高中化学鲁科版 (2019)选择性必修1第1节 化学反应的方向导学案及答案
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1.能书写平衡常数表达式,能进行平衡常数、转化率的简单计算,能利用平衡常数和浓度商的关系判断化学反应是否达到平衡状态以及平衡移动的方向。 2.能运用浓度、压强、温度对化学平衡的影响规律,推测平衡移动方向及浓度、转化率等相关物理量的变化,能讨论化学反应条件的选择和优化。 3.能进行化学反应速率的简单计算,能通过实验探究分析不同组分浓度改变对化学反应速率的影响,能用一定的理论模型说明外界条件改变对反应速率的影响。 4.能运用温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响规律解释生产、生活、实验室中的实际问题,能讨论化学反应条件的选择和优化。 5.针对典型案例,能从限度、速率等角度对化学反应和化工生产条件进行综合分析。 | 1.变化观念与平衡思想:能从化学反应方向、限度、快慢的角度认识化学反应,丰富对化学反应的认识思路;发展化学变化是有条件的观念,认识反应条件对化学反应速率和化学平衡的影响。能从限度、快慢的角度调控反应条件,形成调控化学反应的思路。 2.科学探究与创新意识:发展运用变量控制思想设计、实施实验的能力。能利用实验探究影响反应速率和化学平衡的因素。能从方向、限度、快慢的角度分析实验体系中的化学变化,丰富分析实验中“异常现象”的思路。 3.科学态度与社会责任:增强将化学反应原理应用于生产、生活的意识,提高理论联系实际的能力。能结合生产和生活实际问题情境说明调控反应条件等的重要应用。能从调控反应速率、提高平衡转化率等方面综合分析反应条件,提出有效控制反应条件的措施。能综合节约成本、循环利用、保护环境等观念,设计、优化简单的工业流程。 |
第1节 化学反应的方向
学习目标
1.通过反应自发性学习,知道化学反应是有方向的。
2.通过反应自发性综合判据学习,知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关。
学习任务 影响化学反应方向的因素
1.反应焓变与反应方向:分析了大量化学反应及其焓变后发现,多数能自发进行的化学反应是放热反应,也就是ΔH<0的反应。
2.反应熵变与反应方向
(1)熵概念:熵是一个物理量,用来表示体系的无序程度。无序程度越大即体系越混乱,则熵越大。
(2)熵的符号和单位:熵的表示符号是S,单位是 J·mol-1·K-1。
(3)物质状态与熵大小关系:同一物质S(g)>S(l)>S(s)。
(4)熵变:与焓一样,熵的绝对值也无法测得,只能测得其相对值。一个过程的熵变表示为ΔS,ΔS=S末态-S初态。对一个化学反应来讲ΔS=S生成物-S反应物。
(5)化学反应熵变判断:产生气体的反应和气体的物质的量增大的反应,熵变为正值,为熵增加反应。
(6)熵变与反应自发性关系:事实证明,许多熵增加的反应(即ΔS>0的反应)在常温、常压下可以自发进行。有些熵增加的反应在常温、常压下不能自发进行,但在较高温度下可以自发进行。
3.用焓变与熵变综合判断反应方向
在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下,自发反应总是向着ΔH-TΔS<0的方向进行,直至达到平衡状态。
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探究 判断化学反应的自发性
问题1:吉布斯自由能变(简称“吉变”)的表达式是什么?
提示:ΔG=ΔH-TΔS。
问题2:吉布斯自由能变与反应自发性的关系是什么?
提示:ΔG<0,反应正向能自发进行;ΔG>0,反应正向不能自发进行;ΔG=0,反应达到平衡状态。
问题3:用吉布斯自由能变来判断反应自发性的前提条件是什么?
提示:等温、等压及除体积功以外不做其他功(一般指没有光、电形式能量的释放或吸收)。
问题4:ΔG<0的化学反应正向可以自发进行,是否意味着这个反应就一定可以快速发生?逆向反应就一定不能发生?
提示:ΔG<0,只是说从化学热力学理论角度可以自发进行,并非是这个反应一定能发生或发生非常快。就像我们可以说水从高处能自发地(自动地)流向低处,但并非楼上有一桶水就非得流下来。另外正反应ΔG<0,则逆反应的ΔG肯定大于0,从热力学角度逆反应不自发,但借助于光和电等外力还是可能实际发生的。
判断化学反应自发性的方法
焓变(ΔH) | 熵变(ΔS) | 反应在某状况下 能否自发进行 |
<0 | >0 | 能自发进行 |
>0 | <0 | 不能自发进行 |
<0 | <0 | 取决于温度,低温自发 |
>0 | >0 | 取决于温度,高温自发 |
1.(2021·黑龙江实验中学期中)下列有关说法正确的是( B )
A.同一物质的固、液、气三种状态的熵值相同
B.自发进行的化学反应的方向,应由焓判据和熵判据的复合判据来判断
C.反应NH3(g)+HCl(g)NH4Cl(s)在室温下可自发进行,则该反应的ΔH>0
D.常温下,反应C(s)+CO2(g)2CO(g)不能自发进行,则该反应的ΔH<0
解析:熵值指的是物质的混乱程度,同一物质的固、液、气三种状态混乱程度不同,所以熵值不同,A项错误;自发进行的化学反应的方向,不能凭焓判据或熵判据单一判据,应由焓判据和熵判据的复合判据来判断,B项正确;根据反应可知,熵值减小,所以在室温下若该反应的ΔH<0,可以使ΔG<0,反应可以自发进行,C项错误;反应C(s)+CO2(g)2CO(g)的熵值增加,当ΔH>0时,常温下可使ΔG>0,反应不能自发进行,D项错误。
2.(2021·山西运城期中)贮氢技术是氢气作燃料的一大难题。有报道称镧(La)—镍(Ni)合金材料LaNi4有较大贮氢容量,其原理为LaNi4(s)+3H2(g)LaNi4H6(s) ΔH=-31.8 kJ·mol-1。下列条件有利于该合金贮氢的是( B )
A.高温、低压 B.低温、高压
C.高温、高压 D.低温、低压
解析:ΔH-TΔS<0有利于反应的发生。由题中信息可知,该反应ΔH<0,ΔS<0,低温有利于反应进行。高压时S减小,使|ΔS|减小,也有利于反应进行,故有利于该反应进行的条件为低温、高压,故选B。
(1)反应自发性,仅仅是一种倾向性。某反应某一方向的ΔG<0,则该方向为自发反应方向。该反应某方向若发生了反应,则不借助外力(光、电)只要保持一定温度压强就可自动进行下去。
(2)判断反应自发性不能仅根据ΔH,也不能仅根据ΔS,目前热化学理论认为判断反应自发性的唯一判据是ΔG。ΔG<0该反应正向能自发进行,ΔG>0该反应正向不能自发进行,ΔG=0反应达到平衡状态(两个方向倾向性相同)。
【知识整合】
焓变、熵变、温度对反应自发性影响
【易错提醒】
1.误认为自发过程任何条件下都能发生。其实不然,实际上自发过程是在一定的温度和压强下才能发生的,只要不借助光、电能自发进行即可。
2.误认为一个过程ΔG>0反应非自发,反应就不能发生。其实不然,反应ΔG>0只是不借助外力(光、电)时非自发,如果借助光、电还是可以发生的。比如2H2+O22H2O,此反应ΔG<0,所以反应正向自发,那么反应逆向ΔG>0,非自发,不过通过电解水、光照催化分解水都可以实现反应逆向的发生。
3.误认为ΔG<0反应自发就是真的能实际发生。其实不然,化学热力学中的自发性是一种“倾向性”。一般认为一个反应某一定条件下自发,就可以真的自动发生或通过催化剂及一些特殊装置无需借助光、电外力,仅使反应保持一定温度、压强就能自动进行下去。例如:2H2+O22H2O,此反应ΔG<0,反应自发,但实际上常温下氧气、氢气混合是不会反应的,不过借助燃料电池装置就可以使两者真实的发生反应。
4.误认为ΔG<0反应正向自发,此时反应逆向不能发生。其实不然,ΔG<0反应正向自发,指的是反应正向速率大于反应逆向速率导致反应物减少生成物增多的这一结果,此时反应逆向也在发生,只是反应正方向倾向性大于反应逆方向倾向性。
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