化学反应的方向【核心素养提升+备课精讲精研】高二上学期化学鲁科版（2019）选择性必修1

化学反应的方向、限度与速率第2章第2章第1节化学反应的方向核心素养发展目标1.证据推理与模型认知：了解判断化学反应进行方向的三个判据，构建判断化学反应自发性的思维模型。2.科学态度与社会责任：根据三个判据的发展过程，理解科学知识的曲折发展历程，增强对化学反应自发性研究重要意义的认识。常见的自发过程问题•引入在等温、等压条件下，不借助光、电等外部力量就能自动进行的过程为自发过程。

汽车尾气中主要污染物是NO和CO，它们是现代城市中的重要大气污染物。

为了减轻大气污染，人们提出通过以下反应来处理汽车尾气的想法。2NO(g)+2CO(g)===

N2(g)+2CO2(g)你能否判断这一方案是否可行？理论依据是什么？联想•质疑一.反应焓变与反应方向观察以下能自发进行的热化学方程式，体会并总结这些自发反应的共同点是什么?2H2O2(aq)===O2(g)+2H2O(l)ΔH=－189.3kJ·mol-12Na(s)+Cl2(g)===2NaCl(s)

ΔH=－822kJ·mol-1H2(g)+F2(g)===2HF(g)ΔH=－546.6kJ·mol-119世纪，一些化学家曾认为决定化学反应能否自发进行的因素是反应热：放热反应可以自发进行，而吸热反应则不能自发进行。你同意这种观点吗？请举例说明。NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)

===CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l)ΔH=+37.30

kJ·mol-1

(例：2N2O5(g)===4NO2(g)+O2

(g)

；(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)+NH3(g)

ΔH>0)一.反应焓变与反应方向有不少吸热反应也能自发进行。有一些焓变不大的吸热反应，在室温下不能自发进行，但是在高温条件下其焓变并没有显著减小，但反应却能自发进行。CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g)ΔH(298K)=+178.2

kJ·mol-1

ΔH(1200K)=+176.5kJ·mol-1一.反应焓变与反应方向结论：

ΔH

<0有利于反应自发进行，但自发反应不一定要ΔH

<0焓变只是反应能否自发进行的一个因素，但不是唯一因素。只根据焓变来判断反应方向是不全面的。归纳总结二.反应熵变与反应方向固体硝酸铵、氢氧化钠、氯化钠和蔗糖都能溶于水，是什么因素决定它们的溶解过程能自发进行？硝酸铵的溶解氢氧化钠的溶解蔗糖的溶解氯化钠的溶解ΔH>0ΔH<0焓变微乎其微是热效应吗？显然决定因素不是热效应二.反应熵变与反应方向固体溶解过程的一个共同点是固体中整齐排列的离子或分子进入溶剂，溶质的离子或分子由有序变为无序，形成均匀溶液。这一过程中体系的有序程度降低，无序程度增大。归纳总结二.反应熵变与反应方向用什么物理量来描述体系的无序程度？有序混乱二.反应熵变与反应方向1.熵：用来度量体系混乱程度的物理量。2.符号：S

单位：J·mol-1·K-13.体系混乱度越大，熵值越大。

纯物质的熵值的大小与物质的种类、数量、聚集状态以及温度、压强等因素有关。例如，同一条件下，不同物质的熵不同；同一物质，S(g)>S(l)>S(s)。二.反应熵变与反应方向4.熵变(ΔS)和熵增原理常见熵ΔS>0

增加的物理过程固体的溶解水的汽化墨水在水中的扩散气体的扩散化学反应存在着熵变（ΔS）ΔS=反应产物的总熵－反应物的总熵对于确定的化学反应，在一定条件下具有确定的熵变。ΔS>0反应体系混乱度增大ΔS<0反应体系混乱度减小二.反应熵变与反应方向思考：下述过程的方向性，体会熵变与反应的自发性有何关系?2H2O2(aq)===2H2O(l)+O2(g)

ΔS=+57.2J·mol-1·K-1NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)===CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l)ΔS=+184.0J·mol-1·K-1

熵增加的反应，在常温、常压下可以自发进行CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g)

ΔS=+169.6J·mol-1·K-1C(s,石墨)+H2O(g)===CO(g)+H2(g)ΔS=+133.8J·mol-1·K-1

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。2Al(s)+Fe2O3(s)===Al2O3(s)+2Fe(s)

ΔS=－39.4J·mol-1·K-1熵减少的反应，在一定条件下也可以自发进行二.反应熵变与反应方向归纳总结ΔS＞0的反应，其数值越大越有利于反应自发进行，但不绝对，熵减小的反应也有能自发进行的。反应熵变是制约化学反应能否自发进行的因素之一，也不是唯一的因素。三.用焓变与熵变综合判断反应方向1.分析下列过程的焓变、熵变与反应方向

焓变熵变能否自发(1)NH3(g)+HCl(g)===

NH4Cl(s)(2)NH4Cl(s)===NH3(g)+HCl(g)(3)NH4Cl(s)===

NH3(g)+HCl(g)加热反应能否自发还与温度有关﹤0<0能>0>0不能>0>0能交流讨论三.用焓变与熵变综合判断反应方向交流讨论放热熵增吸热熵增ΔS=+169.6J·mol-1·K-1(2)CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g)ΔH=+178.2kJ·mol-1ΔH=－57.3kJ·mol-1自发高温自发，低温不自发(1)H+(aq)+OH-(aq)===H2O

(l)ΔS=+80.7J·mol-1·K-12.分析下列过程的焓变、熵变与反应方向三.用焓变与熵变综合判断反应方向研究表明，在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下，化学反应的方向可以用反应的焓变和熵变来综合判断，判据为ΔH

－TΔS。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，直到达到平衡状态。该判据指出的是化学反应正向进行的趋势。ΔH

－

TΔS<0反应正向能自发进行ΔH

－TΔS=0反应达到平衡状态ΔH－TΔS

>

0反应正向不能自发进行拓展•视野

吉布斯自由能（符号G）的定义式为G=H

－

TS。ΔG为反应的吉布斯自由能变ΔG＝ΔH－TΔS，表示的是一个封闭体系在等温、等压条件下做最大非体积功的能力。在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下，反应的方向可依据ΔG来判断。在以上条件下，自发反应总是朝着吉布斯自由能减小的方向进行，直至达到平衡状态。ΔG<0，反应正向能自发进行ΔG=0，反应到达平衡状态ΔG>0，反应正向不能自发进行化学反应ΔHΔS能否正向自发进行2KClO3(s)===2KCl(s)+3O2(g)－78.03kJ·mol－1

+494.4J·mol-1·K-1CO(g)===C(s,石墨)+O2(g)+110.5kJ·mol－1

－89.4J·mol-1·K-14Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)===

4Fe(OH)3(s)－444.3kJ·mol－1－280.1J·mol-1·K-1CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g)+178.2kJ·mol－1+169.6J·mol-1·K-1请判断下列反应是否能够自发进行。放热熵增加一定能正向自发进行吸热熵减小一定不能正向进行任何温度下都能正向自发进行任何温度下都不能正向自发进行低温下能正向自发进行高温下能正向自发进行测当堂测试追根•寻源为了减轻大气污染，人们提出通过以下反应来处理汽车尾气的想法。2NO(g)+2CO(g)===

N2(g)+2CO2(g)已知在298K、100kPa下，ΔH＝－746.8kJ·mol－1，ΔS＝－197.5J·mol－1·K－1。ΔH－TΔS＝－746.8kJ·mol－1－298K×(－197.5×10－3kJ·mol－1