2.1 化学反应的方向 学案 2023-2024学年高二上学期化学鲁科版（2019）选择性必修1

2.1 化学反应的方向

【学习目标】

1.了解焓变与熵变的含义,理解焓变、熵变与反应方向的关系,能举出反应的实例,体会反应的特点。

2.学会运用关系式ΔG=ΔH-TΔS判断反应的方向,能综合运用焓变与熵变判断反应能否自发进行。 

【自主预习】

一、反应焓变与反应方向

1.自发过程与自发反应

 

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ΔH　　　　0的反应。 

(2)有些ΔH　　　　0的反应也能自发进行。 

(3)不能仅用反应焓变来判断反应能否　　　　进行。 

二、反应熵变与反应方向

1.熵

(1)概念:描述体系　　　　的一个物理量,符号为　　　　,单位是J· mol-1·K-1。 

(2)特点:体系的无序程度越大,体系的熵值就　　　　。 

(3)影响因素

①同一物质:S(高温)>S(低温),S(g)　　　　S(l)　　　　S(s)。 

②不同物质:相同条件下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.反应熵变

3.反应熵变与反应方向

(1)二者关系

(2)结论:不能仅用反应　　　来判断反应能否自发进行。 

【微点拨】

(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。

三、用焓变与熵变综合判断反应方向

1.综合判断

在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下,化学反应的方向可以用反应的焓变和熵变来综合判断,判据为　　　　。 

(1)判断方法

(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,自发反应总是向着ΔH-TΔS<0的方向进行,直至达到平衡状态。

2.用ΔG=ΔH-TΔS判断反应自发进行的可能性

 

注:假设反应的焓变、熵变不随温度的改变而变化。

3.ΔH-TΔS判据的局限性

(1)只能用于判断等温、等压条件下的反应,不能用于判断其他条件(如等温、等容)下的反应。

(2)只能用于判断等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下反应　　　　　　　,并不能说明在该条件下可能正向自发进行的反应能否　　　。 

【微点拨】

在ΔH和ΔS确定的情况下,温度有可能对反应的方向起决定作用。

【参考答案】一、1.方向性　不能自发进行

2.(1)<　(2)>　(3)自发

二、1.(1)无序程度　S　(2)越大　(3)①>　>　③>

2.反应产物的总熵　反应物的总熵　3.(1)增加　减小　(2)熵变

三、1.ΔH-TΔS　(1)<　=　>

3.(2)正向自发进行的趋势　实际发生

 

【效果检测】

1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。

(1)所有能够自发进行的化学反应都是放热反应。 (　　)

(2)自发反应在任何条件下都能发生。 (　　)

(3)同一种物质的固、液、气三种状态的熵值相同。 (　　)

(4)非自发过程在一定条件下可能变成自发过程。 (　　)

(5)需要加热才能够进行的过程肯定不是自发过程。 (　　)

(6)ΔH>0、ΔS<0的反应,任何温度下都不能自发进行。 (　　)

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

(8)2NaHCO3(s)Na2CO3(s)+CO2(g)+H2O(g)在室温下不能自发进行,说明该反应的ΔH<0。 (　　)

【答案】(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×　(6)√　(7)√　(8)×

2.O2转化为O3时,熵的变化如何?

【答案】O2转化为O3的化学方程式为3O22O3,气体的体积减小,故体系的熵减少。

3.合成氨反应N2+3H22NH3　ΔH<0,根据ΔG=ΔH-TΔS判断低温还是高温有利于其自发进行?

【答案】低温。此反应气体的体积减小,即ΔS<0,而此反应ΔH<0,故要使ΔH-TΔS<0成立,T应较小,即低温有利于该反应的自发进行。

 

【合作探究】

 任务1：反应焓变、熵变与反应方向

情境导入　水由高处流往低处,自由落体,室温下冰块融化,铁器暴露于潮湿的空气中生锈……我们非常清楚这些生活中的现象将向何方发展,因为它们有明显的自发性,其中是否蕴藏了一定的科学原理呢?

问题生成

1.情境中水往低处流、自由落体、室温下冰块融化都属于自发过程。请结合学过的化学反应,举例说明哪些反应是自发的,其逆反应是非自发的。