课堂新坐标教师用书高中化学 专题2 第二单元 化学反应的方向和限度教学设计 苏教版选修4.docx
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课堂新坐标教师用书高中化学专题2第二单元化学反应的方向和限度教学设计苏教版选修4
第二单元 化学反应的方向和限度
第一课时 化学反应的方向
(教师用书独具)
●课标要求
能用焓变和熵变说明化学反应的方向。
●课标解读
1.知道自发过程和自发反应的主要特点。
2.知道焓判据、熵判据的含义,会用焓变和熵变判断反应进行的方向。
●教学地位
本课时重点介绍了决定化学反应进行的方向的因素不是由单一的焓变、熵变因素决定,而是由焓变、熵变共同决定,教材对知识点要求不高,只是了解。
(教师用书独具)
●新课导入建议
自然界中有许多自然发生的现象,如美丽的瀑布总是从高处奔流而下,美丽的雪花会在温度回升的日子里自然融化。
美丽的瀑布
而物质间的化学反应有些是能自然进行的(如酸碱中和反应),有些却不能自然反应(如Ag与盐酸的反应),那什么样的反应才能自动发生呢?
通过本课时的学习,相信你会找到答案。
●教学流程设计
课前预习安排:
1.看教材P42填写[课前自主导学]中的“一,自发过程和自发反应”
并完成[思考交流1],看教材P43-45,填写[课前自主导学]中的“焓变、熵变对化学反应的影响”
并完成[思考交流2]
2.建议方式:
同学之间可以进行讨论交流⇒步骤1:
导入新导入新课,本课时教学地位分析⇒步骤2:
建议对[思考交流]1、2多提问几个学生,使80%以上的学生都能掌握该内容,以利于下一步对该重点知识的探究
⇓
步骤5:
在老师指导下由学生自主完成[变式训练1]和[当堂双基达标]中的4题,验证学生对探究点的理解掌握情况。
⇐步骤4:
教师通过[例1]和教材P42的讲解对探究1中的“自发过程与自发反应的特点”进行总结。
⇐步骤3:
师生互动完成探究1“自发过程与自发反应”。
互动方式:
可利用[问题导思]所设置的问题,由浅入深进行师生互动。
建议除例1外,再变换一下命题角度,设置一些备选例题以拓展学生的思路。
⇓
步骤6:
师生互动完成探究2“熵增减的判断方法”。
互动方式:
可利用[问题导思]所设置的问题,由浅入深进行师生互动。
⇒步骤7:
教师通过[例2]和教材P44的讲解对探究2中的“熵增减的简易判断方法”进行总结。
⇒步骤8:
在老师指导下由学生自主完成[变式训练2]和[当堂双基达标]中的3、5、8题,验证学生对探究点的理解掌握情况。
⇒步骤9:
师生互动完成探究3“用反应焓变和熵变判断反应方向”。
互动方式:
可利用[问题导思]所设置的问题,师生互动。
可使用“教师备课资源”为您提供的备选例题拓展学生的思路。
⇓
步骤11:
在老师指导下由学生自主完成[变式训练3]和[当堂双基达标]中的1、2、6、7、9、10题,验证学生对探究点的理解掌握情况。
⇐步骤10:
教师通过[例3]和教材P45的讲解对探究3中的“判断反应能否自发进行的依据”进行总结。
课 标 解 读
重 点 难 点
1.了解熵的基本含义及能量判据和熵判据的基本内容。
2.能说出化学反应的焓变与熵变对反应进行方向的影响。
1.了解自发反应与非自发反应的含义。
(重点)
2.熵的基本含义及能量判据和熵判据的基本内容。
(重难点)
3.能依据化学反应的焓变与熵变判断反应进行的方向。
(重难点)
(对应学生用书第1页)
自发过程和自发反应
1.定义
在一定条件下,不用借助外力就可以自动进行的过程。
2.特点:
由能量较高状态向能量较低状态转化。
3.自发反应
在一定温度和压强下,无需外界帮助就能自发进行的反应。
1.自发反应一定能发生反应,而非自发反应一定不能发生反应吗?
【答案】 自发反应、非自发反应是指该反应过程是否有自发进行的倾向,而这个过程是否一定会发生则不能确定。
如Cu+H2SO4===CuSO4+H2↑为非自发反应,但在通电的条件下也可发生。
焓变与化学反应方向的关系
1.放热反应:
绝大多数都能自发进行,且反应放出的热量越多,体系能量降低得越多,反应越完全。
2.吸热反应:
有些也能自发进行。
3.结论:
反应的焓变是制约化学反应能否自发进行的因素之一。
熵变与化学反应方向的关系
1.熵:
衡量一个体系混乱度的物理量,符号为S。
体系中微粒之间无规则排列的程度越大,体系的熵越大。
2.熵变:
反应前后体系熵的变化,符号为ΔS。
(1)若发生变化后体系的混乱度增大,该过程的ΔS>0;反之,ΔS<0。
(2)同种物质,三态熵值大小顺序为S(g)>S(l)>S(s)。
3.熵变与化学反应方向的关系
化学反应的ΔS越大,越有
利于反应自发进行。
焓变与熵变对化学反应方向的共同影响
体系能量降低和混乱度增大都有促使反应自发进行的倾向。
判断反应的自发性必须综合考虑反应的焓变和熵变。
在恒温、恒压时,
1.ΔH<0,ΔS>0,则反应一定能自发进行;
2.ΔH>0,ΔS<0,则反应一定不能自发进行;
3.ΔH<0,ΔS<0或ΔH>0,ΔS>0,反应可能自发进行,也可能不自发进行,与反应的温度有关。
2.H2的燃烧是自发反应吗?
该过程体系的能量和熵如何变化,说明什么问题?
【答案】 H2的燃烧属自发反应,该过程放出热量,体系能量降低,但熵减小,说明判断一定反应进行的方向要综合考虑焓判据和熵判据。
(对应学生用书第2页)
自发过程与自发反应
【问题导思】
①生活中有哪些常见的自发过程和自发反应?
【答案】 见下述1。
②非自发过程要想发生需要什么?
【答案】 必须对它做功。
1.常见的自发过程和自发反应
(1)自然界中水总是从高处往低处流;
(2)电流总是从电位高的地方向电位低的地方流动;
(3)室温下冰块自动融化;
(4)铁器暴露在潮湿空气中会生锈;
(5)甲烷与氧气混合遇火就燃烧;
(6)锌与CuSO4溶液会自动反应生成Cu和ZnSO4等都是自发过程,其逆向都是非自发过程。
2.自发过程和自发反应可被利用来完成有用功。
如向下流动的水可推动机器,甲烷燃烧可在内燃机中被利用来做功,锌与CuSO4溶液的反应可被设计成原电池,可将氢气燃烧反应设计成燃料电池等。
3.非自发过程要想发生,则必须对它做功,如利用水泵可将水从低处流向高处,通电可将水分解生成氢气和氧气。
如果一个反应或过程在某个方向上是自发的,而其逆方向在该条件下肯定不是自发进行的。
下列说法中正确的是( )
A.能自发进行的反应一定能迅速发生反应
B.非自发进行的反应一定不可能发生反应
C.能自发进行的反应实际可能没有发生反应
D.常温下,2H2O
2H2↑+O2↑,即常温下水的分解反应是自发反应
【解析】 能自发进行的反应不一定迅速反应,如铁的生锈,所以A不正确;非自发不含有“不可能”之意,例如:
水的分解在常温常压下是非自发的,但在通直流电条件下,电解生成氢气和氧气,只不过消耗了其他功,所以选项B错误;水在常温常压下电解才发生分解,即环境对它做功才能使它发生,所以是非自发反应,D不正确。
【答案】 C
自发反应与非自发反应的最大区别是否需外界对其做功。
1.(双选)常温下下列反应是自发反应的是( )
A.水分解为氢气和氧气
B.氯气和溴化钾溶液反应
C.乙烯与溴水的反应
D.光合作用
【解析】 H2O分解为H2和O2、光合作用分别需要电能、光能对其做功,是非自发反应。
而Cl2和KBr的反应和CH2===CH2与溴水的反应不需外界对其做功,就能自动发生反应,属自发反应。
【答案】 BC
熵变的判断方法
【问题导思】
①同一物质不同状态下的熵有什么变化规律?
【答案】 S(g)>S(l)>S(s)
②对于确定的化学反应,怎样简单地确定熵变规律?
【答案】 反应前后气体物质的量增大的反应为熵增加的反应,反之为熵减小的反应。
1.同一物质,在气态时熵值最大,液态时次之,固态时最小,即S(g)>S(l)>S(s),如水为固态冰时混乱度较小,S(s)很小;为液态水时混乱度较大,S(l)较大;为气态时混乱度最大,S(g)最大。
2.固体的溶解过程、墨水扩散过程和气体的扩散过程,都是体系混乱度增大的过程,即熵增加的过程。
3.反应的熵变ΔS为反应产物总熵与反应物总熵之差。
对于确定的化学反应,在一定条件下具有确定的熵变。
4.反应前后气体物质的量增大的反应,熵变通常都是正值,为熵增加反应。
下列反应中熵值减小的是( )
A.2CO(g)===CO2(g)+C(s)
B.C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g)
C.(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)+NH3(g)
D.2HI(g)===H2(g)+I2(g)
【解析】 反应中熵值增大还是减小,关键看反应前后气体总物质的量增减。
【答案】 A
2.下列反应既是吸热反应又是熵增反应的是( )
A.4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)===4Fe(OH)3(s)
B.NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)===CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l)
C.2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)
D.2Al(s)+Fe2O3(s)===Al2O3(s)+2Fe(s)
【解析】 吸热反应且能自发进行,必定是熵增反应,A、C反应物有气体,生成物为固体和液体,明显熵减,D为放热反应,应选B。
【答案】 B
用反应焓变和熵变判断反应方向
【问题导思】
①如何利用焓变和熵变判断反应方向?
【答案】 必须综合考虑反应的焓变和熵变。
②化学反应能否自发进行的判据是什么?
【答案】 反应方向的判据为ΔH-TΔS。
体系能量降低和混乱度增大都有促使反应自发进行的倾向。
因此,要正确判断一个化学反应是否能自发进行,必须综合考虑反应的焓变(ΔH)和熵变(ΔS)。
1.化学反应自发进行的判断依据
在等温、等压条件下,化学反应的方向是由反应的焓变和熵变共同决定的,若简单地只用其中一个判据判断同一个反应,可能会出现相反的结果。
2.反应方向的判据为ΔH-TΔS
ΔH-TΔS<0 反应能自发进行
ΔH-TΔS=0 反应达到平衡状态
ΔH-TΔS>0 反应不能自发进行
可以用下列象限法进行判断:
(如图)
1.反应的自发性与反应条件有关,不能随意将常温、常压下的结论用于其他温度、压强等。
2.只能判断反应的方向,但反应能否发生及反应进行的快慢及限度等不能因此而确定。
(双选)对于化学反应方向的确定,下列说法正确的是( )
A.在温度、压强一定的条件下,焓因素和熵因素共同决定一个化学反应的方向
B.温度、压强一定时,放热的熵增加的反应一定能自发进行
C.反应焓变是决定反应能否自发进行的唯一因素
D.固体的溶解过程主要与焓变有关
【解析】 反应能否自发进行,是由ΔH-TΔS决定的,当它小于0时,反应能自发进行,大于0时反应不能自发进行;即化学反应的方向由ΔH、T、ΔS三个因素共同决定;而固体的溶解过程是熵增加的过程,主要与熵变有关。
【答案】 AB
3.下列说法正确的是( )
A.同温同压下,H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g)在光照和点燃的条件下ΔH不同
B.常温下,反应CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g)不能自发进行,则该反应的ΔH>0
C.某反应低温条件下能够自发进行,则高温条件下一定能够自发进行
D.KNO3溶于水的过程熵值减小
【解析】 同温同压下,一个化学反应的焓变与反应条件和过程无关,A不正确;CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g)此反应有气体生成,所以是一个熵增加的化学反应,熵增加有利于自发进行,而此反应不能自发进行,主要由另一因素焓变决定的,故ΔH肯定大于0,B正确;对于ΔH<0,ΔS<0的反应低温条件下能够自发进行,但在高温条件下不一定能自发进行,C错;固体物质溶于水的过程微粒混乱度增加,即熵值增加,D错。
【答案】 B
【教师备课资源】
中学化学反应方向的判断方法
1.由不稳定物质向稳定物质转变
2NaHCO3
Na2CO3+CO2↑+H2O,稳定性:
Na2CO3>NaHCO3。
2.离子反应中,对于复分解反应,一般是由易电离的物质向难电离的物质转变,即向离子浓度减小的方向转变
(1)由溶解度大的物质向溶解度小的物质转变
如:
Na2SO4+CaCl2===CaSO4↓(微溶)+2NaCl,CaSO4+Na2CO3===CaCO3↓+Na2SO4,所以溶解性:
CaCl2>CaSO4>CaCO3。
(2)由相对强酸(碱)向相对弱酸(碱)转变
如:
2CH3COOH+Na2CO3===2CH3COONa+CO2↑+H2O,Na2SiO3+CO2+H2O===H2SiO3↓+Na2CO3
所以酸性强弱:
CH3COOH>H2CO3>H2SiO3。
3.由难挥发(高沸点)性物质向易挥发(低沸点)性物质转变
(1)由难挥发性酸向挥发性酸转变
如:
NaCl+H2SO4(浓)
NaHSO4+HCl↑
(2)由难挥发性酸酐向挥发性酸酐转变
如:
CaCO3+SiO2
CaSiO3+CO2↑
(3)由高沸点金属向低沸点金属转变
如:
2RbCl+Mg
MgCl2+2Rb↑。
4.由氧化性(还原性)强的物质向氧化性(还原性)弱的物质转变
如:
2FeCl3+2KI===2FeCl2+2KCl+I2,2FeCl2+Cl2===2FeCl3;氧化性:
Cl2>FeCl3>I2
5.用焓变和熵变判断反应的方向
在温度、压强一定的条件下,自发反应总是向ΔH-TΔS<0的方向进行,直到达到平衡状态。
当ΔH-TΔS=0时,反应达到平衡;当ΔH-TΔS>0时,反应不能自发进行。
高温时空气中的N2和O2会反应生成NO而污染大气:
N2(g)+O2(g)===2NO(g)。
试通过计算说明在1200℃的条件下,此反应能否正向自发进行?
估算自发进行的最低温度是多少?
已知:
该反应的ΔH=180.50kJ·mol-1;
ΔS=24.77J·mol-1·K-1
【解析】 1200℃时,该反应的ΔH-TΔS=180.50kJ·mol-1-(1200+273)K×24.77J·mol-1·K-1×10-3kJ·J-1=144.01kJ·mol-1>0,故该温度下反应不能正向自发进行。
ΔH-TΔS<0时反应能自发进行,故有T>ΔH/ΔS=
=7287K,即此反应自发进行的最低温度为7287K。
【答案】 1200℃不能自发进行;自发进行的最低温度是7287K。
化学反应
的方向化学反应进
行的类型自发
反应特点实例非自发
反应化学反应方
向的判据焓判据熵判据
1.下列关于焓变与反应方向的叙述中正确的是( )
A.化学反应的焓变与其反应的方向无关
B.化学反应的焓变直接决定了反应的方向
C.反应焓变为正值时不利于反应自发进行
D.焓变为负值的反应都能自发进行
【解析】 可逆反应的两个反应其焓变的数值相等,但是符号(变化趋势)相反,故A项错误;焓变对反应方向有直接影响,但不能决定反应进行的方向,B项错误;焓变为负值的反应多数能自发进行,但有的也不是自发反应,D项错误;焓变为正值,其内能增加,体系能量升高,不利于反应自发进行,C项正确。
【答案】 C
2.以下说法正确的是( )
A.所有自发进行的化学反应是熵增加的反应
B.熵增加的反应都是自发反应
C.由熵判据可以直接决定反应方向
D.熵变是决定反应是否可以自发进行的其中一个因素
【解析】 熵增加有利于反应自发进行,有些熵减小的反应在一定条件下也可以自发进行,所以A、B错;反应熵变是反应能否自发进行的一个因素,但不是唯一因素,所以C错,D对。
【答案】 D
3.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) ΔH=185.57kJ·mol-1,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,因此焓变和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
【解析】 A项错误,有些能使熵值增大的吸热反应可以自发进行;C项错误,应利用复合判据进行判断;D项中使用催化剂只能降低反应的活化能,增大反应速率,不能改变反应的方向。
【答案】 B
4.下列关于自发反应的叙述中,正确的是( )
A.自发反应是无需外界帮助就能自发进行的反应
B.在自然界中不需要任何条件就能自发进行的反应是不存在的
C.在通常状况下,冰能自动融化,所以它是自发反应
D.所有能发生的化学反应都是自发反应
【解析】 本题主要考查了自发反应的概念。
自发是有条件的,通常所说的自发反应是指在一定条件下能自发进行的反应,如物质的燃烧是自发反应,但需要点燃等条件,所以A是错误的,B是正确的;自发反应讨论的是化学变化,但冰融化是物理变化,C是错误的;能发生化学反应,说明在反应发生的条件下,该反应是自发的,但在其他条件下却不一定是自发的,如在高温下,石灰石能自发分解,生成二氧化碳和生石灰,但在常温下该反应就不是自发反应,D是错误的。
故正确答案为B。
【答案】 B
5.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)。
由此可知,下列说法中正确的是( )
A.该反应是熵增大的反应
B.该反应不能自发进行,因此需要合适的催化剂
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.该反应常温下能自发进行,因为正反应是吸热反应
【解析】 只使用催化剂便可使尾气发生转化,故此反应能自发进行;因反应是气体物质的量减小的反应,故熵减小;因熵减小不利于反应自发,故自发进行的原因是反应放热。
【答案】 C
6.下列内容与结论相对应的是( )
选项
内容
结论
A
H2O(g)变成H2O(l)
ΔS>0
B
硝酸铵溶于水可自发进行
因为ΔS>0
C
一个反应的ΔH>0,ΔS>0
反应一定不
自发进行
D
H2(g)+F2(g)===2HF(g)
ΔH=-271kJ·mol-1
ΔS=+8J·mol-1·K-1
反应在任意外界
条件下均可自发
进行
【解析】 本题综合考查熵变及熵变、焓变对反应方向的影响,解题时应明确其相互关系,再逐项判断。
物质由气态变为液态,混乱度减小,即ΔS<0,故A错;NH4NO3溶于水是吸热的熵增加过程,正是因为ΔS>0,使此过程可自发进行,B正确;ΔH>0,ΔS>0时对照ΔH-TΔS可知,在高温时ΔH-TΔS<0,即高温能自发进行,故C错;ΔH-TΔS只能用于一定温度、一定压强条件下判断反应方向,故D错。
【答案】 B
7.某化学反应其ΔH=122kJ/mol,ΔS=231J/(mol·K),则此反应在下列哪种情况下可自发进行( )
A.在任何温度下都能自发进行
B.在任何温度下都不能自发进行
C.仅在高温下自发进行
D.仅在低温下自发进行
【解析】 当ΔH-TΔS<0时反应可以自发进行,由于该反应的ΔH、ΔS均为正值,则只有在高温时ΔH-TΔS才有可能为负值,反应才可能自发进行,故选C。
【答案】 C
8.判断下列反应的熵值的变化,在每小题后面的横线上填上“增大”、“减小”或“无明显变化”。
(1)2H2(g)+O2(g)
2H2O(l)___________________。
(2)H2(g)+Cl2(g)
2HCl(g)_____________________。
(3)(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)+NH3(g)________。
(4)Cu(s)+Cl2(g)
CuCl2(s)__________________。
【解析】 体系混乱度增加的反应为熵增的反应,判定一个反应熵变化的简易方法是观察反应前后气体物质化学计量数和的变化,即反应后气体化学计量数增大的反应为熵增的反应。
【答案】
(1)减小
(2)无明显变化 (3)增大
(4)减小
9.有A、B、C、D四个反应:
反应
A
B
C
D
ΔH/kJ·mol-1
+10.5
+1.80
-126
-11.7
ΔS/J·mol-1·K-1
30.0
-113.0
84.0
-105.0
则在任何温度下都能自发进行的反应是________;任何温度下都不能自发进行的反应是________;另两个反应中,在温度高于________℃时可自发进行的反应是________;在温度低于________℃时可自发进行的反应是________。
【解析】 解题时明确ΔH、ΔS与反应方向的关系。
放热的熵增反应在任何温度下都能自发进行,吸热的熵减反应在任何温度下都不能自发进行。
放热的熵减反应在低温下能自发进行,吸热的熵增反应在高温下可以自发进行,具体温度可以根据ΔH-TΔS=0计算出来。
故C在任何温度下均自发进行,B在任何温度下均不能自发进行。
对于A反应ΔH-TΔS=+10.5kJ·mol-1-T×30.0×10-3kJ·mol-1·K-1=0,故T=350K,即t=77℃;对于D反应ΔH-TΔS=-11.7kJ·mol-1-T×(-105.0)×10-3kJ·mol-1·K-1=0,故T=111.4K,即t=-161.6℃。
【答案】 C B 77 A -161.6 D第二课时 化学平衡状态
(教师用书独具)
●课标要求
描述化学平衡建立的过程。
●课标解读
1.学会用语言从速率的角度描述化学平衡的建立过程,增强形象思维能力。
2.理解化学平衡的特征并掌握化学平衡状态的判定方法。
●教学地位
学习化学平衡的过程,既可以加深对化学反应速率的理解,也为今后学习影响化学平衡的因素、电离平衡、水解平衡奠定基础,起着承上启下的作用,其中化学平衡状态判定方法是高考的命题热点。
(教师用书独具)
●新课导入建议
高炉炼铁中Fe2O3+3CO
2Fe+3CO2是一个可逆反应。
在19世纪后期,人们发现炼铁高炉所排出的高炉气中含有相当量的CO,有的工程师认为,这是由CO和铁矿石的接触时间不够长所造成的,于是在英国耗巨资建造了一个高大的炼铁高炉,以增加CO和铁矿石的接触时间。
可是后来发现,用这个高炉炼铁,所排出的高炉气中CO的含量并没有减少。
你知道这是为什么吗?
相信在本课时的学习中,你将能找到答案。
炼铁高炉
●教学流程设计
课前预习安排:
1.看教材P46填写[课前自主导学]中的“一,可逆反应”
并完成[思考交流1],看教材P47,填写[课前自主导学]中的“二,化学平衡状态”
并完成[思考交流2]
2.建议方式:
同学之间可以进行讨论交流⇒步骤1:
导入新导入新课,本课时教学地位分析⇒步骤2:
建议对[思考交流]1、2多提问几个学生,使80%以上的学生都能掌握该内容,以利于下一步对该重点知识的探究
⇓
步骤5:
在老师指导下由学生自主完成[变式训练1]和[当堂双基达标]中的1、2题,验证学生对探究点的理解掌握情况。
⇐步骤4:
教师通过[例1]和教材P46的讲解对探究1中的“可逆反应的特点”进行总结。
⇐步骤3:
师生互动完成探究1“正确理解可逆反应”。
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- 课堂新坐标教师用书高中化学 专题2 第二单元 化学反应的方向和限度教学设计 苏教版选修4 课堂 坐标 教师 高中化学 专题 第二 单元 化学反应 方向 限度 教学 设计 苏教版 选修