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第三节化学反应的方向第二章化学反应速率与化学平衡01预习作业(建议用时:15分钟)
1.自发过程:在温度和压强一定的条件下,不借助光、电等外部力量就能自动进行的过程。2.自发过程的方向与焓变有关,ΔH______0有利于反应自发进行。3.自发过程的方向也与熵变有关。熵(符号:S)是度量体系混乱度的物理量,熵值越大,混乱程度________,对于同一物质:S(g)________S(l)________S(s)。熵变(符号:ΔS)是生成物与反应物的熵值差。ΔS________0有利于反应自发进行。<越大>>>4.焓变和熵变都________单独作为判断反应自发进行方向的依据,必须综合考虑。ΔG=ΔH-TΔS________0,反应能自发进行;ΔG=ΔH-TΔS________0,反应不能自发进行。不能<>1.下列关于判断过程方向的说法正确的是(
)A.所有自发进行的化学反应都是放热反应B.高温、高压下可以使石墨转化为金刚石是自发的化学反应C.判断反应自发进行的方向,必须综合考虑体系的焓变和熵变D.同一物质的固、液、气三种状态的熵值相同答案解析
有些吸热反应也可以自发进行,如2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g)是吸热反应,又是熵增的反应,高温下可自发进行,A不正确。高温、高压使石墨转化为金刚石,要向体系中输入能量,本质仍然是非自发的,B不正确。同一物质:气态时的熵值最大,液态时次之,固态时熵值最小,D不正确。解析答案3.研究化学反应的方向具有重要意义。下列说法正确的是(
)A.电解水的反应属于自发反应B.能自发进行的反应一定能迅速发生C.自发反应的熵一定增大,非自发反应的熵一定减小D.2NO(g)+2CO(g)===N2(g)+2CO2(g)在常温下能自发进行,则该反应的ΔH<0答案解析
电解水的反应属于非自发反应,常温下水无法分解为氢气和氧气,A错误;能自发进行的反应,其反应速率和浓度、温度、压强、催化剂等因素有关,不一定能迅速发生,B错误;自发反应的熵不一定增大,非自发反应的熵不一定减小,C错误;反应2NO(g)+2CO(g)===N2(g)+2CO2(g)的气体分子数减小,熵减小,在常温下能自发进行,则一定是放热反应,ΔH<0,D正确。解析4.“熵”表示体系的混乱度,它的符号是“S”。下列变化中,ΔS<0的是(
)A.3Fe(s)+4H2O(g)===Fe3O4(s)+4H2(g)B.2NO2(g)===N2O4(l)C.2IBr(l)===I2(s)+Br2(g)D.(NH4)2CO3(s)===2NH3(g)+CO2(g)+H2O(g)解析
选项B中的反应是由气体转化为液体,混乱度减小,ΔS<0。解析答案5.已知在100kPa、298.15K时石灰石分解反应:CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g)
ΔH=+178.3kJ·mol-1
ΔS=+160.4J·mol-1·K-1,则:(1)在此条件下该反应________(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。(3)若温度能决定反应方向,则该反应自发进行的最低温度为________K(结果保留一位小数)。不能能1111.6解析02
课时分层练(建议用时:40分钟)[学习·理解]1.下列过程是自发的是(
)A.雷电固氮B.热水变冷水C.植物的光合作用D.工业上用NaCl和水制备NaOH、Cl2和H2答案解析
雷电固氮是N2和O2借助雷电这一外力生成NO,是非自发的;热水变冷水能量降低,是自发的;植物的光合作用是CO2和H2O在叶绿素的作用下借助光能转化为糖类和O2,是非自发的;工业上用NaCl和水制备NaOH、Cl2和H2是电解饱和食盐水,借助电能,是非自发的。[重难点拨]自发过程的特点(1)具有方向性,即该过程的某个方向在一定条件下是自发的,则其相反过程在该条件下肯定不能自发。(2)体系趋向于从高能量状态转变为低能量状态。(3)体系趋向于从有序体系转变为无序体系。解析2.下列关于自发过程的叙述正确的是(
)A.只有不需要任何条件就能够自动进行的过程才是自发过程B.需要加热才能够进行的过程肯定不是自发过程C.同一可逆反应的正、逆反应在不同条件下都有自发的可能D.非自发过程在任何条件下都不可能变为自发过程解析
在温度和压强一定的条件下,不借助光、电等外部力量就能自动进行的过程为自发过程,A错误;有的自发反应需要加热才能进行,如高温自发反应,B错误;非自发过程在一定条件下可能变为自发过程,D错误。解析答案3.实验证明,多数能自发进行的反应都是放热反应。对此说法的理解正确的是(
)A.所有的放热反应都是自发进行的B.所有的自发反应都是放热的C.焓变是影响反应是否具有自发性的一种重要因素D.焓变是决定反应是否具有自发性的唯一因素答案解析
化学反应能自发进行的判据是ΔH-TΔS<0,必须综合考虑体系的焓变和熵变,A错误;有些自发反应是吸热反应,B错误;焓变是影响反应是否具有自发性的一种重要因素,但不是唯一因素,C正确,D错误。[重难点拨]反应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。(2)有些吸热反应也能自发进行,如氢氧化钡晶体与氯化铵反应。(3)反应焓变是与反应进行的方向有关的因素之一,但不是影响反应能否自发进行的唯一因素。解析4.下列不能用焓变解释的自发进行的过程是(
)A.铁在潮湿空气中生锈了B.天然气的燃烧C.铜在潮湿空气中产生铜绿D.NH4Cl与Ba(OH)2·8H2O反应产生NH3解析 NH4Cl与Ba(OH)2·8H2O反应产生NH3,是一个吸热的自发过程,不能用焓变解释。解析答案5.关于化学反应进行方向的叙述正确的是(
)A.ΔH<0,ΔS>0时,反应自发进行,如金属钠和水的反应B.凡是放热反应都是自发的,吸热反应都是非自发的C.自发过程一定是自发反应D.同一种物质的熵值,固态时最大,液态时次之,气态时最小答案解析
熵增加ΔS>0,且放热ΔH<0,反应ΔH-TΔS<0,一定是自发反应,故A正确;放热反应不一定是自发的,如ΔH<0,ΔS<0的反应在高温下是非自发进行的,故B错误;自发过程可以是物理过程,不一定是自发反应,故C错误;同一物质的熵与其聚集状态及外界条件有关,一般来说,气态时最大,液态时次之,固态时最小,故D错误。解析答案解析[应用·实践]7.已知反应2CO(g)===2C(s)+O2(g)
ΔH>0,ΔS<0。设ΔH和ΔS不随温度而变,下列说法中正确的是(
)A.低温下能自发进行B.高温下能自发进行C.任何温度下都能自发进行D.任何温度下都不能自发进行答案解析8.已知:(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)+NH3(g)
ΔH=+74.9kJ·mol-1,下列说法正确的是(
)A.该反应中熵变、焓变皆大于0B.该反应是吸热反应,因此一定不能自发进行C.碳酸盐分解反应中熵增加,因此任何条件下所有碳酸盐分解一定能自发进行D.能自发进行的反应一定是放热反应,不能自发进行的反应一定是吸热反应答案解析
该反应是吸热反应,但也是熵增大的反应,所以也可能自发进行,B错误;碳酸盐分解反应中熵增加,但不是在任何条件下碳酸盐分解都能够自发进行,如CaCO3的分解仅在高温下自发,C错误;能自发进行的反应不一定是放热反应,不能自发进行的反应也不一定是吸热反应,D错误。[重难点拨]
(1)常见的熵增过程包括固体的溶解、气体的扩散、物质由固态转化为液态或气态、反应前后气体的物质的量增大的化学反应。(2)熵变与反应方向①熵增加有利于反应的自发进行。②有些熵减小的反应也可以自发进行,例如Ca(OH)2(aq)+CO2(g)===CaCO3(s)+H2O(l)。解析9.反应CH3OH(l)+NH3(g)===CH3NH2(g)+H2O(g)在某温度下自发向右进行,若反应的|ΔH|=17kJ·mol-1,|ΔH-TΔS|=17kJ·mol-1,则下列正确的是(
)A.ΔH>0,ΔH-TΔS<0B.ΔH<0,ΔH-TΔS>0C.ΔH>0,ΔH-TΔS>0D.ΔH<0,ΔH-TΔS<0答案解析
某温度下反应自发向右进行,说明ΔH-TΔS<0,即ΔH-TΔS=-17kJ·mol-1,若ΔH=-17kJ·mol-1,则ΔS=0,不符合事实,故ΔH=+17kJ·mol-1>0。[重难点拨]焓变与熵变对反应方向的共同影响(1)体系的自由能变化(符号为ΔG,ΔG=ΔH-TΔS,单位为kJ·mol-1)综合考虑了焓变和熵变对体系的影响,可用于化学反应自发进行的方向的判断。(2)在温度、压强一定的条件下,自发反应总是向ΔG=ΔH-TΔS<0的方向进行,直到达到平衡状态。(3)过程的自发性只是一种趋势,只能用于判断过程的方向,不能确定过程是否一定会发生和过程的速率。解析答案解析由题图可知,生成物的总能量低于反应物的总能量,该反应的ΔH<0,由化学方程式可知,ΔS>0,A错误;ΔH<0,则升高温度,平衡向逆反应方向移动,平衡常数减小,B、D错误;ΔH<0,ΔS>0,则ΔG=ΔH-TΔS<0,反应能自发进行,C正确。解析11.(2023·浙江三地市高三教学质量检测)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: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ΔH<0,ΔS<0B.由公式ΔG=ΔH-TΔS可知,该反应ΔG=985.29kJ·mol-1C.金刚石比石墨稳定D.超高压条件下,石墨有可能变为金刚石答案物质S/(J·K-1·mol-1)ΔH/(kJ·mol-1)ρ/(kg·m-3)C(金刚石)2.4-395.403513C(石墨)5.7-393.512260解析
根据燃烧热的定义可知:C(金刚石,s)+O2(g)===CO2(g)
ΔH=-395.40kJ·mol-1,C(石墨,s)+O2(g)===CO2(g)
ΔH=-393.51kJ·mol-1,反应C(石墨)―→C(金刚石)的ΔH=(-393.51kJ·mol-1)-(-395.40kJ·mol-1)=1.89kJ·mol-1>0,ΔS=S(金刚石)-S(石墨)=2.4J·K-1·mol-1-5.7J·K-1·mol-1=-3.3J·K-1·mol-1<0,A错误;由公式ΔG=ΔH-TΔS可知,该反应ΔG=1.89kJ·mol-1-298K×(-3.3×10-3kJ·K-1·mol-1)=2.8734kJ·mol-1,B错误;由A项分析可知,反应C(石墨)―→C(金刚石)是吸热反应,说明质量相同时,石墨的能量较低,则石墨比金刚石稳定,C错误。解析[创新·提高
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