2019-2020年高中化學 《化學反應的方向和限度》教案3 蘇教版選修4.doc

2019-2020年高中化學 化學反應的方向和限度教案3 蘇教版選修4【引入】：自然界中有許多現(xiàn)象是可以自發(fā)進行的，請結(jié)合自己的生活經(jīng)驗舉例說明.自然界中水總是從高處往低處流電流總是從電位高的地方向電位低的地方流動室溫下冰塊自動融化墨水擴散食鹽溶解于水火柴棒散落化學反應中鎂條燃燒、酸堿中和、鐵器暴露在潮濕空氣中生銹、甲烷和氧氣的混合氣體遇明火就燃燒、鋅與CuSO4溶液反應生成Cu和ZnSO4等，這些過程都是自發(fā)的，其逆過程就是非自發(fā)的.一、 化學反應的方向.1.自發(fā)過程：在一定條件下，不借助外部力量就能自動進行的過程.2.自發(fā)反應：在一定的條件下無需外界幫助就能自動進行的反應.【過渡】：如何判斷一個過程，一個反應能否自發(fā)進行？二、判斷化學反應方向的依據(jù).【交流與討論】：酸堿中和、鎂條燃燒等這些一定條件下能自發(fā)發(fā)生的反應有何共同特點？H < O即放熱反應放熱反應使體系能量降低，能量越低越穩(wěn)定， H < O有利于反應自發(fā)進行.1.焓判據(jù)(能量判據(jù)).體系趨向于從高能狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軤顟B(tài) （這時體系會對外做功或者釋放熱量H 0）【設問】：自發(fā)反應一定要H < O ？NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)=CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l) H= 37.30kJ/mol【結(jié)論】：H < O有利于反應自發(fā)進行，但自發(fā)反應不一定要H < O.焓變是反應能否自發(fā)進行的一個因素,但不是唯一 因素.為了解釋這樣一類與能量狀態(tài)的高低無關(guān)的過程的自發(fā)性，科學家們提出了在自然界還存在著另一種能夠推動體系變化的因素熵.2.熵判據(jù).(1).熵：體系混亂度的量度，即熵是用來描述體系的混亂度. 符號：S 單位： Jmol-1K-1 . 體系混亂度越大，熵值越大；體系混亂度越小，熵值越小.(2).熵變：反應前后體系熵的變化.同一物質(zhì)，S（g）S（l）S（s）產(chǎn)生氣體的反應、氣體物質(zhì)的物質(zhì)的量增大的反應，熵變通常都是正值（ S 0），為熵增加反應.【設問】：火柴散落、墨水擴散過程混亂度如何變化？從混亂度變化角度分析它們?yōu)槭裁纯梢宰园l(fā)？自發(fā)過程的體系趨向于由有序轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序，導致體系的熵增大，這一經(jīng)驗規(guī)律叫做熵增原理，也就是反應方向判斷的熵判據(jù).(3).熵判據(jù):混亂度越大越穩(wěn)定，S > 0 有利于反應自發(fā)進行【設問】：CaCO3(s) = CaO (s) +CO2 (g)這個反應能否自發(fā)進行？已知： H(298K)=+178.2KJmol , S(298K)=169.6Jmol-1K-1【結(jié)論】：S > O有利于反應自發(fā)進行,自發(fā)反應不一定要S > O.熵變是反應能否自發(fā)進行的一個因素,但不是唯一 因素.3.復合判據(jù)（自由能變化）. G=HT S當 G<0時，反應自發(fā)進行當 G>0時，反應不自發(fā)進行當 G=0時，平衡狀態(tài)溫度對反應自發(fā)性的情況: 類型HSHTS反應的自發(fā)性1-+永遠是任何溫度都是自發(fā)反應2+-永遠是+任何溫度下都是非自發(fā)反應3-高溫+ 低溫高溫是非自發(fā)反應低溫是自發(fā)反應4+高溫低溫+高溫是自發(fā)反應低溫是非自發(fā)反應【注意點】：(1).反應的自發(fā)性只能用于判斷反應發(fā)生的方向，不能確定反應是否一定會發(fā)生和反應發(fā)生的速率.如涂有防銹漆和未涂防銹漆的鋼制器件，其發(fā)生腐蝕過程的自發(fā)性是相同的，但只有后者可以實現(xiàn).(2).在討論過程的方向時，指的是沒有外界干擾時體系的性質(zhì).如果允許外界對體系施加某種作用，就可能出現(xiàn)相反的結(jié)果.如水泵可以把水從低水位升至高水位；高溫高壓石墨轉(zhuǎn)化為金剛石的例子，實現(xiàn)后者的先決條件是要向體系中輸入能量，該過程的本質(zhì)仍然是非自發(fā)性的.完成P42表25.【課堂練習】：1.下列過程是非自發(fā)的是 D A.水由高處向低處流 B.天然氣的燃燒 C.鐵在潮濕空氣中生銹 D.室溫下水結(jié)成冰2.碳酸銨（NH4）2CO3在室溫下就能自發(fā)地分解產(chǎn)生氨氣，對其說法中正確的是 A A.其分解是因為生成了易揮發(fā)的氣體，使體系的熵增大 B.其分解是因為外界給予了能量 C.其分解是吸熱反應，據(jù)能量判據(jù)不能自發(fā)分解 D.碳酸鹽都不穩(wěn)定，都能自發(fā)分解3.下列說法正確的是 C A.凡是放熱反應都是自發(fā)的，由于吸熱反應都是非自發(fā)的 B.自發(fā)反應一定是熵增大，非自發(fā)反應一定是熵減少或不變 C.自發(fā)反應在恰當條件下才能實現(xiàn) D.自發(fā)反應在任何條件下都能實現(xiàn)4.自發(fā)進行的反應一定是 D A.吸熱反應 B.放熱反應 C.熵增加反應 D.熵增加或者放熱反應第二課時 化學平衡狀態(tài) 化學平衡常數(shù)一、化學平衡的建立1可逆反應：在相同條件下同時能向正反應方向和逆反應方向進行的反應。電解點燃 注：相同條件下的反應。如：2 H2 + O2 = 2 H2O，2 H2 + O2 = 2 H2O（非可逆）有氣體參加的必須在密閉容器中如：敞口容器：CaCO3 = CaO + CO2 不可逆 密閉容器：CaCO3 CaO + CO2 可逆同時具有正反應速率、逆反應速率。2化學平衡催化劑高溫引言：初中溶解平衡書P43 CO + H2O CO2 + H2分析：反應剛開始時，反應物和生成物的濃度如何變化？V正、V逆變化？molt生成物反應物V逆V正V正=V逆達到平衡vt隨反應的進行，反應物和生成物的濃度如何變化？V正、V逆變化？當V正 = V逆時，反應物的濃度和生成物的濃度是否再變化？1定義：化學平衡狀態(tài)是指在一定條件下的可逆反應里，正反應和逆反應速率相等，反應混合物中各組分的濃度保持不變的狀態(tài)。注：化學平衡的特征：動、等、定、變A反應平衡時，V正 = V逆0，是動態(tài)平衡。V正 = V逆是指同一個特定的物質(zhì)的正、反速率。B反應混合物中，各物質(zhì)的濃度不再改變，百分含量保持不變。但平衡時，各物質(zhì)的濃度不一定相等。C外界條件變化時，原有平衡被破壞，出現(xiàn)新的平衡。提問：1某化學反應達到平衡時反應物的濃度等于生成物的濃度，是否正確？2化學反應達到平衡時，反應停止了，所以各物質(zhì)的百分含量保持不變。這句話 對嗎？例1：二氧化氮在加熱條件下能夠分解成一氧化氮和氧氣。該反應進行到35 s時，達到平衡（NO2濃度約為0.010）。圖中曲線表示二氧化氮分解反應在前20 s內(nèi)的反應進程。、若反應延續(xù)至60 s，請在圖中用實線接著畫出20 s60 s的反應進程曲線。、若在反應開始時加入催化劑（其他條件都不變），請在圖上用虛線畫出加入催化劑后的反應進程曲線。時間/s102030405060濃度0.0100.0200.030時間/s102030405060濃度0.0100.0200.030 2化學平衡的判斷直接標志：AV正 = V逆B各組分的m、n不變。C通過含量：各組分的質(zhì)量分數(shù)、物質(zhì)的量分數(shù)、（恒溫、衡壓下）氣體的體積分數(shù)不變。D通過濃度：各組分的濃度不變。間接標志：A通過總量：前提：氣體反應0時。體系的n（總）、p（總）、v（總）不變。 B通過復合量：、不變。 C其他：如平衡體系顏色不變（實際是有色物濃度不變）例：1在一定溫度下，可逆反應4A(氣)5B(氣) 4C(氣)6D(氣)達到平衡的標志是（ D ） A單位時間內(nèi)消耗n mol的A，同時生成 n mol的CB單位時間內(nèi)消耗4n mol的A，同時生成 5n mol的BCA、B、C、D的分子數(shù)之比為4546D容器的總壓強不隨時間而變化2在一定溫度下，可逆反應A2（g）+ B2（g） 2AB（g）達到平衡的標志是（ C ）A容器的總壓強不隨時間而變化。B單位時間內(nèi)有n mol A2生成同時就有n mol B2生成。C單位時間內(nèi)有n mol A2生成同時就有2n mol AB生成。D單位時間內(nèi)有n mol B2發(fā)生反應同時就有n mol AB分解。3下列哪種說法可以證明反應N2 + 3 H2 2 NH3 已達平衡狀態(tài)（ AD ）A一個N N健斷裂的同時，有三個H H健形成。B一個N N健斷裂的同時，有三個H H健斷裂。C一個N N健斷裂的同時，有六個N H健形成。D一個N N健斷裂的同時，有三個H H健斷裂。4H2 (氣)+ I2 (氣) 2HI(氣)已經(jīng)達到平衡狀態(tài)的標志是（ ） c(H2)c(I2) c(HI) c(H2)c(I2) c(HI)112 c(H2)、c(I2)、c(HI)不再隨時間而改變 單位時間內(nèi)生成n molH2的同時生成2n mol HI 單位時間內(nèi)生成n molH2的同時生成n mol I2 反應速率v(H2)=v(I2)=v(HI) 一個HH鍵斷裂的同時有兩個HI鍵斷裂 溫度和體積一定時，容器內(nèi)壓強不再變化 溫度和體積一定時，混合氣體的顏色不再變化 溫度和壓強一定時，混合氣體的密度不再變化(11) 條件一定，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再變化5常溫下，將A molNO2置于一體積可變的密閉容器中，保持壓強恒定，發(fā)生反應2NO2(氣) N2O4(氣)，達到平衡后，測得混合氣體對氫氣的相對密度為28.75，求NO2的轉(zhuǎn)化率。解析：巧解，差量法 設原有NO21mol2NO2 N2O4 n 2 mol 1 mol x 1 mol x0.4 mol 40二、化學平衡常數(shù)數(shù)據(jù)分析：書P44表26定義：對反應m A + n B p C + q D平衡常數(shù)K = 注：1任一可逆反應K僅與溫度有關(guān)，與濃度無關(guān)。即溫度不變則K定值。 2K意義：表示反應的程度，K越大,反應進行的程度越大。即原料轉(zhuǎn)化率越大。 3K與反應的起始方向無關(guān)，通過反應常數(shù)K與平衡常數(shù)的比較，可判定反應 方向。 反應狀態(tài)KK 平衡狀態(tài)K> K 向逆反應方向進行K< K 向正反應方向進行 4反應中有固體和純液體的，其濃度不隨反應而變化，因此其濃度不計算在表達式中。 如：CaCO3（s） CaO（s） + CO2（g） K = c(CO2 ) CO2（g）+ H2（g） CO（g）+ H2O（l） K = 5稀溶液中反應物有水參加，水的濃度也不計算在內(nèi)。 如：Cr2O72 + H2O 2 CrO42 + 2 H K = 6對同一個化學反應，不同的化學方程式對應不同的平衡常數(shù)關(guān)系及平衡常數(shù)。 如：N2O4（g） 2 NO2（g） K = N2O4（g） NO2（g） K = 7對于氣體反應，可以用平衡時物質(zhì)的量濃度表示，也可以用平衡時氣體的分壓表示。 N2O4（g） 2 NO2（g） K = 例：1在某溫度下，可逆反應m A + n B p C + q D的平衡常數(shù)為K，下列說法正確 的是（ AD ）AK越大，達到平衡時，反應進行的程度越大。BK越小，達到平衡時，反應物的轉(zhuǎn)化率越大。CK隨反應物濃度的改變而改變。DK隨溫度的改變而改變。EK越大，反應的速率越大。2現(xiàn)由可逆反應CO(氣)+H2O (氣) CO2(氣) +H2(氣)H，在850時，K1。 若溫度升高至950，反應達到平衡時，K_<_1（<、>、）解析：K值越大表示反應越易向正反應方向進行，升溫反應逆反應方向移動即不易向正反應方向進行。 850時在固定容積的密閉容器中放入混合物，起始濃度c(CO)=0.01mol/L，c(H2O) (氣) =0.03mol/L， c(CO2) =0.01mol/L， c(H2) =0.05mol/L。則反應開始時，H2O (氣)的消耗速率比生成速率_小_（大、小、不確定）解析：反應常數(shù)K>1，即反應要向K1的方向進行只能使分子減小、分母增大即向逆反應進行。 850時，若將中H2O起始濃度增加到0.1mol/L，則反應向（填正反應、逆反應）_方向進行；達到平衡時(CO)_。解析：反應常數(shù)K<1正反應方向進行溫度不變即K不變 CO(氣) + H2O (氣) = CO2(氣) + H2(氣) 起始濃度 0.01 0.1 0.01 0.05變化濃度 x x x x平衡濃度(0.01x) (0.1x) (0.01x) (0.05x) K=1= 得(CO) 保持容器溫度、體積不變，若在容器中充入適量的H2，則重新達到平衡時，CO的反應速率比充H2之前_增大_（大、小、不確定）理由是什么？解析：增大任一反應物或生成物的濃度，化學反應速率都增大。v(NH3)t1234511678910mvm(p為常數(shù))3在一定條件下，氨氣和氮氧化物（NOn）能發(fā)生氧化還原反應。將一定量的氨氣和氮氧化物充入一真空的恒容密閉容器中，保持溫度不變，使反應達到平衡。 配平化學方程式NH3(氣)NOn(氣) N2(氣)H2O(氣)解析：4nNH3(氣)6NOn(氣) (2n+3)N2(氣)6nH2O(氣) 分析氨氣的反應速率v與時間t的關(guān)系如圖所示，已知：m0.22mol/(Lmin)，p250。反應中氨氣的瞬時速率與氨氣的存留濃度的關(guān)系為vc(NH3)=16(數(shù)據(jù))。在下表中填入v和c(NH3)。t minv(NH3) mol/(Lmin)c(NH3) mol/L00.225平衡時解析：由圖可知，該反應在t9 min時達到平衡。另外由 速率時間關(guān)系vm=知v = m；又氨氣的瞬時速率與氨氣的存留濃度的關(guān)系為vc(NH3)=16。聯(lián)立求解。t minv(NH3) mol/(Lmin)c(NH3) mol/L00.221.3250.171.02平衡時0.0580.34 若起始時混合氣體總濃度為2.5mol/L，在恒溫恒容條件下達到平衡時，測得壓強是反應前的1.28倍，則NOn中的n是多少？解析：由可知：t0，c(NH3)= 1.32 mol/L；達到平衡時，t9min，c(NH3)= 0.34 mol/L。若取定容器體積為1L，則參加反應的氨氣的物質(zhì)的量是0.98mol。又根據(jù)反應4nNH3(氣)6NOn(氣)(2n+3)N2(氣)6nH2O(氣) n4n3，知每有4n molNH3參加反應，混合氣體的物質(zhì)的量就減少（4n3）mol，因此，得4n(4n3)0.98mol(0.282.5mol) n2.625（n也可由定義求出 n2=3.2 mol n3.2mol2.5mol0.7mol）