高中化学同步讲义（选择性必修一）第08讲 2.5化学反应的方向（学生版）

第2课第5课时化学反应的方向001目标任务课程标准学习目标1．知道化学反应是有方向的，了解焓变和熵变的概念。2．知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关。3．能用焓变、熵变判断化学反应进行的方向。1．能从焓变、熵变和自由能角度建立判断化学反应自发进行方向的思维模型，能通过定性分析和定量计算推出合理的结论。2．认识反应条件对化学反应的影响，能根据实验现象和数据概括自发反应的条件、特征和规律。002预习导学自主梳理一、自发过程和自发反应1．自发过程(1)含义：在一定条件下，不用借助于就可以的过程。(2)特点：体系趋向于从状态转变为状态。在密闭条件下，体系有从自发转变为的倾向。2．自发反应：在给定条件下，可以地进行到显著程度的化学反应。二、化学反应进行方向的判据1．焓判据放热反应过程中体系能量，具有自发进行的倾向，因此可用来判断反应进行的方向。2．熵判据(1)熵用来量度体系程度的物理量。熵值越大，程度越大。符号为。(2)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，即熵变(符号ΔS)零。(3)熵判据体系有自发地向混乱度(即)的方向转变的倾向，因此可用来判断反应进行的方向。预习检测1．下列反应或过程没有自发性的是A．高温下，煅烧石灰石 B．常温下，水分解成氢气与氧气C．双氧水在催化作用下分解 D．常温下，冰融化为水2．研究化学反应进行的方向对于反应设计等具有重要意义，下列说法正确的是A．知道了某过程有自发性之后，则可确定该过程是否一定会发生B．，低温下能自发进行C．电解水可以得到氢气和氧气，即常温下水的分解反应是自发反应D．溶于水吸热，说明其溶于水不是自发过程3．下列反应的焓变和熵变与图示过程相符的是A．2Na(g)＋Cl2(g)=2NaCl(s)B．N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)C．2N2O5(g)⇌4NO2(g)＋O2(g)D．Zn(s)＋H2SO4(aq)=ZnSO4(aq)＋H2(g)4．对于反应2H2O2⇌2H2O+O2，在任何温度下可自发进行的原因是A． B．C． D．5．下列说法正确的是A．，在无催化下不加热也能自发进行，原因是反应有自发地向混乱度增加的方向转变的倾向B．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C．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D．焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓变或熵变均可以单独作为反应自发性的判据6．下列反应在任何温度下均能自发进行的是A．2N2(g)+O2(g)=2N2O(g)

△H=+163kJ/molB．2Ag(s)+Cl2(g)=2AgCl(s)

△H=-254kJ/molC．2HgO(s)=2Hg(1)+O(g)

△H=+182kJ/mol1D．2H2O2(1)=O2(g)+2H2O(l)

△H=-196kJ/mol探究提升03探究提升03►环节一自发过程与自发反应【情境材料】以下过程均为自发反应或自发过程：①甲烷燃烧：CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(g)ΔH＝－802.3kJ·mol－1②氢气和氧气反应：2H2(g)＋O2(g)=2H2O(l)ΔH＝－571.6kJ·mol－1③钠与水反应：2Na(s)＋2H2O(l)=2NaOH(aq)＋H2(g)ΔH＝－368kJ·mol－1④硝酸铵溶于水要吸热。⑤冰融化要吸热。⑥两种或两种以上互不反应的气体通入一密闭容器中，最终会混合均匀。【问题探究】1．对于自发反应①②③，从能量角度分析它们为什么可以自发进行？2．对于自发过程④⑤⑥，这些过程都是自发的，与焓变有关吗？是什么因素决定它们能自发进行？3．合成氨反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.2kJ·mol－1，ΔS＝－198.2J·mol－1·K－1。根据焓判据分析298K下该反应是否能自发进行？根据熵判据呢？要点归纳1．自发过程与自发反应的比较自发过程自发反应含义在一定条件下，不需要借助外力就能自发进行的过程在给定的条件下，可以自发进行到显著程度的化学反应特征具有方向性，即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是不能自发进行的举例高山流水，自由落体运动钢铁生锈应用(1)可被用来完成有用功，如水力发电(2)可用来实现化学能转化为电能，如H2燃烧可设计成原电池(3)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．自发过程的特点(1)体系趋向于从高能状态转变为低能状态。(2)体系趋向于从有序体系转变为无序体系。(1)一定条件下，如果一个过程是自发的，则其逆过程在相同条件下就是非自发的。(2)自发过程可以是物理过程，不一定是自发反应，而自发反应一定是自发过程。3自发反应和非自发反应是可能相互转化的，某一条件下的自发反应可能在另一条件下就是非自发反应，如2NOg＋O2g=2NO2g是常温下的自发反应，而在高温条件下其逆反应是自发反应。典例精讲【例1】（2023春·江苏盐城·高二江苏省响水中学校考期中）下列说法正确的是A．自发反应是指不需要条件就能发生的反应B．非自发过程在任何条件下都不可能变为自发过程C．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D．常温下，反应C(s)+CO2(g)2CO(g)不能自发进行，则该反应的△H＞0【例2】（2022秋·河北邢台·高二邢台市第二中学校考阶段练习）下列说法正确的是A．放热反应都能自发进行，吸热反应都不能自发进行B．电解水为自发反应C．反应NH3(g)+HCl(g)=NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的△H＞0D．W(s)+xG(g)=2Q(g)

△H＜0，能自发进行，x可能等于1【例3】（2021秋·陕西咸阳·高二统考期中）碳酸铵[(NH4)2CO3]在室温下就能自发的分解产生氨气，对其说法正确的是A．碳酸铵分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增大B．碳酸铵分解是因为外界给予了能量C．碳酸铵分解是吸热反应，根据能量判据能自发分解D．碳酸盐都不稳定，都能自发分解►环节二判断化学反应方向的依据【情境材料】汽车尾气中的主要污染物是一氧化氮和一氧化碳，它们是现代化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：2NO(g)＋2CO(g)=N2(g)＋2CO2(g)。【问题探究】1．阅读素材分析如何判断上述反应能否自发进行？2．查阅资料可知上述反应的ΔH＝－746.8kJ·mol－1、ΔS＝－197.5J·mol－1·K－1。试着分析该反应室温(298K)下能否自发进行？3．汽车中的尾气处理装置中都使用了催化剂，分析催化剂的作用是什么？要点归纳1．化学反应进行的方向与焓变的关系(1)分析下列反应进行的方向与ΔH之间的关系①H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(l)，燃烧反应是放热反应，ΔH<0，常温下能自发进行。②Zn(s)＋CuSO4(aq)=ZnSO4(aq)＋Cu(s)，该反应是放热反应，ΔH<0，常温下能自发进行。③(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)＋NH3(g)ΔH＝＋56.7kJ·mol－1，该反应在常温下能自发进行。④CaCO3(s)=CaO(s)＋CO2(g)ΔH＞0，该反应在常温下不能自发进行，但在较高温度下能自发进行。(2)自发反应与焓变的关系大多数放热反应可以自发进行，但也有很多吸热反应能自发进行，因此，反应焓变是与反应进行的方向的有关因素之一，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素。2．化学反应进行的方向与熵变的关系(1)熵的概念熵是衡量体系混乱度大小的物理量，符号为S，熵值越大，体系的混乱度越大。(2)影响熵(S)大小的因素①同一物质的熵在不同状态下熵值不同：S(g)>S(l)>S(s)。②熵值与物质的量的关系：物质的量越大，分子数越多，熵值越大。(3)熵变①概念：发生化学反应时物质熵的变化称为熵变，符号为ΔS。②熵变规律a．物质由固态→液态→气态的过程为熵增的过程，ΔS>0，反之为熵减的过程，ΔS<0。b．气体物质的量增大的反应是熵增大的反应，ΔS>0；气体物质的量减小的反应是熵减小的反应，ΔS<0。(4)ΔS与反应方向的关系①很多熵增的反应是自发进行的，例如：Zn与稀H2SO4的反应、KClO3的分解反应都是ΔS>0的自发进行的反应。因此，熵增(ΔS>0)的反应具有自发进行的倾向，可以用熵变来判断反应进行的方向。②有些熵减(ΔS<0)的反应也可以自发进行。a．实例：乙烯聚合生成聚乙烯反应的ΔS<0，该反应能够自发进行。b．2NO(g)＋2CO(g)=N2(g)＋2CO2(g)c．4Fe(OH)2(s)＋O2(g)＋2H2O(l)=4Fe(OH)3(s)以上反应的ΔS<0，能自发进行。(5)结论多数能自发进行的化学反应的ΔS>0，但有些熵减(ΔS<0)的反应也能自发进行，因此，熵变也是与反应进行的方向的有关因素之一，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素。3．判断化学反应方向的复合判据(1)判据(2)温度对反应方向的影响熵变正、负的判断(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)气体体积增大的反应，熵变通常都是正值，是熵增加的反应。(3)气体体积减小的反应，熵变通常都是负值，是熵减小的反应。典例精讲【例4】（2023·全国·高二假期作业）下列对化学反应预测正确的是选项化学反应方程式已知条件预测AM(s)=X(g)＋Y(s)ΔH>0它是非自发反应BW(s)＋xG(g)=2Q(g)ΔH<0，自发反应x可能等于1、2、3C4X(g)＋5Y(g)=4W(g)＋6G(g)能自发反应ΔH一定小于0D4M(s)＋N(g)＋2W(l)=4Q(s)常温下，自发进行ΔH>0A．A B．B C．C D．D【例5】（2023春·浙江绍兴·高二统考期末）在298K和100kPa压力下，已知金刚石和石墨的熵、燃烧热和密度分别为：物质S/J/(K·mol)△H/(kJ/mol)ρ/(kg/m3)C(金刚石)2.4-395.403513C(石墨)5.7-393.512260此条件下，对于反应C(石墨)→C(金刚石)，下列说法正确的是A．该反应的△H>0，△S<0B．由公式△G=△H-T△S可知，该反应△G=985.29kJ/molC．金刚石比石墨稳定D．相同条件下，1mol金刚石与1mol氧气的能量总和小于1molCO2气体的能量004课堂总结005强化训练探究提升一、单选题1．自发过程：在一定的条件下，不需要外力就可以自动进行的过程。在常温常压下，下列诗句反映的景象与自发过程不一致的一项是A．云开雾散旭风暖 B．飞流直下三千尺C．雪消门外千山绿 D．欲渡黄河冰塞川2．下列说法不正确的是A．反应在低温下能自发进行，说明该反应的B．非自发反应就是不可能发生的反应，自发反应就是能较快进行的反应C．反应的限度越大，说明平衡时产物所占比例越高D．若温度改变，则可逆反应的平衡常数一定改变3．合成氨反应中物质的能量与反应过程的关系如图所示。已知键能、。下列说法正确的是A．一定条件下，反应能自发进行的原因是B．C．合成氨使用催化剂是为了提高反应物的平衡转化率D．合成氨使用高温的目的是提高反应物的平衡转化率，使用高压的目的是增大反应速率4．下列说法正确的是A．一定温度下，反应MgCl2(l)Mg(l)+Cl2(g)的ΔH>0，ΔS<0B．凡是放热反应都是自发的，凡是吸热反应都是非自发的C．常温下，2H2O2H2↑+O2↑，即常温下水的分解反应是自发反应D．已知2KClO3(s)=2KCl(s)+3O2(g)

ΔH＝﹣78.03kJ·mol-1，ΔS＝+494.4J·mol-1·k-1，此反应在任何温度下都能自发进行5．以下判断正确的是A．CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)△H=+178.5kJ·mol-1，该反应低温才能自发B．通常化学反应的△S越大，越有利于反应自发进行，所以△S＞0时反应必能自发C．常温下，反应A(s)+B(g)=2X(g)不能自发进行，则该反应的ΔH＞0D．化学反应的速率越大，表明反应的活化能越小，故反应进行的程度就越大6．下列说法正确的是A．在常温下，放热反应能自发进行吸热反应不能自发进行B．

，能自发进行的原因是＞0C．焓变和熵变均可以单独作为反应自发性的判断依据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7．焦炭常用于冶炼工业。已知反应①：2C(s)+O2(g)=2CO(g)；反应②：2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)，反应①、②的反应趋势与温度关系如图所示。下列说法错误的是A．反应②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)的ΔS<0，ΔH<0B．983K是两个反应主次趋势变化的转折点C．L1对应反应①D．当温度低于983K时，过量焦炭的氧化产物以反应②生成CO2为主8．下列关于化学反应方向及其判据的说法中正确的是A．1molSO3在不同状态时的熵值：S[SO3(s)]>S[SO3(1)]>S[SO3(g)]B．常温下，反应C(s)+CO2(g)=2CO(g)不能自发进行，则该反应的ΔH>0C．放热反应都可以自发进行，而吸热反应不能自发进行D．2KClO3(s)=2KCl(s)+3CO2(g)ΔH>0能否自发进行与温度无关9．常压下，1g冰熔化成1g水、1g水蒸发成1g水蒸气的焓和熵的变化情况如图所示。已知：熔化过程：蒸发过程：下列说法不正确的是A．； B．；C． D．蒸发过程属于高温自发过程10．向某密闭容器中充入一定量的、混合气体，一定条件下发生反应：

，平衡时C的物质的量分数与温度、压强的关系如图所示。下列说法正确的是A．该反应的 B．该反应为熵减反应，C．该反应一定能自发进行 D．增大压强，该反应的平衡常数增大11．分析下列反应，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)+Cl2(g)=AgCl(s)ΔH=-127kJ·mol-1C．HgO(s)=Hg(l)+O2(g)ΔH=+91kJ·mol-1D．H2O2(l)=O2(g)+H2O(l)ΔH=-98kJ·mol-112．下列关于焓与熵的说法正确的是A．焓与内能无关B．化学反应的反应热等于反应的焓变C．焓与物质的聚集状态有关，熵与物质的聚集状态无关D．孤立体系(与环境没有物质交换和能量交换)的自发过程向着熵增方向进行二、填空题13．反应的焓变、熵变随温度的变化较小，假设它们不随温度变化，根据下表数据，思考回答下列问题：化学反应ΔH/kJ·mol-1ΔS/J·mol-1·K-1①2H2O2(aq)=2H2O(l)＋O2(g)-9857.2②CO2(g)=C(s，石墨)＋O2(g)393.5-2.86③HCl(g)＋NH3(g)=NH4Cl(s)-176-285④CaCO3(s)=CaO(s)＋CO2(g)178.2169.6(1)根据表中数据可知：反应①在温度下，正向自发进行。(2)有人提出采用适当的催化剂，用热分解法分解CO2，以减少CO2的排放，你认为是否可行？阐述判断的理由。(3)利用综合判据，计算反应③能正向自发进行的温度范围。