2.3化学反应的方向 导学案 2024-2025学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

高二化学选择性必修一第二章第2节 第二章 化学反应速率与化学平衡 第3节　　化学反应的方向 学 科 化学 编 号 08 主备人 审核人 年 级 高二 班 级 姓 名 使用时间 学习目标 1.了解焓变、熵变与反应方向的关系。 2.能通过ΔH-TΔS及给定的ΔS数据定量判断反应的方向。 3.通过分析焓变和熵变与反应的方向关系,进一步了解影响反应方向的因素以及各因素间的相互关联。 重点难点 通过ΔH-TΔS判断反应的方向 使用说明与学法指导 课前通过阅读教材P35-40页内容完成导学案中的预习案。 【预习案】 1、 知识梳理 1、化学反应的方向 一个化学反应在给定条件(通常指温度、压强)下能否自发进行，以及在什么条件下有可能按预期的方向发生，仅仅用实验方法来摸索，可能要付出极大的代价，甚至徒劳无功，为此，有必要寻求一种客观的 ，用它来判断一个化学反应能否 自发。  2、反应焓变与反应方向（焓判据） 反应焓变是一个与反应能否自 发 进行有关的因素。多数能自发进行的化学反应是放热 反应。但是，有不少吸热反应也能自发 进行，还有一些吸热反应在室温条件下自 发 进行，但自发 进行。因此，反应焓变是与反应能否自发进行有关的一个因素,但不是唯 一因素。 对于一个由大量粒子组成的体系,人们定义一个物理量——熵来描述体系的乱度乱度，符号为S。熵值越大，体系混乱度越 大；在同一条件下，不同物质的熵不同；而同一物质的熵与其聚集状 态及外界条件有关，如对同一物质来说S(g)>S(l) >S(s)。 反应熵变ΔS=应产物总熵-反应物总熵。熵增加（ΔS增0）有利于反应的自发进行，有些熵减小的反应在一定条件下也可以自发 进行。 3、焓变与熵变对反应方向的共同影响（复合判据） 在一定条件下，一个化学反应能否自发进行，既与反应焓变有关,又与反应熵变 有关，反应方向的判据为ΔH- TΔS。 ΔH-TΔS<0,反应能自发论 进行。 ΔH-TΔS=0,反应达到平衡状 态。 ΔH-TΔS>0,反应不能自发进 。 此外，ΔH-TΔS这个判据指的是在温度、压强一定的条件下反应自动发生 的趋势　，即反应发生的可 能性，它并不能说明在该条件下可能自发进行的反应能否实际 发生，因为反应能否实际发生还涉及应速 率问题。  【探究案】 一、探究问题 1.反应焓变与反应方向 (1)分析下列反应进行的方向与ΔH之间的关系 ①NaOH(aq)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l) ②2Na(s)＋2H2O(l)===2NaOH(aq)＋H2(g) ③NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)===CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l)　 ④CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)　 (2)反应焓变与反应方向的关系 自发进行的化学反应多数是___热反应，也有些是___热反应，因此，反应焓变是与反应能否自发进行有关的一个因素，但不是唯一因素。 (3)焓判据：H 0 的反应有自发进行的倾向。 2.反应熵变与反应方向 (1)熵的概念及大小规律 ①熵是用来描述体系混乱度大小的物理量，其符号为S。熵值越大，体系的混乱度越大。 ②同一物质的熵与其聚集状态及外界条件有关，如同一种物质不同状态时熵值大小为S(g)___S(l)___S(s)。 ③产生气体的反应，气体的物质的量增大的反应，ΔS___0。 (2)反应熵变与反应方向的关系 自发进行的化学反应多数是_______的反应，也有些_______的化学反应在一定条件下能自发进行。 (3)熵判据： S 0 的反应有自发进行的倾向。 3.焓变与熵变对反应方向的共同影响 （1）反应方向的判据 反应能自发进行。 反应达到平衡状态。 反应不能自发进行。 （2）完成表格 ΔH ΔS ΔH－TΔS 反应情况 － ＋ 永远是负值 ＋ － 永远是正值 ＋ ＋ － － (3)已知反应：2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)在298 K、101 kPa的条件下，其ΔH＝－113.0 kJ·mol－1，ΔS＝－145.3 J·mol－1·K－1。该反应____(填“能”或“不能”)用于消除汽车尾气中的NO，理由为________________________________________________________________。 (4)能自发进行的化学反应就一定能够实际发生吗？为什么？ 二、课堂小结 〖当堂检测〗 1.以下自发过程可用焓判据来解释的是(　　) A．硝酸铵固体自发地溶于水 B．2HI(g) H2(g)＋I2(g)　ΔH＝＋9.3 kJ·mol－1 C．(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g) ΔH＝＋74.9 kJ·mol－1 D．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－571.6 kJ·mol－1 2．下面是生活中的几个自发过程，你认为其中能用熵判据解释的是 (　　) A．自然界中水由高处往低处流 B．0 ℃时水变为冰 C．墨水滴到水中会扩散到整个水体 D．铁器暴露在潮湿空气中会生锈并放出热量 3．下列反应中，熵值显著增加的反应是(　　) A．CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(l) B．CaCO3(s)＋2HCl(aq)===CaCl2(aq)＋CO2(g)＋H2O(l) C．2Cu(s)＋O2(g)===2CuO(s) D．NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s) 4．回答下列问题： (1)用钌的配合物作为催化剂，一定条件下可直接光催化分解CO2，发生反应：2CO2(g)===2CO(g)＋O2(g)，该反应的ΔH________0(填“>”“<”或“＝”，下同)，ΔS________0，在低温下，该反应________(填“能”或“不能”)自发进行。 (2)超音速飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2，化学方程式为2NO(g)＋2CO(g) ===2CO2(g)＋N2(g)。该反应在常温下能够自发进行，则反应的ΔH________0(填“>”“<”或“＝”)。 (3)已知在100 kPa、298.15 K时石灰石分解反应CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)的ΔH>0，ΔS>0： ①该反应常温下________(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。 (4)已知CaSO4(s)＋CO(g) ===CaO(s)＋SO2(g)＋CO2(g) ΔH＝218 kJ·mol－1， 该反应能够自发进行的反应条件是________。 (5)某吸热反应能自发进行，则该反应的ΔS________0(填“>”或“<”)。 〖巩固基础〗 1.下列说法完全正确的是(　　) A．自发进行的反应均是放热反应 B．ΔS为正值的反应均能自发进行 C．物质的量增加的反应，ΔS为正值 D．CaCO3(s)受热分解为CaO(s)和CO2(g)：ΔS>0 2．下列关于化学反应的自发性叙述正确的是(　　) A．焓变小于0而熵变大于0的反应肯定是自发的 B．焓变和熵变都小于0的反应肯定是自发的 C．焓变和熵变都大于0的反应肯定是自发的 D．熵变小于0而焓变大于0的反应肯定是自发的 3．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－1 B．Ag(s)＋Cl2(g)===AgCl(s)　ΔH＝－127 kJ·mol－1 C．HgO(s)===Hg(l)＋O2(g)　ΔH＝91 kJ·mol－1 D．H2O2(l)===O2(g)＋H2O(l)　ΔH＝－98 kJ·mol－1 4．已知反应：2CO(g)===2C(s)＋O2(g)。设ΔH和ΔS不随温度而变化，下列说法正确的是(　　) A．低温下是自发反应 B．高温下是自发反应 C．低温下是非自发反应，高温下是自发反应 D．任何温度下都是非自发反应 5．下列说法正确的是(　　) 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．NH4HCO3(s)===NH3(g)＋H2O(g)＋CO2(g) ΔH＝185.57 kJ·mol－1，能自发进行，原因是体系有自发地向混乱度增加的倾向 C．因为焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓变和熵变均可以单独作为反应自发性判据 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 6．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。现把白锡制造的器皿放在273 K、100 kPa的室内存放，它会不会变成灰锡而不能继续使用。(已知在273 K、100 kPa条件下白锡转化为灰锡的反应，其焓变和熵变分别为ΔH＝－2 180.9 J·mol－1，ΔS＝－6.61 J·mol－1·K－1) (　　) A．会变 B．不会变 C．不能确定 D．升高温度才会变 7．回答下列问题： (1)汽车燃油不完全燃烧时产生CO，有人设想按下列反应除去CO：2CO(g)===2C(s)＋O2(g)。已知该反应的ΔH>0，简述该设想能否实现，并说出依据： _____________________________________________________________________________。 (2)下列反应中，在高温下不能自发进行的是________(填字母)。 a．CO(g)===C(s)＋O2(g) b．2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g) c．(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g) d．MgCO3(s)===MgO(s)＋CO2(g) (3)25 ℃和1.01×105 Pa时，反应：2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)　ΔH＝56.76 kJ· mol－1自发进行的原因是_________________________________________________________________。 (4)电子工业中清洗硅片上的SiO2(s)的反应是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不随温度变化而变化，试求此反应自发进行的温度(T)条件________________。 8．目前工业上用CO2来生产燃料甲醇。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 能量的变化： (1)关于该反应的下列说法中，正确的是____________(填字母)。 A．ΔH>0，ΔS>0 B．ΔH>0，ΔS<0 C．ΔH<0，ΔS<0 D．ΔH<0，ΔS>0 (2)将煤加工成水煤气可降低污染并能提高燃料的利用率。 将水蒸气通过红热的炭即产生水煤气，化学方程式为 C(s)＋H2O===H2(g)＋CO(g)　ΔH＝131.3 kJ·mol－1，ΔS＝133.7 J·mol－1·K－1。 该反应在低温下能否自发进行？________(填“能”或“不能”)。 (3)工业上用赤铁矿生产铁，可以选择的还原剂有C和H2。根据所学知识判断：哪一种还原剂可使反应自发进行的温度较低？__________________，工业上不用焦炭还原Al2O3的方法炼铝的原因是___________________________________________________________________。 已知：Fe2O3(s)＋C(s)===2Fe(s)＋CO2(g) ΔH＝233.8kJ· mol－1，ΔS＝0.279kJ· mol－1·K－1 Fe2O3(s)＋3H2(g)===2Fe(s)＋3H2O(g) ΔH＝98kJ· mol－1，ΔS＝0.144 2kJ· mol－1·K－1 2Al2O3(s)＋3C(s)===4Al(s)＋3CO2(g)　ΔH＝2 171 kJ·mol－1，ΔS＝635.5 J·mol－1·K－1 ( 第 2 页 共 4 页 ) 学科网（北京）股份有限公司 $$高二化学选择性必修一第二章第2节 第二章 化学反应速率与化学平衡 第3节　　化学反应的方向 学 科 化学 编 号 08 主备人 审核人 年 级 高二 班 级 姓 名 使用时间 学习目标 1.了解焓变、熵变与反应方向的关系。 2.能通过ΔH-TΔS及给定的ΔS数据定量判断反应的方向。 3.通过分析焓变和熵变与反应的方向关系,进一步了解影响反应方向的因素以及各因素间的相互关联。 重点难点 通过ΔH-TΔS判断反应的方向 使用说明与学法指导 课前通过阅读教材P35-40页内容完成导学案中的预习案。 【预习案】 1、 知识梳理 1、化学反应的方向 一个化学反应在给定条件(通常指温度、压强)下能否自发进行，以及在什么条件下有可能按预期的方向发生，仅仅用实验方法来摸索，可能要付出极大的代价，甚至徒劳无功，为此，有必要寻求一种客观的方法，用它来判断一个化学反应能否自发。  2、反应焓变与反应方向（焓判据） 反应焓变是一个与反反应能否自发进行行有关的因素。多数能自发进行的化学反应是放热 放热。但是，有不少吸热反应也能自发进行，还有一些吸热反应在室温条件下不能自发进行 发 进行，但自在较高温度下自发进行。因此，反应焓变是与反应能否自发进行有关的一个因素,但不是唯一因素。 对于一个由大量粒子组成的体系,人们定义一个物理量——熵来描述体系的混乱程度，符号为S。熵值越大，体系混乱度越大；在同一条件下，不同物质的熵不同；而同一物质的熵与其聚集状态及外界条件有关，如对同一物质来说S(g)>S(l) >S(s)。 反应熵变ΔS=应产物总熵-反应物总熵。熵增加（ΔS增0）有利于反应的自发进行，有些熵减小的反应在一定条件下也可以自发进行。 3、焓变与熵变对反应方向的共同影响（复合判据） 在一定条件下，一个化学反应能否自发进行，既与反应焓变有关,又与反应熵变 有关，反应方向的判据为ΔH-TΔS。 ΔH-TΔS<0,反应能自发进行。 ΔH-TΔS=0,反应达到平衡状态。 ΔH-TΔS>0,反应不能自发进行。 此外，ΔH-TΔS这个判据指的是在温度、压强一定的条件下反应自动发生的趋势　，即反应发生的可能性，它并不能说明在该条件下可能自发进行的反应能否实际发生，因为反应能否实际发生还涉及速率问题。  【探究案】 一、探究问题 1.反应焓变与反应方向 (1)分析下列反应进行的方向与ΔH之间的关系 ①NaOH(aq)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l) ②2Na(s)＋2H2O(l)===2NaOH(aq)＋H2(g) ③NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)===CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l)　 ④CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)　 (2)反应焓变与反应方向的关系 自发进行的化学反应多数是放热反应，也有些是吸热反应，因此，反应焓变是与反应能否自发进行有关的一个因素，但不是唯一因素。 (3)焓判据：H ＜0 的反应有自发进行的倾向。 2.反应熵变与反应方向 (1)熵的概念及大小规律 ①熵是用来描述体系混乱度大小的物理量，其符号为S。熵值越大，体系的混乱度越大。 ②同一物质的熵与其聚集状态及外界条件有关，如同一种物质不同状态时熵值大小为S(g)_＞S(l)_＞__S(s)。 ③产生气体的反应，气体的物质的量增大的反应，ΔS_＞_0。 (2)反应熵变与反应方向的关系 自发进行的化学反应多数是_ΔS_＞_0_的反应，也有些_ΔS_＜_0_的化学反应在一定条件下能自发进行。 (3)熵判据： S ＜ 0 的反应有自发进行的倾向。 3.焓变与熵变对反应方向的共同影响 （1）反应方向的判据 ΔH-TΔS＜0反应能自发进行。 ΔH-TΔS=0反应达到平衡状态。 ΔH-TΔS>0反应不能自发进行。 （2）完成表格 ΔH ΔS ΔH－TΔS 反应情况 － ＋ 永远是负值 ＋ － 永远是正值 ＋ ＋ － － (3)已知反应：2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)在298 K、101 kPa的条件下，其ΔH＝－113.0 kJ·mol－1，ΔS＝－145.3 J·mol－1·K－1。该反应____(填“能”或“不能”)用于消除汽车尾气中的NO，理由为________________________________________________________________。 (4)能自发进行的化学反应就一定能够实际发生吗？为什么？ 二、课堂小结 〖当堂检测〗 1.以下自发过程可用焓判据来解释的是(　D　) A．硝酸铵固体自发地溶于水 B．2HI(g) H2(g)＋I2(g)　ΔH＝＋9.3 kJ·mol－1 C．(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g) ΔH＝＋74.9 kJ·mol－1 D．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－571.6 kJ·mol－1 2．下面是生活中的几个自发过程，你认为其中能用熵判据解释的是 (　C　) A．自然界中水由高处往低处流 B．0 ℃时水变为冰 C．墨水滴到水中会扩散到整个水体 D．铁器暴露在潮湿空气中会生锈并放出热量 3．下列反应中，熵值显著增加的反应是(　B　) A．CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(l) B．CaCO3(s)＋2HCl(aq)===CaCl2(aq)＋CO2(g)＋H2O(l) C．2Cu(s)＋O2(g)===2CuO(s) D．NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s) 4．回答下列问题： (1)用钌的配合物作为催化剂，一定条件下可直接光催化分解CO2，发生反应：2CO2(g)===2CO(g)＋O2(g)，该反应的ΔH____>____0(填“>”“<”或“＝”，下同)，ΔS____>____0，在低温下，该反应___不能_____(填“能”或“不能”)自发进行。 (2)超音速飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2，化学方程式为2NO(g)＋2CO(g) ===2CO2(g)＋N2(g)。该反应在常温下能够自发进行，则反应的ΔH___<_____0(填“>”“<”或“＝”)。 (3)已知在100 kPa、298.15 K时石灰石分解反应CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)的ΔH>0，ΔS>0： ①该反应常温下__不能______(填“能”或“不能”)自发进行。 ②据本题反应数据分析，温度___能_____(填“能”或“不能”)成为反应方向的决定因素。 (4)已知CaSO4(s)＋CO(g) ===CaO(s)＋SO2(g)＋CO2(g) ΔH＝218 kJ·mol－1， 该反应能够自发进行的反应条件是___高温_____。 (5)某吸热反应能自发进行，则该反应的ΔS___>_____0(填“>”或“<”)。 〖巩固基础〗 1.下列说法完全正确的是(　D　) A．自发进行的反应均是放热反应 B．ΔS为正值的反应均能自发进行 C．物质的量增加的反应，ΔS为正值 D．CaCO3(s)受热分解为CaO(s)和CO2(g)：ΔS>0 2．下列关于化学反应的自发性叙述正确的是(　A　) A．焓变小于0而熵变大于0的反应肯定是自发的 B．焓变和熵变都小于0的反应肯定是自发的 C．焓变和熵变都大于0的反应肯定是自发的 D．熵变小于0而焓变大于0的反应肯定是自发的 3．下列反应在任何温度下均能自发进行的是(　D　) A．2N2(g)＋O2(g)===2N2O(g)　ΔH＝163 kJ·mol－1 B．Ag(s)＋Cl2(g)===AgCl(s)　ΔH＝－127 kJ·mol－1 C．HgO(s)===Hg(l)＋O2(g)　ΔH＝91 kJ·mol－1 D．H2O2(l)===O2(g)＋H2O(l)　ΔH＝－98 kJ·mol－1 4．已知反应：2CO(g)===2C(s)＋O2(g)。设ΔH和ΔS不随温度而变化，下列说法正确的是(　D　) A．低温下是自发反应 B．高温下是自发反应 C．低温下是非自发反应，高温下是自发反应 D．任何温度下都是非自发反应 5．下列说法正确的是(　B　) 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．NH4HCO3(s)===NH3(g)＋H2O(g)＋CO2(g) ΔH＝185.57 kJ·mol－1，能自发进行，原因是体系有自发地向混乱度增加的倾向 C．因为焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓变和熵变均可以单独作为反应自发性判据 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 6．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。现把白锡制造的器皿放在273 K、100 kPa的室内存放，它会不会变成灰锡而不能继续使用。(已知在273 K、100 kPa条件下白锡转化为灰锡的反应，其焓变和熵变分别为ΔH＝－2 180.9 J·mol－1，ΔS＝－6.61 J·mol－1·K－1) (　A　) A．会变 B．不会变 C．不能确定 D．升高温度才会变 7．回答下列问题： (1)汽车燃油不完全燃烧时产生CO，有人设想按下列反应除去CO：2CO(g)===2C(s)＋O2(g)。已知该反应的ΔH>0，简述该设想能否实现，并说出依据： _ΔH>0，ΔS＜0，任何温度下都不能自发进行______________________________________________________________。 (2)下列反应中，在高温下不能自发进行的是____a____(填字母)。 a．CO(g)===C(s)＋O2(g) b．2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g) c．(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g) d．MgCO3(s)===MgO(s)＋CO2(g) (3)25 ℃和1.01×105 Pa时，反应：2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)　ΔH＝56.76 kJ· mol－1自发进行的原因是___ΔS＞0，常温下ΔS对反应方向起决定作用_____________________________________________________。 (4)电子工业中清洗硅片上的SiO2(s)的反应是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不随温度变化而变化，试求此反应自发进行的温度(T)条件_T＜1240K____。 8．目前工业上用CO2来生产燃料甲醇。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 能量的变化： (1)关于该反应的下列说法中，正确的是____C______(填字母)。 A．ΔH>0，ΔS>0 B．ΔH>0，ΔS<0 C．ΔH<0，ΔS<0 D．ΔH<0，ΔS>0 (2)将煤加工成水煤气可降低污染并能提高燃料的利用率。 将水蒸气通过红热的炭即产生水煤气，化学方程式为 C(s)＋H2O===H2(g)＋CO(g)　ΔH＝131.3 kJ·mol－1，ΔS＝133.7 J·mol－1·K－1。 该反应在低温下能否自发进行？__不能__(填“能”或“不能”)。 (3)工业上用赤铁矿生产铁，可以选择的还原剂有C和H2。根据所学知识判断：哪一种还原剂可使反应自发进行的温度较低？___H2_______，工业上不用焦炭还原Al2O3的方法炼铝的原因是所需温度太高，不现实___________。 已知：Fe2O3(s)＋C(s)===2Fe(s)＋CO2(g) ΔH＝233.8kJ· mol－1，ΔS＝0.279kJ· mol－1·K－1 Fe2O3(s)＋3H2(g)===2Fe(s)＋3H2O(g) ΔH＝98kJ· mol－1，ΔS＝0.144 2kJ· mol－1·K－1 2Al2O3(s)＋3C(s)===4Al(s)＋3CO2(g)　ΔH＝2 171 kJ·mol－1，ΔS＝635.5 J·mol－1·K－1 ( 第 2 页 共 4 页 ) 学科网（北京）股份有限公司 $$