2.1 化学反应的方向-【优化探究】2025-2026学年高中化学选择性必修1同步导学案配套课件 鲁科版（2019）双选

第1节　化学反应的方向 优化探究 第2章　化学反应的方向、限度与速率 [课程标准要求]　知道化学反应是有方向的,知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关。 任务一　反应焓变、熵变与反应方向 任务二　用焓变与熵变综合判断反应方向 课时作业　巩固提升 任务一　反应焓变、熵变与反应方向 1.反应焓变与反应方向 (1)自发反应:在一定条件下能自动进行的反应。 (2)自发反应与吸热反应、放热反应。 ①多数能自发进行的化学反应是　　　　反应。  4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g) ===4Fe(OH)3(s)　ΔH=-444.3 kJ·mol-1 ②有些　　　　反应也能自发进行。  NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq) ===CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l)　ΔH=+37.30 kJ·mol-1 放热 吸热 ③有一些反应焓变不大的吸热反应,在室温条件下不能自发进行,在高温条件下其焓变并没有显著减小,但反应却能自发进行,如碳酸钙的分解反应: CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) ΔH(298K)=+178.2 kJ·mol-1 ΔH(1 200 K)=+176.5 kJ·mol-1 结论: 焓判据 备注 不能仅用　　　 　来判断反应能否自发进行  ①一般ΔH<0的反应能自发进行(放热反应过程中体系能量降低,因此具有向最低能量状态进行的倾向) ②部分ΔH>0的反应也可自发进行 反应焓变 2.反应熵变与反应方向 (1)熵、熵变的概念 体系的无序程度 S 反应产物的总熵 反应物的总熵 ΔS (2)熵值大小的判断 ①体系的熵值:体系的　　　 　越大,熵值就越大。  ②在同一条件下,不同物质的熵不同;对同一物质来说,S(g)　　　　S(l) 　　　　S(s);对于气体物质,物质的量越大,熵值越　　　　;  ③对于气体参与的反应,若为气体分子数增大的反应,则ΔS　　　　0,属于熵　　　　的反应,若为气体分子数减小的反应,则ΔS　　　　0,属于熵　　　　的反应。  无序程度 > > 大 > 增 < 减 (3)熵变与反应方向 ①熵　　　　有利于反应的自发进行,许多熵　　　　的反应在常温、常压下可自发进行,如2H2O2(aq) ===2H2O(l)+O2(g)↑ ΔS=+57.2 J·mol-1· K-1;  ②有些熵　　　　的反应在常温、常压下不能自发进行,但在较高温度下可以自发进行,如  C(s,石墨)+H2O(g) ===CO(g)+H2(g)　ΔS=+133.8 J·mol-1·K-1; 增加 增加 增加 ③有些熵　　　　的反应在一定条件下也可以自发进行,如2Al(s)+Fe2O3(s) ===Al2O3(s)+2Fe(s)  ΔS=-39.4 J·mol-1·K-1。 减小 (4)结论 熵判据 备注 不能仅用　　　　　　来判断反应能否自发进行  ①一般熵　　　　有利于反应的自发进行  ②ΔS>0、ΔH>0的反应在低温下不能自发进行 反应熵变 增加 1.自发过程不需任何条件就能发生。(　　) 2.凡是放热反应都是自发的,吸热反应都是非自发的。(　　) 3.同种物质不同状态时熵值不同,气态时最大。(　　) 4.熵增加的反应一定能自发进行。(　　) × × √ × 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=-368.0 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; ⑦2H2O2(aq)===2H2O(l)+O2(g)　ΔS=+57.2 J·mol-1·K-1; ⑧NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)===CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l)　ΔS=+184.0 J·mol-1·K-1。 (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,是什么因素决定它们能自发进行? 提示:熵变决定了它们能自发进行。熵是用来描述体系的无序程度的物理量,熵变是用来描述体系的无序程度变化的物理量,④⑤⑥的体系都是由有序转变为无序,ΔS>0。 (3)观察⑦⑧两个化学反应,为什么它们的ΔS>0? 提示:它们均产生气体,体系的无序程度增大。 1.自发过程与自发反应 自发 过程 含义 在一定条件下,不用借助外力就可以自动进行的过程 特点 (1)体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或者释放热量) (2)在密闭条件下,体系具有从有序自发转变为无序的倾向 自发 反应 含义 在给定条件下,能自发地进行到显著程度的反应 2.一般产生气体或气体物质的量增多的化学反应,体系的无序程度会增 加,反应的熵值增加,有利于反应的自发进行。 3.ΔH<0有利于反应正向自发进行,ΔS>0也有利于反应正向自发进行;不能只简单地用焓变和熵变中的某一个量来判断化学反应自发进行的方向。　 1.(2024·四川广安高二检测)下列过程属于熵减的是(　　) A.-10 ℃的液态水自动结冰成为固态 B.常温下,H2O2分解成H2O和O2 C.NaCl晶体溶于水 D.一盒粉笔无序散落一地 A 熵减的过程为体系无序变有序的过程。水结冰的过程为体系无序变有序的过程,故A符合题意;H2O2分解成H2O和O2,气体的物质的量变大,体系的无序程度变大,故B不符合题意;NaCl晶体溶于水,体系无序程度变大,故C不符合题意;一盒粉笔无序散落一地,体系的无序程度变大,故D不符合题意。 2.已知下列过程都能自发进行,其中不能用“焓判据”解释的是(　　) A.2Na(s)+Cl2(g)===2NaCl(s)　ΔH<0 B.C3H8(g)+5O2(g)===3CO2(g)+4H2O(l)　ΔH<0 C.2NH4Cl(s)+Ca(OH)2(s)===2NH3(g)+CaCl2(s)+2H2O(l)　ΔH>0 D.2Mg(s)+O2(g)===2MgO(s)　ΔH<0 C 焓判据是指ΔH<0的反应有利于自发进行,C项反应的ΔH>0,按焓判据反应不能发生,而题给条件是能自发进行,所以不能用“焓判据”解释该反应为自发进行的反应。 3.下列对熵的理解错误的是(　　) A.同种物质气态时熵值最大,固态时熵值最小 B.体系越有序,熵值越小;越混乱,熵值越大 C.与外界隔离的体系,自发进行的过程将导致体系的熵减小 D.25 ℃、1.01×105 Pa时,2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g)是熵增反应 C C项,体系都有从有序自发转变为无序的倾向,此过程为熵增过程,错误。 任务二　用焓变与熵变综合判断反应方向 1.化学反应方向的判据 研究表明,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ΔG=ΔH-TΔS(ΔG为反应的吉布斯自由能变)。 ΔG=ΔH-TΔS<0,反应　　　　能自发进行;  ΔG=ΔH-TΔS=0,反应达到　　　　状态;  ΔG=ΔH-TΔS>0,反应　　　　不能自发进行。  正向 平衡 正向 上述判据可表述为在等温、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　　　　　　　的方向进行即朝着吉布斯自由能减小的方向进行,直至达到　　　　状态。  ΔH-TΔS<0 平衡 2.反应方向判据的相关规律 (1)放热的熵增加反应一定　　　　　　进行。  (2)吸热的熵减小反应一定　　　　 　　进行。  (3)当反应的焓变和熵变的影响相反时,如果二者大小相差悬殊,某一因素可能占主导地位。 ①一般常温下自发进行的放热反应,焓变对反应方向起决定性作用。 ②一般常温下自发进行的吸热反应,熵变对反应方向起决定性作用。 能正向自发 不能正向自发 1.能够自发进行的反应不一定都是放热反应。(　　) 2.自发反应在任何条件下均可发生。(　　) 3.焓变与熵变均不是决定一个反应是否自发进行的唯一因素。(　　) √ × √ 1.汽车尾气(含烃类、CO、NO、SO2等)是城市主要污染源之一,可以采用在汽车排气管上装催化转化器,使NO与CO反应生成可参与大气生态循环的无毒气体的方法进行治理,其反应原理是2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)。试着利用焓判据和熵判据分析该反应能自发进行的原因。 提示:只使用催化剂便可使尾气转化,故此反应能自发进行。因该反应是气体物质的量减小的反应,故熵减小。因熵减小不利于该反应自发进行,故该反应能自发进行的原因是反应放热。 2.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=+169.6 J·mol-1· K-1,判断所给条件下该反应能否自发进行?若温度能决定反应方向,则该反应自发进行的最低温度是多少? 提示:在100 kPa、298.15 K时,ΔH-TΔS=+178.3 kJ·mol-1-298.15 K×(+169.6×10-3 kJ·mol-1·K-1)≈127.7 kJ·mol-1>0,所以该反应不能自发进行。根据ΔH-TΔS<0时,反应可自发进行,则有T>≈1 051.3 K。 如果反应的焓变和熵变的影响相反且相差不大时,温度可能对反应的方向起决定性作用。温度与反应方向的关系: (1)一般结论 ΔH ΔS ΔH-TΔS 反应情况 - + 永远是负值 在任何温度下均自发进行 + - 永远是正值 在任何温度下均非自发进行 + + 低温为正,高温为负 低温时非自发,高温时自发 - - 低温为负,高温为正 低温时自发,高温时非自发 (2)象限表示方法 1.(2023·上海高二检测)一定条件下,反应2N2O5(g)⥫⥬4NO2(g)+O2(g)　ΔH=+56.76 kJ/mol能自发进行,下列关于该反应的说法正确的是(　　) A.是熵减少的反应 B.反应能自发进行的原因是熵增大效应大于能量效应 C.反应在任何温度下都能自发进行 D.反应能自发进行,所以反应速率一定很快 B 反应2N2O5(g)⥫⥬4NO2(g)+O2(g),气体分子数增多,混乱度增大,是熵增反应,故A错误;根据反应自发进行的判断依据ΔH-TΔS<0,反应能自发进行的原因是熵增大效应大于能量效应,故B正确;根据反应自发进行的判断依据ΔH-TΔS<0,该反应ΔH>0,ΔS>0,在低温下不能自发进行,故C错误;反应自发进行与反应速率没有必然联系,故D错误。 2.(2024·浙江杭州高二检测)下列说法错误的是(　　) A.1 mol SO3在不同状态时的熵值:S[SO3(s)]<S[SO3(g)] B.2NO(g)+2CO(g)===N2(g)+2CO2(g)在常温下能自发进行,则该反应的ΔH>0 C.2KClO3(s)===2KCl(s)+3O2(g)　ΔH>0能否自发进行与温度有关 D.常温下,反应C(s)+CO2(g)===2CO(g)不能自发进行,则该反应的ΔH>0 B 物质聚集状态不同熵值不同,同种物质,S气体>S液体>S固体,1 mol SO3的熵值: S[SO3(s)]<S[SO3(g)],A正确;该反应为气体体积减小的反应,ΔS<0,若该反应ΔH>0,则在任何条件下反应都不能自发进行,而该反应在常温下能自发进行,说明该反应的ΔH<0,B错误;该反应的ΔH>0、ΔS>0,反应自发进行需要ΔH-TΔS<0,该反应在高温能自发进行,则该反应能否自发进行与温度有关,C正确;C(s)+CO2(g)===2CO(g)反应的ΔS>0,若该反应为ΔH<0,则在任何温度下反应都能自发进行,常温下,该反应不能自发进行,说明反应不是ΔH<0,则该反应的ΔH>0,D正确。 3.(2024·四川成都高二检测)室温下,反应4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3可以自发进行。下列叙述错误的是(　　) A.该反应ΔS<0 B.该反应有可能是吸热反应 C.反应过程中,白色沉淀逐渐变成灰绿色,最后呈红褐色 D.综合考虑焓变和熵变可以判断反应自发进行的方向 B 根据方程式4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3可知,该反应中正向气体的物质的量减少,该反应正向为熵减的反应,即ΔS<0,A正确;由A项可知,该反应正反应为熵减的反应,即ΔS<0,且室温下可以自发进行,则该反应为放热反应,B错误;反应过程中,氢氧化亚铁转化为氢氧化铁,即白色沉淀逐渐变成灰绿色,最后呈红褐色,C正确;判断反应自发进行的方向应结合焓变与熵变,二者综合考虑,D正确。 课时作业　巩固提升 2 3 4 5 6 7 8 1 [A组　基础落实] 题组一　自发过程　反应焓变、熵变与反应方向 1.根据已有知识及生活经验判断,常温下,下列不属于自发进行的变化是 (　　) A.红墨水加到清水中使整杯水变红 B.冰在室温下融化成水 C.NaHCO3转化为Na2CO3 D.铁器在潮湿的空气中生锈 9 10 C 11 2.下列说法正确的是(　　) A.能自发进行的反应一定能迅速发生反应 B.非自发进行的反应一定不可能发生反应 C.能自发进行的反应实际上可能没发生反应 D.常温下,2H2O2H2↑+O2↑,即常温下水的分解反应是自发反应 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 C 11 3.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.自发反应的现象一定非常明显,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)能自发进行,则该反应的ΔH>0 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 C 11 4.已知:H2O(l)===H2O(g)变化如图所示。下列判断正确的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 选项 ΔH ΔS A <0 >0 B >0 >0 C <0 <0 D >0 <0 B 11 液态水变为气态水,需要吸收能量,ΔH>0;等量的相同物质,处于气态时的混乱程度大于处于液态时的混乱程度,ΔS>0。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 题组二　用焓变与熵变综合判断反应的方向 5.下列关于焓变与反应方向的叙述正确的是(　　) A.化学反应的焓变与其反应的方向无关 B.化学反应的焓变直接决定了反应的方向 C.反应焓变为正值时不利于反应正向自发进行 D.焓变为负值的反应都能正向自发进行 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 C 11 大多数ΔH<0的化学反应是正向自发进行的,也有少数ΔH>0的化学反应可以正向自发进行,正反应吸热,不利于反应的正向进行,故C项正确。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 6.在图①中A、B两个容器里,分别收集着两种不同的理想气体。若将中间活塞打开,两种气体分子立即都占有了两个容器(如图②)。下列关于此过程的说法错误的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 A.此过程是体系从混乱程度小向混乱程度大变化地过程,即熵增大的过程 B.此过程为自发过程,而且没有热量的吸收或放出 C.此过程从有序到无序,混乱度增大 D.此过程是自发可逆的 答案:D 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 由题意可知,此过程为不伴随能量变化的自发过程,是体系混乱度增大的过程。自发过程是不可逆的,故D项错误。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 7.在25 ℃、1.01×105 Pa下,反应2N2O5(g)⥫⥬4NO2(g)+O2(g)　ΔH=+56.7 kJ·mol-1能自发进行的合理解释是(　　) A.该反应是分解反应 B.该反应的熵增效应大于焓变效应 C.该反应是熵减反应 D.该反应是放热反应 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 B 11 该反应是吸热反应,不能只用焓判据来判断反应进行的方向,该反应过程中熵增大,是熵增反应。该反应能够自发进行,说明该反应的熵增效应大于焓变效应,故B项正确。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 8.下列对化学反应的预测正确的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 选项 化学方程式 已知条件 预测 A A(s)===B(g)+C(s) ΔH>0 它一定是非自发反应 B A(g)+2B(g)===2C(g)+3D(g) 能自发进行 ΔH一定小于0 C M(s)+aN(g)===2Q(g) ΔH>0,自发进行 a等于1 D M(s)+N(g)===2Q(s) 常温下,自发进行 ΔH>0 C 11 A(s)===B(g)+C(s),ΔS>0,ΔH>0,在高温条件下能自发进行,故A错误;A(g)+2B(g)===2C(g)+3D(g),ΔS>0,所以当ΔH<0时,一定满足ΔH-TΔS<0,反应一定能够自发进行,当ΔH>0时,高温时,ΔH-TΔS<0成立,反应可以自发进行,故B错误;M(s)+aN(g)===2Q(g)　ΔH>0,反应自发进行需满足ΔH-TΔS<0,则当ΔS>0时,反应在高温下可自发进行,则a=1,故C正确;M(s)+N(g)===2Q(s),ΔS<0,当ΔH>0时,ΔH-TΔS>0,反应一定不能自发进行,故D错误。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 [B组　培优训练] 9.反应CH3OH(l)+NH3(g)===CH3NH2(g)+H2O(g)在某温度下才能自发向右进行,若反应的|ΔH|=17 kJ·mol-1,该温度下|ΔH-TΔS|=17 kJ·mol-1,则下列选项正确的是(　　) A.ΔH>0,ΔH-TΔS<0 B.ΔH<0,ΔH-TΔS>0 C.ΔH>0,ΔH-TΔS>0 D.ΔH<0,ΔH-TΔS<0 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 A 11 因为反应CH3OH(l)+NH3(g)===CH3NH2(g)+H2O(g)为熵增的反应,ΔS>0,又因为在某温度下能自发向右进行,因此该温度下ΔH-TΔS<0,又该温度下|ΔH-TΔS|=17 kJ·mol-1,即ΔH-TΔS=-17 kJ·mol-1,结合|ΔH|=17 kJ·mol-1得出ΔH=17 kJ·mol-1,即ΔH>0,故选A。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 10.灰锡结构松散,不能用于制造器皿,而白锡结构坚固,可以制造器皿。现把白锡制成的器皿放在0 ℃、100 kPa的室内存放,它会不会变成灰锡而不能再继续使用(已知:在0 ℃、100 kPa条件下白锡转化为灰锡的反应焓变和熵变分别为ΔH=-2 180.9 J·mol-1,ΔS=-6.61 J·mol-1·K-1)(　　) A.会变成灰锡 B.不会变成灰锡 C.不能确定 D.升高温度才会变成灰锡 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 A 11 在0 ℃、100 kPa条件下求算反应:白锡→灰锡的ΔH-TΔS值。ΔH-TΔS=-2 180.9 J·mol-1-273 K×(-6.61 J·mol-1·K-1)=-376.37 J·mol-1<0,因此在该条件下白锡会变为灰锡。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 11.已知一个可逆反应,若正反应为自发过程,则其逆反应为非自发过程,反之亦然。 (1)已知2CO(g)⥫⥬CO2(g)+C(s),T=980 K时,ΔH-TΔS=0。当体系温度低于980 K时,估计ΔH-TΔS　　　　(填“大于”“小于”或“等于”,下同)0;当体系温度高于980 K时,估计ΔH-TΔS　　　　0。  (2)电子工业中清洗硅片上SiO2(s)的反应为SiO2(s)+4HF(g)===SiF4(g)+2H2O(g)　ΔH(298.15 K)=-94.0 kJ·mol-1、ΔS(298.15 K)=-75.8 J·mol-1·K-1,设ΔH和ΔS不随温度而变化,则此反应自发进行的温度范围是　　　　 　　。  2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 小于 大于 T<1 240 K 11 $$