第2章 第3节 化学反应的方向-【金版教程】2024-2025学年新教材高中化学选择性必修1作业与测评课件PPT（人教版2019）

第二章　化学反应速率与化学平衡 第三节　化学反应 的方向 预习作业 01 课时分层练 02 目录 CONTENTS 预习作业 (建议用时：15分钟) 1．自发过程：在____________一定的条件下，不借助光、电等外部力量就能自动进行的过程。 2．自发过程的方向与焓变有关，ΔH____0有利于反应自发进行。 3．自发过程的方向也与熵变有关。熵(符号为S)是度量体系混乱度的物理量，熵值越大，混乱程度________，对于同一物质：S(g)____S(l)____S(s)。熵变(符号为ΔS)是生成物与反应物的熵值差。ΔS____0有利于反应自发进行。 温度和压强 < 越大 > > > 预习作业 4．焓变和熵变都________单独作为判断反应自发进行方向的依据，必须综合考虑。 ΔG＝ΔH－TΔS______0，反应能自发进行； ΔG＝ΔH－TΔS______0，反应处于平衡状态； ΔG＝ΔH－TΔS______0，反应不能自发进行。 不能 < ＝ > 预习作业 1．下列关于判断化学反应方向的说法正确的是(　　) A．所有自发进行的化学反应都是放热反应 B．高温、高压下石墨可以转化为金刚石，则此反应是自发的化学反应 C．判断反应自发进行的方向，必须综合考虑体系的焓变和熵变 D．同一物质的固、液、气三种状态的熵值相同 答案 预习作业 解析 解析　有些吸热反应也可以自发进行，如2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)是吸热反应，又是熵增的反应，高温下可自发进行，A不正确；高温、高压使石墨转化为金刚石，要向体系中输入能量，本质仍然是非自发的，B不正确；同一物质，气态时的熵值最大，液态时的次之，固态时的最小，D不正确。 预习作业 答案 预习作业 3．研究化学反应的方向具有重要意义。下列说法正确的是(　　) A．电解水的反应属于自发反应 B．能自发进行的反应一定能迅速发生 C．自发反应的熵一定增大，非自发反应的熵一定减小 D．2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)在常温下能自发进行，则该反应的ΔH<0 答案 预习作业 4．“熵”表示体系的混乱度，它的符号是“S”。下列变化中，ΔS<0的是(　) A．3Fe(s)＋4H2O(g)===Fe3O4(s)＋4H2(g) B．2NO2(g)===N2O4(l) C．2IBr(l)===I2(s)＋Br2(g) D．(NH4)2CO3(s)===2NH3(g)＋CO2(g)＋H2O(g) 答案 预习作业 5．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)在此条件下该反应________(填“能”或“不能”)自发进行。 (2)据本题反应数据分析，温度________(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________K(结果保留一位小数)。 答案 不能 能 1111.6 预习作业 解析 预习作业 课时分层练 (建议用时：40分钟) [学习·理解] 1．下列关于自发过程的叙述正确的是(　　) A．只有不需要任何条件就能够自动进行的过程才是自发过程 B．需要加热才能够进行的过程肯定不是自发过程 C．同一可逆反应的正、逆反应在不同条件下都有自发的可能 D．非自发过程在任何条件下都不可能变为自发过程 解析　在温度和压强一定的条件下，不借助光、电等外部力量就能自动进行的过程为自发过程，A错误；有的自发反应需要加热才能进行，如高温自发反应，B错误；非自发过程在一定条件下可能变为自发过程，D错误。 答案 解析 课时分层练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 [重难点拨]　自发过程的特点 (1)具有方向性，即该过程的某个方向在一定条件下是自发的，则其相反过程在该条件下肯定不能自发。 (2)体系趋向于从高能量状态转变为低能量状态。 (3)体系趋向于从有序体系转变为无序体系。 课时分层练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 2．下列不能用焓变解释的自发进行的过程是(　　) A．铁在潮湿空气中生锈 B．天然气的燃烧 C．铜在潮湿空气中产生铜绿 D．NH4Cl与Ba(OH)2·8H2O反应产生NH3 答案 解析 解析　NH4Cl与Ba(OH)2·8H2O反应产生NH3，是一个吸热的自发过程，不能用焓变解释。 课时分层练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 [重难点拨]　反应焓变与反应方向的关系 (1)多数自发进行的化学反应是放热反应。 (2)有些吸热反应也能自发进行，如氢氧化钡晶体与氯化铵反应。 (3)反应焓变是与反应进行的方向有关的因素之一，但不是影响反应能否自发进行的唯一因素。 课时分层练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3．25 ℃、101 kPa时，2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋109.8 kJ·mol－1，该反应能自发进行，其自发进行的主要原因是(　　) A．该反应是吸热反应 B．该反应是放热反应 C．该反应是熵减反应 D．该反应的熵增效应大于能量效应 答案 课时分层练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 4．关于化学反应进行方向的叙述正确的是(　　) A．ΔH<0，ΔS>0时，反应自发进行，如金属钠和水的反应 B．凡是放热反应都是自发的，吸热反应都是非自发的 C．自发过程一定是自发反应 D．同一种物质的熵值，固态时最大，液态时次之，气态时最小 答案 解析 解析　放热反应不一定是自发的，如ΔH<0，ΔS<0的反应在高温下是非自发进行的，故B错误；自发过程可以是物理过程，不一定是自发反应，故C错误；同一物质的熵与其聚集状态及外界条件有关，一般来说，气态时最大，液态时次之，固态时最小，故D错误。 课时分层练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 解析　由题图可知，生成物的总能量低于反应物的总能量，该反应的ΔH<0，由化学方程式可知，ΔS>0，A错误；ΔH<0，则升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，B、D错误；ΔH<0，ΔS>0，则ΔG＝ΔH－TΔS<0，反应能自发进行，C正确。 答案 解析 课时分层练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 20 答案 课时分层练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 解析 课时分层练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 [应用·实践] 7．已知反应2CO(g)===2C(s)＋O2(g)　ΔH>0，ΔS<0。设ΔH和ΔS不随温度而变，下列说法中正确的是(　　) A．低温下能自发进行 B．高温下能自发进行 C．任何温度下都能自发进行 D．任何温度下都不能自发进行 答案 解析 解析　因为ΔH>0，ΔS<0，故ΔH－TΔS>0，此反应在任何温度下都不能自发进行。 课时分层练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 课时分层练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 8．已知：(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g)　ΔH＝＋74.9 kJ·mol－1，下列说法正确的是(　　) A．该反应中熵变、焓变皆大于0 B．该反应是吸热反应，因此一定不能自发进行 C．碳酸盐分解反应中熵增加，因此任何条件下所有碳酸盐分解一定能自发进行 D．能自发进行的反应一定是放热反应，不能自发进行的反应一定是吸热反应 答案 课时分层练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 解析 解析　该反应是吸热反应，但也是熵增大的反应，在高温下能自发进行，B错误；碳酸盐分解反应中熵增加，但不是在任何条件下碳酸盐分解都能够自发进行，如CaCO3的分解仅在高温下自发，C错误；能自发进行的反应不一定是放热反应，不能自发进行的反应也不一定是吸热反应，D错误。 课时分层练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 [重难点拨]　 (1)常见的熵增过程包括固体的溶解、气体的扩散、物质由固态转化为液态或气态、反应前后气体的物质的量增大的化学反应。 (2)熵变与反应方向 ①熵增加有利于反应的自发进行。 ②有些熵减小的反应也可以自发进行，例如 Ca(OH)2(aq)＋CO2(g)===CaCO3(s)＋H2O(l)。 课时分层练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 9．反应CH3OH(l)＋NH3(g)===CH3NH2(g)＋H2O(g)在某温度下自发向右进行，若反应的|ΔH|＝17 kJ·mol－1，|ΔH－TΔS|＝17 kJ·mol－1，则下列正确的是(　　) A．ΔH＞0，ΔH－TΔS＜0 B．ΔH＜0，ΔH－TΔS＞0 C．ΔH＞0，ΔH－TΔS＞0 D．ΔH＜0，ΔH－TΔS＜0 答案 解析 解析　某温度下反应自发向右进行，说明ΔH－TΔS＜0，即ΔH－TΔS＝－17 kJ·mol－1，若ΔH＝－17 kJ·mol－1，则ΔS＝0，不符合事实，故ΔH＝＋17 kJ·mol－1＞0。 课时分层练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 [重难点拨]　焓变与熵变对反应方向的共同影响 (1)体系的自由能变化(符号为ΔG，ΔG＝ΔH－TΔS，单位为kJ·mol－1)综合考虑了焓变和熵变对体系的影响，可用于化学反应自发进行的方向的判断。 (2)在温度、压强一定的条件下，自发反应总是向ΔG＝ΔH－TΔS<0的方向进行，直到达到平衡状态。 (3)过程的自发性只是一种趋势，只能用于判断过程的方向，不能确定过程是否一定会发生和过程的速率。 课时分层练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 10.如图所示，在甲、乙两支试管中分别加入碳酸氢铵和铝，然后将两支试管放入装有纯醋酸的烧杯中。先向甲试管中加入盐酸，随着反应的进行，烧杯中的醋酸逐渐凝固；然后向乙试管中加入盐酸，随着反应的进行，凝固的醋酸逐渐熔化。下列说法正确的是(　　) A．碳酸氢铵与盐酸反应的焓变为负值 B．甲试管中的反应能自发进行的原因是该反应为熵增 C．甲试管中反应吸收的能量等于乙试管中反应放出的能量 D．乙试管中的反应速率先减小后增大 答案 课时分层练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 解析 解析　甲试管中的反应为吸热反应，焓变为正值，A错误；甲试管中反应的ΔH>0，而该反应能自发进行，则该反应只能为熵增反应，B正确；不能确定两个试管中反应吸收的能量与放出的能量的大小，C错误；乙试管中的反应为放热反应，随着反应的进行，溶液温度逐渐升高，反应速率逐渐增大，当反应进行到一定程度时，随着溶液中H＋浓度逐渐减小，反应速率逐渐减小，D错误。 课时分层练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 11．(2023·浙江三地市高三教学质量检测)在298 K和100 kPa压力下，已知金刚石和石墨的熵、燃烧热和密度分别为 此条件下，对于反应C(石墨，s)===C(金刚石，s)，下列说法正确的是(　　) A．该反应的ΔH＜0，ΔS＜0 B．由公式ΔG＝ΔH－TΔS可知，该反应ΔG＝985.29 kJ·mol－1 C．金刚石比石墨稳定 D．超高压条件下，石墨有可能变为金刚石 答案 物质 S/(J·K－1·mol－1) ΔH/(kJ·mol－1) ρ/(kg·m－3) C(金刚石，s) 2.4 －395.40 3513 C(石墨，s) 5.7 －393.51 2260 课时分层练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 解析 解析　根据燃烧热的定义可知：C(金刚石，s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－395.40 kJ·mol－1，C(石墨，s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－393.51 kJ·mol－1，反应C(石墨，s)===C(金刚石，s)的ΔH＝(－393.51 kJ·mol－1)－(－395.40 kJ·mol－1)＝1.89 kJ·mol－1＞0，ΔS＝S(金刚石，s)－S(石墨，s)＝2.4 J·K－1·mol－1－5.7 J· K－1·mol－1＝－3.3 J·K－1·mol－1＜0，A错误；由公式ΔG＝ΔH－TΔS可知，该反应ΔG＝1.89 kJ·mol－1－298 K×(－3.3×10－3 kJ·K－1·mol－1)＝2.8734 kJ·mol－1，B错误；由A项分析可知，反应C(石墨，s)===C(金刚石，s)是吸热反应，说明质量相同时，石墨的能量较低，则石墨比金刚石稳定，C错误。 课时分层练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 [创新·提高] 12．已知在不同温度下，甲烷隔绝空气有可能发生如下两个裂解反应：①CH4(g)―→C(s)＋2H2(g)，②2CH4(g)―→C2H2(g)＋3H2(g)。某同学为了得到用天然气制取炭黑的温度范围和最佳温度，查阅资料，得到如下热力学数据： 反应①的ΔH(298 K)＝＋74.848 kJ/mol ， ΔS(298 K)＝＋80.674 J/(mol·K) 反应②的ΔH(298 K)＝＋376.426 kJ/mol ， ΔS(298 K)＝＋220.211 J/(mol·K) 课时分层练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 (1)反应①在________(填“高温”或“低温”)下能自发进行；反应①能否自发进行是由________(填“焓变”或“熵变”)决定的。 (2)制取炭黑的温度范围是__________________。 (3)为了提高甲烷的炭化程度，下列温度最合适的是________(填标号)。 A．905.2 K B．927 K C．1273 K D．2000 K 答案 高温 熵变 927.8～1709.4 K C 课时分层练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 解析 解析　(1)由于用天然气制取炭黑的反应是吸热的熵增反应，只有在高温下才会有ΔH－TΔS<0，所以反应①在高温下能自发进行。因为反应①吸热，不利于反应的自发进行；而熵增有利于反应的自发进行，所以反应①能否自发进行由熵变决定。 (2)天然气裂解为炭黑时，ΔG＝ΔH－TΔS＝74.848 kJ/mol－80.674×10－3 kJ/(mol·K)×T<0，得T>927.8 K，即天然气裂解为炭黑的最低温度为927.8 K。天然气裂解为乙炔时，ΔG＝ΔH－TΔS＝376.426 kJ/mol－220.211×10－3 kJ/(mol·K)×T<0，得T>1709.4 K，即温度高于1709.4 K时，天然气会自发裂解为乙炔和氢气。所以要制取炭黑，温度需控制在927.8～1709.4 K之间。 课时分层练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 　　　　　　　　　　　　　 R 2．某反应2AB(g)C(g)＋3D(g)在高温时能自发进行，其逆反应在低温时能自发进行，则该反应的ΔH、ΔS应为(　　) A．ΔH<0、ΔS>0 B．ΔH<0、ΔS<0 C．ΔH>0、ΔS>0 D．ΔH>0、ΔS<0 解析　(1)ΔG＝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ΔG＝ΔH－TΔS可知，在温度较高的时候，ΔG可能小于0。 (3)根据ΔG＝ΔH－TΔS<0时反应可自发进行，则有：T>eq \f(ΔH,ΔS)≈1111.6 K。 5．可逆反应A(g)＋B(g)2C(g)＋D(g)进行过程中的能量变化如图所示。下列叙述正确的是(　　) A．该反应的焓变ΔH>0，熵变ΔS<0 B．升高温度，平衡常数增大 C．由ΔG＝ΔH－TΔS可知，该反应能自发进行 D．升高温度，平衡向正反应方向移动 6．下列对化学反应预测正确的是(　　) 选项 化学反应方程式 已知条件 预测 A M(s)X(g)＋Y(s) ΔH>0 它是非自发反应 B W(s)＋xG(g)2Q(g) ΔH<0，自发反应 x可能等于1、2、3 C 4X(g)＋5Y(g) 4W(g)＋6G(g) 能自发反应 ΔH一定小于0 D 4M(s)＋N(g)＋2W(l)4Q(s) 常温下，自发进行 ΔH>0 解析　根据ΔG＝ΔH－TΔS<0时反应自发进行，M(s)X(g)＋Y(s)，固体分解生成气体，为熵增反应，ΔH>0时，在高温下能自发进行，A错误；W(s)＋xG(g)2Q(g) ΔH<0，能自发进行，若熵增，任何温度下都能自发进行，若熵减，在低温条件下能自发进行，所以G的化学计量数不确定，x可能等于1、2、3，B正确；4X(g)＋5Y(g)4W(g)＋6G(g)是熵增反应，当ΔH>0时，在高温下可能自发进行，C错误；4M(s)＋N(g)＋2W(l)4Q(s)为熵减反应，常温下能自发进行，说明该反应一定是放热反应，D错误。 $$