第2章 第3节 化学反应的方向（讲义word）-【勤径学升】2024-2025学年高中化学选择性必修1同步练测（人教版2019）

第三节　化学反应的方向 学习目标 核心素养 1．了解自发过程和化学反应的自发性。 2．通过“有序”和“无序”的对比，了解熵和熵变的概念。 3．初步了解焓变和熵变对化学反应方向的影响，能用焓变和熵变解释化学反应的方向。 1．宏观辨识：能结合宏观的事实认识自发过程与自发反应。 2．变化观念：通过物质及其变化都有向能量最低和平衡状态变化的趋势，形成物质的变化需要一定的条件，并遵循一定规律的观念。 3．模型认知：能认识到焓判据和熵判据的局限，能用复合判据分析和解决化学问题。 [对应学生用书第33页] 一、自发过程和自发反应 自发过程 自发反应 含义 在一定条件下，不需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，即过程的某个方向在一定条件下自发进行，而该过程逆方向在该条件下肯定不能自发 举例 高山流水，自由落体 钢铁生锈 1．下列过程是非自发的是(　　) A．水由高处向低处流 B．天然气的燃烧 C．整齐火柴的散落 D．室温下水结成冰 答案　D 二、化学反应的方向的判据 1．焓判据 大多数放热反应是可以自发进行的，可根据化学反应是吸热的还是放热的来判断化学反应的方向。 2．熵判据 (1)熵 用来度量体系混乱程度的物理量。熵值越大，混乱程度越大。符号为S。同一种物质在气态时熵值最大，液态时次之，固态时最小。 (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增，即熵变(符号ΔS)>0。 (3)熵判据 体系有自发地向混乱度增加(即熵增，ΔS>0)的方向转变的倾向，因此可用熵变来判断反应进行的方向。事实上，只有孤立体系或者绝热体系，自发过程才向着熵增的方向进行。 2．(开封通许一中高二月考)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个重要因素 D．焓变是决定反应是否具有自发性的唯一因素 解析　多数能自发进行的反应都是放热反应，但并不是所有能自发进行的反应都是放热反应，如氯化铵晶体与氢氧化钡晶体的反应是自发进行的吸热反应，所以只能说焓变是影响反应是否具有自发性的一个重要因素，但不是唯一因素，C正确。 答案　C [对应学生用书第33页] 要点　化学反应方向的判断 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＝－802.31 kJ·mol－1 ②氢气与氧气反应：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－571．6 kJ·mol－1 ③钠与水反应：2Na(s)＋2H2O(l)===2NaOH(aq)＋H2(g) ΔH＝－368 kJ·mol－1 ④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。 1．对于自发反应①②③，从能量角度分析，它们为什么可以自发？ 提示：①②③这三个化学反应都是放热反应，ΔH<0。 2．对于自发过程④⑤⑥，这些过程都是自发的，与焓有关吗？是什么因素决定它们能自发进行？ 提示：熵是用于描述体系混乱度的物理量，熵变是用来描述混乱度变化的物理量，④⑤⑥与熵变有关，体系由有序转变为无序，ΔS>0。 3．综合分析上述反应，得出判断化学反应方向的依据是什么？ 提示：判断化学反应的方向，需综合考虑焓变和熵变。 1．焓判据 焓判据 放热反应过程中体系能量降低，具有自发进行的倾向 焓变与反 应自发性 的关系 若该反应为放热反应，即ΔH<0，一般能自发进行；若该反应为吸热反应，即ΔH>0，一般不能自发进行 局限性 有些吸热反应也能自发进行，所以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 [特别警示]　几种常见的自发的吸热反应 有些吸热反应也能自发进行，如Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体，2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)　ΔH>0、(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g)　ΔH＝＋74.9 kJ·mol－1能自发进行。 2．熵判据 (1)影响熵大小的因素 ①同一条件下，不同的物质熵值不同； ②同一物质的熵与其聚集状态及外界条件有关，如对同一种物质不同状态时熵值大小为S(g)>S(l)>S(s)； ③物质的量越大，分子数越多，熵值越大。 (2)熵判据：体系有自发地向熵增的方向转变的倾向，熵变是影响反应自发进行的一个因素，但不是唯一因素。 ①熵增加的反应在一定条件下可自发进行， 如2H2O2(aq)===2H2O(l)＋O2(g)在常温下能自发进行； ②有些熵减小的反应也能自发进行，如NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)。 3．复合判据 ΔG＝ΔH－TΔS<0反应能自发进行；ΔG＝ΔH－TΔS＝0反应达到平衡状态；ΔG＝ΔH－TΔS>0反应不能自发进行。 类型 ΔH ΔS ΔH－TΔS 反应的自发性 1 <0 >0 ΔG<0 一定能自发 2 >0 <0 ΔG>0 一定不能自发 3 <0 <0 ΔG的正负 决定于温度 低温能自发 4 >0 >0 高温能自发 [方法规律]　常见的熵增过程和熵增反应 (1)常见的熵增过程：固体的溶解，气体的扩散，水的汽化过程等。 (2)常见的熵增加的反应：产生气体的反应，气体物质的量增大的反应。 [例1]　下列内容与结论相对应的是(　　) 选项 内容 结论 A H2O(g)变成H2O(l) 该过程的ΔS>0 B 常温下，硝酸铵固体溶于水可自发进行 该过程的ΔS>0 C 一个反应的ΔH>0，ΔS>0 反应一定不能自发进行 D H2(g)＋F2(g)===2HF(g)的ΔH＝ －271 kJ·mol－1，ΔS＝＋8 J·mol－1·K－1 反应在任意温度下都不能自发进行 [解析]　物质由气态变为液态，体系混乱度减小，即ΔS<0，A项不符合题意；硝酸铵固体溶于水是吸热过程，过程可自发进行，说明ΔS>0，B项符合题意；ΔH>0，ΔS>0，根据复合判据可知，高温时ΔH－TΔS<0，即高温条件下，反应能自发进行，C项不符合题意；由ΔH<0，ΔS>0知，ΔH－TΔS<0，故该反应在任意温度下都能自发进行，D项不符合题意。 [答案]　B [易错警示]　(1)ΔH<0或ΔS>0的反应有自发进行的倾向，但不一定能自发进行。 (2)要综合考虑ΔH、ΔS，还有考虑反应的温度，只有满足ΔH－TΔS<0的反应才能自发进行。 1．(邢台二中高二月考)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ΔH＞0 D．W(s)＋xG(g)===2Q(g)　ΔH＜0，能自发进行，x可能等于1 解析　大多数放热反应能自发进行，有些吸热反应也能自发进行，A错误；电解水是在外电场的作用下强制发生的氧化还原反应，不是自发反应，B错误；反应能自发进行的判据是ΔH－TΔS＜0，由反应方程式NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)可知，该反应的ΔS＜0，要使ΔH－TΔS＜0，必须满足ΔH＜0，C错误；反应ΔH＜0，若x为1，ΔS＞0，该反应一定能自发进行，D正确。 答案　D [对应学生用书第35页] 1．(湘鄂冀三省七校月考)关于反应 CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g)　ΔH＜0。下列说法正确的是(　　) A．该反应是熵增大的反应(即ΔS＞0) B．该反应在低温条件下能较快发生 C．该反应是放热反应，能在任何温度下自发进行 D．反应是否自发要综合考虑焓变和熵变两个因素 解析　该反应中气体的物质的量减小，是熵减小的反应，A错误；ΔH－TΔS＜0的反应可自发进行，该反应的ΔH＜0、ΔS＜0，即该反应在低温时可自发进行，但反应速率较慢，B、C错误；反应是否自发要综合考虑焓变和熵变两个因素，D正确。 答案　D 2．25 ℃和1．01×105 Pa时，反应2N2O5(g)4NO2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋56.76 kJ· mol－1能自发进行的原因是(　　) A．吸热反应 B．放热反应 C．熵减少的反应 D．熵增大效应大于热效应 解析　该反应是熵增的反应，ΔS>0，且ΔH>0，25 ℃时能自发进行，说明熵增的作用大于热效应，D正确。 答案　D 3．(广东肇庆一中期中)现有两个热化学方程式： 下列说法正确的是(　　) A．反应①②中都存在：ΔS＞0 B．反应①一定不能自发进行 C．从焓变的角度看，反应①能自发进行 D．从熵变的角度看，反应②能自发进行 解析　反应①②均为熵减反应，即ΔS＜0，A错误；反应①的ΔH＞0、ΔS＜0，则ΔH－TΔS＞0，任何温度下该反应都不能自发进行，B正确；反应①的ΔH＞0，吸热不利于反应自发进行，C错误；反应②的ΔS＜0，熵减不利于反应自发进行，D错误。 答案　B 4．已知在100 kPa、298.15 K时石灰石分解反应：CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)　ΔH＝＋178.3 kJ·mol－1　ΔS＝＋160.4 J·mol－1·K－1，则： (1)该反应________(选填“能”或“不能”)自发进行。 (2)据本题反应数据分析，温度________(选填“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________。 解析　(1)ΔH－TΔS＝178.3 kJ·mol－1－298.15 K×160.4×10－3 kJ·mol－1·K－1≈130.5 kJ·mol－1>0，所以该反应不能自发进行。(2)因为该反应ΔH>0、ΔS>0，所以根据ΔH－TΔS可知在温度较高的时候，ΔH－TΔS<0，反应可自发进行。(3)根据ΔH－TΔS<0时，反应可自发进行，则有T>≈1 111．6 K。 答案　(1)不能　(2)能　(3)1 111．6 K 学科网（北京）股份有限公司 $$