第2章 第3节 化学反应的方向 （Word教参）-【精讲精练】2024-2025学年高中化学选择性必修第一册（人教版2019）

第三节　化学反应的方向 [学习目标] 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进行方向的影响，能用焓变和熵变解释化学反应进行的方向，培养学生“变化观念与平衡思想”的学科素养。 知识点一　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 把体系从不平衡状态自发地移向平衡状态的过程称为自发过程。在没有外界影响下，这个过程不可逆转，故自发过程又叫不可逆过程。有如下三个操作(或示意图)。 以上三个操作都是自发过程吗？都是自发反应吗？ 提示　都是自发过程，图2和图3都属于自发反应。 自发过程的特点 1．体系趋向于从高能状态转变为低能状态。 2．体系趋向于从有序体系转变为无序体系。 [名师点拨] (1)一定条件下，如果一个过程是自发的，则其逆过程在相同条件下就是非自发的。 (2)自发过程可以是物理过程，不一定是自发反应，而自发反应一定是自发过程。 1．下列关于自发反应的叙述正确的是(　　) A．自发反应的逆过程在相同条件下也一定是自发的 B．铁在潮湿的空气中生锈属于非自发反应 C．自发过程可以是物理过程，不一定是自发反应，而自发反应一定是自发过程 D．自发反应与外界条件无关 答案　C 2．过程自发性的作用是(　　) A．判断过程的方向 B．确定过程是否一定会发生 C．判断过程发生的速率 D．判断过程的热效应 答案　A 3．下列过程是非自发进行的是(　　) A．水由高处向低处流 B．氯气和溴化钾溶液的反应 C．铁在潮湿空气中生锈 D．室温下水结成冰 解析　D　水由高处向低处流，是自发进行的过程，故A不符合题意；氯气的氧化性比溴强，氯气能够与KBr溶液发生置换反应，属于自发进行的过程，故B不符合题意；铁生锈为自发进行的氧化还原反应，反应放热，常温下可自发进行，故C不符合题意；室温下冰会自发的融化，室温下水结成冰不是自发进行的过程，故D符合题意。 知识点二　化学反应方向的判断 1．焓判据 (1)含义 (2)应用 由焓判据可知：__放热__反应具有自发进行的倾向。 (3)局限性 例如，2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)　ΔH＞0，即有些__吸热__反应也可自发进行。 2．熵变判据 (1)熵与熵变 ①熵 概念：衡量体系混乱度的物理量，其符号为S，单位为J·mol－1·K－1。 特点：混乱度越大，体系越无序，体系的熵值就越大。 影响因素：a.同一物质：S(高温)>S(低温)；S(g)>S(l)>S(s)；b.相同条件下，不同的物质一般具有不同的熵值，分子结构越复杂，熵值越大。c.S(混合物)>S(纯净物) ②熵变 概念：反应产物总熵和反应物总熵之差。 计算式：ΔS＝∑S(反应产物)－ ∑S(反应物) (2)熵变与化学反应进行方向的关系 ①许多熵增的反应是自发的(多是气体分子数目增多的反应)，如 Zn(s)＋H2SO4(aq)===ZnSO4(aq)＋H2(g)； 2KClO3(s)===2KCl(s)＋3O2(g) ②有些熵减的反应也可以自发进行，如： 2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)； 4Fe(OH)2(s)＋O2(g)＋2H2O(l)===4Fe(OH)3(s) 结论：只用熵判据判断反应是否自发不全面。 3．复合判据 综合考虑__焓判据__和__熵判据__的复合判据，更适合所有的反应，只根据一个方面判断化学反应进行的方向是不全面的。 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硝酸铵溶于水吸热 ⑤冰融化吸热 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？ (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？ (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　(1)①②③这三个化学反应都是放热反应，ΔH<0。 (2)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)判断化学反应的方向，需综合考虑焓变和熵变。 1．几种常见自发的吸热反应 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．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。 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 1．下列对熵变的判断不正确的是(　　) A．少量的食盐溶解于水中：ΔS＞0 B．纯碳和氧气反应生成CO(g)：ΔS＞0 C．气态水变成液态水：ΔS＞0 D．CaCO3(s)受热分解为CaO(s)和CO2(g)：ΔS＞0 解析　C 食盐溶于水是典型的熵增加过程；2C(s)＋O2(g)===2CO(g)，气体的物质的量增大，为熵增大的反应；气态水变成液态水是体系混乱度减小的过程，为熵减小的过程；CaCO3(s)的分解产生了气体，为熵增大的反应。 2．(2023·邯郸高二期中)下列有关化学反应的方向说法正确的是(　　) A．在常温下，放热反应一般能自发进行，吸热反应都不能自发进行 B．化学反应的方向受焓变、熵变、温度共同影响 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．在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂可以改变化学反应进行的方向 解析　B　常温下，某些吸热反应也可以自发进行，如氢氧化钡晶体和氯化铵反应，是吸热反应，常温下可以自发进行，A错误；该反应ΔS>0，常温下不能自发进行，则说明其ΔH>0，C错误；催化剂改变反应速率不改变化学平衡，使用催化剂不可以改变化学反应进行的方向，D错误；故选B。 3．下列对化学反应预测正确的是(　　) 选项 化学方程式 已知条件 预测 A M(s)===X(g)＋Y(s) ΔH>0 它是非自发反应 B 4M(s)＋N(g)＋2W(l)===4Q(s) 常温下，自发进行 ΔH>0 C 4X(g)＋5Y(g)===4W(g)＋6G(g) 能自发反应 ΔH一定小于0 D W(s)＋G(g)===2Q(g) ΔH<0 任何温度都自发进行 解析　D　M(s)===X(g)＋Y(s)，反应气体化学计量数增大，为熵增大的反应，ΔS>0，ΔH>0，在高温条件下能自发进行，故A错误；4M(s)＋N(g)＋2W(l)===4Q(s)为气体化学计量数减小的反应，ΔS<0，当ΔH>0时，ΔH－TΔS>0，一定不能自发进行，故B错误；4X(g)＋5Y(g)===4W(g)＋6G(g)反应为气体化学计量数增大的反应，ΔS>0，所以当ΔH<0，一定满足ΔH－TΔS<0，反应一定能够自发进行，当ΔH>0时，高温条件下，ΔH－TΔS<0，成立，可以自发进行，故C错误；W(s)＋G(g)===2Q(g)　ΔH<0，反应为气体化学计量数增大的反应，ΔS>0，则一定满足ΔH－TΔS<0，反应任何温度都自发进行，故D正确。 1．下列不属于自发进行的变化的是(　　) 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．水电解生成氢气和氧气 D．铁器在潮湿的空气中生锈 解析　C　红墨水浓度大于水，微粒向浓度低的方向扩散，是自发进行的物理过程，A不符合题意；冰的熔点为0 ℃，水常温下是液体，冰在室温下融化成水，是自发进行的物理过程，B不符合题意；水电解生成氢气和氧气，是强制发生的氧化还原反应，不能自发进行，C符合题意；铁在潮湿的空气中生锈是缓慢氧化的过程，可以自发进行，D不符合题意。 2．(2024·湖北卷)O2在超高压下转化为平行六面体的O8分子(如图)。下列说法错误的是(　　) A．O2和O8互为同素异形体 B．O8中存在不同的氧氧键 C．O2转化为O8是熵减反应 D．常压低温下O8能稳定存在 解析　D　O2、O8均为由O元素形成的不同单质，二者互为同素异形体，A正确；O8分子中存在不同键长的氧氧键，B正确；4O2(g)O8(g)，该反应为气体分子数减少的反应，是熵减反应，C正确；超高压下有利于平衡4O2(g)O8(g)正向移动，则常压下平衡逆向移动，O8不能稳定存在，D错误。 3．一定条件下发生反应：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，如图表示该反应过程中能量(单位为kJ·mol－1)的变化：关于该反应的下列说法正确的是(　　) A．ΔH>0，ΔS>0 B．ΔH>0，ΔS<0 C．ΔH<0，ΔS<0 D．ΔH<0，ΔS>0 解析　C　根据题图可知，反应物能量高于生成物能量为放热反应，即ΔH<0，又知反应为气体体积减小的反应，即熵减ΔS<0，C项正确。 4．下列关于焓判据和熵判据的说法不正确的是(　　) A．放热的自发过程可能是熵减小的过程，吸热的自发过程一定为熵增加的过程 B．由焓判据和熵判据组合成的复合判据更适合判断所有过程的自发性 C．在室温下碳酸钙的分解反应不能自发进行，但该吸热反应在较高温度(1 200 K)下能自发进行 D．放热过程(ΔH<0)或熵增加(ΔS>0)的过程一定是自发的 解析　 D　焓判据和熵判据都不全面，应采用复合判据ΔH－TΔS来判断过程的自发性。CaCO3分解反应的ΔH>0、ΔS>0，所以在较高温度下ΔH－TΔS<0，反应能自发进行。 5．在化学反应A(g)＋B(g)2C(g)＋D(g)　ΔH＝Q kJ/mol过程中的能量变化如图所示，回答下列问题。 (1)Q________(填“＜”“＞”或“＝”)0。 (2)熵变ΔS________(填“＜”“＞”或“＝”)0。 (3)该反应________(填“能”或“不能”)自发进行。 (4)升高温度平衡常数K________(填“增大”“减小”或“不变”)，平衡向________方向移动。 解析　据图像可知，该反应是放热反应，故Q＜0；据反应特点可知，该反应是熵增大的反应，故ΔS>0；据此可知，该反应能自发进行；升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小。 答案　(1)<　(2)>　(3)能　(4)减小　逆反应 学科网（北京）股份有限公司 $$