《用化學(xué)原理解決新問(wèn)題》2023年杭州市高三化學(xué)教研活動(dòng)研究課

【想一想】怎樣將木箱從山腳移至山頂？E低E高熱氣球

△H＞0、△S＞0，反應(yīng)需在高溫下進(jìn)行

用化學(xué)反應(yīng)原理分析新問(wèn)題

——以14年高考題為例【2014年浙江理綜27題】CaSO4(s)＋CO(g)CaO(s)＋SO2(g)＋CO2(g)，△H＝218.4kJ/mol(反應(yīng)Ⅰ)

反應(yīng)Ⅰ能夠自發(fā)進(jìn)行的條件是？杭州學(xué)軍中學(xué)肖中榮△H△S⊿H>0⊿S>0⊿H>0⊿S<0⊿

H<0⊿

S<0⊿H<0⊿S>0考點(diǎn)1反應(yīng)方向的調(diào)控反應(yīng)恒自發(fā)反應(yīng)恒不自發(fā)高溫自發(fā)低溫自發(fā)

1791年英國(guó)化學(xué)家格雷戈?duì)柊l(fā)現(xiàn)金紅石礦(TiO2)，100多年后化學(xué)家改進(jìn)反應(yīng)原理才增加鈦產(chǎn)量，使其在航海和航空業(yè)得到廣泛應(yīng)用。潛水器航天器記憶合金最白的涂料二十一世紀(jì)金屬Ti【新問(wèn)題1】

科學(xué)家嘗試用多種方法將金紅石還原，發(fā)現(xiàn)下列反應(yīng)是冶煉鈦的關(guān)鍵步驟：

TiO2(s)+2Cl2(g)=TiCl4(g)+O2(g)

⊿H=+149kJmol-1，⊿S=+61J/(Kmol)

反應(yīng)發(fā)生的溫度高達(dá)2170℃，耗能大！如何使反應(yīng)正向進(jìn)行？C(s)+O2(g)=CO2(g)⊿H=-394kJ/mol2C(s)+O2(g)=2CO(g)⊿H=-222kJ/mol

TiO2(s)+2Cl2(g)+C(s)=TiCl4(g)+CO2(g)

⊿H=TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)=TiCl4(g)+2CO(g)

⊿H=-245kJ/mol-73kJ/mol且使原料低廉、能耗降低？①TiO2(s)+2Cl2(g)+C(s)=TiCl4(g)+CO2(g)

⊿H=-

245kJ/mol，⊿S=+64J/(Kmol)

TiO2(s)+2Cl2(g)=TiCl4(g)+O2(g)

⊿H=+149kJ/mol，⊿S=+61J/(Kmol)②TiO2(s)+2Cl2(g)+C(s)=TiCl4(g)+2CO(g)

⊿H=-73kJ/mol，⊿S=+249J/(Kmol)

【總結(jié)】新反應(yīng)利用碳燃燒放熱使焓減、增加逸出氣體的量使熵增，調(diào)控了反應(yīng)方向！

化學(xué)家將金紅石、氯氣、碳反應(yīng)，產(chǎn)物是TiCl4、CO、CO2（發(fā)生①②），降低反應(yīng)溫度（700℃左右），反應(yīng)正向進(jìn)行?！舅季S之匙】警惕“非此即彼”的孤立思維，培養(yǎng)“亦此亦彼”的辯證思維?！拘吕斫狻拷固渴枪I(yè)生產(chǎn)的常用添加物，起到“減焓加熵”作用，調(diào)控原本很難進(jìn)行反應(yīng)的方向。工業(yè)生產(chǎn)中的“碳”：Al2O3+3Cl2→2AlCl3

Na2SO4→

Na2S

Ca3(PO4)2→

3CaO+2P4

2SiO2+4Cl2→

2SiCl4考點(diǎn)1反應(yīng)方向的調(diào)控+2C+CO+CO2+4C

+4CO+5C+5CO+2C+2CO+CO2【2014年浙江理綜26題】

在密閉條件下，氣體甲（CO2）與固體（CaO、FeO）中的某種成分可能發(fā)生氧化還原反應(yīng)，寫(xiě)出一個(gè)化學(xué)反應(yīng)方程式_____，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案驗(yàn)證該反應(yīng)的產(chǎn)物_______。

2FeO+CO2=Fe2O3+CO【高標(biāo)】“明確鐵價(jià)態(tài)升高、碳價(jià)態(tài)降低”，產(chǎn)物可以是Fe2O3、Fe3O4；CO、C，只要答出相應(yīng)檢驗(yàn)產(chǎn)物的方案即可得分?！菊系K點(diǎn)】考生受Fe2O3+3CO=3Fe+3CO2干擾，認(rèn)為FeO與CO2不能正向發(fā)生。煉鐵反應(yīng)C+O2CO2CO2+C2COFe2O3+CO2FeO+CO2FeO+COFe+CO2某大學(xué)教材給出的方程式！過(guò)渡態(tài)物種既可正向生成生成物、又可逆向生成反應(yīng)物，對(duì)一個(gè)具體的反應(yīng)，過(guò)渡態(tài)向某一個(gè)方向轉(zhuǎn)化的程度不同。考點(diǎn)2可逆反應(yīng)的廣泛性

可逆反應(yīng)相同反應(yīng)條件下能同時(shí)向正、逆反應(yīng)方向進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)。

【了解】一般的，

k很大（＞106）的反應(yīng)稱為“完全反應(yīng)”，方程式用“=”連接；

k很小（＜10-6）的反應(yīng)認(rèn)為“不能反應(yīng)”；可逆反應(yīng)（10-6≤k≤106）進(jìn)行不完全，方程式

用“”連接。

【說(shuō)明】任何反應(yīng)都可視為可逆反應(yīng)，僅是正向、逆向反應(yīng)的程度不同，可逆反應(yīng)在一定條件下能建立化學(xué)平衡，表現(xiàn)反應(yīng)物、生成物共存。【新問(wèn)題2】

過(guò)量Ag+和少量SCN-生成白色沉AgSCN，

Ag++SCN-=AgSCN↓，有SCN-嗎？不足過(guò)量【思路】檢驗(yàn)I2和Fe3+；即檢驗(yàn)產(chǎn)物和不足量的反應(yīng)物。存在限度？AgII-加Fe3+、再加I-，紅色加深、生成黃色沉淀。Fe3+Fe(SCN)3【教材實(shí)驗(yàn)】【思維之匙】擯棄“絕對(duì)正向”的單向思維，培養(yǎng)“可以逆向”的雙向思維?！拘吕斫狻靠赡娣磻?yīng)類型有氧化還原反應(yīng)、非氧化還原反應(yīng)，改變條件（如濃度溫度）可以調(diào)控某些可逆反應(yīng)的方向（平衡發(fā)生移動(dòng)）。考點(diǎn)2可逆反應(yīng)的廣泛性

設(shè)某溫度下反應(yīng)Ⅰ速率(v1)大于反應(yīng)Ⅱ速率(v2)，下列反應(yīng)過(guò)程能量變化示意圖正確的是

ABCDCaSO4(s)＋CO(g)CaO(s)＋SO2(g)＋CO2(g)，△H1＝218.4kJ/mol(Ⅰ)CaSO4(s)＋4CO(g)CaS(s)＋4CO2(g)，△H2＝－175.6kJ/mol(Ⅱ)【障礙點(diǎn)】很多學(xué)生不清楚活化能與速率、焓變的關(guān)系，缺乏“量化”識(shí)圖的思維。C

考點(diǎn)3活化能過(guò)渡態(tài)理論認(rèn)為，反應(yīng)物轉(zhuǎn)換生成物要經(jīng)過(guò)一個(gè)能量高的過(guò)渡態(tài)（活化能），速率取決“活化分子+碰撞方向”。

Ea正小，正反應(yīng)速率大Ea正大，正反應(yīng)速率小⊿H=Ea正-Ea逆【信息】標(biāo)況下氣體平均碰撞速率為109/s，即一個(gè)分子1s與其它分子碰撞幾十億次!【新問(wèn)題3】有下列4個(gè)反應(yīng)，大致與上圖對(duì)應(yīng)：（1）鹽酸和氫氧化鈉溶液反應(yīng)（2）乙醇在氧氣點(diǎn)燃后燃燒（3）銅和濃硫酸加熱才能反應(yīng)（4）碳酸鈣受熱分解反應(yīng)B對(duì)應(yīng)哪個(gè)反應(yīng)？ABCD外界需供能反應(yīng)物產(chǎn)物活化能放出熱量很多外界無(wú)需供能×……A類：常溫可以發(fā)生的放熱反應(yīng)（Ea很?。〣類：點(diǎn)燃即能發(fā)生的放熱反應(yīng)（Ea＜△H值）C類：需要持續(xù)加熱才能發(fā)生的放熱反應(yīng)，（Ea＞△H值）D類：需要持續(xù)加熱的吸熱反應(yīng)（熵驅(qū)動(dòng)）【總結(jié)】焓變與活化能的大小，決定了反應(yīng)啟動(dòng)時(shí)需要外界供能的多少。【思維之匙】重視“粗定性”的表象思維，強(qiáng)化“準(zhǔn)定量”識(shí)圖的深層思維?？键c(diǎn)3活化能

（1）與焓變關(guān)系：⊿H=Ea正-Ea逆（2）與速率關(guān)系：

Ea正小，正反應(yīng)速率大

Ea正大，正反應(yīng)速率?。?）與反應(yīng)條件關(guān)系：加熱（點(diǎn)燃）主要是提供反應(yīng)需要“跨過(guò)”的活化能，與反應(yīng)方向無(wú)關(guān)?！拘吕斫狻看蠖喾磻?yīng)都有活化能，若某反應(yīng)活化能很小、反應(yīng)放熱很多（焓變大于活化能），常溫下微熱或不加熱即能發(fā)生。反應(yīng)方向

可逆反應(yīng)活化能焓減熵增

有影響

能調(diào)控

能移動(dòng)

廣泛存在速率加熱

【總結(jié)】對(duì)于化學(xué)反應(yīng)方向，我們認(rèn)為：方向的可逆性是廣泛存在的；方向的移動(dòng)性是可以調(diào)控的;

方向的自發(fā)性與加熱/點(diǎn)燃無(wú)關(guān)的。用化學(xué)反應(yīng)原理分析新問(wèn)題分析新問(wèn)題反應(yīng)方向、可逆反應(yīng)、活化能辯證思維、逆向思維、定量思維思維培