2.1化学反应的方向导学案高二上学期化学选择性必修1

第2章化学反应的方向、限度与速率第1节化学反应的方向核心微网络素养新目标1.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。学业基础——自学·思记·尝试一、反应焓变与反应方向1．自发过程与自发反应自发过程自发反应含义在温度和压强一定的条件下，________就能自动进行的过程在给定的一组条件下，可以________进行到显著程度的化学反应特征具有方向性，即反应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是肯定____________的举例高山流水，自由落体运动钢铁生锈应用(1)可被用来完成有用功。如H2燃烧可设计成原电池。(2)非自发过程要想发生，必须对它做功。如通电将水分解为H2和O22.反应焓变与反应方向的关系(1)二者关系(2)结论反应的焓变是反应能否______________________进行的影响因素，但不是唯一因素。状元随笔多数自发进行的化学反应是放热反应，但也有不少吸热反应能自发进行，如NH4Cl与Ca(OH)2的反应；还有一些反应，在室温条件下不能自发进行，但在高温条件下能自发进行，如高温煅烧CaCO3。二、反应熵变与反应方向1．熵(1)概念：描述体系________的物理量。符号为S；单位为J·(2)熵值的大小比较。2．熵变3．反应熵变与反应方向(1)二者之间的关系(2)结论：熵变是与反应能否自发进行有关的一个因素，但不是唯一因素。状元随笔有些熵减小的反应在一定条件下也可自发进行，如铝热反应：2Al(s)＋Fe2O3(s)=Al2O3(s)＋2Fe(s)，ΔS＝－39.35J·mol－1·K－1。因此，熵变是与反应进行的方向有关的一个因素，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素，只根据熵变来判断反应进行的方向也是不全面的。三、用焓变与熵变综合判断反应方向1．反应方向的判据：在________和________一定的条件下，化学反应的方向是反应的焓变和熵变共同影响的结果。反应的判据为____________________________。2．文字表述在温度、压强一定的条件下，自发反应总是向______________的方向进行，直至达到平衡状态。3．局限性(1)只能用于一定温度、压强条件下的反应，不能用于其他条件下的反应。(2)仅仅可以用于判断温度、压强一定的条件下反应________________，不能说明反应在该条件下能否_________________________________________________________________。状元随笔(1)从能量角度(即焓变)看，化学反应有趋向于最低能量状态的倾向，而从熵变角度看，化学反应有呈现最大混乱度的倾向，在实际的化学变化中，ΔH与ΔS倾向有时会出现矛盾，因此，在分析一个具体化学反应自发进行的方向时，不能孤立地使用焓判据或熵判据来分析，否则，可能会得出错误的结论。(2)复合判据ΔH－TΔS只能用于恒温、恒压条件下的反应，不能用于其他条件下的反应。【即学即练】1．判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)能够自发进行的反应不一定都是放热反应。()(2)能够自发进行的反应就一定能够发生并完成。()(3)同一物质：固体→液体→气体变化是焓减和熵增的过程。()(4)与外界隔离的体系，自发过程将导致体系的熵减小。()(5)－10℃的水结成冰，可用熵变的判据来解释该变化过程的自发性。()(6)吸热且熵增加的反应，温度越低反应越可能自发进行。()(7)由焓判据和熵判据组合而成的复合判据，将更适合于所有的过程。()(8)一个反应的ΔH－TΔS＝0，则该反应处于平衡状态。()2．下列说法不正确的是()A．Na与H2O的反应是熵增的放热反应，该反应能自发进行B．某吸热反应能自发进行，因此该反应是熵增反应C．碳酸铵[(NH4)2CO3]在室温下就能自发地分解产生氨气是因为外界给予了能量D．CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(l)是一个熵减小的反应3．(双选)下列对熵变的判断中不正确的是()A．少量的食盐溶解于水中：ΔS>0B．纯碳和氧气反应生成CO(g)：ΔS<0C．气态水变成液态水：ΔS>0D．CaCO3(s)受热分解为CaO(s)和CO2(g)：ΔS>04．(双选)以白云石(CaCO3·MgCO3)为原料冶炼金属镁的反应工艺涉及以下两个反应：①CaCO3·MgCO3eq\o(,\s\up7(高温))MgO·CaO＋2CO2↑；②2(MgO·CaO)＋Sieq\o(,\s\up7(高温))2CaO＋SiO2＋2Mg↑对①②两个反应的说法正确的是()A．在敞口容器中有利于反应①的进行B．反应①能进行，说明该反应ΔH<0C．在真空条件下有利于反应②的进行D．反应②能进行，说明Si的还原性比Mg强5．已知反应：Te(s)＋H2(g)=H2Te(g)的ΔH为正值，ΔS为负值，设ΔH与ΔS不随温度而变化，下列说法正确的是()A．低温下是自发反应B．高温下是自发反应C．低温下是非自发反应，高温下是自发反应D．任何温度下都是非自发反应6．已知电子工业中清洗硅片上的SiO2(s)的反应为SiO2(s)＋4HF(g)=SiF4(g)＋2H2O(l)ΔH(298.15K)＝－94.0kJ·mol－1，ΔS(298.15K)＝－75.8J·mol－1·K－1，假设ΔH和ΔS不随温度而变化，则此反应自发进行时的温度________。核心素养——合作·探究·分享目标化学反应方向的判断例已知下列过程都能自发进行，其中不能用“焓判据”解释的是()A．2Na(s)＋Cl2(g)=2NaCl(s)ΔH<0B．C3H8(g)＋5O2(g)=3CO2(g)＋4H2O(l)ΔH＜0C．2NH4Cl(s)＋Ca(OH)2(s)=2NH3(g)＋CaCl2(s)＋2H2O(l)ΔH>0D．2Mg(s)＋O2(g)=2MgO(s)ΔH<0状元随笔理解焓变与反应方向的关系(1)多数自发进行的化学反应是放热反应，但也有很多吸热反应能自发进行。(2)反应焓变是与反应进行的方向有关的因素之一，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素。[提升1]下列有关说法不正确的是()A．同一物质的固、液、气三种状态的熵值相同B．自发进行的化学反应的方向，应由焓判据和熵判据的复合判据来判断C．反应NH3(g)＋HCl(g)=NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的ΔH<0D．常温下，反应C(s)＋CO2(g)=2CO(g)不能自发进行，则该反应的ΔH>0状元随笔理解熵变与反应方向的关系(1)多数自发进行的化学反应是熵增反应，但也有很多熵减反应能自发进行。(2)反应熵变是与反应进行的方向有关的因素之一，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素。[提升2]回答下列问题：(1)用钌的配合物作催化剂，一定条件下可直接光催化分解CO2，发生反应：2CO2(g)=2CO(g)＋O2(g)，该反应的ΔH________(填“>”“<”或“＝”)0，ΔS________(填“>”“<”或“＝”)0，在低温下，该反应________(填“能”或“不能”)自发进行。(2)科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2，化学方程式为2NO＋2CO⇌2CO2＋N2。反应在常温下能够自发进行，则反应的ΔH________(填“>”“<”或“＝”)0。(3)已知在100kPa、298K时石灰石分解反应CaCO3(s)=CaO(s)＋CO2(g)的ΔH>0，ΔS>0，则：①该反应常温下________(填“能”或“不能”)自发进行。②据本题反应数据分析，温度________(填“能”或“不能”)成为反应方向的决定因素。(4)某吸热反应能自发进行，则该反应的ΔS______(填“>”或“<”)0。状元随笔(1)焓和熵的变化取决于体系的始态和终态，与变化的途径无关。(2)ΔH与ΔS共同影响一个化学反应在一定条件下能否自发进行，它们与化学反应速率无关。(3)判据ΔH－TΔS指的是在温度、压强一定的条件下反应自动发生的趋势，不能说明该条件下反应能否实际发生。【关键能力】1.化学反应自发进行的判断依据(1)公式描述在一定条件下，一个化学反应能否自发进行，既与反应焓变有关，又与反应熵变有关。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，化学反应的方向是反应的焓变和熵变共同影响的结果，反应方向的判据为ΔH－TΔS。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(2)文字表述在等温、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ΔH－TΔS<0的方向进行，直至达到平衡状态。2．反应方向判据的相关规律(1)放热的熵增加反应一定能自发进行。(2)吸热的熵减小反应一定不能自发进行。(3)当反应的焓变和熵变的影响相反时，如果二者大小相差悬殊，某一因素可能占主导地位。常温下的放热反应，焓变对反应方向起决定性作用。常温下的吸热反应，熵变对反应方向起决定性作用。(4)如果反应的焓变和熵变的影响相反且相差不大时，温度可能对反应的方向起决定性作用。当堂评价——夯实·测控·演练1．过氧化氢，化学式H2O2。纯过氧化氢是淡蓝色的黏稠液体，可任意比例与水混溶，是一种强氧化剂，水溶液俗称双氧水，为无色透明液体。其水溶液适用于医用伤口消毒及环境消毒和食品消毒。已知，H2O2分解成H2O和O2，其中ΔH＝－196.1kJ·mol－1，ΔS＝125.8J·mol－1·K－1，据此，下列说法正确的是()A．该反应在常温下不能自发进行B．该反应在常温下能自发进行C．该反应反应前后熵值减小D．该反应反应物的总能量低于生成物的总能量2．(双选)下列说法正确的是()A．反应2Mg(s)＋CO2(g)=C(s)＋2MgO(s)能自发进行，则该反应的ΔH<0B．ΔH<0、ΔS<0的反应在高温条件下能自发进行C．反应MgCO3(s)=MgO(s)＋CO2(g)的ΔS>0D．同一物质的固、液、气三种状态的熵值相同3．(双选)下列内容与结论相对应的是()选项内容结论AH2O(g)变成H2O(l)ΔS>0B硝酸铵溶于水可自发进行该反应的ΔS>0C一个反应的ΔH>0，ΔS>0反应一定不能自发进行DH2(g)＋F2(g)=2HF(g)的ΔH＝－271kJ·mol－1ΔS＝8J·mol－1·K－1反应在任意温度下都能自发进行4.汽车尾气(含烃类、CO、NO与SO2等)是城市主要污染源之一，治理的办法之一是在汽车排气管上装催化转化器，它使NO与CO反应生成可参与大气生态循环的无毒气体，其反应原理是2NO(g)＋2CO(g)eq\o(,\s\up7(催化剂))N2(g)＋2CO2(g)，在298K、100kPa下，ΔH＝－113kJ·mol－1，ΔS＝-145J·mol-1·KA.该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量B．该反应常温下不能自发进行，因此需要高温和催化剂条件C．该反应常温下能自发进行，高温和催化剂条件只是加快反应的速率D．汽车尾气中的这两种气体会与血红蛋白结合而使人中毒5．有A、B、C、D四个反应：反应ABCDΔH/kJ·mol－1＋10.5＋1.80－126－11.7ΔS/J·mol－1·K－130.0－113.084.0－105.0(1)在任何温度下都能自发进行的反应是________。(2)在任何温度下都不能自发进行的反应是________。(3)在余下的反应中：①温度高于________℃时可自发进行的反应是________。②温度低于________℃时可自发进行的反应是______________。6．回答下列问题：(1)汽车燃油不完全燃烧时产生CO，有人设想按下列反应除去CO：2CO(g)=2C(s)＋O2(g)。已知该反应的ΔH>0，简述该设想能否实现的依据：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)下列反应中，在高温下不能自发进行的是________(填字母)。a．CO(g)=C(s)＋12O2b．2N2O5(g)=4NO2(g)＋O2(g)c．(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)＋NH3(g)d．MgCO3(s)=MgO(s)＋CO2(g)(3)25℃和1.01×105Pa时，反应：2N2O5(g)=4NO2(g)＋O2(g)ΔH＝56.76kJ·mol－1能自发进行的原因是________________________________。(4)将水蒸气通过红热的炭即产生水煤气，化学方程式为C(s)＋H2O(g)=H2(g)＋CO(g)ΔH＝131.3kJ·mol－1，ΔS＝133.7J·mol-该反应在低温下能否自发进行？________(填“能”或“不能”)。练后反思第1节化学反应的方向学业基础一、1．不用借助外力作用自发不能自发进行2．(1)放热吸热(2)自发二、1．(1)无序程度(2)S(g)>S(l)>S(s)越大>2．反应产物总熵反应物总熵3．(1)增加减小三、1．温度压强ΔH－TΔS＜＝＞2．ΔH－TΔS＜03．(2)发生的可能性实际发生【即学即练】1．答案：(1)√(2)×(3)×(4)×(5)×(6)×(7)√(8)√2．解析：Na与水的反应是固体与液体反应生成气体，为熵增的反应，ΔS>0，在反应中钠会熔化成一个闪亮的小球四处游动，且发出嘶嘶的声音，此反应为放热反应，则ΔH<0，故ΔH－TΔS<0，该反应能自发进行，A正确；该反应是吸热反应，ΔH>0，要能自发进行ΔH－TΔS<0，该反应一定是熵增反应，B正确；碳酸铵自发分解，是因为氨气的生成而使熵增大，C错误；CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(l)反应后气体分子数减小，所以是一个熵减小的反应，D正确。答案：C3．解析：A项，NaCl(s)→NaCl(aq)ΔS>0；B项，2C(s)＋O2(g)点燃=2CO(g)ΔS>0；C项，H2O(g)→H2O(l)ΔS<0；D项，CaCO3(s)高温=CaO(s)＋CO2(g)答案：BC4．解析：在敞口容器中进行①反应，反应产生CO2脱离反应体系，根据平衡移动原理，减小生成物浓度，平衡正向移动，因此有利于反应①的进行，A正确；由于该反应的正反应是气体体积增大的反应，ΔS>0，根据公式ΔH－TΔS<0，反应可自发进行，反应在高温下进行，因此不能判断该反应的正反应是放热反应还是吸热反应，B错误；反应在真空条件下进行，就可以避免反应产生的Mg被氧化，因此对该反应发生有利，C正确；反应在高温下发生，因此不能证明物质Si、Mg还原性的相对强弱，D错误。答案：AC5．解析：由ΔH>0ΔS<0知ΔH－答案：D6．解析：要使反应能够自发进行，则ΔH－TΔS<0，即－94.0kJ·mol－1－T×(－75.8J·mol－1·K－1)×10－3kJ·J－1<0，故T<94.0kJ·mol-答案：小于1240K核心素养[例]解析：焓判据是指ΔH<0的反应有利于自发进行，C项反应的ΔH>0，按焓判据反应不能发生，而题给条件是能自发进行，所以不能用“焓判据”解释该反应为自发反应。答案：C[提升1]解析：熵值指的是物质的混乱程度，同一物质的固、液、气三种状态混乱程度不同，所以熵值不同，A项错误；自发进行的化学反应的方向，由焓判据和熵判据的复合判据来判断，B项正确；反应NH3(g)＋HCl(g)=NH4Cl(s)在室温下可以自发进行，则ΔH－T