2.2.1 化学反应的方向学案2023-2024学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

新苏教版高中化学选择性必修1《化学反应原理》PAGEPAGE1第二单元化学反应的方向与限度第一课时化学反应的方向【课程标准要求】1.能认识物质是运动和变化的，知道化学变化需要一定的条件，知道化学反应是有方向的。2.知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关，学会应用焓判据和熵判据分析化学反应进行的方向。一、自发反应1.自发过程(1)自然界中有一些过程是自发进行的，而且是有方向性的。例如：水总是自发地从高处流向低处，而相反的过程却不能自发进行。(2)自发过程的特点①体系趋向于从能量较高状态转变为能量较低状态(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。2.自发反应(1)概念：在一定条件下能自动进行的反应，称之为自发反应。(2)特点：具有方向性，即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。【微自测】1.判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)在一定条件下，不用借助外力就能自发进行的过程是自发过程()(2)自发反应不需任何条件就能发生()(3)室温下冰变成水属于自发过程()(4)能自发进行的反应，反应速率一定很大()答案(1)√(2)×(3)√(4)×二、化学反应进行方向的判断依据1.反应焓变与反应方向(1)放热反应：绝大多数都能自发进行，且反应放出的热量越多，体系能量降低得越多，反应越完全。(2)吸热反应：有些也能自发进行。(3)结论：考察化学反应能否自发进行，不能直接用放热(ΔH＜0)或吸热(ΔH＞0)作为判断依据。2.反应熵变与反应方向(1)熵①定义：衡量一个体系混乱度的物理量，其符号为S。②特点：混乱度越大，体系越无序，体系的熵值就越大。③影响因素a.同一物质：S(高温)>S(低温)；S(g)>S(l)>S(s)。b.相同条件下的不同物质：分子结构越复杂，熵值越大。c.S(混合物)>S(纯净物)。(2)熵变①定义：反应前后体系熵值的变化，记为ΔS。②熵增或熵减的判断a.物质由固态到液态、由液态到气态或由固态到气态的过程，ΔS>0，是熵增大的过程。b.气体体积增大的反应，熵变通常都是ΔS>0，是熵增大的反应。c.气体体积减小的反应，熵变通常都是ΔS<0，是熵减小的反应。(3)熵变与反应方向①熵增大有利于反应的自发进行。②某些熵减小的反应在一定条件下也能自发进行。③不能直接用熵增大(ΔS＞0)或熵减小(ΔS＜0)来判断化学反应能否自发进行。3.焓变、熵变对反应方向的共同影响仅利用ΔH或ΔS的数值，都不能判断某反应是否自发进行，必须综合考虑反应的焓变(ΔH)和熵变(ΔS)的大小。(1)当ΔH＜0，ΔS＞0时，反应一定能自发进行。(2)当ΔH＞0，ΔS＜0时，反应一定不能自发进行。(3)当ΔH＞0、ΔS＞0或ΔH＜0、ΔS＜0时，反应是否自发进行与温度有关。【微自测】2.判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)放热反应一定能自发进行()(2)同种物质不同状态时熵值不同，气态时最大()(3)熵增大的反应一定能自发进行()(4)自发反应在任何条件下均可发生()(5)焓变与熵变均不是决定一个反应是否自发进行的唯一因素()答案(1)×(2)√(3)×(4)×(5)√化学反应方向的判断依据1.化学反应方向的判断(1)焓变(ΔH)和熵变(ΔS)都与反应自发性有关，但都不能独立地作为反应能否自发进行的判断依据。要判断反应的方向，必须综合考虑体系的焓变和熵变。(2)判断反应方向的依据不仅与ΔH、ΔS有关，还与温度有关，其表达式为ΔH－TΔS。2.温度对化学反应方向的影响当焓变和熵变的作用相反且相差不大时，温度有可能对反应的方向起决定性的作用，温度与反应方向的关系如图所示：1.下列反应在任何温度下均能自发进行的是()A.N2H4(l)＋eq\f(1,2)N2O4(l)=eq\f(3,2)N2(g)＋2H2O(l)ΔH＝－546.45kJ·mol－1B.Mg2Ni(s)＋2H2(g)=Mg2NiH4(s)ΔH＝－64.4kJ·mol－1C.CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)ΔH＝＋206.4kJ·mol－1D.2N2(g)＋O2(g)=2N2O(g)ΔH＝＋163kJ·mol－1答案A解析当ΔH－TΔS<0时，反应能自发进行。N2H4(l)＋eq\f(1,2)N2O4(l)=eq\f(3,2)N2(g)＋2H2O(l)是熵增且放热的反应，在任何温度下都能自发进行，A项正确；Mg2Ni(s)＋2H2(g)=Mg2NiH4(s)是熵减且放热的反应，在低温下可自发进行，B项错误；CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)是熵增且吸热的反应，在高温下可自发进行，C项错误；2N2(g)＋O2(g)=2N2O(g)是熵减且吸热的反应，在任何温度下都不能自发进行，D项错误。2.已知S的单位是J·mol－1·K－1下列反应中，一定不能自发进行的是()A.2KClO3(s)=2KCl(s)＋3O2(g)ΔH＝－78.03kJ·mol－1ΔS＝1110J·mol－1·K－1B.2CO(g)=2C(s，石墨)＋O2(g)ΔH＝110.5kJ·mol－1ΔS＝－89.36J·mol－1·K－1C.4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)=4Fe(OH)3(s)ΔH＝－444.3kJ·mol－1ΔS＝－280.1J·mol－1·K－1D.NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)=CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l)ΔH＝37.301kJ·mol－1ΔS＝184.05J·mol－1·K－1答案B解析A项为放热的熵增大反应，在任何温度下都有ΔH－TΔS<0，因此该反应一定能自发进行，A项错误；B项为吸热的熵减小反应，在任何温度下都有ΔH－TΔS>0，故该反应一定不能自发进行，B项正确；C项为放热的熵减小反应，在低温时可能有ΔH－TΔS<0，因此该反应在低温下能自发进行，C项错误；D项为吸热的熵增加反应，在高温时可能有ΔH－TΔS<0，因此该反应在高温下能自发进行，D项错误。3.对于化学反应能否自发进行，下列说法错误的是()A.若ΔH<0，ΔS>0，则任何温度下反应都能自发进行B.若ΔH>0，ΔS<0，则任何温度下反应都不能自发进行C.若ΔH>0，ΔS>0，则低温时反应可自发进行D.若ΔH<0，ΔS<0，则低温时反应可自发进行答案C解析若ΔH<0，ΔS>0，则ΔH－TΔS<0，任何温度下反应都能自发进行，A项正确：若ΔH>0，ΔS<0，则ΔH－TΔS>0，任何温度下反应都不能自发进行，B项正确；若ΔH>0，ΔS>0，则高温时，ΔH－TΔS<0，即高温时反应可自发进行，C项错误；若ΔH<0，ΔS<0，则低温时，ΔH－TΔS<0，即低温时反应可自发进行，D项正确。1.下列说法中正确的是()A.在常温下，放热反应一般能自发进行，吸热反应都不能自发进行B.反应NH4HCO3(s)=NH3(g)＋H2O(g)＋CO2(g)ΔH＝＋185.57kJ·mol－1能自发进行，原因是体系有自发向混乱度增大的方向转变的倾向C.焓变和熵变都与反应的自发性有关，所以焓变和熵变均可以单独作为反应能否自发进行的判据D.在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂，可以改变化学反应进行的方向答案B解析一个反应是否自发，由焓变和熵变与温度共同决定，与催化剂无关，A、C、D错误。2.某反应2AB(g)C(g)＋3D(g)在高温时能正向自发进行，其逆反应在低温时能正向自发进行，则该反应的正反应的ΔH、ΔS应为()A.ΔH＜0、ΔS＞0 B.ΔH＜0、ΔS＜0C.ΔH＞0、ΔS＞0 D.ΔH＞0、ΔS＜0答案C3.下列反应中，在高温下不能自发进行的是()A.CO(g)=C(s)＋eq\f(1,2)O2(g)B.2N2O5(g)=4NO2(g)＋O2(g)C.(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)＋NH3(g)D.MgCO3(s)=MgO(s)＋CO2(g)答案A解析A、B、C、D的ΔH>0，B、C、D反应的ΔS>0。ΔH－TΔS<0时，反应才能自发进行。A的ΔS<0，所以在高温时该反应不能自发进行。4.已知：S的单位为J·mol－1·K－1，下列关于焓判据和熵判据的说法中，不正确的是()A.放热的自发过程可能是熵减小的过程，吸热的自发过程一定为熵增大的过程B.4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)=4Fe(OH)3(s)ΔH＝－444.3kJ·mol－1ΔS＝－280.1J·mol－1·K－1在常温、常压下能自发进行C.在室温下碳酸钙的分解反应不能自发进行，但同样是这个吸热反应在较高温度(1200K)下则能自发进行D.放热过程(ΔH＜0)或熵增大(ΔS＞0)的过程一定是自发的答案D解析自发反应需要ΔH－TΔS＜0，放热的自发过程中ΔH＜0，则ΔS可能大于0，也可能小于0，吸热的自发过程中ΔH＞0，则ΔS一定大于0，A项正确；根据ΔH－TΔS＝－444.3kJ·mol－1－298K×(－280.1×10－3kJ·mol－1·K－1)≈－360.83kJ·mol－1＜0，此时焓变对反应的方向起决定性作用，常温、常压下能自发进行，B项正确；碳酸钙分解反应的ΔH＞0且ΔS＞0，同样根据ΔH－TΔS＜0可知在高温下可自发进行，C项正确；焓减小或熵增大的过程不一定都是自发进行的，有的反应需在外力作用下才能进行，D项错误。5.判断下列反应的熵值的变化，在每小题后面的横线上填上“增大”“减小”或“无明显变化”。(1)2H2(g)＋O2(g)eq\o(=,\s\up7(点燃))2H2O(l)________。(2)H2(g)＋Cl2(g)eq\o(=,\s\up7(点燃))2HCl(g)________。(3)(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)＋NH3(g)________。(4)Cu(s)＋Cl2(g)eq\o(=,\s\up7(点燃))C