2017-2018學(xué)年高中化學(xué)選修四課堂學(xué)案(31份)-蘇教版24

[目標(biāo)導(dǎo)航].了解熵變的概念及化學(xué)反應(yīng)的方向與化學(xué)反應(yīng)的焓變和熵變的關(guān)系。.掌握化學(xué)反應(yīng)在一定條件下能否自發(fā)進行的判斷依據(jù)。.能根據(jù)定量關(guān)系式Δ－Δ判斷化學(xué)反應(yīng)進行的方向。一、反應(yīng)焓變與反應(yīng)方向．自發(fā)過程()含義：在一定條件下，不用借助外力就可以自動進行的過程。()特點：①體系趨向于從高能狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軤顟B(tài)(體系對外部做功或者釋放熱量)；②在密閉條件下，體系有從有序自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序的傾向。()自然界中的自發(fā)過程：①自然界中的水由高處往低處流；②日常生活中，氣溫升高，冰雪自動融化；③鐵器暴露于潮濕的空氣中會生銹。．反應(yīng)焓變與反應(yīng)方向的關(guān)系()能自發(fā)進行的化學(xué)反應(yīng)多數(shù)是Δ<的反應(yīng)。()有些Δ>的反應(yīng)也能自發(fā)進行。結(jié)論：反應(yīng)焓變與反應(yīng)能否自發(fā)進行有關(guān)，但不是決定反應(yīng)能否自發(fā)進行的唯一因素。二、反應(yīng)熵變與反應(yīng)方向．熵()概念：衡量體系混亂度的物理量，其符號為，單位為·－·－。()特點：混亂度越大，體系越無序，體系的熵值就越大。()影響因素①同一物質(zhì)：(高溫)>(低溫)；()>()>()；②相同條件下的不同物質(zhì)：分子結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，熵值越大；③(混合物)>(純凈物)。．熵變()概念：生成物總熵與反應(yīng)物總熵之差。()計算式：Δ＝(生成物)－(反應(yīng)物)。()正負判斷依據(jù)①物質(zhì)由固態(tài)到液態(tài)、由液態(tài)到氣態(tài)或由固態(tài)到氣態(tài)的過程，Δ>，是熵增加的過程；②氣體體積增大的反應(yīng)，熵變通常都是Δ>，是熵增加的反應(yīng)；③氣體體積減小的反應(yīng)，熵變通常都是Δ<，是熵減小的反應(yīng)。．熵變與反應(yīng)方向()熵增加有利于反應(yīng)的自發(fā)進行。()某些熵減小的反應(yīng)在一定條件下也能自發(fā)進行。結(jié)論：反應(yīng)熵變是與反應(yīng)能否自發(fā)進行有關(guān)的一個因素，但不是唯一因素。三、焓變與熵變對反應(yīng)方向的共同影響．反應(yīng)方向的判據(jù)體系自由能變化(符號為Δ，單位為·－)綜合考慮了焓變和熵變對體系的影響，可用于化學(xué)反應(yīng)自發(fā)進行方向的判斷：Δ＝Δ－Δ。()Δ－Δ<反應(yīng)能自發(fā)進行。()Δ－Δ＝反應(yīng)達到平衡狀態(tài)。()Δ－Δ>反應(yīng)不能自發(fā)進行。．文字表述在溫度、壓強一定的條件下，自發(fā)反應(yīng)總是向Δ－Δ<的方向進行，直至達到平衡狀態(tài)。【合作探究】．Δ－Δ判據(jù)是否適于任何條件下的反應(yīng)？答案Δ－Δ判據(jù)只能用于溫度和壓強一定的條件下的反應(yīng)，不能用于其他條件下(如溫度、體積一定)的反應(yīng)。．判斷下列敘述是否正確。()反應(yīng)進行的方向與其焓變、熵變有關(guān)()()由焓判據(jù)可知放熱反應(yīng)容易進行()()由熵判據(jù)可知熵值增加的反應(yīng)是自發(fā)反應(yīng)()()Δ<的化學(xué)反應(yīng)都是自發(fā)進行的放熱反應(yīng)()()Δ>的化學(xué)反應(yīng)都是能自發(fā)進行的反應(yīng)()()用焓判據(jù)或熵判據(jù)判斷同一反應(yīng)進行的方向其結(jié)果相同()答案()√()√()×()×()×()×．下列關(guān)于焓變和熵變的說法正確的是()．化學(xué)反應(yīng)的焓變與反應(yīng)的方向有關(guān)，化學(xué)反應(yīng)的熵變與反應(yīng)的方向無關(guān)．化學(xué)反應(yīng)的焓變直接決定了化學(xué)反應(yīng)的方向，化學(xué)反應(yīng)的熵變不能決定化學(xué)反應(yīng)的方向．焓變?yōu)樨摰姆磻?yīng)都能自發(fā)進行，熵變?yōu)檎姆磻?yīng)也都能自發(fā)進行．化學(xué)反應(yīng)的焓變和熵變都不是決定化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進行的唯一因素答案解析一個反應(yīng)的Δ－Δ<則是自發(fā)的，可看出Δ和Δ都對反應(yīng)有影響，不只是由單方面決定。．用“>”或“<”填空：()溶解少量蔗糖于水中，Δ。()純碳和氧氣反應(yīng)生成()，Δ。()液態(tài)水蒸發(fā)變成水蒸氣，Δ。()()加熱分解生成()和()，Δ。答案()>()>()>()>解析()蔗糖溶于水形成溶液混亂度增大。()反應(yīng)氣體分子數(shù)增多是熵增大的過程。()液態(tài)水變?yōu)闅鈶B(tài)水，是熵值增大的過程。()反應(yīng)氣體分子數(shù)增多是熵增大的過程。一、化學(xué)反應(yīng)進行方向的判斷方法．利用化學(xué)反應(yīng)原理判斷的幾種方法()相對強酸(堿)生成相對弱酸(堿)。()氧化性強＋還原性強的物質(zhì)反應(yīng)向氧化性弱＋還原性弱的物質(zhì)的轉(zhuǎn)化。()不穩(wěn)定性物質(zhì)向穩(wěn)定性物質(zhì)的轉(zhuǎn)化。()符合復(fù)分解反應(yīng)條件下的溶液中的反應(yīng)。．用焓變和熵變判斷反應(yīng)的方向判斷一定溫度、壓強條件下反應(yīng)的方向時，應(yīng)同時考慮焓變與熵變兩個因素，用Δ＝Δ－Δ作為復(fù)合判據(jù)。在溫度、壓強一定的條件下，自發(fā)反應(yīng)總是向Δ－Δ<的方向進行，直至達到平衡狀態(tài)；若Δ－Δ＝，表明反應(yīng)已達到平衡狀態(tài)；若Δ－Δ>，表明反應(yīng)不能自發(fā)進行。關(guān)鍵提醒化學(xué)反應(yīng)進行方向的判斷方法()判據(jù)Δ－Δ只能用于溫度、壓強一定條件下的反應(yīng)，不能用于其他條件(如溫度、體積一定)下的反應(yīng)。()反應(yīng)方向與條件有關(guān)，常溫、常壓下能自發(fā)進行的反應(yīng)在其他溫度和壓強下不一定能自發(fā)進行。()判據(jù)Δ－Δ<說明在一定溫度和壓強下反應(yīng)有自發(fā)的趨勢，不能說明在該條件下能否實際發(fā)生。反應(yīng)能否發(fā)生、實現(xiàn)，還要看具體反應(yīng)條件。【例】下列反應(yīng)在任意溫度下一定能自發(fā)進行的是(填序號)。①\(,\\(電解))＋↑②()()＋()Δ＝－·－③()()＋()Δ＝＋·－④()()＋()＋()()()Δ＝－·－⑤()(，石墨)＋\()()Δ＝＋·－解析①反應(yīng)需要電解才能進行，故該反應(yīng)為非自發(fā)反應(yīng)；②Δ<，Δ>，任意溫度下都有Δ－Δ<，故該反應(yīng)任意溫度下都能自發(fā)進行；③Δ>，Δ>，在高溫下(>\(Δ,Δ))時，Δ－Δ<，反應(yīng)能自發(fā)進行，<\(Δ,Δ)時，Δ－Δ，反應(yīng)不能自發(fā)進行；④Δ<，Δ<，在低溫下(<\(Δ,Δ))時，Δ－Δ<，反應(yīng)能自發(fā)進行；⑤Δ>，Δ<，Δ－Δ>，該反應(yīng)任意溫度下都不能自發(fā)反應(yīng)。答案②變式訓(xùn)練以下自發(fā)反應(yīng)可用能量判據(jù)來解釋的是()．硝酸銨自發(fā)地溶于水．()()＋()Δ＝·－．()()()＋()Δ＝·－．()＋()()Δ＝－·－答案解析硝酸銨自發(fā)地溶于水，有趨向于最大混亂度的傾向，屬于熵判據(jù)；、二項都是吸熱反應(yīng)也都是熵增的反應(yīng)，顯然只根據(jù)焓變來判斷反應(yīng)進行的方向是不全面的。二、化學(xué)反應(yīng)的方向與Δ－Δ的關(guān)系．若Δ<、Δ>，即放熱的熵增加的反應(yīng)，所有溫度下，反應(yīng)一定能自發(fā)進行；．若Δ>、Δ<，即吸熱的熵減小的反應(yīng)，所有溫度下，反應(yīng)一定不能自發(fā)進行；．若Δ<、Δ<，即放熱和熵減小的反應(yīng)，低溫下反應(yīng)能自發(fā)進行；．若Δ>、Δ>，即吸熱和熵增加的反應(yīng)，高溫下反應(yīng)能自發(fā)進行。關(guān)鍵提醒．當(dāng)焓變和熵變的作用相反且二者大小相差懸殊時，其中的某一因素占主導(dǎo)地位；．當(dāng)焓變和熵變的作用相反且二者相差不大時，溫度對反應(yīng)方向起決定作用。例如：有些反應(yīng)常溫下不能自發(fā)進行，在高溫下能自發(fā)進行；有些反應(yīng)高溫下不能自發(fā)進行，在低溫下能自發(fā)進行?！纠恳阎淄楦艚^空氣在不同溫度下有可能發(fā)生如下兩個反應(yīng)：①()()＋()，②()()＋()。某同學(xué)為了得到用天然氣制取炭黑的允許溫度范圍和最佳溫度，在圖書館查到了如下熱力學(xué)數(shù)據(jù)：反應(yīng)①的Δ()＝＋·－，Δ()＝＋·－·－反應(yīng)②的Δ()＝＋·－，Δ()＝＋·－·－已知焓變和熵變隨溫度變化很小。請幫助這位同學(xué)思考如下問題：()判斷反應(yīng)②高溫自發(fā)還是低溫自發(fā)：(填“高溫”或“低溫”)。()通過計算判斷反應(yīng)①在常溫下能否自發(fā)進行。()求算制取炭黑的允許溫度范圍。()為了提高甲烷的碳化程度，你認為下面四個溫度中最合適的是(填字母)。．．．．解析()反應(yīng)的Δ－Δ<時才能自發(fā)進行，由于反應(yīng)②的Δ>，Δ>，所以該反應(yīng)自發(fā)進行所需要的溫度條件為>\(Δ,Δ)＝\(·－×－·－·－)≈。所以反應(yīng)②應(yīng)在高溫下才能自發(fā)進行。()反應(yīng)①在常溫下時，Δ－Δ＝·－－×－·－·－×≈·－>，所以該反應(yīng)常溫下不自發(fā)進行。()裂解為炭黑和時，Δ－Δ＝·－－×－·－·－×<，得>，即裂解為炭黑的最低溫度為。裂解為乙炔時，Δ－Δ＝·－－×－·－·－×<，得>，即溫度高于自發(fā)裂解為乙炔和氫氣。所以要制取炭黑，溫度須控制在～。()為了提高甲烷的碳化程度，應(yīng)滿足兩方面要求：①溫度應(yīng)控制在～；②溫度越高，Δ－Δ越小，越有利于自發(fā)進行。所以選用最好。答案()高溫()不能自發(fā)進行()～()變式訓(xùn)練下列說法正確的是()．在常溫下，放熱反應(yīng)一般能自發(fā)進行，吸熱反應(yīng)都不能自發(fā)進行．()()＋()＋()Δ＝＋·－，能自發(fā)進行，原因是體系有自發(fā)地向混亂度增加的傾向．因為焓變和熵變都與反應(yīng)的自發(fā)性有關(guān)，因此焓變和熵變均可以單獨作為反應(yīng)自發(fā)性的判據(jù)．在其他外界條件不變的情況下，使用催化劑，可以改變化學(xué)反應(yīng)進行的方向答案解析項錯誤，有些能使熵值增大的吸熱反應(yīng)可以自發(fā)進行；項錯誤，應(yīng)利用復(fù)合判據(jù)進行判斷；項中使用催化劑只能降低反應(yīng)的活化能，增大反應(yīng)速率，不能改變反應(yīng)的方向。．已知石墨、金剛石燃燒的熱化學(xué)方程式分別為①(石墨，)＋()()Δ＝－·－②(金剛石，)＋()()Δ＝－·－關(guān)于金剛石和石墨的相互轉(zhuǎn)化，下列說法正確的是()．石墨轉(zhuǎn)化成金剛石是自發(fā)的過程．金剛石轉(zhuǎn)化成石墨是自發(fā)的過程．石墨比金剛石能量高．金剛石比石墨穩(wěn)定答案解析由①－②得(石墨，)(金剛石，)Δ＝＋·－，根據(jù)焓判據(jù)，則說明金剛石變成石墨是自發(fā)的，正確；Δ>，說明石墨變成金剛石需吸收能量，則說明金剛石比石墨能量高，不穩(wěn)定。．對于一定不能自發(fā)進行的反應(yīng)來說，反應(yīng)后體系的()．混亂度減少，而能量增加．混亂度增大，而能量降低．混亂度減少，能量降低．混亂度增大，能量增加答案解析熵增加或焓降低有利于反應(yīng)自發(fā)進行。如果一個反應(yīng)熵減小焓增加則一定不能自發(fā)進行，是一定不能自發(fā)進行的。根據(jù)Δ－Δ<來判斷，、、都是可能自發(fā)的。．下列說法中不正確的是()．體系有序性越高，熵值就越低．自發(fā)過程可以導(dǎo)致體系的熵增大．吸熱反應(yīng)不可以自發(fā)進行．同種物質(zhì)氣態(tài)時熵值最大答案解析反應(yīng)能否自發(fā)進行，主要由自由能來決定，從公式Δ＝Δ－Δ可知Δ<(為負值)時，反應(yīng)能自發(fā)進行。如果是吸熱反應(yīng)，Δ為正值，Δ的正負取決于Δ的大小。．已知反應(yīng)()()＋()的Δ為正值，Δ為負值。設(shè)Δ和Δ不隨溫度而變，下列說法中正確的是()．低溫下能自發(fā)進行．高溫下能自發(fā)進行．低溫下不能自發(fā)進行，高溫下能自發(fā)進行．任何溫度下都不能自發(fā)進行答案解析因為Δ>，Δ<，>，故Δ－Δ>，此反應(yīng)為非自發(fā)進行的反應(yīng)。．冰融化為水的過程的焓變和熵變正確的是()．Δ>，Δ<．Δ<，Δ>．Δ>，Δ>．Δ<，Δ<答案解析冰融化為水是熵增，該過程吸熱，Δ>。[基礎(chǔ)過關(guān)]一、自發(fā)過程的判斷．下列過程是非自發(fā)的是()．水由高處向低處流．天然氣的燃燒．鐵在潮濕的空氣中生銹．室溫下液態(tài)水結(jié)成冰答案解析本題考查的是自發(fā)過程的判斷。自然界中的水由高處向低處流、天然氣的燃燒、鐵在潮濕的空氣中生銹、室溫下冰的融化都是自發(fā)過程，其逆向都是非自發(fā)的，故正確答案為。．知道了某過程有自發(fā)性之后，則()．可判斷出過程的方向．可確定過程是否一定會發(fā)生．可預(yù)測過程發(fā)生完成的快慢．可判斷過程的熱效應(yīng)答案解析判斷某反應(yīng)是否自發(fā)，只是判斷反應(yīng)的方向，與是否會發(fā)生、反應(yīng)的快慢、反應(yīng)的熱效應(yīng)無關(guān)。二、化學(xué)反應(yīng)進行的方向與焓變的關(guān)系．下列關(guān)于焓變與反應(yīng)方向的敘述中正確的是()．化學(xué)反應(yīng)的焓變與其反應(yīng)的方向無關(guān)．化學(xué)反應(yīng)的焓變直接決定了反應(yīng)的方向．反應(yīng)焓變?yōu)檎禃r不利于反應(yīng)自發(fā)進行．焓變?yōu)樨撝档姆磻?yīng)都能自發(fā)進行答案解析可逆反應(yīng)的兩個反應(yīng)其焓變的數(shù)值相等，但是符號(變化趨勢)相反，故項錯誤；焓變對反應(yīng)方向有直接影響，但不能決定反應(yīng)進行的方向，項錯誤；焓變?yōu)樨撝档姆磻?yīng)多數(shù)能自發(fā)進行，但有的也不是自發(fā)反應(yīng)，項錯誤；焓變?yōu)檎?，吸收熱量，體系能量升高，不利于反應(yīng)自發(fā)進行，項正確。．下列自發(fā)反應(yīng)可用焓判據(jù)來解釋的是()．()()＋()Δ＝＋·－．()()()＋()Δ＝＋·－．()＋()()Δ＝－·－．()()＋()Δ＝＋·－答案解析焓判據(jù)是指Δ<的反應(yīng)，一般是自發(fā)的。只有項符合題意。．碳銨()在室溫下就能自發(fā)地分解產(chǎn)生氨氣，下列有關(guān)說法中正確的是()．碳銨分解是因為生成了易揮發(fā)的氣體，使體系的熵增大．碳銨分解是因為外界給予了能量．碳銨分解是吸熱反應(yīng)，根據(jù)焓判據(jù)，不能自發(fā)分解．碳酸鹽都不穩(wěn)定，都能自發(fā)分解答案解析本題考查化學(xué)反應(yīng)進行方向的判據(jù)，放熱反應(yīng)常常是容易進行的過程，吸熱反應(yīng)有些也是自發(fā)反應(yīng)；自發(fā)反應(yīng)的熵不一定增大，可能減小，也可能不變。過程的自發(fā)性只能用于判斷過程的方向，是否能實現(xiàn)還要看具體的條件。故選。三、化學(xué)反應(yīng)進行的方向與熵變的關(guān)系．下列說法中正確的是()．凡是放熱反應(yīng)都是能自發(fā)進行的反應(yīng)，而吸熱反應(yīng)都是非自發(fā)進行的反應(yīng)．自發(fā)反應(yīng)一定是熵增加的反應(yīng)，非自發(fā)反應(yīng)一定是熵減小或不變的反應(yīng)．熵增加且放熱的反應(yīng)一定是自發(fā)反應(yīng)．非自發(fā)反應(yīng)在任何條件下都不能發(fā)生答案解析一個反應(yīng)的Δ－Δ<則是自發(fā)的，可看出Δ和Δ都對反應(yīng)有影響，不能由單方面決定，、錯誤；熵增加即Δ>，放熱反應(yīng)的Δ<，代入公式得Δ－Δ<，故是自發(fā)的，對；非自發(fā)的反應(yīng)，可以通過改變條件，使Δ、、Δ發(fā)生改變，從而使Δ－Δ<，達到自發(fā)，錯誤。．對下列過程的熵變的判斷不正確的是()．溶解少量食鹽于水中：Δ>．純碳和氧氣反應(yīng)生成()：Δ>．水蒸氣變成液態(tài)水：Δ>．()加熱分解為()和()：Δ>答案解析水蒸氣變成液態(tài)水是熵減小的過程。．℃、×?xí)r，反應(yīng)()()＋()Δ＝＋·－自發(fā)進行的原因是()．是吸熱反應(yīng)．是放熱反應(yīng)．是熵減小的反應(yīng)．熵增大效應(yīng)大于能量效應(yīng)答案解析該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，根據(jù)焓判據(jù)是不能自發(fā)進行的，說明該反應(yīng)之所以能夠自發(fā)進行是由于熵增效應(yīng)，并且熵增效應(yīng)大于能量效應(yīng)。四、復(fù)合判據(jù)的應(yīng)用．反應(yīng)()＋()()＋()在某溫度下自發(fā)向右進行，若反應(yīng)的Δ＝·－，Δ－Δ＝·－，則下列正確的是()．Δ＞，Δ－Δ＜．Δ＜，Δ－Δ＞．Δ＞，Δ－Δ＞．Δ＜，Δ－Δ＜答案解析某溫度下反應(yīng)自發(fā)向右進行，說明Δ－Δ＜，即Δ－Δ＝－·－，若Δ＝－·－，則Δ＝，不符合事實，故Δ＝·－＞，所以選項。．已知在等溫等壓條件下，化學(xué)反應(yīng)方向的判據(jù)為Δ－Δ<反應(yīng)能自發(fā)進行Δ－Δ＝反應(yīng)達到平衡狀態(tài)Δ－Δ>反應(yīng)不能自發(fā)進行設(shè)反應(yīng)＋Δ－Δ＝(－＋)·－，要防止反應(yīng)發(fā)生，溫度必須()．高于．低于．高于而低于．低于答案解析要防止反應(yīng)發(fā)生需滿足Δ－Δ>的條件，解不等式得>，故正確。[能力提升]．已知()()＋()液態(tài)的Δ＝＋·－，Δ＝＋·－·－。()請通過計算判斷此反應(yīng)在時能否自發(fā)進行。()該反應(yīng)發(fā)生的條件是。答案()Δ－Δ＝·－－××－·－·－＝·－＞，故此反應(yīng)在的溫度下不能自發(fā)進行。()℃，濃(作催化劑，脫水劑)．某化學(xué)興趣小組專門研究了氧族元素及其某些化合物的部分性質(zhì)，所查資料信息如下：①酸性：>>；②氧、硫、硒與氫氣化合越來越難，碲與氫氣不能直接化合；③由某元素的單質(zhì)生成等物質(zhì)的量的氫化物的焓變情況如圖所示。請回答下列問題：()與化合的反應(yīng)熱量(填“放出”或“吸收”)。()已知分解反應(yīng)的Δ>，請解釋為什么和不能直接化合：。()上述資料信息中能夠說明硫元素的非金屬性強于硒元素的是(填序號)。答案()放出()因為化合時Δ>，Δ<，Δ－Δ>，故反應(yīng)不能自發(fā)進行()①②③解析()由圖示可知與硫化合的反應(yīng)Δ<，故為放熱反應(yīng)。()由圖示可知與化合的反應(yīng)Δ>，分解時Δ>，則化合生成的Δ<，即Δ－Δ>，故反應(yīng)不能自發(fā)進行。．二氧化碳捕集、存儲和轉(zhuǎn)化是當(dāng)今化學(xué)研究的熱點問題之一。()用釕的配合物作催化劑，一定條件下可直接光催化分解，發(fā)生反應(yīng)：()()＋()，該反應(yīng)的Δ，Δ(填“>”、“<”或“＝”)，在低溫下，該反應(yīng)(填“能”或“不能”)自發(fā)進行。()轉(zhuǎn)化途徑之一是利用太陽能或生物質(zhì)能分解水制，然后將與轉(zhuǎn)化為甲醇或其他化學(xué)品。你認為該方法需要解決的技術(shù)問題有。．開發(fā)高效光催化劑．將光催化制取的氫氣從反應(yīng)體系中有效分離，并與發(fā)生催化轉(zhuǎn)化．二氧化碳及水資源的供應(yīng)答案()>>不能()解析該反應(yīng)是分解反應(yīng)，且燃燒時放熱，所以該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，即Δ>，因氣體的物質(zhì)的量增多，所以Δ>。Δ－Δ<時，反應(yīng)可自發(fā)進行，所以在低溫下，該反應(yīng)不能自發(fā)進行。[拓展探究]．()在冶金工業(yè)中，以作為還原劑，溫度高于時的氧化產(chǎn)物是以為主，低于時以為主。已知()()＋()，＝時，Δ－Δ＝。當(dāng)體系溫度低于時，估計Δ