专题2 第2单元 第1课时 化学反应的方向-【金版教程】2025-2026学年高中化学选择性必修1创新导学案全书Word（苏教版2019）

化学 选择性必修1 SJ 第二单元　化学反应的方向与限度 第1课时　化学反应的方向 1.能结合实验现象理解自发反应的概念。2.能综合考虑反应的焓变和熵变，据此判断简单反应的方向。 1．自发反应 与自然界中的许多变化一样，化学反应具有方向性。许多化学反应的正反应能自动进行，而其逆反应无法自动进行。 在一定条件下能自动进行的反应称之为自发反应。 2．焓变与化学反应方向 研究表明，在恒压下，有些自发进行的化学反应是放热的，但事实也证明，有些能自发进行的反应却是吸热的。因此，考查化学反应能否自发进行，不能直接用放热(ΔH<0)或吸热(ΔH>0)作为判断依据。 3．熵变与化学反应方向 (1)熵：衡量一个体系混乱度的物理量。用符号S表示。 在一个由大量微粒(分子、原子、离子)构成的体系中，微粒之间无规则排列的程度越大，体系的熵越大。 (2)熵变：反应前后体系熵值的变化叫作反应的熵变。用符号ΔS表示。 ΔS>0：发生变化后体系的混乱度增大； ΔS<0：发生变化后体系的混乱度减小。 化学反应的ΔS越大，越有利于反应自发进行，但不能直接用熵增大(ΔS>0)或熵减小(ΔS<0)来判断化学反应能否自发进行。 4．化学反应方向的判断 仅利用ΔH或ΔS的数值，都不能直接判断某反应是否自发进行，须综合考虑反应的焓变(ΔH)和熵变(ΔS)的大小。 焓变 熵变 化学反应的自发性 ΔH<0 ΔS>0 一定能自发进行 ΔH>0 ΔS<0 一定不能自发进行 ΔH<0 ΔS<0 较低温度下能自发进行 ΔH>0 ΔS>0 较高温度下能自发进行 　判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)在常温下熵增加且放热的反应实际上一定可以发生。(　　) (2)反应4Fe(s)＋3O2(g)===2Fe2O3(s)，在常温下可自发进行，该反应一定为放热反应。(　　) (3)钠和水的反应为熵增加的放热反应，在任何温度下都可自发进行。(　　) (4)NH4HCO3(s)===NH3(g)＋CO2(g)＋H2O(l)为吸热反应，NH4HCO3只有在低温下才能稳定存在。(　　) (5)常温下，反应C(s)＋CO2(g)===2CO(g)不能自发进行，高温下可自发进行，则该反应的ΔH<0。(　　) 答案：(1)×　(2)√　(3)√　(4)√　(5)× 解析：(1)常温下自发反应实际上不一定能够发生。 (5)要使反应低温下不自发，而高温下能自发进行，则低温时ΔH－TΔS>0，高温时ΔH－TΔS<0。又该反应ΔS>0，则该反应的ΔH必大于零。 知识点　化学反应的方向 1．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，不用借助于外力就能自发进行的过程 在给定的条件下，可以自发地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是不自发的 举例 高山流水，自由落体，冰雪融化 酸碱中和，钢铁生锈，一水合氨分解 关系 自发过程可以是物理过程，不一定是自发反应；自发反应一定是自发过程 (1)自发反应实际上不一定能够发生，非自发反应在一定条件下也可能发生。 (2)在描述某个反应是否属于自发反应时，一定要注意研究该反应的前提条件，如果没有指明反应条件，则不能判断该反应是否属于自发反应。如碳酸钙的分解反应在低温下是非自发的，但在高温下是自发的。 2．熵变 (1)影响熵(S)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，如对同一物质而言S(g)>S(l)>S(s)。 ③与物质的量的关系：物质的量越大，分子数越多，熵值越大。 (2)常见的熵增加过程：固体的溶解过程、气体的扩散过程、水的汽化过程及墨水的扩散过程等。 (3)常见的熵增加反应：气体的物质的量增大的反应。 3．化学反应的方向与自由能变化的关系 (1)焓变和熵变均不能单独决定化学反应进行的方向，为了判定化学反应进行的方向采用自由能判断，其表达式为ΔG＝ΔH－TΔS。 ΔH－TΔS<0　反应能自发进行 ΔH－TΔS>0　反应不能自发进行 (2)数学象限法判断化学反应的自发性(如图) (3)判断化学反应自发性的注意事项 ①不能片面地用焓判据、熵判据孤立判断。 ②不能忽视温度在大多数化学反应方向判断中的作用。 ③不能错误认为“自发反应”不需要任何条件。 ④不能忽视ΔH、T、ΔS单位的协调一致。 1．下列变化中，ΔS<0的是(　　) A．3Fe(s)＋4H2O(g)===Fe3O4(s)＋4H2(g) B．2NO2(g)===N2O4(l) C．2IBr(l)===I2(s)＋Br2(g) D．(NH4)2CO3(s)===2NH3(g)＋CO2(g)＋H2O(g) 答案：B 2．下列有关说法不正确的是(　　) A．Na与H2O的反应是熵增的放热反应，该反应能自发进行 B．某吸热反应能自发进行，因此该反应是熵增反应 C．碳酸铵[(NH4)2CO3]在室温下就能自发地分解产生氨气是因为外界给予了能量 D．CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(l)是一个熵减小的反应 答案：C 3．某反应2AB(g) C(g)＋3D(g)在高温时能正向自发进行，其逆反应在低温时能正向自发进行，则该反应的正反应的ΔH、ΔS应为(　　) A．ΔH<0、ΔS>0 B．ΔH<0、ΔS<0 C．ΔH>0、ΔS>0 D．ΔH>0、ΔS<0 答案：C 本课总结 自我反思：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 随堂提升 1．常温下，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．NaHCO3转化为Na2CO3 D．铁器在潮湿的空气中生锈 答案：C 解析：NaHCO3转化为Na2CO3需要加热，不属于常温下自发进行的变化。 2．下列关于判断过程的方向的说法正确的是(　　) A．所有自发进行的化学反应都是放热反应 B．自发反应在任何条件下都能发生 C．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 D．同一物质的固、液、气三种状态的熵值相同 答案：C 3．实现“节能减排”和“低碳经济”的一个重要课题就是如何将CO2转化为可利用的资源。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。 下列关于该反应的说法正确的是(　　) A．ΔH>0，ΔS>0 B．ΔH>0，ΔS<0 C．ΔH<0，ΔS<0 D．ΔH<0，ΔS>0 答案：C 4．下列关于焓判据和熵判据的说法中，不正确的是(　　) A．放热的自发过程可能是熵减小的过程，吸热的自发过程一定为熵增加的过程 B．4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)===4Fe(OH)3(s)　ΔH＝－444.3 kJ·mol－1　ΔS＝－280.1 J·mol－1·K－1在常温常压下能自发进行 C．在室温下碳酸钙的分解反应不能自发进行，但同样是这个吸热反应在较高温度(1200 K)下则能自发进行 D．放热过程(ΔH<0)或熵增加(ΔS>0)的过程一定是自发的 答案：D 解析：反应能否自发由ΔH和ΔS共同决定，即满足ΔH－TΔS<0时，反应一定自发，故D错误。 5．回答下列问题： (1)汽车燃油不完全燃烧时产生CO，有人设想按下列反应除去CO：2CO(g)===2C(s)＋O2(g)。已知该反应的ΔH>0，简述该设想能否实现的依据：________________________ __________________。 (2)下列反应中，在高温下不能自发进行的是________(填字母)。 a．CO(g)===C(s)＋O2(g) b．2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g) c．(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g) d．MgCO3(s)===MgO(s)＋CO2(g) (3)运用化学反应原理研究合成氨反应有重要意义，请完成下列探究。生产氢气：将水蒸气通过红热的炭即产生水煤气。C(s)＋H2O(g)===H2(g)＋CO(g)　ΔH＝131.3 kJ·mol－1，ΔS＝133.7 J·mol－1·K－1，该反应在低温下________(填“能”或“不能”)自发进行。 答案：(1)该反应是ΔH>0、ΔS<0的反应，任何温度下均不能自发进行　(2)a　(3)不能 课时作业 一、选择题(每小题只有一个选项符合题意) 1．下列关于化学反应的熵变的叙述正确的是(　　) A．化学反应的熵变与反应的方向无关 B．化学反应的熵变直接决定了反应的方向 C．熵变大于零的反应都是混乱度增大的反应 D．能自发进行的反应熵变一定都大于零 答案：C 2．下列说法正确的是(　　) A．同温同压下，H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)在光照和点燃的条件下ΔH不同 B．有的吸热反应也能自发进行 C．某反应低温条件下能够自发进行，则高温条件下一定能够自发 D．KNO3溶于水的过程熵值减小 答案：B 3．下列自发反应可用焓变来解释的是(　　) A．2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g) ΔH＝56.7 kJ·mol－1 B．(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g)　ΔH＝74.9 kJ·mol－1 C．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－571.6 kJ·mol－1 D．CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)　ΔH＝178.2 kJ·mol－1 答案：C 4．已知：(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g)　ΔH＝74.9 kJ·mol－1，下列说法正确的是(　　) A．该反应中熵变、焓变皆大于0 B．该反应是吸热反应，因此一定不能自发进行 C．碳酸盐分解反应中熵增加，因此任何条件下所有碳酸盐分解一定能自发进行 D．能自发进行的反应一定是放热反应，不能自发进行的反应一定是吸热反应 答案：A 解析：该反应是吸热反应，也是熵增的反应，在高温条件下，可以自发进行，B错误；如低温条件下CaCO3分解不能自发进行，C错误；能自发进行的反应不一定是放热反应，不能自发进行的反应不一定是吸热反应，应根据ΔH－TΔS判断，D错误。 5．下列关于ΔH－TΔS的说法中正确的是(　　) A．ΔH－TΔS可用于判断所有条件下的反应能否自发进行 B．ΔH－TΔS只用于判断温度、体积一定的反应能否自发进行 C．ΔH－TΔS只用于判断温度、压强一定的反应能否自发进行 D．ΔH－TΔS<0的反应，在该条件下一定剧烈反应 答案：C 6．下列说法或解释错误的是(　　) A．反应N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)可以自发进行的原因是ΔH<0 B．一定条件下，使用催化剂可以使非自发反应变成自发反应 C．常温下，反应C(s)＋CO2(g)===2CO(g)不能自发进行，则该反应的ΔH>0 D．已知反应N2H4(l)===N2(g)＋2H2(g)　ΔH＝－50.6 kJ·mol－1，它在任何温度下都是自发的 答案：B 解析：反应N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)的ΔS<0，若ΔH>0，则反应在任何条件下都不能自发进行，所以可以自发进行的原因是ΔH<0，A正确；催化剂只能改变反应的活化能，从而改变反应速率，但不能改变反应的自发性，所以使用催化剂，不可以使非自发反应变成自发反应，B错误；反应C(s)＋CO2(g)===2CO(g)的ΔS>0，但在常温下不能自发进行，则表明该反应的ΔH>0，C正确；已知反应N2H4(l)===N2(g)＋2H2(g)　ΔH＝－50.6 kJ·mol－1，即ΔH<0、ΔS>0，则它在任何温度下都是自发的，D正确。 7．下列反应在任何温度下均能自发进行的是(　　) A．2N2(g)＋O2(g)===2N2O(g) ΔH＝163 kJ·mol－1 B．Ag(s)＋Cl2(g)===AgCl(s) ΔH＝－127 kJ·mol－1 C．HgO(s)===Hg(l)＋O2(g) ΔH＝91 kJ·mol－1 D．H2O2(l)===O2(g)＋H2O(l) ΔH＝－98 kJ·mol－1 答案：D 8．已知反应2SO3(g) 2SO2(g)＋O2(g)　ΔH>0，下列有关说法正确的是(　　) A．ΔH>0的化学反应一定不能自发进行 B．该反应的熵增大(即ΔS>0) C．该反应在任何条件下一定能自发进行 D．自发过程一定使体系的熵增大 答案：B 解析：生成气体增多，则ΔS>0，但ΔH>0，则ΔH－TΔS不一定小于0，不一定能自发进行，只有在高温条件下才能自发进行，故B正确，A、C错误；自发过程也有使体系的熵减小的，D错误。 9．灰锡结构松散，不能用于制造器皿，而白锡结构坚固，可以制造器皿。现把白锡制成的器皿放在0 ℃、100 kPa的室内存放，它会不会变成灰锡而不能再继续使用(已知：在0 ℃、100 kPa条件下白锡转化为灰锡的反应焓变和熵变分别为ΔH＝－2180.9 J·mol－1，ΔS＝－6.61 J·mol－1·K－1)(　　) A．会变成灰锡 B．不会变成灰锡 C．不能确定 D．升高温度才会变成灰锡 答案：A 解析：在等温、等压条件下，ΔH－TΔS<0的反应可以自发进行。因此，在0 ℃、100 kPa条件下，ΔH－TΔS＝－2180.9 J·mol－1－273 K×(－6.61 J·mol－1·K－1)＝－376.37 J·mol－1<0，因此在该条件下白锡会变为灰锡。 10．下列内容与结论相对应的是(　　) 选项 内容 结论 A H2O(g)变成H2O(l) ΔS>0 B 硝酸铵溶于水可自发进行 因为该过程的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能自发进行 答案：D 解析：物质由气态变为液态，混乱度减小，即ΔS<0，A错误；硝酸铵溶于水是吸热的熵增加过程，ΔS>0，过程可自发进行，B错误；ΔH>0，ΔS>0，高温时ΔH－TΔS<0，即高温条件下，反应能自发进行，C错误。 11．煤炭燃烧过程中会释放出大量的SO2，严重破坏生态环境。采用一定的脱硫技术可以把硫元素以CaSO4的形式固定，从而降低SO2的排放。但是煤炭燃烧过程中产生的CO又会与CaSO4发生化学反应，降低脱硫效率。相关反应的热化学方程式如下： CaSO4(s)＋CO(g)===CaO(s)＋SO2(g)＋CO2(g)　ΔH1＝218.4 kJ·mol－1(反应Ⅰ) CaSO4(s)＋4CO(g)===CaS(s)＋4CO2(g) 　ΔH2＝－175.6 kJ·mol－1(反应Ⅱ) 下列有关说法正确的是(　　) A．反应Ⅰ是熵减反应 B．反应Ⅱ在较低的温度下可自发进行 C．用生石灰固硫的反应为4CaO(s)＋4SO2(g)===3CaSO4(s)＋CaS(s)　ΔH3，则ΔH3>ΔH2 D．由反应Ⅰ和反应Ⅱ可计算出反应CaSO4(s)===CaO(s)＋SO3(g)的焓变 答案：B 解析：反应Ⅰ中产物气体分子数大于反应物气体分子数，为熵增反应，A错误；要使反应Ⅱ自发进行，则ΔH－TΔS<0，已知ΔH2<0，由反应方程式可知该反应反应前后气体物质的量相同，熵值变化较小，反应的自发性主要决定于焓变，所以该反应在低温下即可自发进行，且低温有利于节约能源，B正确；根据盖斯定律可知，反应Ⅱ－4×反应Ⅰ即得C项的热化学方程式，所以ΔH3＝ΔH2－4ΔH1，已知ΔH1>0，ΔH2<0，所以ΔH3<ΔH2，C错误；反应Ⅰ和反应Ⅱ中没有SO3(g)，所以无法通过反应Ⅰ和反应Ⅱ计算出反应CaSO4(s)===CaO(s)＋SO3(g)的焓变，D错误。 12.焦炭常用于冶炼工业。已知反应①：2C(s)＋O2(g)===2CO(g)；反应②：2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)，反应①、②的反应趋势与温度关系如图所示(假设ΔH、ΔS不随温度变化)。下列说法错误的是(　　) A．反应②2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)的ΔS<0，ΔH<0 B．983 K是两个反应主次趋势变化的转折点 C．L1对应反应① D．当温度低于983 K时，过量焦炭的氧化产物以反应②生成CO2为主 答案：C 解析：根据化学方程式可知，反应②的ΔS<0，则－TΔS>0，根据273 K时，ΔG＝ΔH－TΔS<0，所以ΔH<0，A正确；ΔG越小，说明反应能够发生的趋势越大，983 K时两反应的ΔG相等，之后两反应的ΔG大小关系发生变化，则反应主次趋势发生变化，B正确；反应①的ΔS>0，根据ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG和T成反比，所以斜率小于0，L2对应反应①，L1对应反应②，C错误；当温度低于983 K时，L1的ΔG更小，所以过量焦炭的氧化产物以反应②生成CO2为主，D正确。 二、非选择题 13．地下水中的氮污染主要是由NO引起的，人们对NO的转化进行了长时间的研究，目前主要有物理方法、化学方法和生物方法，其中化学方法主要包含活泼金属还原法和催化反硝化法。催化反硝化法是一种经济可行的脱氮方法，其原理是在Pd/Cu双金属催化剂作用下，H2将硝酸盐还原成氮气：2NO＋5H2N2＋2OH－＋4H2O。 (1)下列说法错误的是________(填字母)。 A．氮肥NH4NO3溶于水的过程中熵值增大 B．在酸性条件下，活泼金属与NO反应属于自发反应 C．Pd/Cu双金属催化剂是该反应是否能自发进行的决定因素 (2)已知：2NO＋5H2N2＋2OH－＋4H2O的ΔH＝a kJ·mol－1，ΔS＝b kJ·mol－1·K－1(a、b均为正值)，该反应________(填“高温”“低温”或“无法判断是否能”)自发进行。 答案：(1)C　(2)高温 14．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“＝”，下同)0，ΔS________0，在低温下，该反应________(填“能”或“不能”)自发进行。 (2)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________。 (3)某吸热反应能自发进行，则该反应的ΔS________(填“>”或“<”)0。 答案：(1)>　>　不能　(2)高温　(3)> 2 学科网（北京）股份有限公司 $$