第2章 第3节 新知探究课9 化学反应的方向-【名师导航】2023-2024学年高中化学选择性必修1同步讲义(人教版2019)

第三节　化学反应的方向 新知探究课9　化学反应的方向 1．了解自发过程和化学反应的自发性。 2．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。培养学生“宏观辨识与微观探究”的核心素养。 一、自发过程和自发反应 1．自发过程 自然界中有一些过程是自发进行的，而且是有方向性的。例如，水总是自发地从高处流向低处，而相反的过程却不能自发进行。 2．自发反应 有些化学反应也是自发进行的，而且具有方向性。 二、化学反应方向的判据 1．化学反应的自发性与反应焓变的关系 (1)放热反应：大多数都能自发进行。 (2)吸热反应：有些也能自发进行。如 2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋109.8 kJ·mol-1和NaHCO3(s)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋CO2(g)＋H2O(l)　ΔH＝＋31.4 kJ·mol-1可以自发进行。 (3)结论：反应的焓变是制约化学反应能否自发进行的因素之一，但不是唯一因素。 2．化学反应的自发性与熵变的关系 (1)熵、熵变的定义 (2)物质熵大小的判断 ①体系的熵值：体系的混乱度越大，体系的熵值就越大。 ②物质的存在状态：对于同一物质的熵值，S(g)＞S(l)＞S(s)。 (3)熵变与反应方向 ①含义：大多数自发反应有趋向于体系混乱度增大的倾向，导致体系的熵增大，ΔS＞0。 ②规律：大多数熵增的反应都能自发进行。 ③局限性：少数熵减的反应在一定条件下也可以自发进行。 ④结论：熵变是影响反应自发进行的因素之一，但不是唯一因素。 判一判　判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。 (1)在一定条件下，不用借助外力就能自发进行的过程是自发过程。 (　√　) (2)室温下冰变成水属于自发过程。 (　√　) (3)能自发进行的反应，反应速率一定很大。 (　×　) (4)任何吸热反应都不能自发进行。 (　×　) (5)乙烯的聚合反应是熵减过程，ΔS＜0。 (　√　) (6)2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)能自发进行的原因是ΔH＜0。 (　√　) (7)水结冰的过程中ΔS＜0，ΔH＜0。 (　√　) 下面的反应在一定条件下，均能自发进行 (1)H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH＝－285.8 kJ/mol (2)2Ag(s)＋Cl2(g)===2AgCl(s)　ΔH＝－254 kJ/mol (3)NaHCO3(s)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋CO2(g)＋H2O(l)　ΔH＝＋31.4 kJ/mol (4)Ca(HCO3)2(s)===CaCO3(s)＋CO2(g)＋H2O(g) (5)4Fe(OH)2(s)＋O2(g)＋2H2O(l)===4Fe(OH)3(s) (6)2KClO3(s)===2KCl(s)＋3O2(g) [问题1]　上述反应中，ΔS＞0的是哪些反应？ [提示]　(3)(4)(6)。 [问题2]　(1)(2)(5)反应能自发进行的原因是什么？ [提示]　放热反应ΔH＜0。 [问题3]　(3)(4)(6)反应能自发进行的原因是什么？ [提示]　熵增ΔS＞0。 1．焓判据：放热过程中体系能量降低，ΔH<0，反应具有自发进行的倾向。 2．熵判据：在密闭条件下，体系有自发地向混乱度增加(ΔS>0)的方向转变的倾向。 (1)物质由固态到液态、由液态到气态或由固态到气态的过程，熵变为正值，是熵增加的过程。 (2)气体体积增大的反应，熵变通常都是正值，是熵增加的反应。 (3)气体体积减小的反应，熵变通常都是负值，是熵减小的反应。 3．复合判据 (1)判据 (2)温度对反应方向的影响 1．(2023·遵义高二月考)在工业生产中，对能够发生的化学反应，研究和选择合适的反应条件才有实际意义。恒温恒压下，下列过程一定不能自发进行的是(　　) A．4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)　ΔH＜0 B．CaO(s)＋CO2(g)===CaCO3(s)　ΔH＜0 C．2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)　ΔH＞0 D．2H2O(l)＋O2(g)===2H2O2(aq)　ΔH＞0 D　[D项中的反应，ΔH＞0，ΔS＜0，一定不自发进行。] 2．下列说法错误的是(　　) A．ΔH＜0，ΔS＞0的反应在温度低时不能自发进行 B．一定温度下，反应MgCl2(l)⥫⥬Mg(l)＋Cl2(g)的ΔH＞0、ΔS＞0 C．反应NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的ΔH＜0 D．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方向转变的倾向 A　[根据ΔG＝ΔH－TΔS判断，对于ΔH＜0，ΔS＞0的反应，在任何温度时，ΔG＜0，反应均能自发进行， A错误；反应MgCl2(l)⥫⥬Mg(l)＋Cl2(g)为分解反应，故为吸热反应，则ΔH＞0，反应物无气体，生成物有气体，则ΔS＞0, B正确；反应NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)的ΔS＜0，在室温下可自发进行，则ΔG＝ΔH－TΔS＜0，则该反应的ΔH＜0, C正确；该反应的ΔH＞0，由于该反应是固体反应物生成气体，ΔS＞0，则该反应在一定条件下能自发进行，原因是体系有自发地向混乱度增加的方向转变的倾向， D正确。] 3．已知在100 kPa、298 K时石灰石分解反应CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)的ΔH＞0，ΔS＞0，则： (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。 [解析]　(1)已知ΔH＞0，ΔS＞0，则常温下不能自发进行。(2)升高温度可使ΔG＜0，反应自发进行，则温度能成为反应方向的决定因素。 [答案]　(1)不能　(2)能 　利用ΔG＝ΔH－TΔS定量判断自发反应。 已知某化学反应A(s)===D(g)＋E(g)　ΔG＝ΔH－TΔS＝(－4 500＋11T)kJ·mol-1(其中T为热力学温度，单位为K)。该反应若自发进行，则ΔG＜0，即－4 500＋11T＜0，T＜409 K，摄氏温度低于(409－273)℃＝136 ℃。 1．当ΔH<0，ΔS>0时，ΔG<0，反应能自发进行。 2．当ΔH>0，ΔS<0时，ΔG>0，反应不能自发进行。 3．当ΔH>0，ΔS>0或ΔH<0，ΔS<0时，反应能否自发进行与温度有关，一般低温时ΔH的影响为主，高温时ΔS的影响为主。 1．下列过程的方向能用焓判据判断的是(　　) A．湿的衣服经过晾晒变干 B．硝酸铵溶于水 C．水蒸气凝结成水 D．CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)　ΔH＞0 C　[湿的衣服晾晒变干是衣服中的水吸收能量变为水蒸气的过程，不能用焓判据判断；硝酸铵溶于水为熵增加的过程，不能用焓判据判断；水蒸气凝结成水放出热量，可用焓判据判断；CaCO3分解为吸热反应，不能用焓判据判断。] 2．(2021·浙江6月选考)相同温度和压强下，关于物质熵的大小比较，合理的是(　　) A．1 mol CH4(g)＜1 mol H2(g) B．1 mol H2O(g)＜2 mol H2O(g) C．1 mol H2O(s)＞1 mol H2O(l) D．1 mol C(s，金刚石)＞1 mol C(s，石墨) B　[熵的大小反映体系的混乱程度，粒子之间无规则排列的程度越大，熵越大。同温同压下，状态相同的等量物质，分子结构越复杂，混乱程度越大，即熵越大，故1 mol CH4(g)的熵大于1 mol H2(g)的熵，A错误；相同条件下的同种物质，物质的量越大，熵越大，故1 mol H2O(g)的熵小于2 mol H2O(g)的熵，B正确；不同状态的同种物质的熵：气态＞液态＞固态，C错误；物质的量相同的条件下，金刚石的熵小于石墨的熵，D错误。] 3．(生活素材)冬天，冰冻的衣服放在室内也能晾干，下列化学反应的熵变、焓变和自发性与冰冻的衣服被晾干一致的是(　　) A．C(s)＋O2(g)===CO2(g) B．2H2O2(l)===2H2O(l)＋O2(g) (aq)⥫⥬CaCO3(s) D．Ba(OH)2·8H2O(s)＋2NH4Cl(s)===BaCl2(s)＋2NH3(g)＋10H2O(l) D　[冰冻的衣服晾干为H2O(s)→H2O(g)，该过程的ΔH＞0，ΔS＞0，D项符合题意。] 4．(生活素材)汽车尾气(含烃类、CO、NO与SO2等)是城市主要污染源之一，治理的办法之一是在汽车排气管上安装催化转化器，使NO与CO反应生成可参与大气生态循环的无毒气体，其反应原理是2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)。由此可知，下列说法中正确的是 (　　) A．该反应是熵减小的反应 B．该反应不能自发进行，因此需要合适的催化剂 C．该反应常温下能自发进行，催化剂条件只是加快反应的速率 D．该反应常温下能自发进行，因为正反应是吸热反应 AC　[只使用催化剂可使尾气发生转化，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。因熵减小不利于反应自发进行，故该反应常温下能自发进行的原因是反应放热。] 5．(科技素材)回答下列问题： (1)用钌的配合物作催化剂，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________(填“＞”“＜”或“＝”)0，ΔS______________(填“＞”“<”或“＝”)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＋2CO⥫⥬2CO2＋N2。反应在常温下能够自发进行，则反应的ΔH________(填“>”“<”或“＝”)0。 [解析]　(1)CO2分解生成CO和O2的反应为吸热反应，ΔH＞0，根据反应的化学方程式可知，ΔS＞0，故低温下ΔG＝ΔH－TΔS＞0，反应不能自发进行。(2)通过反应的化学方程式可知ΔS＜0，常温下能够自发进行，则ΔH＜0。 [答案]　(1)＞　＞　不能　(2)＜ 新知探究课固基练(九)　化学反应的方向 1．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．水电解生成氢气和氧气 D．铁器在潮湿的空气中生锈 C　[红墨水滴入清水中能使整杯水变红、冰在室温下融化成水、铁器在潮湿的空气中生锈等过程都是自发进行的，A、B、D项均属于自发进行的变化，而水电解生成氢气和氧气的反应必须通电，电解才可以进行，不属于自发过程，C项不属于自发进行的变化。] 2．下列关于自发过程的叙述中，正确的是(　　) A．只有不需要任何条件就能够自发进行的过程才是自发过程 B．需要加热才能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 C　[在一定条件下，不用借助外力即可自发进行的过程为自发过程，所以自发过程也是需要特定的条件的，A、B项错误；可逆反应在不同的条件下，可以向不同方向自发进行，C项正确；改变条件，可以使非自发过程转变为自发过程，D项错误。] 3．科学家用熵来度量物质的混乱程度。下列对熵的理解不正确的是(　　) 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，自发过程将导致体系的熵减小 D．25 ℃、1.01×105Pa时，2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)是熵增反应 C　[与外界隔离的体系，自发过程的熵增加，C错误。] 4．已知反应FeO(s)＋C(s)===CO(g)＋Fe(s)的ΔH>0(假定ΔH、ΔS不随温度而变化)，下列叙述中正确的是(　　) A．低温下为自发过程，高温下为非自发过程 B．高温下为自发过程，低温下为非自发过程 C．任何温度下均为非自发过程 D．任何温度下均为自发过程 B　[由反应能否自发进行的判据ΔH－TΔS知：ΔH>0、ΔS>0时，ΔH－TΔS的值的正、负不能确定，此时将由温度T决定。当处于低温时，ΔH－TΔS>0，反应非自发进行；当温度升高，TΔS的值增大，当TΔS>ΔH，即ΔH－TΔS<0时，反应自发进行，所以该反应高温下自发进行，低温下非自发进行。] 5．(1)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________。 (2)对于反应2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)　ΔH＞0，ΔS________0，________温(填“高”或“低”)有利于自发进行。 [答案]　(1)高温　(2)＞　高 6．目前工业上有一种方法是用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中能量(单位为kJ·mol-1)的变化。 关于该反应的下列说法中正确的是(　　) A．ΔH＞0，ΔS＞0 B．ΔH＞0，ΔS＜0 C．ΔH＜0，ΔS＜0 D．ΔH＜0，ΔS＞0 [答案]　C 7．现有两个热化学反应方程式： 下列说法正确的是(　　) A．反应①②中都存在：ΔS＞0 B．反应①一定不能自发进行 C．在通常情况下，①②都能自发进行 D．反应②低温时，可自发进行 BD　[由题中热化学反应方程式可知，反应①②均为熵减反应，即ΔS＜0，A项错误；反应①ΔH＞0，ΔS＜0，则ΔH－TΔS＞0，所有温度下反应都不能正向自发进行，B项正确；由B项可知，反应①在所有温度下都不能正向自发进行；反应②的ΔH＜0，ΔS＜0，则在低温条件下，ΔH－TΔS＜0，即反应②低温时，可正向自发进行，C项错误；反应②ΔH＜0，ΔS＜0，则在低温条件下，ΔH－TΔS＜0，即反应②低温时，可正向自发进行，D项正确。] 8．已知在100 kPa、298.15 K时，石灰石发生分解反应： CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)　ΔH＝＋178.3 kJ·mol-1 ΔS＝＋160.4 J·mol-1·K-1，则 (1)该反应______(填“能”“不能”)自发进行。 (2)据本题反应数据分析，温度________(填“能”“否”)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________。 [解析]　(1)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ΔH－TΔS可知在温度较高的情况下，可能小于0。(3)根据ΔH－TΔS<0时，反应可自发进行，则有：T>≈1 111.6 K。 [答案]　(1)不能　(2)能　(3)1 111.6 K 2/9 学科网（北京）股份有限公司 $$