高二化学教案《化学反应的方向和限度学案》教学设计.docx
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高二化学教案《化学反应的方向和限度学案》教学设计
高二化学教案:
《化学反应的方向和限度学案》教学设计
本文题目:
高二化学教案:
化学反应的方向和限度学案
第二单元化学反应的方向和限度
第1课时 化学反应的方向
[目标要求] 1.了解自发过程和化学反应的自发性。
2.通过“有序”和“无序”的对比,了解熵和熵变的概念。
3.初步了解焓变和熵变对化学反应方向的影响,能用焓变和熵变说明化学反应的方向。
一、化学反应的方向
1.化学反应具有方向性,许多化学反应的正反应能自发进行,而其逆反应无法自发进行。
2.自发反应:
在一定条件下无需外界帮助就能自动进行的反应。
二、判断化学反应方向的依据
1.能量判据
自然界中的自发过程,都有由能量较高状态向能量较低状态转化的倾向;绝大多数放热反应都能自发进行,且反应放出的热量越多,体系能量降低得也越多,反应越完全。
反应的焓变是制约化学反应能否自发进行的因素之一。
2.熵判据
(1)熵
用来度量体系混乱程度的物理量。
熵值越大,混乱程度越大。
符号为S。
单位:
J?
mol-1?
K-1。
(2)熵值大小的比较
同一种物质不同状态时熵值大小为S(g)>S(l)>S(s)。
(3)熵变:
反应前后体系熵的变化,符号为ΔS。
若发生变化后体系的混乱度增大,该过程的ΔS>0,反之,ΔS0,反应自发进行;ΔS0,ΔS0,ΔS>0时,反应在较高温度下自发进行。
知识点一 能量判据
1.实验证明,多数能自发进行的反应都是放热反应。
对此说法的理解正确的是( )
A.所有的放热反应都是自发进行的
B.所有的自发反应都是放热的
C.焓变是影响反应是否具有自发性的一个重要因素
D.焓变是决定反应是否具有自发性的惟一判据
答案 C
解析 多数能自发进行的反应都是放热反应,并不是所有自发进行的反应都是放热反应,既然说“多数”,必定存在特例,所以只能说“焓变是影响反应是否具有自发性的一个重要因素,但不是唯一因素”。
2.下列自发反应可用焓判据来解释的是( )
A.2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g)ΔH=+56.7kJ?
mol-1
B.(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)+NH3(g)ΔH=+74.9kJ?
mol-1
C.2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH=-286kJ?
mol-1
D.CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g)ΔH=+178.2kJ?
mol-1
答案 C
解析 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。
知识点二 熵判据
3.碳酸铵(NH4)2CO3在室温下就能自发的分解产生氨气,对其说法正确的是( )
A.碳酸铵分解是因为生成了易挥发的气体,使体系的熵增大
B.碳酸铵分解是因为外界给予了能量
C.碳酸铵分解是吸热反应,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
答案 A
解析 (NH4)2CO3的分解为吸热反应,而吸热反应不易自发进行;根据焓变与熵变对化学反应的共同影响,该反应熵值一定增大。
4.摩尔熵是单位物质的量的物质在一定条件下所具有的熵。
试比较下列两组物质摩尔熵的大小顺序。
(1)相同条件下的气态甲醇、乙醇、丙醇。
(2)气态苯、液态苯、固态苯。
答案
(1)S(气态甲醇)
解析 一般来讲,组成物质的原子种类相同时,一个分子中的原子数目越多,其混乱度就越大,熵值也越大;对于同一种物质,S(g)>S(l)>S(s)。
根据以上的规律可知,对于
(1),S(气态甲醇)
知识点三 复合判据
5.某反应:
A===B+C在室温下不能自发进行,在高温下能自发进行,对该反应过程ΔH、ΔS的判断正确的是( )
A.ΔH0、ΔS>0
答案 D
解析 由题意知:
该反应在室温下不能自发反应,而高温下能自发进行。
根据ΔH和ΔS对反应方向的共同影响可推知:
ΔH>0,ΔS>0。
6.下列反应中,常温常压下一定不能自发进行的是( )
A.2KClO3(s)===2KCl(s)+3O2(g)
ΔH=-78.03kJ?
mol-1
ΔS=+1110J?
mol-1?
K-1
B.CO(g)===C(s,石墨)+12O2(g)
ΔH=110.5kJ?
mol-1
ΔS=-89.36J?
mol-1?
K-1
C.4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)===4Fe(OH)3(s)
ΔH=-444.3kJ?
mol-1
ΔS=-280.1J?
mol-1?
K-1
D.NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)===CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l)
ΔH=37.30kJ?
mol-1
ΔS=+184.05J?
mol-1?
K-1
答案 B
练基础落实
1.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的反应
C.自发反应在恰当的条件下才能实现
D.自发反应在任何条件下都能实现
答案 C
解析 放热反应常常是容易进行的过程,吸热反应有些也是自发的;自发反应的熵不一定增大,可能减小,也可能不变;过程的自发性只能用于判断过程的方向,是否能实现还要看具体的条件,能量判据和熵判据要综合考虑利用,不能简单地单一使用。
故选C。
2.下列对熵的理解不正确的是( )
A.同种物质气态时熵值最大,固态时熵值最小
B.体系越有序,熵值越小;越混乱,熵值越大
C.与外界隔离的体系,自发过程将导致体系的熵减小
D.25℃、1.01×105Pa时,2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g)是熵增的反应
答案 C
解析 体系都有从有序自发转变为无序的倾向,此过程为熵增过程,故C错误。
3.在图中A、B两容器里,分别收集着两种互不作用的理想气体。
若将中间活塞打开(如图所示),两种气体分子立即都分布在两个容器中。
这是一个不伴随能量变化的自发过程。
关于此过程的下列说法不正确的是( )
A.此过程为混乱程度小的向混乱程度大的方向变化的过程,即熵增大的过程
B.此过程为自发过程,而且没有热量的吸收或放出
C.此过程从有序到无序,混乱度增大
D.此过程是自发可逆的
答案 D
解析 根据题意ΔH=0,ΔS>0,由ΔH-TΔS推知该过程能自发进行,气体扩散为熵增过程,而其逆过程不能自发进行。
4.已知在等温条件下,化学反应方向的判据为:
ΔH-TΔS0,反应能逆向自发进行。
(其中ΔH为焓变,ΔS为熵变,T为热力学温度,单位为K)
设反应A(s)===D(g)+E(g) ΔH-TΔS=(-4500+11T)J?
mol-1,要防止反应发生,温度必须( )
A.高于409K
B.低于136K
C.高于136K而且低于409K
D.低于409K
答案 A
5.25℃和1.01×105Pa时,反应2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g) ΔH=+56.7kJ/mol,自发进行的原因是( )
A.是吸热反应B.是放热反应
C.是熵减少的反应D.熵增大效应大于能量效应
答案 D
练方法技巧
6.石墨、金刚石燃烧的热化学方程式分别为
C(石墨)+O2(g)===CO2(g)ΔH=-393.51kJ?
mol-1
C(金刚石)+O2(g)===CO2(g)ΔH=-395.41kJ?
mol-1
关于金刚石和石墨的相互转化,下列说法正确的是( )
A.石墨转化成金刚石是自发进行的过程
B.金刚石转化成石墨是自发进行的过程
C.金刚石比石墨更稳定
D.金刚石比石墨能量低
答案 B
解析 由热化学方程式可知,石墨比金刚石能量低,1mol石墨转化为1mol金刚石需吸收1.9kJ的热量,金刚石转化为石墨是放热反应,因此金刚石转化为石墨是自发进行的过程。
物质所具有的能量越低越稳定。
点拨:
那些不用借助外力就可以自动进行的自发过程的共同特点是:
体系趋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),这就是所谓的能量判据。
但是自动进行的自发反应不一定都是由高能状态到低能状态的过程,例如,硝酸铵溶于水。
因而只使用能量判据来确定变化过程的方向是片面的。
对具体反应需应用能量判据和熵判据综合进行分析,即凡是能够使体系能量降低、熵增大的方向就是化学反应容易进行的方向。
7.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,ΔH=-113kJ?
mol-1,ΔS=-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
思路点拨:
解答本题要注意以下两点:
(1)利用ΔG=ΔH-TΔS判断反应的方向。
(2)注意反应发生的条件。
答案 B
解析 因为2NO(g)+2CO(g)===N2(g)+2CO2(g),298K时,ΔH=-113kJ/mol,ΔS=-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ΔG=ΔH-TΔS=-113kJ?
mol-1-298K×(-145×10-3kJ?
mol-1?
K-1)=-69.79kJ?
mol-1p2,则此正反应为________(填“吸热”或“放热”)反应,也是一个气体分子数________(填“减少”或“增大”)的反应,由此判断,此反应自发进行,必须满足的条件是________。
(2)在图象反应Ⅱ中,T1________T2(填“>”、“T2,则该反应能否自发进行?
答案
(1)放热 减少 低温
(2)> 放热 (3)能自发进行
解析 本题涉及图象的分析及化学平衡的移动和反应进行的方向等知识点。
反应Ⅰ中恒压下温度升高,α(A)减小,即升高温度平衡向左移动,则正反应为放热反应,ΔHp2知恒定温度时压强越大,α(A)越大,即增大压强平衡向右移动,说明此反应为气体分子数减少的反应(a+b>c),即为熵减反应,ΔST2;温度越高,平衡时C的物质的量越小,即升高温度平衡
向左移动,则正反应为放热反应,ΔHT2,恒压下温度越高α(A)越小,说明升高温度平衡向左移动,正反应为放热反应,ΔH0,则2CO(g)?
?
CO2(g)+C(s)为放热反应,ΔH0。
(2)由题给信息,要使反应能自发进行,须有ΔH-TΔS0,请回答下列问题:
(1)在某温度下,反应物的起始浓度分别为:
c(M)=1mol?
L-1,c(N)=2.4mol?
L-1。
达到平衡后,M的转化率为60%,此时N的转化率为________;
(2)若反应温度升高,M的转化率________(填“增大”、“减小”或“不变”);
(3)若反应温度不变,反应物的起始浓度分别为:
c(M)=4mol?
L-1,c(N)=amol?
L-1;达到平衡后,c(P)=2mol?
L-1,a=________。
(4)若反应温度不变,反应物的起始浓度为:
c(M)=c(N)=bmol?
L-1,达到平衡后,M的转化率为________。
思路点拨:
解答本题要把握以下两点:
(1)运用三段式求出平衡转化率。
(2)温度不变平衡常数不变。
答案
(1)25%
(2)增大 (3)6 (4)41.4%
解析 M(g) + N(g)P(g) + Q(g)
起始浓度?
mol?
L-1?
1 2.4 0 0
转化浓度?
mol?
L-1?
1×60% 1×60% 1×60% 1×60%
平衡浓度?
mol?
L-1?
0.4 1.8 0.6 0.6
N的转化率为0.6mol?
L-12.4mol?
L-1×100%=25%。
(2)由于该反应正反应吸热,温度升高,K增大,平衡右移,则M的转化率增大。
(3)温度不变,平衡常数不变,K=0.6×0.60.4×1.8=2×2?
4-2?
×?
a-2?
=12,a=6。
(4)根据(3)的结果,设M的转化率为x,则K=bx×bxb?
1-x?
×b?
1-x?
=12,则x1-x=12,x=41.4%。
6.某温度下,将H2和I2各0.1mol的气态混合物充入10L的密闭容器中,充分反应达到平衡后,测得c(H2)=0.008mol?
L-1。
(1)求该反应的平衡常数。
(2)在上述温度下,该容器中若通入H2和I2蒸气各0.2mol,试求达到化学平衡状态时各物质的浓度。
答案
(1)平衡常数为0.25
(2)c(H2)=c(I2)=0.016mol?
L-1,c(HI)=0.008mol?
L-1
解析
(1)依题意可知,平衡时c(H2)=0.008mol?
L-1,消耗c(H2)=0.002mol?
L-1,生成c(HI)=0.004mol?
L-1
H2 + I2 ?
?
2HI
起始时各物质浓度(mol?
L-1) 0.01 0.01 0
平衡时各物质浓度(mol?
L-1) 0.008 0.008 0.004
K=c2?
HI?
c?
H2?
?
c?
I2?
=?
0.004?
2?
0.008?
2=0.25。
(2)依题意可知,c(H2)=0.02mol?
L-1,c(I2)=0.02mol?
L-1。
设H2的消耗浓度为x,则:
H2 + I2 ?
?
2HI
平衡时物质浓度(mol?
L-1) 0.02-x 0.02-x 2x
因为K不随浓度发生变化,只与温度有关,则有:
K=c2?
HI?
c?
H2?
?
c?
H2?
=?
2x?
2?
0.02-x?
2=0.25,
解得x=0.004mol?
L-1。
平衡时c(H2)=c(I2)=0.016mol?
L-1,
c(HI)=0.008mol?
L-1。
7.合成氨反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)在某温度下达到平衡时,各物质的浓度是c(N2)=3mol?
L-1,c(H2)=9mol?
L-1,c(NH3)=4mol?
L-1,求:
①该温度时的平衡常数;②N2、H2的起始浓度。
答案 ①K=7.32×10-3
②c(N2)=5mol?
L-1 c(H2)=15mol?
L-1
解析 K=c2?
NH3?
c?
N2?
?
c3?
H2?
=423×93=7.3×10-3
N2 + 3H2 ?
?
2NH3
起始 x y 0
平衡 3mol?
L-1 9mol?
L-1 4mol?
L-1
Δc x-3mol y-9mol?
L-1 4mol?
L-1
x-34=12 x=5mol?
L-1
y-94=32 y=15mol?
L-1
8.在一个容积为500mL的密闭容器中,充入5molH2和2molCO。
在一定温度和一定压强下,发生如下反应:
2H2(g)+CO(g)CH3OH(g),经过5min后达到平衡状态。
若此时测得CH3OH蒸气的浓度为2mol?
L-1,求:
(1)以H2的浓度变化表示的该反应的速率;
(2)达平衡时CO的转化率;
(3)该温度下的K。
答案
(1)v(H2)=0.8mol?
L-1?
min-1
(2)50%
(3)0.028L2?
mol-2
解析 设CO反应的浓度为x,则H2反应的浓度为2x,由题意可得:
c(起始H2)=5mol/0.5L=10mol?
L-1,
c(起始CO)=2mol/0.5L=4mol?
L-1,
2H2(g) +CO(g)?
?
CH3OH(g)
起始浓度:
10mol?
L-14mol?
L-1 0
反应浓度:
2xx2mol?
L-1
平衡浓度:
10-2x4-x2mol?
L-1
解得:
x=2mol?
L-1
10-2x=6mol?
L-1
4-x=2mol?
L-1
(1)v(H2)=Δc(H2)/t=4mol?
L-1/5min
=0.8mol?
L-1?
min-1
(2)α(CO)=c(反应CO)/c(起始CO)×100%
=2mol?
L-1/4mol?
L-1×100%=50%
(3)K=c?
CH3OH?
c?
CO?
?
c2?
H2?
=22×62L2?
mol-2=0.028L2?
mol-2
练综合拓展
9.氨是重要的氮肥,合成原理为:
N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4kJ?
mol-1。
回答下列问题:
(1)写出平衡常数K的表达式_______________________________________________,
如果降低温度,该反应K值____________,化学反应速率______,N2的转化率______。
(填“增大”、“减小”或“不变”)
(2)在500℃、20MPa时,将N2、H2置于一个容积为2L的密闭容器中发生反应,反应过程中各种物质的物质的量随时间的变化如图所示,回答下列问题:
①10min内以NH3表示的平均反应速率为
________________________________________________________________________
________________。
②在10~20min内,NH3浓度变化的原因可能是( )
A.使用了催化剂B.缩小容器体积
C.降低温度D.增加NH3物质的量
③第1次平衡的时间为:
____________,第2次平衡的时间为:
____________,第1次平衡:
平衡常数K1=________________________________________________________
(带数据的表达式),第2次平衡时NH3的体积分数__________;
④在反应进行至25min时,曲线发生变化的原因:
________________________________________________________________________
________________,达第二次平衡时,新平衡的平衡常数K2______K1(填“大于”、“小于”或“等于”)。
答案
(1)K=c2?
NH3?
c?
N2?
?
c3?
H2?
增大 减小 增大
(2)①0.005mol?
L-1?
min-1 ②A
③20~25min 35~40min ?
0.15?
20.125×?
0.075?
3 45.5%
④移走0.1molNH3 等于