苏教版选修四专题2化学反应速率与化学平衡化学反应的方向和限度

《化学反应的方向（第1课时）》知识梳理1．复分解类型的离子反应发生的条件是什么？该类反应遵循什么规律？提示：复分解型离子反应发生的条件是生成难溶性物质、挥发性物质或难电离物质。复分解型离子反应是向某些离子浓度减小的方向进行。2．氧化还原反应遵循什么规律？提示：氧化还原反应向物质氧化性减弱、还原性减弱的方向进行。3．从热效应角度分析，哪些反应更容易发生？提示：放热反应更易发生。[新知探究]探究化学反应的特点和自发反应(1)化学反应的特点：化学反应具有方向性，许多化学反应的正反应能自动进行，而其逆反应无法自动进行。(2)写出下列反应的化学方程式，并判断是否能自动进行：化学反应化学方程式是否自动水分解成氢气和氧气2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解),\s\do5())2H2↑＋O2↑否氯气与溴化钾溶液Cl2＋2KBr=2KCl＋Br2是续表化学反应化学方程式是否自动乙烯与溴单质的四氯化碳溶液CH2=CH2＋Br2→CH2BrCH2Br是氮气和氧气生成一氧化氮N2＋O22NO否(3)自发反应：在一定温度和压强下，无需外界帮助就能自动进行的反应。[必记结论]自发反应的应用(1)自发反应可被利用来完成有用功。例如：①甲烷燃烧可在内燃机中被利用来做功；②锌与CuSO4溶液反应可设计成原电池。(2)非自发反应要想发生，则必须对它做功。例如：①通电将水分解成H2和O2；②植物在光照下，能将CO2和H2O转化成C6H12O6和O2。[成功体验]1．下列过程非自发进行的是()A．水由高处向低处流B．天然气的燃烧C．铁在潮湿空气中生锈D．室温下水结成冰解析：选D水由高处向低处流，天然气的燃烧，铁在潮湿的空气中生锈均属自发过程；室温下，水结冰属非自发过程。[新知探究]探究1化学反应的自发性与反应焓变的关系(1)实例：以下反应都是放热反应，也都是自发反应。C3H8(g)＋5O2(g)=3CO2(g)＋4H2O(l)ΔH＝－2217.5kJ·mol－12Na(s)＋Cl2(g)=2NaCl(s)ΔH＝－822kJ·mol－14Fe(s)＋3O2=2Fe2O3(s)ΔH＝－1648.4kJ·mol－1H2(g)＋F2(g)=2HF(g)ΔH＝－546.6kJ·mol－1(2)规律：放热反应过程中体系能量降低，许多自发反应趋向于从高能量状态转变为低能量状态(这时体系会对外部做功或释放热量)，这一经验就是焓判据。(3)局限性：对化学反应而言，绝大多数放热反应都能自发进行，且反应放出的热量越多，体系能量降低得也越多，反应越完全。但部分吸热反应也可以自发进行。故焓变是影响反应自发进行的因素之一，但不是唯一因素。探究2化学反应的自发性与反应熵变的关系(1)熵熵是衡量一个体系混乱度的物理量，即表示体系的不规则或无序状态程度的物理量。混乱度越大，体系越无序，体系的熵值就大。熵的符号为S。单位：J·mol－1·K－1。(2)物质熵大小的判断①物质的存在状态：对于同一物质，等物质的量的该物质其熵值大小与物质的存在状态有关，气态时熵值最大，固态时熵值最小，而液态时介于二者之间，物质的状态与熵大小的关系：S(g)>S(l)>S(s)。②与物质的量的关系：物质的量越大，分子数越多，熵值越大。③不同物质熵值间的关系：物质的组成越复杂，其熵值越大，组成物质的原子种类相同时，一个分子中的原子数目越多，其混乱度就越大，熵值也越大。(3)熵变与反应方向①含义：大多数自发反应有趋向于体系混乱度增大的趋向，导致体系的熵增大。②规律：大多数熵增加的反应都能自发进行。③局限性：少数熵减小的反应在一定条件下也可以自发进行，如－10℃的液态水自动结冰、NH3(g)＋HCl(g)=NH4Cl(s)。④结论：熵变是影响反应自发进行的因素之一，但不是唯一因素。探究3化学反应方向的判断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。[必记结论]综合判据的“四象限”1．焓变和熵变都与反应自发性有关，又都不能独立地作为反应自发性的判据，要判断反应进行的方向，必须综合考虑体系的焓变和熵变。可以利用以下公式进行判断，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。2．四象限[成功体验]2．判断下列反应的ΔH或ΔS的正、负号(填“>”或“<”)，并判断常温时反应能或不能自发进行。(1)2Na＋2H2O=2NaOH＋H2↑ΔH________0，________自发进行(2)CaCO3=CaO＋CO2↑ΔH________0，________自发进行解析：(1)Na与水反应为放热反应，ΔH<0，能自发进行。(2)CaCO3高温下能够分解生成CaO和CO2，ΔH>0。答案：(1)<能(2)>不能3．(好题共享·选自鲁科版教材P40·T3)请通过计算说明碳酸氢铵和醋酸溶液在常温下能否自发进行并指出原因。NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)=CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l)ΔH＝37.30kJ·mol－1ΔS＝184.0J·mol－1·K－1解析：反应若自发进行，则ΔH－TΔS<0。将相关数据代入公式：37．30kJ·mol－1－T×0.184.0kJ·mol－1·K－1<0T>eq\f(37.3,0.184)K＝202.7K。故反应在常温下能自发进行。答案：该反应能自发进行，因为该反应ΔH－TΔS<0—————————————[关键语句小结]——————————————1．在一定温度和压强下，无需外界帮助就能自动进行的反应称之为自发反应。2.同种同量物质的熵值：S(g)>S(l)>S(s)。有气体生成的反应，固体溶于水的过程是熵增加的过程。3．大多数放热反应都能自发进行；大多数熵增的反应都能自发进行。4．焓减(ΔH<0)、熵增(ΔS>0)反应在所有温度下都能自发进行。焓增(ΔH>0)、熵减(ΔS<0)反应在任何温度下都不能自发进行；焓减、熵减反应在低温下自发进行；焓增、熵增反应在高温下能自发进行。[例1]下列说法正确的是()A．凡是放热反应都是自发的，凡是吸热反应都是非自发的B．自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是熵减小或不变C．自发反应在恰当条件下才能实现D．自发反应在任何条件下都能实现解析：选C反应是否自发进行受反应的焓变和熵变的共同制约，而选项A只描述了反应热(即焓变)，选项B只描述了熵变，故选项A、B错；反应自发进行是有条件的，如在一定的温度和压强下，故选项C正确，D错。(1)自发反应的两个“不能”：自发反应只说明了反应的方向性，不能说明反应是否发生，不能说明反应的快慢。(2)某些自发反应需要在一定条件下才能进行，如CH4与O2遇火易爆炸；非自发反应具备了一定条件也能发生，如电解水。1．下列关于自发反应的叙述正确的是()A．自发反应是无需外界帮助就能自动进行的反应B．在自然界中没有任何条件的自发反应是不存在的C．在通常状况下冰能自行融化，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：选B自发反应是在一定条件下无需外界帮助就能自动进行的反应，如物质的燃烧是自发反应，但需要点燃的条件等，所以A项和D项错误、B项正确。自发反应讨论的是化学反应，而自发过程也包括物理过程，冰融化属自发过程，C错误。[例2]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C(s)＋CO2(g)=2CO(g)不能自发进行，则该反应的ΔH>0C．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D．KNO3溶于水的过程熵值减小解析：选B同温同压下，反应的条件不会影响ΔH，A项错误；反应自发进行的判据为ΔH－TΔS<0，由方程式知ΔS>0，则ΔH－TΔS>0，B项正确；由ΔH－TΔS<0可知当ΔH<0，ΔS<0时，温度越高，反应自发进行的可能性越小，C项错误；溶解过程是一个熵增的过程。在温度、压强一定时，化学反应的方向是反应的焓变和熵变共同影响的结果。ΔH－TΔS只能用于温度、压强一定的条件下的化学反应的判断。过程的自发性只能用于判断过程的方向，不能确定过程是否一定发生和过程发生的速率。2．现有下列反应：已知298K下反应2Al2O3(s)＋3C(s)=4Al(s)＋3CO2(g)ΔH＝＋2171kJ·mol－1，ΔS＝＋635.5J·mol－1·K－1，则下列说法正确的是()A．由题给ΔH值可知，该反应是一个放热反应B．ΔS>0表明该反应是一个熵增加的反应C．该反应低温时能自发进行D．该反应一定不能自发进行解析：选B反应的ΔH>0，为吸热反应，ΔS>0为熵增的反应，反应在高温时可能自发进行。[课堂双基落实]1．下列关于自发过程的说法中正确的是()A．自发过程的逆过程在此条件下是非自发的B．自发变化一定能进行，非自发变化一定不能进行C．自发反应一定能进行彻底D．可能通过改变温度或加催化剂的办法使非自发反应转变为自发反应解析：选A反应是否实际进行还要受温度影响，B项错误。自发反应总是向ΔH－TΔS<0的方向进行，直至达到平衡状态，C项错误。温度可以使ΔH和ΔS正负相同的不自发反应转变为自发反应，但催化剂不能，D项错误。2．对于化学反应方向的确定，下列说法不正确的是()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．固体的溶解过程与熵变有关解析：选C焓变和熵变是一定条件下化学反应能否自发进行的复合判据，所以A正确，C不正确；放热反应的焓变小于零，熵增加反应熵变大于零，都对ΔH－TΔS<0做出贡献，显然，放热的熵增加反应一定能自发进行，所以B正确；固体的溶解过程，体系的混乱度增大，它是熵增加的过程，所以D正确。3．碳酸铵[(NH4)2CO3]在室温下就能自发地分解产生氨气，对其说法中正确的是()A．碳酸铵分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增大B．碳酸铵分解是因为外界给予了能量C．碳酸铵分解是吸热反应，此反应不应该自发进行，必须借助外力才能进行D．碳酸盐都不稳定，都能自发分解解析：选A该反应气体分子数增多，ΔS>0，故A项正确。4．某化学反应其ΔH＝－122kJ·mol－1，ΔS＝－231J·mol－1·K－1，则此反应在下列哪种情况下可自发进行(提示：ΔH－TΔS<0能自发进行)()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：选D当ΔH<0，ΔS>0时，ΔH－TΔS一定小于0，故在任何温度下反应都能自发进行。当ΔH>0，ΔS<0时，在任何温度下反应都不能自发进行。当ΔH>0，ΔS>0时，要使ΔH－TΔS<0，T>eq\f(ΔH,ΔS)，即高温下可自发进行，反之，低温下可自发进行。5．已知在100kPa、298.15K时石灰石分解反应：CaCO3(s)=CaO(s)＋CO2(g)ΔH＝＋178.3kJ·mol－1ΔS＝160.4J·(mol·K)－1，则：(1)该反应________(填“能”、“不能”)自发进行；(2)据本题反应数据分析，温度________(填“能”、“否”