高二化学新人教版选修4 第2章 第4节化学反应进行的方向 学案

第四节化学反响进行的方向H、ΔS及ΔG来说明化学反响进行的方向。3．通过联系生活及自然界的普遍变化规律来理解影响反响自发性的两个因素。学问点一自发过程与自发反响阅读教材P34，思索并填空。1．自发过程(1)含义：在肯定条件下，不用借助外力就可以自动进行的过程。(2)特点①体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或者释放热量)。②在密闭条件下，体系有从有序自发转变为无序的倾向。(3)自然界中的自发过程①自然界中的水由高处往低处流。②日常生活中，气温上升，冰雪自动溶化。③铁器暴露于潮湿的空气中会生锈。2．自发反响在肯定条件下无需外界关心就能自发进行的反响。以下过程是非自发过程的是()A．自由落体运动 B．煤炭的燃烧C．铜在潮湿空气中生锈 D．室温下水结成冰答案：D1．并不是自发反响肯定能发生，非自发反响肯定不能发生。自发反响和非自发反响是指该反响过程是否有自发进行的倾向，而这个过程是否肯定会发生那么不能确定。例如：碳的燃烧是一个自发反响，但需要借助外界条件“点燃〞，反响才能发生。因此，自发反响与反响条件无必定联系。2．自发过程与非自发过程，自发反响与非自发反响的关系(1)一般来说，假如一个过程是自发的，那么其逆过程往往是非自发的。非自发过程要想发生，那么必需对它做功，如利用水泵将水从低处抽向高处，通电使水分解成氢气和氧气等。(2)自发反响和非自发反响是可能相互转化的，某一条件下的自发反响可能在另一条件下就是非自发反响，如2NO(g)＋O2(g)=2NO2(g)是常温下的自发反响，而在高温条件下其逆反响是自发反响。总之：①过程的自发性只能用于推断过程的方向，不能确定过程是否肯定会发生以及过程发生的速率。②某些自发反响需要在肯定条件下才能自动进行，非自发反响具备了肯定条件也能发生。过程的自发性的作用是()A．推断过程的方向B．确定过程是否肯定会发生C．推断过程发生的速率D．推断过程的热效应[解析]大量事实告知我们，过程的自发性只能用于推断过程的方向，不能确定过程是否肯定会发生和过程发生的速率，所以A正确，B、C错误。放热反响经常能自发进行，但有些吸热反响也能自发进行，D错误。[答案]A过程的自发性只是一种趋势，如高处的水有自发流下的趋势，但未必就肯定流下；过程要发生，那么必需具备肯定的条件才可以，如手中拿着的一个球，它有下落的自发性，但要让球落下，那么必需具备“松开手〞这一条件才可以。自发过程与自发反响的理解与推断1．以下过程均为自发过程的是()①铵盐的溶解②烧碱与盐酸反响③Zn与稀H2SO4反响④氢气在氧气中燃烧⑤Mg在空气中燃烧⑥铝热反响⑦墨水在水中的集中⑧电解熔融的氯化钠A．①②③④ B．⑤⑥⑦⑧C．②④⑥⑧ D．①②③④⑤⑥⑦答案：D2．以下说法中正确的选项是()A．能自发进行的反响肯定能快速发生B．非自发进行的反响肯定不能发生C．能自发进行的反响也可能没有发生D．常温下，2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2H2↑＋O2↑，即常温下水的分解反响是自发反响答案：C学问点二化学反响进行的方向阅读教材P34～P36，思索并填空。1．焓判据(1)放热反响过程中体系能量降低，具有自发进行的倾向，因此可用焓变来推断反响进行的方向。(2)局限性有些吸热反响，也能自发进行。例如：①2N2O5(g)=4NO2(g)＋O2(g)ΔH＝＋56.7kJ/mol②(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)＋NH3(g)ΔH＝＋74.9kJ/mol2．熵判据(1)熵用来度量体系混乱程度的物理量。熵值越大，混乱程度越大，符号为S，单位为“J/(mol·K)〞。(2)熵值大小的比拟同一种物质不同状态时熵值大小为S(g)＞S(l)＞S(s)。(3)熵增原理在与外界隔绝的体系中，自发过程将导致体系的熵增大，即熵变(符号ΔS)大于零。(4)熵判据体系有自发地向混乱度增加(即熵增)的方向转变的倾向，因此可用熵变来推断反响进行的方向。(5)局限性有些熵值减小的反响，在肯定条件下也能自发进行。例如：2Al(s)＋Fe2O3(s)=Al2O3(s)＋2Fe(s)ΔS＝－39.35J/(mol·K)3．复合判据过程的自发性只能用于推断过程的方向，不能确定过程是否肯定发生和过程发生的速率，假设允许外界对体系施加某种作用，就可能消失相反的结果。综合考虑焓判据和熵判据的复合判据，将更适合于全部的过程，只依据一个方面来推断反响进行的方向是不全面的。1．推断正误(1)自发反响肯定很简单发生。()(2)O2转化为O3时，熵减小。()(3)同种物质气态时熵值最大。()(4)合成氨反响N2＋3H22NH3ΔH＜0，高温有利于其自发进行。()(5)能自发进行的反响不肯定真的能发生。()答案：(1)×(2)√(3)√(4)×(5)√2．以下自发过程可用焓判据来解释的是()A．硝酸铵自发地溶于水B．2N2O5(g)=4NO2(g)＋O2(g)ΔH＝＋56.7kJ/molC．(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)＋NH3(g)ΔH＝＋74.9kJ/molD．2H2(g)＋O2(g)=2H2O(l)ΔH＝－571.6kJ/mol解析：选D。焓判据能够说明放热反响为自发反响，而A、B、C三个自发过程均为吸热过程，不能单用焓判据来解释。影响化学反响进行方向的因素1．焓变对化学反响的影响(1)多数能自发进行的化学反响是放热反响。例如：NaOH(aq)＋HCl(aq)=NaCl(aq)＋H2O(l)ΔH<0。(2)有不少吸热反响也能自发进行。例如：NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)=CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l)ΔH>0。(3)还有一些吸热反响在室温条件下不能自发进行，但在较高温度下那么能自发进行。例如：CaCO3(s)eq\o(=,\s\up7(高温))CaO(s)＋CO2(g)ΔH>0。(4)结论焓变是一个与反响能否自发进行有关的因素，但不是打算反响能否自发进行的唯一因素。2．熵变对化学反响的影响(1)很多熵增加的反响在常温、常压下可以自发进行。例如：2H2O2(aq)=2H2O(l)＋O2(g)ΔS＞0。(2)有些熵增加的反响在常温、常压下不能自发进行，但在较高温度下可以自发进行。例如：CaCO3(s)eq\o(=,\s\up7(高温))CaO(s)＋CO2(g)ΔS＞0。(3)少数熵削减的反响，在肯定条件下也可以自发进行。例如：NH3(g)＋HCl(g)=NH4Cl(s)ΔS＜0。(4)结论熵变是与反响能否自发进行有关的另一个因素，但不是打算反响能否自发进行的唯一因素。3．复合判据对化学反响的影响由焓判据知放热过程经常是自发的；由熵判据知熵增的过程经常是自发的。很多状况下，用不同的判据推断同一个反响，可能会消失相反的推断结果，所以应两个判据兼顾。为了更精确?????推断化学反响进行的方向，把焓判据和熵判据结合起来组成复合判据——自由能变化(ΔG)判据，更适合于对全部过程的推断。ΔG＝ΔH－TΔS(T为开尔文温度)，ΔG的正、负打算着反响的自发与否。ΔH－TΔS＜0，反响能自发进行；ΔH－TΔS＝0，反响到达平衡状态；ΔH－TΔS＞0，反响不能自发进行。某化学反响在较低温度下能自发进行，较高温度下不能自发进行。有关该反响的以下说法正确的选项是()A．ΔH>0，ΔS>0 B．ΔH>0，ΔS<0C．ΔH<0,ΔS>0 D．ΔH<0，ΔS<0[解析]ΔH>0，ΔS>0，要使ΔH－TΔS<0，T值应较大，即应当在高温下才能自发进行，A错误；ΔH>0，ΔS<0，ΔH－TΔS>0，任何温度下都不能自发进行，B错误；ΔH<0，ΔS>0，ΔH－TΔS<0肯定成立，任何温度下都能自发进行，C错误；ΔH<0，ΔS<0，要使ΔH－TΔS<0，T值应较小，即应当在低温下才能自发进行，D正确。[答案]DC＋CO2=2CO的反响只能在高温下自发进行，该反响的ΔH大于零、小于零还是等于零？答案：因该反响为熵增反响，即ΔS>0，在低温下不能自发进行，故ΔH大于零。温度对反响能否自发进行的影响ΔH和ΔS与反响方向1．以下说法正确的选项是()A．放热反响一般能自发进行，吸热反响都不能自发进行B．NH4HCO3(s)=NH3(g)＋H2O(g)＋CO2(g)ΔHkJ·mol－1能自发进行，缘由是体系有自发地向混乱度增加的方向转变的倾向C．由于焓变和熵变都与反响的自发性有关，因此焓变或熵变均可以单独作为反响自发性的判据D．在其他外界条件不变的状况下，使用催化剂，可以转变化学反响进行的方向解析：选B。有些能使熵值增大的吸热反响可以自发进行，如高温时CaCO3分解，A项错误；要将焓变和熵变综合起来即利用复合判据进行推断，C项错误；使用催化剂只能加快化学反响的速率，不能转变反响的方向，D项错误。2．碳铵(NH4HCO3)在室温下就能自发地分解产生氨气，以下有关说法中正确的选项是()A．碳铵分解是由于生成了易挥发的气体，使体系的熵增大B．碳铵分解是由于外界赐予了能量C．碳铵分解是吸热反响，依据焓判据，不能自发分解D．碳酸盐都不稳定，都能自发分解解析：选A。此题考查化学反响进行方向的判据。放热反响经常是简单进行的过程，吸热反响有些也是自发反响，自发反响的熵不肯定增大，可能减小，也可能不变。复合判据与反响方向3．以下推断错误的选项是()①反响NH3(g)＋HCl(g)=NH4Cl(s)在室温下可自发进行，那么该反响的ΔH＜0②CaCO3(s)=CaO(s)＋CO2(g)室温下不能自发进行，说明该反响的ΔH＜0③肯定温度下，反响MgCl2(l)=Mg(l)＋Cl2(g)的ΔH＞0、ΔS＞0④常温下，反响C(s)＋CO2(g)=2CO(g)不能自发进行，那么该反响的ΔH＞0A．①③ B．②③C．②④ D．②解析：选D。①中反响的ΔS＜0，能自发进行，依据ΔH－TΔS＜0，那么ΔH＜0，①正确；②中分解反响是吸热反响，焓变大于零，生成气体，是熵增反响，该反响在高温下能自发进行，②错误；③中有气体生成，是熵增反响，该反响为分解反响，反响吸热，ΔH＞0，③正确；④中常温下该反响不能自发进行，那么说明ΔH－TΔS＞0，即ΔH＞TΔS，而该反响气体的量增加，是熵增反响，故ΔS＞0，那么常温下ΔH＞0，④正确。4．灰锡结构松散，不能用于制造器皿，而白锡结构结实，可以制造器皿。现把白锡制成的器皿放在0℃、100kPa的室内存放，它会不会变成灰锡而不能再连续使用(在0℃、100kPa条件下白锡转化为灰锡的反响焓变和熵变分别为ΔH＝－2180.9J·mol－1，ΔS＝－6.61J·mol－1·K－1)()A．会变成灰锡 B．不会变成灰锡C．不能确定 D．上升温度才会变成灰锡解析：选A。在等温、等压条件下，自发反响总是向着ΔH－TΔS＜0的方向进行，直至到达平衡状态。因此，在0℃、100kPa条件下，白锡会不会变为灰锡的问题就转化为求算反响：白锡→灰锡的ΔH－TΔS值的问题。ΔH－TΔS＝－2180.9J·mol－1－273K×(－6.61J·mol－1·K－1)＝－376.37J·mol－1＜0，因此在该条件下白锡会变为灰锡。重难易错提炼1.焓判据：放热过程中体系能量降低，ΔH＜0，反响具有自发进行的倾向。2．熵判据：在密闭条件下，体系有自发地向混乱度增加(ΔS＞0)的方向转变的倾向。3．同一物质由固态(s)→液态(l)→气态(g)的过程为熵值增大的过程，ΔS＞0；反之，为熵值减小的过程，ΔS＜0。4．当ΔH＜0、ΔS＞0时，反响肯定能自发进行；当ΔH＞0、ΔS＜0时，反响肯定不能自发进行。课后达标检测[根底稳固]1．以下说法中正确的选项是()A．但凡放热反响都是自发的，吸热反响都是非自发的B．自发反响肯定熵增大，非自发反响肯定熵减小或不变C．熵增加且放热的反响肯定是自发反响D．非自发反响在任何条件下都不能实现解析：选C。反响的自发性同时受焓变和熵变的影响。放热反响不都是自发的，吸热反响也不都是非自发的。自发反响不肯定熵增大，非自发反响也不肯定熵减小或不变。反响能不能发生受外界条件的影响，非自发反响在肯定条件下也可能发生。2．向平底烧瓶中放入氢氧化钡晶体[Ba(OH)2·8H2O]和氯化铵晶体，塞紧瓶塞。将烧瓶放在一块木板上，并在瓶底和木板间滴少量水，一会儿，就会发觉瓶内固态物质变稀，有液体生成，瓶壁变冷，小木板因少量水结冰冻结，而将烧瓶黏住，这时翻开瓶塞，散发出来的气体有氨味。这是由于自发地发生了反响：Ba(OH)2·8H2O(s)＋2NH4Cl(s)=BaCl2(s)＋2NH3(g)＋10H2O(l)。以下结论正确的选项是()A．自发反响肯定是放热反响B．自发反响肯定是吸热反响C．有的吸热反响也能自发进行D．吸热反响不能自发进行解析：选C。Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl混合后，瓶壁变冷，说明该反响为吸热反响，又由于该反响能自发进行，故C正确。3．亚利桑那州高校(ASU)和阿贡国家试验室的科学家最近设计诞生产氢气的人造树叶，原理为2H2O(g)eq\o(=,\s\up7(太阳能),\s\do5(人造树叶))2H2(g)＋O2(g)。有关该反响的说法正确的选项是()A．ΔH＜0 B．ΔS＜0C．化学能转变为电能 D．氢能是抱负的绿色能源解析：选D。该反响是熵增的吸热反响，太阳能转化为化学能。4．以下关于化学反响的自发性表达中正确的选项是()A．焓变小于0而熵变大于0的反响确定是自发的B．焓变和熵变都小于0的反响确定是自发的C．焓变和熵变都大于0的反响确定是自发的D．熵变小于0而焓变大于0的反响确定是自发的解析：选A。用复合判据ΔG＝ΔH－TΔS推断：①当ΔH＞0，ΔS＞0时，不能推断ΔG＝ΔH－TΔS的正负。②当ΔH＞0，ΔS＜0时，ΔG＝ΔH－TΔS＞0，是非自发反响。③当ΔH＜0，ΔS＞0时，ΔG＝ΔH－TΔS＜0，肯定是自发反响。④当ΔH＜0，ΔS＜0时，不能推断ΔG＝ΔH－TΔS的正负。5．(2016·泉州高二检测)在如下图图1中A、B两容器里，分别收集着两种互不作用的气体。假设将中间活塞翻开，两种气体分子马上都分布在两个容器中(见图2)。这是一个不伴随能量变化的自发过程。关于此过程的以下说法中不正确的选项是()A．此过程为混乱程度小的向混乱程度大的方向的变化过程，即熵增大的过程B．此过程为自发过程，而且没有热量的汲取或放出C．此过程从有序到无序，混乱度增大D．此过程是自发可逆的解析：选D。由题意知ΔH＝0、ΔS＞0，由ΔH－TΔS知该过程的逆过程不能自发进行，所以D错。6．(2016·南京高二检测)某化学反响其ΔH＝－122kJ·mol－1，ΔS＝＋231J·mol－1·K－1，那么此反响在以下哪种状况下可自发进行()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A。ΔG＝ΔH－TΔS＝－122kJ·mol－1－T×231×10－3kJ·mol－1·K－1＜0，那么T取任意温度反响都能自发进行。7．分析以下反响在任何温度下均能自发进行的是()A．2N2(g)＋O2(g)=2N2O(g) ΔH＝＋163kJ·mol－1B．Ag(s)＋eq\f(1,2)Cl2(g)=AgCl(s) ΔH＝－127kJ·mol－1C．HgO(s)=Hg(l)＋eq\f(1,2)O2(g) ΔH＝＋91kJ·mol－1D．H2O2(l)=eq\f(1,2)O2(g)＋H2O(l) ΔH＝－98kJ·mol－1解析：选D。反响能自发进行的前提条件是反响的ΔH－TΔS<0，温度的变化可能使ΔH－TΔS的符号发生变化。对于A项，ΔH>0，ΔS<0，在任何温度下，都有ΔH－TΔS>0，即任何温度下，反响都不能自发进行；对于B项，ΔH<0，ΔS<0，在较低温度下，ΔH－TΔS<0，即较低温度时反响能自发进行；对于C项，ΔH>0，ΔS>0，假设使反响自发进行，即ΔH－TΔS<0，必需提高温度，即反响只有在较高温度时能自发进行；对于D项，ΔH<0，ΔS>0，在任何温度下，都有ΔH－TΔS<0，即在任何温度下反响均能自发进行。8．在化学反响A(g)＋B(g)2C(g)＋D(g)ΔH＝QkJ·mol－1过程中的能量变化如下图，答复以下问题。(1)Q________0(填“＞〞“＜〞或“＝〞)。(2)熵变ΔS________0(填“＞〞“＜〞或“＝〞)。(3)该反响________自发进行(填“能〞或“不能〞)。(4)上升温度平衡常数K________(填“增大〞“减小〞或“不变〞)，平衡向________方向移动。解析：据图像可知，该反响是放热反响，故Q＜0；据反响特点可知，该反响是熵增大的反响；据此可知该反响能自发进行。上升温度，平衡向逆反响方向移动，平衡常数减小。答案：(1)＜(2)＞(3)能(4)减小逆反响9．在100kPa、298.15K时石灰石分解反响：CaCO3(s)=CaO(s)＋CO2(g)ΔH＝＋178.3kJ/molΔS＝160.4J/(mol·K)，那么：(1)该反响在常温下________(填“能〞或“不能〞)自发进行；(2)据此题反响数据分析，温度________(填“能〞或“不能〞)成为反响方向的打算因素；(3)假设温度能打算反响方向，那么该反响自发进行的最低温度为________(假设不能，那么此空不必填)。解析：(1)ΔH－TΔS＝178.3kJ/mol－298.15K××10－3kJ/(mol·K)＝130.5kJ/mol＞0，所以常温下该反响不能自发进行。(2)由于该反响ΔH＞0、ΔS＞0，所以ΔH－TΔS在温度较高的时候可能小于0。(3)依据ΔH－TΔS＜0时，反响可自发进行，那么有：T＞ΔH/ΔS＝1111.6K。答案：(1)不能(2)能(3)1111.6K[力量提升]10．(2016·宁波高二检测)某反响：A=B＋C在室温下不能自发进行，在高温下能自发进行，对该反响过程ΔH、ΔS的推断正确的选项是()A．ΔH＜0、ΔS＜0 B．ΔH＞0、ΔS＜0C．ΔH＜0、ΔS＞0 D．ΔH＞0、ΔS＞0解析：选D。由ΔG＝ΔH－TΔS＜0反响自发进行知：ΔH＜0、ΔS＜0的反响在低温时自发进行；ΔH＞0、ΔS＜0的反响肯定不能自发进行；ΔH＜0、ΔS＞0的反响肯定能自发进行；ΔH＞0、ΔS＞0的反响在高温时自发进行。11．实现“节能减排〞和“低碳经济〞的一项重要课题就是如何将CO2转化为可利用的资源。目前工业上有一种方法是用CO2来生产燃料甲醇。肯定条件下发生反响：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，以下图表示该反响过程中能量(单位为kJ·mol－1)的变化：关于该反响的以下说法中，正确的选项是()A．ΔH＞0，ΔS＞0 B．ΔH＞0，ΔS＜0C．ΔH＜0，ΔS＜0 D．ΔH＜0，ΔS＞0解析：选C。依据反响过程中能量变化的状况可知反响物的总能量高于生成物的总能量，反响放热，ΔH＜0；该反响发生后气体的物质的量减小，ΔS＜0。12．汽车尾气(含烃类、CO、NO与SO2等)是城市主要污染源之一，治理的方法之一是在汽车排气管上装催化转化器，它使NO与CO反响生成可参加大气生态循环的无毒气体，其反响原理是2NO(g)＋2CO(g)=N2(g)＋2CO2(g)。由此可知，以下说法正确的选项是()A．该反响是熵增大的反响B．该反响不能自发进行，因此需要适宜的催化剂C．该反响常温下能自发进行，催化剂条件只是加快反响的速率D．该反响常温下能自发进行，因此正反响是吸热反响解析：选C。只使用催化剂便可使尾气发生转化，故此反响能自发进行。因反响是气体物质的量减小的反响，故熵减小。因熵减小不利于反响自发，故自发进行的缘由是反响放热。13．在其他条件不变时，转变某一条件对aA(g)＋bB(g)cC(g)化学平衡的影响，得到如下图图像(α表示平衡转化率)，答复以下问题：(1)在反响Ⅰ中，假设p1＞p2，那么此正反响为________(填“吸热〞或“放热〞)反响，也是