第2章 第3节 化学反应的方向-【精彩三年】2024-2025学年高中化学选择性必修1课程探究与巩固Word教参（人教版2019）

第三节　化学反应的方向 学习目标 评价目标 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 1．知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关，构建化学反应自发性判断的思维模型 2．能结合具体事例说明反应自发进行的方向，根据三个判据的发展过程，理解科学知识的曲折发展历程，增强对化学反应自发性研究重要意义的认识 知识点一　自发过程和自发反应 项目 自发过程 自发反应 含义 在一定条件下，不用借助外力，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，而该过程的逆方向在该条件下肯定　不能自发进行　 举例 高山流水，自由落体，冰雪融化 钢铁生锈 应用 (1)可被用来完成有用功。如H2燃烧可设计成原电池 (2)非自发过程要想发生，必须对它做功。如通电将水分解为H2和O2 知识点二　化学反应方向的判断 1．焓变与反应方向 (1)能自发进行的化学反应多数是ΔH　<　0的反应。 (2)有些ΔH　>　0的反应也能自发进行。 (3)反应的焓变是反应能否自发进行的一个影响因素，但不是唯一因素。不能根据焓变来判断化学反应的方向。 2．熵变与反应方向 (1)熵、熵变的概念 (2)熵值大小 ①体系的熵值：体系的混乱程度越大，体系的熵值就　越大　。 ②同一物质的熵值：S(g)　>　S(l)　>　S(s)，同一条件下，不同物质的熵值不同。(均填“>”“＝”或“<”) ③气体体积增大的反应是熵增加的反应，ΔS　>　(填“>”“＝”或“<”)0。 (3)反应熵变与反应方向的关系 ①大多数熵增(ΔS>0)的反应能自发进行，如Zn(s)＋H2SO4(aq)===ZnSO4(aq)＋H2(g)能自发进行。 ②少数熵减(ΔS<0)的反应也能自发进行，如4Fe(OH)2(s)＋O2(g)＋2H2O(l)===4Fe(OH)3(s)能自发进行。 ③熵变是反应能否自发进行的一个影响因素，但不是唯一因素。不能只根据熵变来判断化学反应进行的方向。 3．焓变、熵变与化学反应进行的方向 大量事实告诉我们，综合考虑焓变和熵变可以判断反应自发进行的方向。 探本思辨 1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。 (1)能自发进行的反应，反应速率一定很大。(　×　) (2)熵增的反应一定能自发进行。(　×　) (3)合成氨反应N2(g)＋3H2(g)⥫⥬2NH3(g)　ΔH<0，高温有利于其自发进行。(　×　) (4)由焓判据和熵判据组合而成的复合判据，将更适合于所有的过程。(　√　) 2．下列反应不能自发进行的是(　D　) A．2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g) B．NaHCO3(s)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋CO2(g)＋H2O(l) C．2KClO3(s)===2KCl(s)＋3O2(g) D．CuO(s)＋H2(g)Cu(s)＋H2O(g) 3．已知：①2H2＋O22H2O；②2H2O2H2↑＋O2↑。①是自发反应，②是非自发反应，通过对上述反应的分析，思考： (1)自发反应不需要任何条件就能发生吗？ (2)非自发反应一定不能发生吗？ 答案：(1)自发反应也需要一定条件引发反应，一旦反应后即可自发进行。 (2)非自发反应也能在一定条件下发生。 4．知道了某个反应是自发反应后，能否知道某条件下是否发生？能否预测反应的快慢？ 答案：判断某反应是否自发，只是判断反应的方向，与是否会发生、反应的快慢无关。 化学反应进行方向的常用判断方法 (1)根据条件判断：不是看是否需要条件，而是看是否需要持续施加外力(如加热等)。 (2)根据其逆向过程是否自发判断：若逆向过程自发，则正向过程一定不自发；若逆向过程不自发，则正向过程一定自发。 (3)焓变和熵变都与反应的自发性有关，又都不能独立地作为自发性的判据，要判断反应进行的方向，必须综合考虑体系的焓变和熵变。 (4)根据ΔH－TΔS＜0判断的只是反应自发进行的可能性，具体的反应能否实际发生，还涉及化学反应速率的问题。 [2023·北仓中学检测]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装催化转化器，它能使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(　C　) A．该反应是熵增大的反应 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，催化剂条件只是增大反应的速率 D．该反应常温下能自发进行是因为正反应是吸热反应 【解析】 该反应生成物的气体分子数比反应物的气体分子数少，熵减小，故A错误；催化剂只改变反应速率，与反应能否自发进行无关，故B错误；根据题意，汽车排气管上装催化转化器，便能发生反应，说明该反应常温下能自发进行，催化剂只改变反应速率，即催化剂条件只是增大反应的速率，故C正确；反应正向自发进行需满足ΔH－TΔS＜0，由选项A可知ΔS<0，则ΔH < 0，所以该反应常温下能正向自发进行是因为正反应是放热反应，故D错误。 利用自由能判断化学反应进行的方向 1．自由能(G)与反应进行的方向 体系的自由能变化(ΔG, kJ/mol)不仅与ΔH、ΔS有关，还与温度有关，其表达式为ΔG＝ΔH－TΔS。 2．温度对化学反应方向的影响 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的作用，温度与反应方向的关系如图所示： 25 ℃和1.01×105 Pa时，反应：2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋109.8 kJ·mol-1能自发进行，其原因是　熵增效应大于能量效应　。 【解析】 根据熵判据，该反应是熵增反应，能自发进行；根据焓判据，该反应是吸热反应，不能自发进行。事实上该反应能自发进行，说明熵增效应大于能量效应。 1．下列内容与结论相对应的是(　B　) 选项 内容 结论 A H2O(g)变成H2O(l) 该过程的 ΔS>0 B 常温下，硝酸铵固体溶于水可自发进行 该过程的 ΔS>0 C 一个反应的ΔH>0，ΔS>0 反应一定不能自发进行 D H2(g)＋F2(g)===2HF(g)的ΔH＝－271 kJ·mol-1，ΔS＝＋8 J·mol-1·K-1 反应在任意温度下都不能自发进行 【解析】 物质由气态变为液态，体系混乱度减小，即ΔS<0，A项不符合题意；硝酸铵固体溶于水是吸热过程，可自发进行，体系混乱度增大，说明ΔS>0，B项符合题意；ΔH>0，ΔS>0，高温时ΔH－TΔS<0，即高温条件下，反应能自发进行，C项不符合题意；由ΔH<0，ΔS>0知，ΔH－TΔS<0，故该反应在任意温度下都能自发进行，D项不符合题意。 2．在电子工业中，清洗硅片上的SiO2(s)的反应是SiO2(s)＋4HF(aq)===SiF4(g)＋2H2O(l)。 ΔH(298.15 K)＝－94.0 kJ/mol ΔS(298.15 K)＝－75.8 J/(mol·K) 设ΔH和ΔS不随温度变化，则此反应能自发进行的最高温度为(　B　) A．1.24×106 K B．1.24×103 K C．3.36×103 K D．2.48×103 K 【解析】 根据题意，要使反应能自发进行，则ΔG＝ΔH－TΔS<0，即有ΔG＝ΔH－TΔS＝－94.0 kJ/mol －T×[－75.8 J/(mol·K)×10-3 kJ/J]<0，则T<≈1.24×103 K。 3．[2023·镇海中学检测](1)实验室可用铜与浓硫酸反应制备少量SO2：Cu(s)＋2H2SO4(l)===CuSO4(s)＋SO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－11.9 kJ·mol-1。判断该反应的自发性并说明理由：　任意温度下都能自发进行，因为ΔH＜0，ΔS＞0，则ΔG＝ΔH－TΔS<0　。 (2)将SiCl4氢化为SiHCl3有三种方法，对应的反应依次为 ①SiCl4(g)＋H2(g)⥫⥬SiHCl3(g)＋HCl(g)　ΔH1＞0 ②3SiCl4(g)＋2H2(g)＋Si(s)⥫⥬4SiHCl3(g)　ΔH2＜0 ③2SiCl4(g)＋H2(g)＋Si(s)＋HCl(g)⥫⥬3SiHCl3(g) ΔH3 已知体系自由能ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG＜0时反应自发进行。三个氢化反应的ΔG与温度的关系如图所示，可知：反应①能自发进行的最低温度是　1 000 ℃　；相同温度下，反应②比反应①的ΔG小，主要原因是　ΔH2＜ΔH1导致反应②的ΔG小　。 【解析】 (1)由于该反应ΔH＜0、ΔS＞0，因此该反应在任意温度下都能自发进行。(2)ΔG<0时，反应能自发进行，故反应①自发进行的最低温度为1 000 ℃。由于ΔG＝ΔH－TΔS，反应①与反应②相比，ΔH1>ΔH2，ΔS1>ΔS2，即－TΔS1<－TΔS2，因此相同温度下，反应②比反应①的ΔG小的主要原因为ΔH2<ΔH1。 温馨说明：课后请完成高效作业10 学科网（北京）股份有限公司 $$