《化學(xué)反應(yīng)的方向及判據(jù)》教學(xué)設(shè)計(jì)一、教學(xué)內(nèi)容1．反應(yīng)焓變與反應(yīng)方向（1）多數(shù)能自發(fā)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)是放熱反應(yīng)。如氫氧化亞鐵的水溶液在空氣中被氧化為氫氧化鐵的反應(yīng)是自發(fā)的，其△H（298K）==－444．3kJ·mol—1（2）部分吸熱反應(yīng)也能自發(fā)進(jìn)行。如NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)==CH3COONH4(aq)+CO2(g)+H2O(l)，其△H（298K）==+37．30kJ·mol—1。（3）有一些吸熱反應(yīng)在常溫下不能自發(fā)進(jìn)行，在較高溫度下則能自發(fā)進(jìn)行。如碳酸鈣的分解。因此，反應(yīng)焓變不是決定反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的唯一依據(jù)。2．反應(yīng)熵變與反應(yīng)方向（1）熵：描述大量粒子混亂度的物理量，符號(hào)為S，單位J·mol—1·K—1，熵值越大，體系的混亂度越大。（2）化學(xué)反應(yīng)的熵變（△S）：反應(yīng)產(chǎn)物的總熵與反應(yīng)物總熵之差。（3）反應(yīng)熵變與反應(yīng)方向的關(guān)系①多數(shù)熵增加的反應(yīng)在常溫常壓下均可自發(fā)進(jìn)行。產(chǎn)生氣體的反應(yīng)、氣體物質(zhì)的量增加的反應(yīng)，熵變都是正值，為熵增加反應(yīng)。②有些熵增加的反應(yīng)在常溫下不能自發(fā)進(jìn)行，但在較高溫度下則可自發(fā)進(jìn)行。如碳酸鈣的分解。③個(gè)別熵減少的反應(yīng)，在一定條件下也可自發(fā)進(jìn)行。如鋁熱反應(yīng)的△S==—133．8J·mol—1·K—1，在點(diǎn)燃的條件下即可自發(fā)進(jìn)行。4．焓變和熵變對(duì)反應(yīng)方向的共同影響——“四象限法”判斷化學(xué)反應(yīng)的方向。在二維平面內(nèi)建立坐標(biāo)系，第Ⅰ象限的符號(hào)為“＋、＋”，第Ⅱ象限的符號(hào)為“＋、—”，第Ⅲ象限的符號(hào)為“—、—”，第Ⅳ象限的符號(hào)為“—、＋”。借肋于數(shù)學(xué)坐標(biāo)系四個(gè)象限的符號(hào)，聯(lián)系焓變與熵變對(duì)反應(yīng)方向的共同影響，可以從熱力學(xué)的角度快速判斷化學(xué)反應(yīng)的方向。在溫度、壓強(qiáng)一定的條件下，化學(xué)反應(yīng)的方向的判據(jù)為：△H—T△S＜0反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行△H—T△S==0反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)△H—T△S＞0反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行反應(yīng)放熱和熵增加都有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行。該判據(jù)指出的是化學(xué)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的趨勢(shì)?！鱏＜0△S＜0△H＞0所有溫度下反應(yīng)均不能自發(fā)進(jìn)行△S＞0△H＜0所有溫度下均可自發(fā)進(jìn)行△S＞0△H＞0高溫下反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行△S＜0△H＜0低溫下反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行yx—、＋—、—＋、＋＋、—ⅠⅡⅢⅣ二、典型例題1．第Ⅰ象限符號(hào)為“＋、＋”（△S＞0、△H＞0）時(shí)化學(xué)反應(yīng)的方向——高溫下反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行【例1】石灰石的分解反應(yīng)為：CaCO3(s)==CaO(s)+CO2(g)其△H（298K）==178．2kJ·mol—１，△S（298K）==169．6J·mol—1·K—1試根據(jù)以上數(shù)據(jù)判斷該反應(yīng)在常溫下是否自發(fā)進(jìn)行？其分解溫度是多少？【解析】∵△H—Ｔ△S＝178．2kJ·mol—１—２９８Ｋ×10×—3×169．6kJ·mol—1·K—1==128kJ·mol—1＞0∴298K時(shí)，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。即常溫下該反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。由于該反應(yīng)是吸熱的熵增加反應(yīng)，升高溫度可使△H—Ｔ△S＜0，假設(shè)反應(yīng)焓變和熵變不隨溫度變化而變化，據(jù)△H—Ｔ△S＜0可知，Ｔ＞△H/△S==178．2kJ·mol—１/10×—3×169．6kJ·mol—1·K—1==1051K，即溫度高于７７８℃2．第Ⅲ象限符號(hào)為“—、—”（△S＜0、△H＜0）時(shí)化學(xué)反應(yīng)的方向——低溫下反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)行【例2】常溫下氫氧化亞鐵與空氣中的氧氣及水有可能發(fā)生反應(yīng)，即：４Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)==4Fe(OH)3(s)，已知該反應(yīng)在２９８Ｋ時(shí)的△H==—444．3kJ·mol—１，△S==—２８０．1J·mol—1·K—1試問該反應(yīng)在常溫下是否自發(fā)進(jìn)行？【解析】根據(jù)△H—Ｔ△S＝—444．3kJ·mol—１—２９８Ｋ×10－3×（—２８０．1kJ·mol—1·K—1）==—360．83kJ·mol—１＜0，故２９８Ｋ時(shí)反應(yīng)可自發(fā)進(jìn)行。由于焓變和熵變的作用相反，且二者相差懸殊，焓變對(duì)反應(yīng)的方向起決定性作用，故反應(yīng)可自發(fā)進(jìn)行。假定溫度達(dá)到2000K，則△H—T△S＝—444．3kJ·mol—１—2000K×10－3×（—280．1kJ·mol—1·K—1）＝115．9kJ·mol—１＞0，反應(yīng)不能自發(fā)行。即高溫下反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。3．（14分）二甲醚是一種重要的清潔燃料，也可替代氟利昂作制冷劑等，對(duì)臭氧層無破壞作用。工業(yè)上可利用煤的氣化產(chǎn)物（水煤氣）合成二甲醚。請(qǐng)回答下列問題：（1）煤的氣化的主要化學(xué)反應(yīng)方程式為：___________________________。（2）煤的氣化過程中產(chǎn)生的有害氣體H2S用Na2CO3溶液吸收，生成兩種酸式鹽，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：________________________________________。（3）利用水煤氣合成二甲醚的三步反應(yīng)如下：①2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)；ΔH＝－90．8kJ·mol－1②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)；ΔH＝－23．5kJ·mol－1③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)；ΔH＝－41．3kJ·mol－1總反應(yīng)：3H2(g)+3CO(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)的ΔH＝___________；一定條件下的密閉容器中，該總反應(yīng)達(dá)到平衡，要提高CO的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是__________（填字母代號(hào)）。a．高溫高壓b．加入催化劑c．減少CO2的濃度d．增加CO的濃度e．分離出二甲醚（4）已知反應(yīng)②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)某溫度下的平衡常數(shù)為400。此溫度下，在密閉容器中加入CH3OH，反應(yīng)到某時(shí)刻測(cè)得各組分的濃度如下：物質(zhì)CH3OHCH3OCH3H2O濃度/（mol·L－1）0．440．60．6①比較此時(shí)正、逆反應(yīng)速率的大?。簐正______v逆（填“>”、“<”或“＝”)。②若加入CH3OH后，經(jīng)10min反應(yīng)達(dá)到平衡，此時(shí)c(CH3OH)＝_________；該時(shí)間內(nèi)反應(yīng)速率v(CH3OH)＝__________。解析：(1)煤生成水煤氣的反應(yīng)為C+H2OCO+H2。(2)既然生成兩種酸式鹽，應(yīng)是NaHCO3和NaHS，故方程式為：Na2CO3+H2S==NaHCO3+NaHS。(3)觀察目標(biāo)方程式，應(yīng)是①×2+②+③，故△H=2△H1+△H2+△H3=-246．4kJ·mol-1。正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡左移，CO轉(zhuǎn)化率減?。患尤氪呋瘎?，平衡不移動(dòng)，轉(zhuǎn)化率不變；減少CO2的濃度、分離出二甲醚，平衡右移，CO轉(zhuǎn)化率增大；增大CO濃度，平衡右移，但CO轉(zhuǎn)化率降低；故選c、e。(4)此時(shí)的濃度商Q==1．86＜400，反應(yīng)未達(dá)到平衡狀態(tài)，向正反應(yīng)方向移動(dòng)，故正＞逆；設(shè)平衡時(shí)生成物的濃度為0．6+x，則甲醇的濃度為（0．44-2x）有：400=，解得x=0．2mol·L-1，故0．44mol·L-1-2x=0．04mol·L-1。由表可知，甲醇的起始濃度度為(0．44+1．2)mol·L-1=1．64mol·L-1，其平衡濃度為0．04mol·L-1，10min變化的