ΔH＝－23．5kJ·mol－1③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)；ΔH＝－41．3kJ·mol－1总反应：3H2(g)+3CO(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)的ΔH＝___________；一定条件下的密闭容器中，该总反应达到平衡，要提高CO的转化率，可以采取的措施是__________（填字母代号）。a．高温高压b．加入催化剂c．减少CO2的浓度d．增加CO的浓度e．分离出二甲醚（4）已知反应②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)某温度下的平衡常数为400。此温度下，在密闭容器中加入CH3OH，反应到某时刻测得各组分的浓度如下：物质CH3OHCH3OCH3H2O浓度/（mol·L－1）0．440．60．6①比较此时正、逆反应速率的大小：v正______v逆（填“>”、“<”或“＝”)。②若加入CH3OH后，经10min反应达到平衡，此时c(CH3OH)＝_________；该时间内反应速率v(CH3OH)＝__________。解析：(1)煤生成水煤气的反应为C+H2OCO+H2。(2)既然生成两种酸式盐，应是NaHCO3和NaHS，故方程式为：Na2CO3+H2S==NaHCO3+NaHS。(3)观察目标方程式，应是①×2+②+③，故△H=2△H1+△H2+△H3=-246．4kJ·mol-1。正反应是放热反应，升高温度平衡左移，CO转化率减小；加入催化剂，平衡不移动，转化率不变；减少CO2的浓度、分离出二甲醚，平衡右移，CO转化率增大；增大CO浓度，平衡右移，但CO转化率降低；故选c、e。(4)此时的浓度商Q==1．86＜400，反应未达到平衡状态，向正反应方向移动，故正＞逆；设平衡时生成物的浓度为0．6+x，则甲醇的浓度为（0．44-2x）有：400=，解得x=0．2mol·L-1，故0．44mol·L-1-2x=0．04mol·L-1。由表可知，甲醇的起始浓度度为(0．44+1．2)mol·L-1=1．64mol·L-1，其平衡浓度为0．04mol·L-1，10min变化的