新教材2023-2024学年高中化学第2章化学反应的方向限度与速率第1节化学反应的方向课件鲁科版选择性必修1

第2章化学反应的方向、限度与速率第1节化学反应的方向素养目标知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关,能从焓变和熵变的角度认识反应的方向,从而形成证据推理与模型认知的学科核心素养。基础落实•必备知识全过关重难探究•能力素养全提升目录索引

基础落实•必备知识全过关必备知识一、反应焓变与反应方向1.自发过程(1)定义:在温度和压强一定的条件下,不借助外部力量就能自动进行的过程。(2)特点:具有方向性,即过程的某个方向在一定条件下是自发的,而其逆方向在该条件下肯定不自发。2.反应焓变与反应方向的关系(1)多数能自发进行的化学反应是放热反应。(2)有不少吸热反应也能自发进行。结论:反应能否自发进行与反应焓变有关,但反应焓变不是决定反应能否自发进行的唯一因素。用焓变(能量变化)判断反应进行的方向称为焓判据(能量判据)二、反应熵变与反应方向1.熵(1)定义:描述体系无序程度的物理量,其符号为S,单位为J·mol-1·K-1。(2)特点:体系无序程度越大,体系的熵值就越大。(3)熵值比较:①同一物质:S(g)>S(l)>S(s)。②相同条件下的不同物质具有不同的熵值,分子结构越复杂,熵值越大。③S(混合物)>S(纯净物)。2.熵变(1)定义:反应产物的总熵与反应物的总熵之差。(2)计算式:ΔS=∑S(反应产物)-∑S(反应物)。(3)正负判断依据。①物质由固态到液态、由液态到气态或由固态到气态的过程,熵变为正值,是熵增加的过程。②产生气体的反应和气体的物质的量增大的反应,熵变通常都是正值,是熵增加的反应。③气体的物质的量减小的反应,熵变通常都是负值,是熵减小的反应。3.熵变与反应方向(1)熵增加有利于反应的自发进行。(2)有些熵减小的反应在一定条件下也可以自发进行。(3)反应能否自发进行与反应熵变有关,但不能仅用反应熵变来判断反应能否自发进行。【微思考】气体的扩散是熵增反应吗?提示气体的扩散是熵增过程,不是熵增反应。用熵变判断反应进行的方向称为熵判据

三、用焓变与熵变综合判断反应方向1.反应方向的判据2.一般规律(1)放热的熵增加反应一定能正向自发进行。(2)吸热的熵减小反应一定不能正向自发进行。(3)当焓变和熵变相差较大时,可能某一个因素占主导地位。3.几个反应的焓变、熵变以及自发进行的可能性(假定反应的焓变、熵变不随温度变化而变化)化学反应ΔH/(

kJ·mol-1)ΔS/(J·mol-1·K-1)能否正向自发进行2KClO3(s)==2KCl(s)+3O2(g)-78.03+494.4任何温度下都能正向自发进行CO(g)==C(s,石墨)+

O2(g)+110.5-89.4任何温度下都不能正向自发进行4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)==4Fe(OH)3(s)-444.3-280.1低温下能正向自发进行CaCO3(s)==CaO(s)+CO2(g)+178.2+169.6高温下能正向自发进行自我检测判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)放热反应一定能自发进行,吸热反应一定不能自发进行。(

)(2)熵增反应一定能自发进行,熵减反应一定不能自发进行。(

)(3)能够自发进行的反应一定容易发生,也一定能反应完全。(

)(4)对于ΔS>0的反应,若在任何温度下均能自发进行,则该反应ΔH>0。(

)(5)TATP(C9H18O6)受撞击分解爆炸,且无明显热效应,说明该分解反应的熵显著增加。(

)××××√(6)反应NH3(g)+HCl(g)==NH4Cl(s)在室温下可自发进行,则该反应的ΔH<0。(

)√重难探究•能力素养全提升探究一化学反应进行方向的判断方法问题探究自然界中的水总是从高处流向低处;室温下,冰块会自动融化,这些都是自发的过程。那么,用什么来判断一个化学反应能否自发进行呢?提示

利用化学反应的焓变和熵变综合判断反应能否自发进行。归纳拓展判断化学反应进行方向的两种方法(1)利用化学反应原理判断的几种方法。①相对强酸(碱)可制备相对弱酸(碱)。②强氧化性与强还原性的物质反应可生成弱氧化性与弱还原性的物质。③稳定性弱的物质可生成稳定性强的物质。④满足复分解反应条件的溶液中的反应。(2)用焓变和熵变综合判断反应的方向。判断一定温度、压强条件下反应的方向时,应同时考虑焓变与熵变两个因素,用ΔH-TΔS作为判据。在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下,反应总是向ΔH-TΔS<0的方向进行,直至达到平衡状态。若ΔH-TΔS=0,表明反应已达到平衡状态,若ΔH-TΔS>0,表明反应正向不能自发进行。【微点拨】对于一个特定的气相反应,熵变的大小取决于反应前后的气体物质的物质的量的多少。应用体验视角1焓判据的应用1.下列过程的方向能用焓判据判断的是(

)A.湿的衣服经过晾晒变干B.硝酸铵溶于水C.水蒸气凝结成水D.CaCO3(s)═CaO(s)+CO2(g)

ΔH>0C解析

湿的衣服经过晾晒变干、硝酸铵溶于水吸热、CaCO3分解均为吸热过程,不能用焓判据判断自发进行,故A、B、D错误;水蒸气凝结成水放热,能用焓判据判断,故C正确。方法点拨

能用焓判据来解释过程自发性的一定为放热过程。视角2熵变与熵判据的应用2.以下说法正确的是(

)A.ΔH<0的反应均是自发反应B.ΔS为负值的反应均不能自发进行C.冰在室温下自动融化成水,是熵增加的过程D.高锰酸钾受热分解是一个熵减小的过程C解析

A项,ΔH<0(放热)的反应有的是非自发反应;B项,ΔS为负值(熵减小)的反应有的也能自发进行,如NH3+HCl═NH4Cl;C项、D项都是体系无序程度增大的过程,都属于熵增加的过程。3.下列反应是熵增反应的是(

)A.NH4HC2O4(s)═NH3(g)+CO(g)+CO2(g)+H2O(g)B.3F2(g)+8NH3(g)═6NH4F(s)+N2(g)C.SO2(g)+CaO2(s)═CaSO4(s)D.C(CH3)4(g)→CH3CH2CH(CH3)2(l)A解析

反应NH4HC2O4(s)═NH3(g)+CO(g)+CO2(g)+H2O(g)是固体生成气体的反应,属于熵增反应,故A正确;3F2(g)+8NH3(g)═6NH4F(s)+N2(g)、SO2(g)+CaO2(s)═CaSO4(s)、C(CH3)4(g)→CH3CH2CH(CH3)2(l)都是气体分子数减少的反应,属于熵减反应,故B、C、D错误;答案选A。视角3利用化学反应原理判断反应进行方向4.下列过程属于非自发的是(

)A.电解水制氢气

B.蔗糖在水中溶解C.冬天水结成冰

D.碳酸钙高温分解A解析

电解水制取氢气时需要外加电源,该过程需要外力,所以属于非自发过程,A符合题意;蔗糖在水中溶解不需要外力作用就可以发生,因此属于自发过程,B不符合题意;冬天水结成冰不需要外力作用就可以发生,因此属于自发过程,C不符合题意;在高温条件下碳酸钙发生分解反应,不再需要外力就可以发生,因此该高温条件下的分解过程为自发过程,D不符合题意。探究二化学反应的方向与ΔH-TΔS的关系问题探究合成氨反应是一个可逆反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

ΔH=-92.2kJ·mol-1,ΔS=-198.2J·mol-1·K-1。请你根据正反应的焓变和熵变分析298K下合成氨反应能否自发进行?提示

能。ΔH-TΔS=-92.2

kJ·mol-1-298

K×(-198.2)×10-3

kJ·mol-1·K-1=-33.136

4

kJ·mol-1<0,反应在298

K时可以自发向正反应方向进行。归纳拓展焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响

ΔHΔSΔH-TΔS反应情况-+永远是负值在任何温度下均能正向自发进行+-永远是正值在任何温度下均不能正向自发进行++低温为正,高温为负低温时非自发,高温时自发--低温为负,高温为正低温时自发,高温时非自发【微点拨】(1)当焓变和熵变的作用相反且二者相差较大时,其中的某一因素占主导地位。(2)当焓变和熵变的作用相反且二者相差不大时,温度对反应方向起决定作用。例如,有些反应常温下不能自发进行,在高温下能自发进行;有些反应高温下不能自发进行,在低温下能自发进行。应用体验视角1复合判据的定性判断1.下列反应在任意温度下一定能自发进行的是

(填序号)。①2NaCl

2Na+Cl2↑②2KClO3(s)═2KCl(s)+3O2(g)

ΔH=-78.03kJ·mol-1③CaCO3(s)═CaO(s)+CO2(g)

ΔH=+178.2kJ·mol-1④4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)═4Fe(OH)3(s)

ΔH=-444.3kJ·mol-1②2.(2023内蒙古兴安盟高二校考)下列有关化学反应自发性的叙述错误的是(

)A.2CO(g)═2C(s)+O2(g)

ΔH>0高温可以自发B.CaCO3(s)═CaO(s)+CO2(g)

ΔH>0高温可以自发C.Si(s)+3HCl(g)═SiHCl3(g)+H2(g)

ΔH<0低温可以自发D.2H2O2(l)═2H2O(l)+O2(g)

ΔH<0任何温度下可以自发A解析

2CO(g)═2C(s)+O2(g)

ΔH>0,气体物质的量减少,ΔS<0,任何温度下不能自发进行,故A错误;CaCO3(s)═CaO(s)+CO2(g)

ΔH>0,气体物质的量增多,ΔS>0,高温可以自发,故B正确;Si(s)+3HCl(g)═SiHCl3(g)+H2(g)

ΔH<0,气体物质的量减少,ΔS<0,低温可以自发,故C正确;2H2O2(l)═2H2O(l)+O2(g)

ΔH<0,气体物质的量增多,ΔS>0,任何温度下可以自发,故D正确。视角2复合判据的定量计算3.已知甲烷隔绝空气在不同温度下有可能发生如下两个反应:①CH4(g)

==C(s)+2H2(g),②2CH4(g)==C2H2(g)+3H2(g)。某同学为了得到用天然气制取炭黑的允许温度范围和最佳温度,在图书馆查到了如下热力学数据:反应①的ΔH(298K)=+74.848kJ·mol-1,ΔS(298K)=+80.674J·mol-1·K-1反应②的ΔH(298K)=+376.426kJ·mol-1,ΔS(298K)=+220.211J·mol-1·K-1已知焓变和熵变随温度变化很小。请帮助这位同学回答如下问题:(1)判断反应②高温自发还是低温自发:

(填“高温”或“低温”)。

(2)通过计算判断反应①在常温下能否自发进行:

。

(3)求算制取炭黑的允许温度范围:

。

(4)为了提高甲烷的炭化程度,你认为下面四个温度中最合适的是

(填字母)。

A.905.2K

B.927KC.1273K D.2000K高温

不能自发进行

927.8K<T<1709.4KC(3)甲烷裂解为炭黑和H2时,ΔH-TΔS=74.