第2章 第3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（人教版2019）

第三节　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 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]　自发过程与自发反应的比较　 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 [知识点二]　化学反应进行的方向与焓变的关系　 1．分析下列反应进行的方向与ΔH之间的关系 (1)H2(g)＋O2(g)===H2O(l)，燃烧反应是　放　热反应，ΔH　＜　0，常温下能自发进行。 (2)Zn(s)＋CuSO4(aq)===ZnSO4(aq)＋Cu(s)，该反应是　放　热反应，ΔH　＜　0，常温下　能　自发进行。 (3)(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g)　ΔH＝＋56.7 kJ·mol－1，该反应在常温下能自发进行。 (4)CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)　ΔH＞0，该反应在常温下　不能　自发进行，但在较高温度下　能　自发进行。 2．自发反应与焓变的关系 大多数放热反应可以自发进行，但也有很多吸热反应能自发进行，因此，反应焓变是与反应进行的方向有关的因素之一，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素。 [知识点三]　化学反应进行的方向与熵变的关系　 1．熵的概念 自发过程的体系趋向于由　有序　转变为　无序　，体系的混乱度　增大　。体系的混乱度常用熵来描述，熵的概念是表示体系的　混乱或无序　程度的物理量，其符号为S。熵值越大，体系的　混乱度　越大。 2．影响熵大小的因素 (1)同一条件下，不同的物质熵值　不同　。 (2)同一物质的熵与其聚集状态及外界条件有关，如对同一种物质不同状态时熵值大小为S(g)　＞　S(l)　＞　S(s)。 (3)物质的量越大，分子数越多，熵值越　大　。 3．熵判据 在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵　增大　，即熵变(符号ΔS)　大于　零，这个原理叫做　熵增原理　。在用　熵变　来判断过程的方向时，就称为熵判据。 (1)当ΔS>0时，反应为　熵增　反应，在一定条件下　能　自发进行。 (2)当ΔS<0时，反应为　熵减　反应，在一定条件下　不能　自发进行。 4．反应熵变是与反应进行的方向有关的因素之一，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素。如：2Al(s)＋Fe2O3(s)===Al2O3(s)＋2Fe(s)　ΔS＝－39.35 J·mol－1·K－1，上述反应为熵减少的反应，但在一定条件下，该反应也能自发进行。说明“熵判据”也具有一定的局限性。 [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 (1)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。 (2)自发反应就是不需要任何条件就能自动发生吗？ 提示：不是。如H2和O2反应需要点燃。 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]　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”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，在温度较高的时候，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＝＋635.9 J·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－1－0.6355 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反应物的总能量，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 $$