第2章 第3节 化学反应的方向（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年新教材高中化学选择性必修1（人教版2019 单选版）

第三节　化学反应的方向 课程标准 核心素养目标 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。 3．能结合具体事例说明反应自发进行的方向。 1.证据推理与模型认知：了解判断化学反应进行方向的三个判据，构建判断化学反应自发性的思维方法模型。 2．科学态度与社会责任：结合焓变、熵变判断自发反应进行的方向，认识事物的发展、变化常常受多种因素制约。 [对应学生用书P43] 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 举例 高山流水、花香四益、冰雪融化 钢铁生锈 [注意]自发过程(或自发反应)的逆方向在同一条件下是肯定不能自发进行的。 二、化学反应进行方向的判断 1．焓变(ΔH)与反应进行的方向 (1)实验发现，大多数放热反应是可以自发进行的。例如，Zn(s)＋CuSO4(aq)===ZnSO4(aq)＋Cu(s)　ΔH＝－216.8 kJ/mol。 (2)有些吸热反应可以自发进行。例如，2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋109.8 kJ/mol。 (3)不能只根据放热或者吸热来判断化学反应的方向。 2．熵变(ΔS)与反应进行的方向 (1)熵(S)和熵变(ΔS) 对于同一种物质，气态时的熵值最大，液态时的次之，固态时的最小。 (2)熵增原理 ①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。 ②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，但有些熵减的反应也能自发进行。 ③不能只根据熵增或熵减来判断化学反应进行的方向。 3．自由能(G)与化学反应的方向 (1)由大量事实可知，综合考虑焓变和熵变可以判断反应自发进行的方向。 (2)自由能的变化(ΔG)综合反映了体系的焓变和熵变对自发过程的影响：ΔG＝ΔH－TΔS。化学反应总是向着自由能减小的方向进行，直到体系达到平衡。即： ①当ΔG＜0时，反应能自发进行； ②当ΔG＝0时，反应处于平衡状态； ③当ΔG＞0时，反应不能自发进行。 ◆概念辨析 自发反应和非自发反应 (1)自发反应实际上不一定能够发生，且发生时反应速率也不一定大。 (2)非自发反应在一定条件下也可能发生。 (3)自发反应是化学变化，自发过程可以是物理变化，也可以是化学变化。 ◆深度剖析 影响熵(S)大小的因素 (1)同一条件下，不同物质的熵值不同。 (2)同一物质的熵与其聚集状态及外界条件有关： S(g)＞S(l)＞S(s)。 (3)熵与物质的量的关系：物质的量越大，分子数越多，熵值越大。 ◆拓展延伸 熵变规律 (1)对于有气体参与(可以是反应物或生成物)且气体总物质的量增大的化学反应，其熵变通常是正值，是熵增(ΔS＞0)的反应。 (2)对于气体总物质的量减小的化学反应，其熵变通常是负值，是熵减(ΔS＜0)的反应。 ◆要点图解 自发反应与焓变、熵变的关系 从能量角度分析，自发反应受ΔH、ΔS共同影响，还要考虑反应温度(T)，当ΔH－TΔS＜0时，反应能自发进行。 [对应学生用书P44] 探究 化学反应的方向与反应的焓变、熵变的关系　　　　　　　　　　　　　　　 实现“节能减排”和“低碳经济”的一项重要课题就是如何将CO2转化为可利用的资源。目前工业上一种方法是利用CO2生产燃料甲醇(CH3OH)，反应原理为CO2(g)＋3H2(g)⥫⥬CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH＜0。 [问题设计] (1)分析上述反应的特点，判断该反应中熵值的变化。 提示：该反应的正向是气体总体积减小的反应，体系的混乱度减小，则ΔS＜0。 (2)试从焓变和熵变角度并推测上述反应的发生进行的条件。 提示：该反应的正反应是熵减的放热反应，ΔH＜0、ΔS＜0；若该反应能自发进行，要满足ΔH－TΔS＜0，推测该反应在低温下自发进行，高温下非自发进行。 1．根据ΔH、ΔS综合判断反应自发进行的方向 一般低温时ΔH的影响为主，高温时ΔS的影响为主，而温度影响的大小要视ΔH、ΔS的数值而定。 2．温度对反应进行方向的影响 当焓变和熵变的作用相反且相差不大时，温度有可能对反应的方向起决定性作用。温度与反应方向的关系如图所示： 【例1】 下列对于化学反应方向的说法正确的是(　　) A．反应 2X(g)＋Y(g)===3Z(s)＋W(g)在一定条件下能自发进行，说明该反应的ΔH>0 B．常温下，反应2Na2SO3(s)＋O2(g)===2Na2SO4(s)能自发进行，则有ΔH<0 C．反应2Mg(s)＋CO2(g)===C(s)＋2MgO(s)在一定条件下能自发进行，则该反应的ΔH>0 D．一定温度下，反应2NaCl(s)===2Na(s)＋Cl2(g)的ΔH<0，ΔS>0 B　解析：反应2X(g)＋Y(g)===3Z(s)＋W(g)是熵减的反应，在一定条件下能自发进行，根据ΔH－TΔS＜0可知，该反应的ΔH＜0，A错误；反应2Na2SO3(s)＋O2(g)===2Na2SO4(s)是熵减的反应，常温下能自发进行，根据ΔH－TΔS＜0可知，该反应的ΔH＜0，B正确；反应2Mg(s)＋CO2(g)===C(s)＋2MgO(s)在一定条件下能自发进行，根据ΔH－TΔS＜0可知，该反应的ΔH＜0，C错误；反应2NaCl(s)===2Na(s)＋Cl2(g)是分解反应，大多数分解反应为吸热反应，该反应的ΔH＞0，D错误。 【例2】 自由能的变化综合反映了焓变和熵变对自发过程的影响。下列说法正确的是(　　) A．乙烯聚合为聚乙烯的反应是熵减的过程 B．凡是放热反应都是自发的，凡是吸热反应都是非自发的 C．常温常压下，ΔH＞0且ΔS＜0的反应一定能自发进行 D．对于同一种物质，气态时熵值最小，固态时熵值最大 A　解析：乙烯聚合为聚乙烯的反应是气体分子数减少的反应，故该反应是熵减的过程，A正确；大多数放热反应是自发进行的，但有些吸热反应也是自发进行的，B错误；常温常压下，ΔH＞0且ΔS＜0的反应一定不能自发进行，而ΔH＜0且ΔS＞0的反应一定能自发进行，C错误；对于同一种物质，气态时熵值最大，固态时熵值最小，D错误。 1．下列关于冰熔化为水的过程判断正确的是(　　) A．ΔH>0、ΔS<0 B．ΔH<0、ΔS>0 C．ΔH>0、ΔS>0 D．ΔH<0、ΔS<0 C　解析：同一物质由固态变为液态的过程需要吸收热量，体系的熵增加，故有ΔH>0、ΔS>0。 2．(2024·天津河西区期中)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＝＋163 kJ/mol B．2Ag(s)＋Cl2(g)===2AgCl(s)　ΔH＝－254 kJ/mol C．2HgO(s)===2Hg(l)＋O2(g)　ΔH＝＋182 kJ/mol D．2H2O2(l)===O2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－196 kJ/mol D　解析：反应是否自发进行根据ΔG＝ΔH－TΔS判据判断，ΔG<0，反应自发进行。反应是吸热反应，ΔH>0，ΔS<0，ΔG大于0，任何温度下都不能自发进行，A错误；反应是放热反应，ΔH<0，ΔS<0，高温下不能自发进行，B错误；反应是吸热反应，ΔH>0，ΔS>0，低温下不能自发进行，C错误；反应是放热反应，ΔH<0，ΔS>0，任何温度下都能自发进行，D正确。 [对应学生用书P45] 1．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 C　解析：多数能自发进行的反应都是放热反应，但不是所有的放热反应都是自发进行的，且不是所有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。 2．下列说法正确的是(　　) A．冰在室温下自动熔化成水，这是熵增的过程 B．能够自发进行的反应一定是放热反应 C．ΔH＜0的反应均是自发进行的反应 D．能够自发进行的反应一定是焓减的反应 A　解析：同种物质的熵值，液态大于固态，故冰在室温下自动熔化成水，这是熵增的过程，A正确；能够自发进行的反应不一定是放热反应，如NH4Cl晶体与Ba(OH)2·8H2O晶体的反应，B错误；ΔG＜0的反应能够自发进行，ΔH＜0的反应不一定是自发进行的反应，C错误；能够自发进行的反应一定是ΔG＝ΔH－TΔS＜0，不一定为焓减的反应，D错误。 3．下列说法正确的是(　　) A．放热反应均是自发反应 B．2CO(g)===2C(s)＋O2(g)　ΔH>0，ΔS<0，则反应一定不能自发进行 C．物质的量增加的反应，ΔS为正值 D．H2、I2、HI平衡混合气加压后颜色变深，能用勒夏特列原理解释 B　解析：ΔG＝ΔH－TΔS<0的反应可自发进行，放热反应不一定为自发进行的反应，与焓变和熵变有关，A错误；ΔG＝ΔH－TΔS<0的反应可自发进行，当ΔH>0，ΔS<0时，ΔG>0，反应一定不能自发进行，B正确；熵是度量体系混乱的程度的物理量，混乱度增加，ΔS>0，物质的量增加，体系的混乱度不一定增大，C错误；H2、I2、HI平衡混合气加压后颜色变深，与浓度增大有关，平衡不移动，则不能用勒夏特列原理解释，D错误。 4．下列关于化学反应方向及其判据的说法错误的是(　　) A．1 mol H2O在不同聚集状态时的熵值：S[H2O(s)]＜S[H2O(g)] B．放热反应都可以自发进行，而吸热反应不能自发进行 C．2KClO3(s)===2KCl(s)＋3O2(g)　ΔH＜0，该反应任何温度下都能正向自发进行 D．SO2(g)＋NH3·H2O(aq)===NH4HSO3(aq)反应后熵值减小 B　解析：物质聚集状态不同熵值不同，固体混乱程度最小，气体混乱程度最大，则1 mol H2O在不同聚集状态时的熵值：S[H2O(s)]＜S[H2O(g)]，A正确；反应能否自发进行由焓变和熵变共同决定，当ΔG＝ΔH－TΔS＜0时反应能自发进行，放热反应不一定能自发进行，吸热反应也不一定不能自发进行，B错误；反应2KClO3(s)===2KCl(s)＋3O2(g)的ΔH＜0、ΔS＞0，则由ΔG＝ΔH－TΔS可知任何温度下都能自发进行，C正确；SO2(g)＋NH3·H2O(aq)===NH4HSO3(aq)反应后体系混乱程度减小，即熵值减小，D正确。 5．下列说法正确的是(　　) A．凡是放热反应都是自发的，因为吸热反应都是非自发的 B．自发反应的熵一定增大，非自发反应的熵一定减小 C．常温下，反应C(s)＋CO2(g)⥫⥬2CO(g)不能自发进行，则该反应的ΔH>0 D．反应2Mg(s)＋CO2(g)⥫⥬C(s)＋2MgO(s)　ΔH＜0，则该反应能在高温自发进行 C　解析：判断化学反应进行的方向从焓变和熵变两个维度去判断，放热反应不一定都是自发的，吸热反应也不都是非自发的，A错误；由分析可知，自发反应的熵不一定增大，非自发反应的熵也不一定减小，B错误；常温下，反应C(s)＋CO2(g)⥫⥬2CO(g)的ΔS＞0，其常温下不能自发进行，是因为该反应的ΔH>0，必须高温时才能自发进行，C正确；反应2Mg(s)＋CO2(g)⥫⥬C(s)＋2MgO(s)　ΔH<0，该反应的ΔS＜0，该反应能在低温下自发进行，D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $$