第2章 第1节 化学反应的方向-【创新教程】2025-2026学年高中化学选择性必修1五维课堂同步Word教案（鲁科版2019）

第1节　化学反应的方向 课标要点 核心素养 1.知道化学反应是有方向的 2．知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关 1.变化观念与平衡思想 2.证据推理与模型认知 (1)能运用对立统一思想和定性定量结合的方式揭示化学反应方向的本质；能运用化学变化的规律分析说明生产，生活实际中的化学变化 (2)能运用焓变和熵变分析影响化学反应方向的因素，初步学会用焓变和熵变研究化学反应进行的方向 能从定性与定量结合上收集证据，能通过定性分析和定量计算推出合理的结论，判断反应进行的方向 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 [知识梳理] [知识点一]　反应焓变与反应方向　 1．自发过程与自发反应 类型 自发过程 自发反应 含义 在一定条件下，　不需要借助外力　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 2.反应焓变与反应方向的关系 (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　进行的影响因素，但不是唯一因素。 [知识点二]　反应熵变与反应方向　 1．熵 (1)概念：描述体系　无序程度　的一个物理量，符号为　S　，单位是J·mol－1·K－1。 (2)特点：无序程度越大，体系越无序，体系的熵值就　越大　。 (3)影响因素。 ①同一物质：S(高温)＞S(低温)，S(g)　＞　S(l)　＞　S(s)。 ②不同物质：相同条件下不同物质具有不同的熵值，分子结构越复杂，熵值越大。 ③S(混合物)　＞　S(纯净物)。 2．反应熵变 3．反应熵变与反应方向 (1)二者关系 (2)结论：　熵变　是与反应能否自发进行有关的一个因素，但不是唯一因素。 [小结]　熵变正负的判断 (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。 [知识点三]　用焓变与熵变综合判断反应方向　 1．综合判据 在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下，化学反应的方向可以用反应的焓变和熵变来综合判断，判据为　ΔH－TΔS　。 (1)判断方法 (2)文字表述 在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下，自发反应总是向着　ΔH－TΔS＜0　的方向进行，直至达到平衡状态。 2．用ΔG＝ΔH－TΔS判断反应自发进行的可能性 化学反应 ΔH/ (kJ·mol－1) ΔS/ (J·mol－1· K－1) ΔG的大小 (与0比较) 能否正向 自发进行 2KClO3(s)=== 2KCl(s)＋3O2(g) －78.03 ＋494.4 ΔG 一定小 于0 任何温度 下都能自 发进行 CO(g)===C(s， 石墨)＋O2(g) ＋110.5 －89.4 ΔG一定 大于0 任何温度 下都不能 自发进行 4Fe(OH)2(s)＋ 2H2O(l)＋O2(s) ===4Fe(OH)3(s) －444.3 －280.1 低温时 ΔG＜0 低温下能 自发进行 CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ＋178.2 ＋169.6 高温时 ΔG＜0 高温下能 自发进行 3.ΔH－TΔS的局限性 (1)只能用于一定温度和压强条件下的反应，不能用于其他条件下的反应。 (2)仅仅可以用于判断温度和压强一定的条件下反应　自动发生的趋势　，不能说明反应在该条件下能否　实际发生　。 [警示]在ΔH和ΔS确定的情况下，温度有可能对反应的方向起决定作用。 [自我评价] 1．判断对错(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”) (1)CaCO3(s)CaO(s)＋CO2(g)是一个熵减过程。( × ) (2)－10 ℃的水结成冰，可用熵变的判据来解释该变化过程的自发性。( × ) (3)吸热且熵增加的反应，温度越低反应越可能自发进行。( × ) (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。( √ ) (5)一个反应的ΔH－TΔS＝0，则该反应处于平衡状态。( √ ) 解析：(1)CaCO3分解反应是一个气体物质的量增多的反应，故为熵增过程。 (2)－10 ℃的水结成冰是一个熵减过程，该过程能自发进行，应用焓变的判据解释，即ΔH＜0是该过程自发进行的主要原因。 (3)当ΔH＞0、ΔS＞0，温度越高越可能使ΔH－TΔS＜0，即有利于反应自发进行。 2．想一想 化肥碳铵(NH4HCO3)可以促进植物茎叶茂盛、叶色浓绿。碳铵(NH4HCO3)在室温下就能自发地分解产生氨气，从熵变的角度分析原因。 提示：碳铵(NH4HCO3)分解的化学方程式为NH4HCO3===NH3↑＋CO2↑＋H2O，这是一个气体体积增大的化学反应，因此是一个熵增过程，而熵增有利于反应的自发进行。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 化学反应方向的判断 (素养养成——变化观念与平衡思想) [情境素材] 以下过程均为自发反应或自发过程： (1)甲烷燃烧：CH4(g)＋2O2(g)CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－802.31 kJ·mol－1 (2)氢气与氧气反应：2H2(g)＋O2(g)2H2O(l) ΔH＝－571.6 kJ·mol－1 (3)钠与水反应：2Na(s)＋2H2O(l)2NaOH(aq)＋H2(g) ΔH＝－368.0 kJ·mol－1 (4)硝酸铵溶于水要吸热。 (5)冰融化要吸热。 (6)两种或两种以上互不反应的气体通入一密闭容器中，最终会混合均匀。 [思考探究] 1．对于自发反应①②③，从能量角度分析它们为什么可以自发？ 提示：①②③这三个化学反应都是放热反应，ΔH＜0。 2．对于自发过程④⑤⑥，这些过程都是自发的，与焓有关吗？是什么因素决定它们能自发进行？ 提示：熵是用于描述体系混乱度的物理量、熵变是用来描述混乱度变化的物理量，④⑤⑥与熵变有关，体系由有序转变为无序，ΔS＞0。 3．综合分析上述反应，得出判断化学反应方向的依据是 什么？ 提示：判断化学反应的方向，需综合考虑焓变和熵变。 [核心突破] 1．放热和熵增加都对ΔH－TΔS＜0有所贡献，因此放热的熵增加反应一定能自发进行，吸热的熵减小反应一定不能自发进行。 2．当反应的焓变和熵变的影响相反，且二者大小相差悬殊时，某一因素可能占主导地位。 一般常温下自发进行的放热反应，焓变对反应方向起决定性作用。 一般常温下自发进行的吸热反应，熵变对反应方向起决定性作用。 3．如果反应的焓变和熵变的影响相反且相差不大时，温度可能对反应的方向起决定性作用。温度与反应方向的关系： 4．ΔH与ΔS共同影响一个化学反应在一定条件下能否自发进行，它们与化学反应速率无关。 [典例示范] [典例1]　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＝160.4J·mol－1·K－1，则 (1)该反应　________　(填“能”或“不能”)自发进行。 (2)根据本题反应数据分析，温度　________　(填“能”或“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　________　。 [解题指南]　解答本题时应注意以下两点 (1)ΔH－TΔS＜0时反应能自发进行。 (2)注意单位的换算。 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，在温度较高时，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 [易错提醒]　　(1)焓和熵的变化只取决于体系的始态和终态，与变化的途径无关。 (2)过程的自发性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发生的速率，如涂有防锈漆和未涂防锈漆的钢制器件，其发生腐蚀过程的自发性是相同的，但只有后者可以实现。 [学以致用] 1．某反应：A＋B===C在室温下能自发进行，在高温下不能自发进行，对该反应过程ΔH、ΔS的判断正确的是(　　) A．ΔH＜0、ΔS＜0　　　　 B．ΔH＞0、ΔS＜0 C．ΔH＜0、ΔS＞0 D．ΔH＞0、ΔS＞0 解析：A　[由ΔG＝ΔH－TΔS＜0反应自发进行知：ΔH＜0、ΔS＜0的反应在低温时自发进行；ΔH＞0、ΔS＜0的反应一定不能自发进行；ΔH＜0、ΔS＞0的反应一定能自发进行；ΔH＞0、ΔS＞0的反应在高温时自发进行。] 2．工业上利用甲烷制取炭黑的反应是 ①CH4(g)===C(s)＋2H2(g) ΔH(298 K)＝＋74.848 kJ·mol－1 ΔS(298 K)＝＋80.674 J·mol－1·K－1 反应过程中容易发生副反应： ②2CH4(g)===C2H2(g)＋3H2(g) ΔH(298 K)＝＋376.426 kJ·mol－1 ΔS(298 K)＝＋220.211 J·mol－1·K－1 下列有关说法中正确的是(　　) A．反应①在常温下就可以自发进行 B．焓变是副反应②自发进行的决定因素 C．制取炭黑允许的最低温度是927.8 K D．温度越高对制取炭黑越有利 解析：C　[ΔH－TΔS＝74.848 kJ·mol－1－80.674×10－3kJ·mol－1·K－1×298 K≈50.807 kJ·mol－1＞0，所以该反应常温下不自发进行，A错误；反应②是熵增加的吸热反应，熵变是决定该反应能否自发进行的因素，B错误；制取炭黑时，ΔH－TΔS＝74.848 kJ·mol－1－80.674×10－3 kJ·mol－1·K－1×T＜0，得T＞927.8 K，即制取炭黑的最低温度为927.8 K，C正确；温度过高时，可能会发生反应②，D错误。] [素养提升] 对于一个化学反应，判断其自发进行的方向问题是研究此反应的首要任务，只有确定了反应自发进行的方向，才有研究其他问题的意义。 (1)在冶金工业中，常以焦炭(C)作为还原剂。 ①已知298 K下反应2Al2O3(s)＋3C(s)===4Al(s)＋3CO2(g)　ΔH＝＋2 171.0 kJ·mol－1，ΔS＝＋635.5J·mol－1·K－1，判断此反应在室温(20 ℃)下能否自发进行，并计算此反应自发进行的最低温度。 ②用焦炭作还原剂冶炼金属锡的反应方程式为SnO2(s)＋2C(s)===Sn(s)＋2CO(g)，反应过程中能量的变化如图所示。判断此反应是在低温下还是在高温下自发进行？ (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。已知反应在常温下能够自发进行，判断此反应是放热反应还是吸热反应。 解析：(1)①提示：在室温(20 ℃)时ΔH－TΔS＝217 1.0 kJ·mol－1－0.6 355 kJ·mol－1·K－1×293 K＝1 984.8 kJ·mol－1＞0，因此在室温下此反应不能自发进行。若要使本反应自发进行，需使ΔH－TΔS＜0，即2 171.0 kJ·mol－1－0.635 5 kJ·mol－1·K－1·T＜0，解得T＞341 6.2 K时反应才可以自发进行，因此此反应自发进行的最低温度为3 416.2 K。 ②提示：高温下能自发进行。因为根据图像可知生成物的能量高于生成产物的总能量，所以正反应是吸热反应，则ΔH＞0；根据方程式可知正反应是气体体积增大的反应，所以ΔS＞0，所以要使ΔH－TΔS＜0，需要较高的温度。 (2)提示：放热反应。因为此反应常温下能够自发进行，即在常温下ΔH－TΔS＜0，此反应为气体体积减小的反应，即反应的ΔS＜0，所以要使常温下ΔH－TΔS＜0必有ΔH＜0。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1．水的三态的熵值的大小关系正确的是(　　) A．S(s)＞S(l)＞S(g)　 B．S(l)＞S(s)＞S(g) C．S(g)＞S(l)＞S(s) D．S(g)＞S(s)＞S(l) 解析：C　[熵是量度体系混乱(或有序)程度的物理量。同一物质，S(g)＞S(l)＞S(s)。] 2．下列说法完全正确的是(　　) A．自发进行的反应均是ΔH＜0的反应 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 解析：D　[有些吸热反应也可以自发进行，如(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g)，故A错；熵变与反应的自发性有关，但不能独立地作为自发性的判据，故B错；物质的量增加的反应，其混乱度不一定增加，即ΔS不一定为正值，如2H2S(g)＋O2(g)===2H2O(g)＋2S(s)，故C错；CaCO3(s)的分解产生了气体，为熵增反应。] 3．在25 ℃、1.01×105Pa下，反应2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋56.7 kJ·mol－1能自发进行的合理解释是(　　) A．该反应是分解反应 B．该反应的熵增效应大于焓变效应 C．该反应是熵减反应 D．该反应是放热反应 解析：B　[该反应是吸热反应，但不能只用焓判据来判断反应进行的方向。该反应是熵增反应，且能够自发进行，说明该反应的熵增效应大于焓变效应，B项正确。] 4．下列有关说法错误的是(　　) A．Na与H2O的反应是熵增加的放热反应，该反应能自发进行 B．已知某吸热反应能自发进行，则该反应一定是熵增加的反应 C．一个放热且熵增加的反应也有可能非自发进行 D．已知反应NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的ΔH＜0 解析：C　[Na与H2O的反应生成氢气，是一个熵增加的放热反应，则ΔH－TΔS＜0，反应可自发进行，A项正确；吸热反应的ΔH＞0，因ΔH－TΔS＜0的反应可自发进行，则该反应一定是熵增加反应，B项正确；一个放热且熵增加的反应，即ΔH－TΔS＜0，在任何温度下都能自发进行，C项错误；反应NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)的ΔS＜0，在室温下可自发进行，即ΔH－TΔS＜0，则该反应的ΔH＜0，D项正确。] 5．已知电子工业中清洗硅片上的SiO2(s)的反应为SiO2(s)＋4HF(g)===SiF4(g)＋2H2O(l)　ΔH(298.15 K)＝－94.0 kJ·mol－1，ΔS(298.15 K)＝－75.8 J·mol－1·K－1，假设ΔH和ΔS不随温度而变化，则此反应自发进行时的温度___________________________________________。 解析：要使反应能够自发进行，则ΔH－TΔS＜0，即－94.0 kJ·mol－1－T×(－75.8 J·mol－1·K－1)×10－3kJ·J－1＜0，故T＜≈1 240 K。 答案：小于1 240 K [课堂小结] 学科网（北京）股份有限公司 $$