鲁科版2015-2016学年高中化学选修4同步导学案 第二章 第1节 化学反应的方向（含答案+解析）
文档属性
| 名称 | 鲁科版2015-2016学年高中化学选修4同步导学案 第二章 第1节 化学反应的方向（含答案+解析） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 24.1KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 鲁科版 | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2015-12-30 22:53:37 | ||
图片预览
文档简介
第2章 化学反应的方向、限度于速率
第1节 化学反应的方向
★【课前学案导学】
■精准定位——学习目标导航
1.了解焓变、熵变与反应方向的关系；
2.能通过△H-T△S及给定的△S数据定量判断反应的方向
■自主梳理—基础知识导航
一、自发过程和自发反应
1.自发过程：____________________________。
2.自发反应：____________________________。
二、焓判据
放热反应过程中体系能量_________，因此具有向最低能量状态进行的倾向，科学家提出用焓变来判断反应进行的方向，这就是焓判据。
三、熵判据
在密闭条件下，体系有由有序自发地转变为无序的倾向。因为与有序体系相比，无序体系“更加稳定”，科学家用熵（符号为S）来量度这种无序的程度。
在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵增大，即熵变（符号）大于零这个原理叫做熵增原理。在用来判断过程的方向时，就称为熵判据。对于同一种物质，_______时熵值最大，_________时次之，____________时最小。
四、化学反应进行的方向
事实告诉我们，过程的自发性只能用于判断过程的方向，不能确定过程一定会发生和过程发生的速率。由能量和熵组合而成的复合判据，将更适合于所有的过程。只根据一个方面来判断反应进行的方向是不全面的。
★【课堂探究导学】
■合作探究-名师保驾护航
探究一：焓变与熵变与自发反应。
1.反应焓变与反应方向：反应焓变是反应能否自发进行的一个因素，但不是唯一因素。一般的讲，放热反应容易自发进行。
2.反应熵变与反应方向
（1）熵：描述体系混乱度的物理量
（2）符号：S 单位：J?mol-1?K-1
（3）大小判据：
①物质的混乱度：体系混乱度越大，熵值越大；
②同一条件：不同物质的熵值不同；
③物质的存在状态：S(g) > S(l) > S(s)。
（4）反应熵变
①符号：△S
②表达式:△S = S总和(生成物) – S总和(反应物)
③正负判断：
气体体积增大的反应，△S>0，熵增加反应；
气体体积减小的反应，△S<0，熵减小反应。
『特别提醒』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。
探究二：焓变与熵变对反应方向的共同影响
1.判据：△H-T△S
2.判据与反应的自发性：
< 0 反应自发
△H-T△S = 0 达平衡状态
> 0 反应不能自发
3.适用判据应注意的问题：
（1）判断反应的自发性要结合△H和△S，利用△H-T△S
（2）条件是温度、压强一定条件下
（3）反应具有自发性，只能说明这个反应有进行的趋势，但这个反应到底能不能反应，那还要看反应进行的限度和反应进行的速率。
『特别提醒』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。如水泵可以把水从低水位升至高水位；用高温可使石灰石分解；高温高压可以使石墨转化为金刚石。实现后者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。
■典例剖析-名师释疑助航
例1.下列说法完全正确的是（ ）
A.放热反应均是自发反应 B.ΔS为正值的反应均是自发反应
C.物质的量增加的反应，ΔS为正值
D.如果ΔH和ΔS均为正值，当温度升高时，反应可能自发进行
『答案』D
『解析』大多数放热反应可自发进行，但有些放热反应需在一定条件下才能引发反应，如炭的燃烧等，故A错。ΔS为正值，即熵值增加的变化，不一定是自发反应，如碳酸钙分解为氧化钙和二氧化碳，故B错。反应前后物质的量是否改变与熵值增加与否无必然关系，故C错。而对D选项，当ΔH和ΔS均为正值时，温度越高则TΔS越大，故ΔH－TΔS可能小于零，所以反应可能自发进行。
【变式训练1】下列反应中，ΔS最大的是（）
A.CaCO3(s)＝CaO(s)+CO2(g) B.2SO2(g)+O2(g)＝2SO3(g)
C.N2(g)+3H2(g)＝2NH3(g) D.CuSO4(s)+5H2O(l)＝CuSO4?5H2O(s)
【例2】反应CH3OH(l)+NH3(g)＝CH3NH2(g)+H2O(g)在某温度自发向右进行，若其
|ΔH|=17kJ?mol –1，|ΔH－TΔS|=17kJ?mol –1，则下列正确的是( )
A. ΔH > 0，ΔH－TΔS < 0 B. ΔH < 0，ΔH－TΔS > 0
C. ΔH > 0，ΔH－TΔS >0 D. ΔH < 0，ΔH－TΔS < 0
『答案』A
『解析』 当此反应在某温度下自发向右进行时，ΔH－TΔS < 0，即ΔH－TΔS <－17kJ?mol –1，因此排除B、C，由于正反应方向是熵增加的反应，即ΔS > 0，故只有ΔH > 0时，才可能满足条件。
【变式训练2】已知下列反应在常温下均为非自发反应，则在高温下仍为非自发的是（）
A.Ag2O(s)＝2Ag(s)+O2(g) B.Fe2O3(s)+ C(s)＝2Fe(s)+ CO2(g)
C.N2O4(g)＝2NO2(g) D.６C(s)+6H2O(l)＝C6H12O6(s)
【例3】某反应２AB(g)C(g)+3D(g)在高温时能自发进行，其逆反应在低温下能自发进行，则该反应的ΔH、ΔS应为（）
A.ΔH < 0，ΔS > 0 B. ΔH < 0，ΔS <0
C. ΔH > 0，ΔS > 0 D. ΔH > 0，ΔS < 0
『答案』C
『解析』反应自发进行的前提是反应的ΔH－TΔS<０，与温度有关，反应温度的变化可能使ΔH－TΔS的符号发生变化。ΔH > 0，ΔS < 0，在任何温度下，ΔH－TΔS>０，反应都不能自发进行。ΔH> 0，ΔS <0，在较低温度下，ΔH－TΔS<０，即反应在降低温度时才能发生。ΔH < 0，ΔS < 0，若使反应自发进行，即ΔH－TΔS<０，必须提高温度，即反应只有在较高温度时自发进行。ΔH < 0，ΔS > 0，在任何温度时，ΔH－TΔS<０，即在任何温度下反应均能自发进行。
【变式训练3】水的三态的熵值的大小关系正确的是（ ）
A.S(s)>S(l)>S(g) B. S(l)>S(s)>S(g)
C. S(g)>S(l)>S(s) D. S(g)>S(s)>S(l)
变式训练解析及答案
【变式训练1】
【变式训练2】
答案：D
解析：在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵增大，这个原理叫做熵增原理。在用来判断过程的方向时，称为熵判断依据。对于同一种物质而言，S(g)>S(l)>S(s)。A、C都是分解反应，都是吸热反应，即ΔH>０，又是熵增反应，即ΔS > 0，因此当高温时可能有ΔH－TΔS < 0，故在高温下可自发进行，而B也是熵增反应，也是吸热反应，同A、C一样在高温下可自发进行。D是熵减小反应，温度越高，则ΔH－TΔS的值越大，因此在高温下不能自发进行。
【变式训练3】
答案：C
解析：按H2O(g)→H2O(l)→H2O(s)，水分子的排列越来越有序，水分子的运动范围越来越小，故混乱度越来越小，其熵越来越小。
■备选例题
1．吸热反应一定是（ ）
A.非自发的化学反应 B.释放能量 C.贮存能量 D.反应需要加热
【答案】C
【解析】吸热反应是一个把热能等转化为物质内部能量而被“贮存”起来的过程，B错误，C正确；吸热的自发反应是熵增加的过程，A错误；有些吸热反应在常温或低温下也可自发进行，D错误。
2. 已知温度为298 K时，反应：
CH4(g)+4CuO(s)＝CO2(g)+2H2O(l)+4Cu(s) ΔH＝－261.11 kJ?mol –1
ΔS＝129.27 J?mol –1?K –1
常温、常压下，反应能否自发进行？
500 K时反应能否自发进行？
【答案】能自发进行。
【解析】ΔH－TΔS＝－299.65 kJ?mol –1 ，能自发进行。因为ΔH < 0，ΔS > 0，在任何温度时，ΔH－TΔS<０，即在任何温度下反应均能自发进行。所以在500 K时也可自发进行。
3． 铁锈的主要成分为Fe2O3，298 K时，由单质生成Fe2O3的ΔH＝－824 kJ?mol –1 ，且ΔH－TΔS＝－742.2 kJ?mol –1，用计算说明在－150℃的空气中铁是否可能发生锈蚀？
【答案】能发生。
【解析】常温下，T＝298 K，ΔH－TΔS＝－824 kJ?mol –1－298 KΔS＝－742.2 kJ?mol –1，解得ΔS＝－274.5 J?mol –1?K –1。在－150℃时，ΔH－TΔS＝－790.2 kJ?mol –1，故反应能自发进行。
■常用教学素材
用大爆炸宇宙学来观测事实
大爆炸宇宙学是现代宇宙学中最有影响的一种学说，与其它宇宙模型相比，它能说明较多的观测事实。它的主要观点是认为我们的宇宙曾有一段从热到冷的演化史。在这个时期里，宇宙体系并不是静止的，而是在不断地膨胀，使物质密度从密到稀地演化。
这一从冷到热，从密到稀的过程如同一次规模很大的爆发。
根据大爆炸宇宙学的观点，大爆炸的整个过程是：在宇宙的早期，温度极高，在１００亿度以上。物质密度也相当大，整个宇宙体系达到平衡。宇宙间只有中子、质子、电子、光子和中微子等一些基本粒子形态的物质。但是因为整个体系在不断膨胀，结果温度很快下降。当温度降到１０亿度左右时，中子开始失去自由存在的条件，它要么发生衰变，要么与质子结合成重氢、氦等元素；化学元素就是从这一时期开始形成的。
温度进一步下降到１００万度后，早期形成化学元素的过程结束。宇宙间的物质主要是质子、电子、光子和一些比较轻的原子核。当温度降到几千度时，辐射减退，宇宙间主要是气态物质，气体逐渐凝聚成气云，再进一步形成各种各样的恒星体系，成为我们今天看到的宇宙。
大爆炸模型能统一说明以下几个观测事实：
１、大爆炸理论主张所有恒星都是在温度下降后产生的，因而任何天体的年龄都应比自温度至今天这一段时间为短，即应小于２００亿年。各种天体年龄的测量证明了这一点。
２、观测到河外天体有系统性的谱线红移，而且红移与距离大体成正比。如果用多普勒效应来解释，那么红移就是宇宙膨胀的反映。
３、在各种不同天体上，氦丰度相当大，而且大都是３０％。用恒星核反应机制不足以说明为什么又如此多的氦。而根据大爆炸理论，早期温度很高，产生氦的效率也很高，则可以说明这一事实。
４、根据宇宙膨胀速度以及氦丰度等，可以具体计算宇宙每一历史时期的温度。大爆炸理论的创始人之一伽莫夫曾预言今天的宇宙已经很冷，只有绝对温度几度。１９６５年，果然在微波波段上探测到具有热辐射谱的微波背景辐射，温度大约为３Ｋ。这一结果无论在定性上或者定量上都与大爆炸理论的预言相符。但是，在星系的起源和各向同性分布等方面，大爆炸宇宙学还存在一些未解决的困难问题。
第1节 化学反应的方向
★【课前学案导学】
■精准定位——学习目标导航
1.了解焓变、熵变与反应方向的关系；
2.能通过△H-T△S及给定的△S数据定量判断反应的方向
■自主梳理—基础知识导航
一、自发过程和自发反应
1.自发过程：____________________________。
2.自发反应：____________________________。
二、焓判据
放热反应过程中体系能量_________，因此具有向最低能量状态进行的倾向，科学家提出用焓变来判断反应进行的方向，这就是焓判据。
三、熵判据
在密闭条件下，体系有由有序自发地转变为无序的倾向。因为与有序体系相比，无序体系“更加稳定”，科学家用熵（符号为S）来量度这种无序的程度。
在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵增大，即熵变（符号）大于零这个原理叫做熵增原理。在用来判断过程的方向时，就称为熵判据。对于同一种物质，_______时熵值最大，_________时次之，____________时最小。
四、化学反应进行的方向
事实告诉我们，过程的自发性只能用于判断过程的方向，不能确定过程一定会发生和过程发生的速率。由能量和熵组合而成的复合判据，将更适合于所有的过程。只根据一个方面来判断反应进行的方向是不全面的。
★【课堂探究导学】
■合作探究-名师保驾护航
探究一：焓变与熵变与自发反应。
1.反应焓变与反应方向：反应焓变是反应能否自发进行的一个因素，但不是唯一因素。一般的讲，放热反应容易自发进行。
2.反应熵变与反应方向
（1）熵：描述体系混乱度的物理量
（2）符号：S 单位：J?mol-1?K-1
（3）大小判据：
①物质的混乱度：体系混乱度越大，熵值越大；
②同一条件：不同物质的熵值不同；
③物质的存在状态：S(g) > S(l) > S(s)。
（4）反应熵变
①符号：△S
②表达式:△S = S总和(生成物) – S总和(反应物)
③正负判断：
气体体积增大的反应，△S>0，熵增加反应；
气体体积减小的反应，△S<0，熵减小反应。
『特别提醒』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。
探究二：焓变与熵变对反应方向的共同影响
1.判据：△H-T△S
2.判据与反应的自发性：
< 0 反应自发
△H-T△S = 0 达平衡状态
> 0 反应不能自发
3.适用判据应注意的问题：
（1）判断反应的自发性要结合△H和△S，利用△H-T△S
（2）条件是温度、压强一定条件下
（3）反应具有自发性，只能说明这个反应有进行的趋势，但这个反应到底能不能反应，那还要看反应进行的限度和反应进行的速率。
『特别提醒』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。如水泵可以把水从低水位升至高水位；用高温可使石灰石分解；高温高压可以使石墨转化为金刚石。实现后者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。
■典例剖析-名师释疑助航
例1.下列说法完全正确的是（ ）
A.放热反应均是自发反应 B.ΔS为正值的反应均是自发反应
C.物质的量增加的反应，ΔS为正值
D.如果ΔH和ΔS均为正值，当温度升高时，反应可能自发进行
『答案』D
『解析』大多数放热反应可自发进行，但有些放热反应需在一定条件下才能引发反应，如炭的燃烧等，故A错。ΔS为正值，即熵值增加的变化，不一定是自发反应，如碳酸钙分解为氧化钙和二氧化碳，故B错。反应前后物质的量是否改变与熵值增加与否无必然关系，故C错。而对D选项，当ΔH和ΔS均为正值时，温度越高则TΔS越大，故ΔH－TΔS可能小于零，所以反应可能自发进行。
【变式训练1】下列反应中，ΔS最大的是（）
A.CaCO3(s)＝CaO(s)+CO2(g) B.2SO2(g)+O2(g)＝2SO3(g)
C.N2(g)+3H2(g)＝2NH3(g) D.CuSO4(s)+5H2O(l)＝CuSO4?5H2O(s)
【例2】反应CH3OH(l)+NH3(g)＝CH3NH2(g)+H2O(g)在某温度自发向右进行，若其
|ΔH|=17kJ?mol –1，|ΔH－TΔS|=17kJ?mol –1，则下列正确的是( )
A. ΔH > 0，ΔH－TΔS < 0 B. ΔH < 0，ΔH－TΔS > 0
C. ΔH > 0，ΔH－TΔS >0 D. ΔH < 0，ΔH－TΔS < 0
『答案』A
『解析』 当此反应在某温度下自发向右进行时，ΔH－TΔS < 0，即ΔH－TΔS <－17kJ?mol –1，因此排除B、C，由于正反应方向是熵增加的反应，即ΔS > 0，故只有ΔH > 0时，才可能满足条件。
【变式训练2】已知下列反应在常温下均为非自发反应，则在高温下仍为非自发的是（）
A.Ag2O(s)＝2Ag(s)+O2(g) B.Fe2O3(s)+ C(s)＝2Fe(s)+ CO2(g)
C.N2O4(g)＝2NO2(g) D.６C(s)+6H2O(l)＝C6H12O6(s)
【例3】某反应２AB(g)C(g)+3D(g)在高温时能自发进行，其逆反应在低温下能自发进行，则该反应的ΔH、ΔS应为（）
A.ΔH < 0，ΔS > 0 B. ΔH < 0，ΔS <0
C. ΔH > 0，ΔS > 0 D. ΔH > 0，ΔS < 0
『答案』C
『解析』反应自发进行的前提是反应的ΔH－TΔS<０，与温度有关，反应温度的变化可能使ΔH－TΔS的符号发生变化。ΔH > 0，ΔS < 0，在任何温度下，ΔH－TΔS>０，反应都不能自发进行。ΔH> 0，ΔS <0，在较低温度下，ΔH－TΔS<０，即反应在降低温度时才能发生。ΔH < 0，ΔS < 0，若使反应自发进行，即ΔH－TΔS<０，必须提高温度，即反应只有在较高温度时自发进行。ΔH < 0，ΔS > 0，在任何温度时，ΔH－TΔS<０，即在任何温度下反应均能自发进行。
【变式训练3】水的三态的熵值的大小关系正确的是（ ）
A.S(s)>S(l)>S(g) B. S(l)>S(s)>S(g)
C. S(g)>S(l)>S(s) D. S(g)>S(s)>S(l)
变式训练解析及答案
【变式训练1】
【变式训练2】
答案：D
解析：在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵增大，这个原理叫做熵增原理。在用来判断过程的方向时，称为熵判断依据。对于同一种物质而言，S(g)>S(l)>S(s)。A、C都是分解反应，都是吸热反应，即ΔH>０，又是熵增反应，即ΔS > 0，因此当高温时可能有ΔH－TΔS < 0，故在高温下可自发进行，而B也是熵增反应，也是吸热反应，同A、C一样在高温下可自发进行。D是熵减小反应，温度越高，则ΔH－TΔS的值越大，因此在高温下不能自发进行。
【变式训练3】
答案：C
解析：按H2O(g)→H2O(l)→H2O(s)，水分子的排列越来越有序，水分子的运动范围越来越小，故混乱度越来越小，其熵越来越小。
■备选例题
1．吸热反应一定是（ ）
A.非自发的化学反应 B.释放能量 C.贮存能量 D.反应需要加热
【答案】C
【解析】吸热反应是一个把热能等转化为物质内部能量而被“贮存”起来的过程，B错误，C正确；吸热的自发反应是熵增加的过程，A错误；有些吸热反应在常温或低温下也可自发进行，D错误。
2. 已知温度为298 K时，反应：
CH4(g)+4CuO(s)＝CO2(g)+2H2O(l)+4Cu(s) ΔH＝－261.11 kJ?mol –1
ΔS＝129.27 J?mol –1?K –1
常温、常压下，反应能否自发进行？
500 K时反应能否自发进行？
【答案】能自发进行。
【解析】ΔH－TΔS＝－299.65 kJ?mol –1 ，能自发进行。因为ΔH < 0，ΔS > 0，在任何温度时，ΔH－TΔS<０，即在任何温度下反应均能自发进行。所以在500 K时也可自发进行。
3． 铁锈的主要成分为Fe2O3，298 K时，由单质生成Fe2O3的ΔH＝－824 kJ?mol –1 ，且ΔH－TΔS＝－742.2 kJ?mol –1，用计算说明在－150℃的空气中铁是否可能发生锈蚀？
【答案】能发生。
【解析】常温下，T＝298 K，ΔH－TΔS＝－824 kJ?mol –1－298 KΔS＝－742.2 kJ?mol –1，解得ΔS＝－274.5 J?mol –1?K –1。在－150℃时，ΔH－TΔS＝－790.2 kJ?mol –1，故反应能自发进行。
■常用教学素材
用大爆炸宇宙学来观测事实
大爆炸宇宙学是现代宇宙学中最有影响的一种学说，与其它宇宙模型相比，它能说明较多的观测事实。它的主要观点是认为我们的宇宙曾有一段从热到冷的演化史。在这个时期里，宇宙体系并不是静止的，而是在不断地膨胀，使物质密度从密到稀地演化。
这一从冷到热，从密到稀的过程如同一次规模很大的爆发。
根据大爆炸宇宙学的观点，大爆炸的整个过程是：在宇宙的早期，温度极高，在１００亿度以上。物质密度也相当大，整个宇宙体系达到平衡。宇宙间只有中子、质子、电子、光子和中微子等一些基本粒子形态的物质。但是因为整个体系在不断膨胀，结果温度很快下降。当温度降到１０亿度左右时，中子开始失去自由存在的条件，它要么发生衰变，要么与质子结合成重氢、氦等元素；化学元素就是从这一时期开始形成的。
温度进一步下降到１００万度后，早期形成化学元素的过程结束。宇宙间的物质主要是质子、电子、光子和一些比较轻的原子核。当温度降到几千度时，辐射减退，宇宙间主要是气态物质，气体逐渐凝聚成气云，再进一步形成各种各样的恒星体系，成为我们今天看到的宇宙。
大爆炸模型能统一说明以下几个观测事实：
１、大爆炸理论主张所有恒星都是在温度下降后产生的，因而任何天体的年龄都应比自温度至今天这一段时间为短，即应小于２００亿年。各种天体年龄的测量证明了这一点。
２、观测到河外天体有系统性的谱线红移，而且红移与距离大体成正比。如果用多普勒效应来解释，那么红移就是宇宙膨胀的反映。
３、在各种不同天体上，氦丰度相当大，而且大都是３０％。用恒星核反应机制不足以说明为什么又如此多的氦。而根据大爆炸理论，早期温度很高，产生氦的效率也很高，则可以说明这一事实。
４、根据宇宙膨胀速度以及氦丰度等，可以具体计算宇宙每一历史时期的温度。大爆炸理论的创始人之一伽莫夫曾预言今天的宇宙已经很冷，只有绝对温度几度。１９６５年，果然在微波波段上探测到具有热辐射谱的微波背景辐射，温度大约为３Ｋ。这一结果无论在定性上或者定量上都与大爆炸理论的预言相符。但是，在星系的起源和各向同性分布等方面，大爆炸宇宙学还存在一些未解决的困难问题。