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

第三节　化学反应的方向 第二章　化学反应速率与化学平衡 素养目标 学习要点 1.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,发展证据推理与模型认知的核心素养。 2.结合焓变、熵变判断自发反应进行的方向,认识事物的发展、变化常常受多种因素制约,发展科学态度与社会责任的核心素养。 四个概念:自发反应、非自发反应、熵和熵变。 两种关系:化学反应的方向与反应的焓变、熵变的关系。 一个模型:利用“ΔG=ΔH-TΔS”判断化学反应的方向。 知识点一 自发过程和自发反应 基础落实•必备知识全过关 1.自发过程 (1)含义:在一定条件下,不用借助外力(如光、电等),就能自发进行的过程。 (2)特点:具有　　　　,即过程的某个方向在一定条件下自发进行,而该过程的逆方向在该条件下肯定不能自发进行。  (3)示例:高山流水、花香四溢、冰熔化等。 自发过程可以是物理变化,也可以是化学变化 方向性 2.自发反应 (1)含义:在给定的条件下,能自发进行到显著程度的化学反应,称为自发反应。 (2)特点:自发反应具有　　　　　　　,即在一定条件下反应的某个方向是自发进行的,其逆方向在相同条件下一定不能自发进行。  自发反应必定是化学反应 方向性 辨析比较 自发反应和非自发反应 (1)自发反应实际上不一定能够发生,且发生时反应速率也不一定大。 (2)非自发反应在一定条件下也可能发生。 (3)自发反应是化学变化,自发过程可以是物理过程,也可以是化学变化。 重难突破•能力素养全提升 探究角度 自发反应和自发过程 例题 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必定是自发的 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 C 解析 在相同条件下,自发反应的逆过程是非自发的,A错误;在潮湿的空气中,铁极易生锈,属于自发反应,B错误;自发过程包括自发化学反应和自发物理过程,C正确;自发反应除与反应物的性质有关外,还受温度等外界条件的影响,D错误。 [对点训练] (2024·陕西西安模拟)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.非自发过程,改变温度也不能变为自发过程 D.能自发进行的反应不一定能迅速发生反应 D 解析 自发过程需要在一定条件下自动进行,并非不需要任何条件,A错误;有些自发进行的反应也需要反应条件才能进行,如氢气和氧气需要点燃才能反应,B错误;对于非自发过程,改变温度可能使非自发过程变为自发过程,C错误;有些自发进行的反应的速率比较慢,D正确。 知识点二 化学反应进行的方向 基础落实•必备知识全过关 1.焓变(ΔH)与反应进行的方向 (1)实验发现,大多数　　　　反应是可以自发进行的。例如,Zn(s)+CuSO4(aq) ===ZnSO4(aq)+Cu(s)　ΔH=-216.8 kJ·mol-1。  (2)有些　　　　反应可以自发进行。例如,2N2O5(g) ===4NO2(g)+O2(g)　ΔH=+109.8 kJ·mol-1。  (3)化学反应有向着焓变　　　　的方向进行的趋势,但不能只根据放热或吸热来判断化学反应的方向。  放热 吸热 减小 2.熵变(ΔS)与反应进行的方向 (1)熵(S)和熵变(ΔS) (2)熵增原理 ①体系有自发地向混乱度　　　　(即熵增,ΔS>0)的方向转变的倾向。  ②只有孤立或者与外界没有　　　　交换(绝热)的体系,自发过程才向着 　　　　的方向进行,但有些熵减的反应也能自发进行。  ③不能只根据熵增或熵减来判断化学反应进行的方向。 S ΔS 增大 热量 熵增 3.自由能(ΔG)与反应进行的方向 (1)大量事实证明,综合考虑焓变和熵变可以判断反应自发进行的方向。 (2)自由能的变化(ΔG)综合反映了体系的焓变和熵变对自发过程的影响:ΔG=ΔH-TΔS。化学反应总是向着自由能　　　的方向进行,直到体系达到平衡。　　  判断反应进行方向的依据 ①当ΔG<0时,反应　　　　　　　　;  ②当ΔG=0时,反应　　　　　　　　;  ③当ΔG>0时,反应　　　　　　　　。  减小 能自发进行 处于平衡状态 不能自发进行 4.温度对反应进行方向的影响 当焓变和熵变的作用相反且相差不大时,温度有可能对反应的方向起决定性作用。温度与反应方向的关系如图所示: 名师点拨 熵(S)及影响因素 (1)同一条件下,不同物质的熵值不同。 (2)同一物质的熵与其聚集状态及外界条件有关:S(g)>S(l)>S(s)。 (3)熵与物质的量的关系:物质的量越大,分子数越多,熵值越大。 名师点拨 熵变及判断规律 (1)对于有气体参与(可以是反应物或产物)且气体总物质的量增大的化学反应,其熵变通常是正值,是熵增(ΔS>0)的反应。 (2)对于气体总物质的量减小的化学反应,其熵变通常是负值,是熵减(ΔS<0)的反应。 图解要点 自发反应与焓变、熵变的关系 反应是否自发受ΔH、ΔS的共同影响,还要考虑反应温度(T),当ΔH-TΔS<0时,反应能自发进行。 误区警示 对于同一种物质,气态时的熵值最大,液态时的次之,固态时的最小。 重难突破•能力素养全提升 探究角度 化学反应的方向与ΔH、ΔS的关系 例题 (2024·安徽合肥模拟)如图所示,在图(1)中A、B两容器里分别收集着两种互不作用的理想气体。压强不变,若将中间活塞打开[如图(2)],两种气体分子立即都占满了两个容器。这是一个不伴随能量变化的自发过程。关于此过程的下列说法不正确的是(　　) 理想气体的自发混合 A.此过程是从混乱度小的向混乱度大的变化过程,即熵增加的过程 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.只有在一定温度下,此过程是自发进行的 答案 D 解析 由有序到无序的过程属于熵增加的过程,A正确;该过程是一个不伴随能量变化的自发过程,没有热量的吸收或放出,B正确;由“两种气体分子立即都占满了两个容器”可知,该过程是由有序到无序的过程,也就是混乱度增大的过程,C正确;两种互不作用的理想气体等压混合,是一个不伴随能量变化的过程,同时也是一个熵增加的过程,即ΔH=0,ΔS>0,故ΔH-TΔS<0,故在任何温度下都是自发的过程,D错误。 思维建模　自由能与化学反应的方向 (1)在等温、等压条件的封闭体系中,自发反应总是向着自由能(ΔG=ΔH-TΔS)减小的方向进行,直至达到平衡状态。 (2)一般低温时ΔH的影响为主,高温时ΔS的影响为主,而温度影响的大小要视ΔH、ΔS的数值而定。 [对点训练] (2024·辽宁协作校联考)将CO2转化为燃料甲醇是实现碳中和的途径之一,在恒温恒容密闭容器中进行反应:CO2(g)+3H2(g) ===CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH<0,下列有关说法正确的是(　　) A.该反应为熵增过程,ΔS>0 B.该反应在较低温度下可自发进行 C.该反应在任意温度下均可自发进行 D.干冰升华是一个熵减的过程 B 解析 熵用来度量混乱程度,等量相同物质的熵值大小:气态>液态>固态,而反应CO2(g)+3H2(g) ===CH3OH(g)+H2O(g)为气体分子数减少的反应,故为熵减的过程,ΔS<0,A错误;当ΔG=ΔH-TΔS<0时,反应可自发进行,该反应的ΔH<0,ΔS<0,当温度较低时,ΔG=ΔH-TΔS<0,反应可自发进行,B正确,C错误;干冰升华是从固态转变为气态,体系混乱度增大,故为熵增的过程,D错误。 学以致用 随堂检测全达标 1 2 3 4 题组1自发反应和自发过程、焓变和熵变 1.(2024·浙江台州八校联考)常压下,1 g冰熔化成1 g水、1 g水蒸发成1 g水蒸气的焓和熵的变化情况如图所示。 H2O(g)　ΔH2　ΔS2 下列说法不正确的是(　　) A.ΔH1>0;ΔH2>0 B.ΔS1>0;ΔS2>0 C.ΔS1>ΔS2 D.蒸发过程属于高温自发过程 C 1 2 3 4 解析 冰熔化过程为吸热过程,则ΔH1>0,水蒸发过程为吸热过程,则ΔH2>0,A正确;同种物质不同状态的混乱度:g>l>s,混乱度越大熵变值越大,则有ΔS1>0,ΔS2>0,B正确;蒸发过程熵变值更大,即ΔS2>ΔS1,C错误;蒸发过程ΔH2>0,ΔS2>0,根据自发过程的判据:ΔG=ΔH-TΔS2<0,该过程在高温下可自发进行,D正确。 1 2 3 4 2.下列变化过程中,ΔS<0的是(　　) A.液氨汽化 B.硫酸钾溶于水 C.SO2(g)和O2(g)反应生成SO3(g) D.NH4HCO3(s)分解生成NH3(g)、H2O(g)和CO2(g) C 解析 液氨汽化,由液态变为气态,混乱度增大,ΔS>0,A错误;硫酸钾溶于水,固体变为溶液,混乱度增大,ΔS>0,B错误;SO2(g)和O2(g)反应生成SO3(g),该反应过程中气体分子数减小,混乱度减小,ΔS<0,C正确;NH4HCO3(s)分解生成NH3(g)、H2O(g)和CO2(g),该反应过程气体分子数增大,混乱度增大,ΔS>0,D错误。 1 2 3 4 题组2化学反应的方向与ΔH、ΔS的关系 3.化学反应进行的方向是一个比较复杂的问题。下列有关说法正确的是 (　　) A.反应2NO(g)+O2(g) ===2NO2(g)的ΔS>0 B.ΔH<0或ΔS>0的反应一定能自发进行 C.1 mol H2O在不同状态时的熵值:S[H2O(g)]<S[H2O(s)] D.ΔS>0、ΔH>0的反应能否自发进行与温度有关 D 1 2 3 4 解析 反应2NO(g)+O2(g) ===2NO2(g)为混乱度减小的反应,ΔS<0,A错误; ΔH<0或ΔS>0的反应不一定能自发进行,B错误;物质由液态变为气态,混乱度增大,熵值增大,故S[H2O(g)]>S[H2O(s)],C错误;对于ΔS>0、ΔH>0的反应,反应自发进行时ΔH-TΔS<0,即该反应在高温下能自发进行,低温时不能自发进行,所以该反应能否自发进行与温度有关,D正确。 1 2 3 4 4.下列对于化学反应说法正确的是(　　) A.一定温度下,反应2NaCl(s) ===2Na(s)+Cl2(g)的ΔH<0,ΔS>0 B.反应2H2O(l) ===2H2(g)+O2(g)　ΔH>0,则该反应在低温下能自发进行 C.常温下反应2Na2SO3(s)+O2(g) ===2Na2SO4(s)能自发进行,则ΔH<0 D.反应2Mg(s)+CO2(g) ===C(s)+2MgO(s)在一定条件下能自发进行,则该反应的ΔH>0 C 1 2 3 4 解析 A项中反应的ΔS>0,反应是分解反应,为吸热反应,反应的ΔH>0,A错误;B项中反应的ΔS>0,ΔH>0,则该反应在高温下能自发进行,B错误;C项中反应的ΔS<0,由ΔG=ΔH-TΔS<0时反应可自发进行可知,该反应的ΔH<0,C正确;D项中反应的ΔS<0,由ΔG=ΔH-TΔS<0时反应可自发进行可知,该反应的ΔH<0,D错误。 已知:①熔化过程中H2O(s)H2O(l)　ΔH1　ΔS1;②蒸发过程中H2O(l) $$