2.3 化学反应的方向(Word教参)-【新课程学案】2025-2026学年高中化学选择性必修1（人教版）

第三节　化学反应的方向 学习目标 重点难点 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。 2.能结合具体实例说明反应自发进行的方向。 重点 化学反应的方向与焓变、熵变的关系 难点 化学反应的方向与焓变、熵变的关系 　　　 　 新知探究(一)——化学反应自发性与反应焓变的关系 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,不需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 2.化学反应自发性与反应焓变的关系 (1)放热反应:绝大多数都能自发进行,且反应放出的热量越多,体系能量降低得也越多,反应越完全。 (2)吸热反应:有些也能自发进行。 (3)结论:反应的焓变是制约化学反应能否自发进行的因素之一,但不是唯一因素。 [题点多维训练] 题点(一)　自发过程与自发反应 1.下列过程属非自发的是 (　　) A.水由高处向低处流 B.室温下水结成冰 C.气体从高密度处向低密度处扩散 D.煤气的燃烧 解析:选B　自然界中水由高处向低处流是自发过程,A不符合;室温下冰的融化是自发过程,其逆向室温下水结成冰是非自发的,B符合;气体从高密度处向低密度处扩散是自发过程,C不符合;煤气的燃烧是自发过程,D不符合。 2.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 解析:选C　自发反应的逆过程在相同条件下不一定是自发的,A错误;铁在潮湿的空气中生锈属于自发反应,B错误;自发反应与外界条件有关,D错误。 题点(二)　化学反应自发性与反应焓变的关系 3.下列过程的方向能用焓判据判断的是 (　　) A.湿的衣服经过晾晒变干 B.硝酸铵溶于水 C.水蒸气凝结成水 D.CaCO3(s)==CaO(s)+CO2(g)　ΔH>0 解析:选C　湿的衣服晾晒变干是衣服中的水吸收能量变为水蒸气的过程,不能用焓判据判断;硝酸铵溶于水为熵增加的过程,不能用焓判据判断;水蒸气凝结为水放出热量,可用焓判据判断;CaCO3分解为吸热反应,不能用焓判据判断。 4.实验证明,多数能自发进行的反应都是放热反应。对此说法的理解正确的是 (　　) A.所有的放热反应都是自发进行的 B.所有的自发反应都是放热的 C.焓变是影响反应是否具有自发性的一个重要因素 D.焓变是决定反应是否具有自发性的唯一因素 解析:选C　多数能自发进行的反应都是放热反应,并不是所有自发进行的反应都是放热反应,如氯化铵晶体与氢氧化钡晶体的反应是自发进行的吸热反应,所以只能说焓变是影响反应是否具有自发性的一个重要因素,但不是唯一因素,C正确。 　　　 　新知探究(二)——化学反应自发性与反应熵变的关系 1.反应熵变与反应方向 (1)熵:熵是度量一个体系混乱程度的物理量,即表示体系的不规则或无序状态程度的物理量。混乱度越大,体系越无序,体系的熵就越大,熵的符号为S。 (2)物质熵大小的判断 对于同一物质,等物质的量的该物质其熵值大小与物质的存在状态有关,气态时熵值最大,固态时熵值最小,液态时介于二者之间,物质的状态与熵的大小的关系:S(g)>S(l)>S(s)。 (3)熵变与反应方向 含义 大多数自发反应有趋向于体系混乱度增大的倾向,导致体系的熵增大 规律 大多数熵增加的反应都能自发进行 局限性 少数熵减少的反应在一定条件下也可以自发进行,如NH3(g)+HCl(g)==NH4Cl(s) 结论 熵变是影响反应自发进行的因素之一,但不是唯一因素 　　[微点拨]　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。 2.自由能与化学反应的方向 (1)自由能 ΔG=ΔH-TΔS。ΔG不仅与焓变和熵变有关,还与温度有关,单位:kJ·mol-1。T:开尔文温度,单位K。 (2)反应方向与自由能的关系 化学反应总是向着自由能减小的方向进行,直到体系达到平衡。 ①当ΔG<0时,反应能自发进行; ②当ΔG=0时,反应处于平衡状态; ③当ΔG>0时,反应不能自发进行。 类型 ΔH ΔS ΔH-TΔS 反应的自发性 1 <0 >0 ΔG<0 一定能自发 2 >0 <0 ΔG>0 一定不能自发 3 <0 <0 ΔG的正负决定于温度 低温能自发 4 >0 >0 高温能自发 应用化学 　　 墨是我国传统“文房四宝”之一,与笔、纸、砚齐名。一锭佳墨应具有质坚如玉、色泽黑润、落纸如漆、历久不褪并香味浓郁等特点。 墨按原料可分为油烟墨、松烟墨和炭黑墨三类,其中炭黑可以由烷烃分解制备,已知甲烷隔绝空气在不同温度下有可能发生如下两个反应: ①CH4(g)==C(s)+2H2(g),②2CH4(g)==C2H2(g)+3H2(g)。 某同学为了得到用天然气制取炭黑的允许温度范围和最佳温度,在图书馆查到了如下热力学数据: 反应①的ΔH(298 K)=+74.848 kJ·mol-1,ΔS(298 K)=+80.674 J·mol-1·K-1 反应②的ΔH(298 K)=+376.426 kJ·mol-1,ΔS(298 K)=+220.211 J·mol-1·K-1 已知焓变和熵变随温度变化很小。 1.判断反应②高温自发还是低温自发? 提示:ΔH-TΔS<0时反应才能自发进行,由于反应②的ΔH>0、ΔS>0,所以该反应自发进行所需要的温度条件为T>=≈1 709.4 K。所以反应②在高温下才能自发进行。 2.通过计算判断反应①在常温下能否自发进行? 提示:反应①在常温下时,ΔH-TΔS=+74.848 kJ·mol-1-80.674×10-3 kJ·mol-1·K-1×298 K≈50.807 kJ·mol-1>0,所以该反应在常温下不能自发进行。 3.制取炭黑的允许温度范围是多少? 提示:裂解为炭黑和H2时,ΔH-TΔS=74.848 kJ·mol-1-80.674×10-3 kJ·mol-1·K-1×T<0,得T>927.8 K,即自发裂解为炭黑的最低温度为927.8 K。裂解为乙炔时,ΔH-TΔS=376.426 kJ·mol-1-220.211×10-3 kJ·mol-1·K-1×T<0,解得T>1 709.4 K,即温度高于1 709.4 K时自发裂解为乙炔和氢气。所以要制取炭黑,温度须控制为927.8 K<T<1 709.4 K。 4.为了提高甲烷的炭化程度,你认为下面四个温度中最合适的是哪个? A.905.2 K　 B.927 K C.1 273 K D.2 000 K 提示:为了提高甲烷的炭化程度,应满足两方面要求:①温度应控制在927.8~1 709.4 K;②温度越高,ΔH-TΔS越小,越有利于自发进行,所以选用1 273 K最好。 [题点多维训练] 题点(一)　反应熵变 1.干冰升华过程中,其焓变和熵变均正确的是 (　　) A.ΔH>0,ΔS>0 B.ΔH>0,ΔS<0 C.ΔH<0,ΔS>0 D.ΔH<0,ΔS<0 解析:选A　干冰升华过程中,物质由固体变为气体,为吸热过程,ΔH>0,干冰升华过程中,干冰由固体变成气体,体系的混乱度增大,是一个熵增的过程,ΔS>0。 2.下列对熵的理解错误的是 (　　) A.同种物质气态时熵值最大,固态时熵值最小 B.体系越有序,熵值越小;越混乱,熵值越大 C.与外界隔离的体系,自发过程将导致体系的熵减小 D.25 ℃、1.01×105 Pa时,2N2O5(g)==4NO2(g)+O2(g)是熵增反应 解析:选C　C项,体系都有从有序自发转变为无序的倾向,自发过程一般为熵增过程,错误。 3.(2025·深圳期中检测)俗话说“冰冻三尺非一日之寒”,其中蕴含着化学知识。下列对“结冰”过程中的焓变和熵变的判断正确的是 (　　) A.ΔH>0　ΔS<0　　　　 B.ΔH<0　ΔS>0 C.ΔH<0　ΔS<0 D.ΔH>0　ΔS>0 解析:选C　结冰的过程是放热过程,即ΔH<0,液态时的熵大于固态时的熵,则结冰的过程是熵减小的过程,即ΔS<0,A、B、D错误。 题点(二)　化学反应方向的复合判据 4.已知ΔG=ΔH-TΔS,当ΔG<0时,反应能自发进行,当ΔG>0时,反应不能自发进行。下列说法中正确的是 (　　) A.自发反应的实现与反应条件无关 B.熵增加且放热的反应一定是自发反应 C.自发反应一定是熵增加的反应,非自发反应一定是熵减小或不变的反应 D.凡是放热反应都是能自发进行的反应,而吸热反应都是不能自发进行的反应 解析:选B　ΔG与温度T相关,则自发反应的实现与反应条件有关,A错误;熵增加且放热的反应,ΔS>0、ΔH<0,则ΔG=ΔH-TΔS<0,反应一定能自发进行,B正确;反应能否自发进行,由熵变、焓变和反应温度共同决定,所以熵增加、熵减小或熵不变的反应都可能自发进行,C错误;放热反应或吸热反应都可能自发进行,D错误。 5.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.2Ag(s)+Cl2(g)==2AgCl(s)　ΔH=-254 kJ·mol-1 C.2HgO(s)==2Hg(l)+O2(g)　ΔH=+182 kJ·mol-1 D.2H2O2(l)==O2(g)+2H2O(l)　ΔH=-196 kJ·mol-1 解析:选D　反应是吸热反应,ΔH>0,ΔS<0,ΔG大于0,任何温度下不能自发进行,故A错误;反应是放热反应,ΔH<0,ΔS<0,高温下不能自发进行,故B错误;反应是吸热反应,ΔH>0,ΔS>0,低温下不能自发进行,故C错误;反应是放热反应,ΔH<0,ΔS>0,任何温度下都能自发进行,故D正确。 |思维建模|象限记忆法判定化学反应的方向 [课时跟踪检测] 一、选择题 1.下列几个过程中,属于熵减的变化是 (　　) A.干冰的升华 B.NaCl固体溶于水 C.2Na+Cl22NaCl D.NH4ClNH3↑+HCl↑ 解析:选C　干冰的升华是混乱度增大的过程,熵增加,故A错误;NaCl固体溶于水是熵增加的过程,故B错误;2Na+Cl22NaCl,反应过程中熵减小,故C正确;NH4ClNH3↑+HCl↑,反应过程中气体体积增大,熵增加,故D错误。 2.自发过程:在一定的条件下,不需要外力就可以自动进行的过程。在常温常压下,下列诗句反映的景象与自发过程不一致的一项是 (　　) A.云开雾散旭风暖 B.飞流直下三千尺 C.雪消门外千山绿 D.欲渡黄河冰塞川 解析:选D　云散开后太阳光照射可使雾蒸发,不需要外力作用,是自发过程,A不选;水总是自发地从高处流向低处,是自发过程,B不选;春天到了温度升高,雪融化,是自发过程,C不选;想渡过被冰覆盖的黄河,需要借助外力,不是自发过程,D选。 3.研究化学反应能否自发进行在工业生产中有着重要的意义。下列说法中正确的是 (　　) A.若一个反应ΔH<0、ΔS>0,则该反应在低温下不能自发进行 B.反应NH3(g)+HCl(g)==NH4Cl(s)在低温下能自发进行,则该反应的ΔH>0 C.反应CO(g)==C(石墨,s)+O2(g)的ΔS<0 D.温度升高到一定程度,化学反应均可实现自发进行 解析:选C　若一个反应ΔH<0、ΔS>0,一定满足ΔG=ΔH-TΔS<0,反应在任何温度下均能自发进行,故A错误;反应NH3(g)+HCl(g)==NH4Cl(s)在低温下能自发进行,可知ΔG=ΔH-TΔS<0,从化学方程式知ΔS<0,则ΔH<0,故B错误;CO(g)==C(石墨,s)+O2(g)为反应前后气体分子数减小的反应,故ΔS<0,故C正确;对于ΔH>0、ΔS<0的反应,满足ΔG=ΔH-TΔS>0,在任何温度下都不能自发进行,故D错误。 4.科学家最近设计出生产氢气的人造树叶,原理为2H2O(g)2H2(g)+O2(g)。则有关该反应自发进行的条件判断正确的是 (　　) A.低温 　　B.高温 C.任何温度下都能自发进行 　　D.一定非自发 解析:选B　氢气燃烧为放热反应,该反应可以看作氢气燃烧的逆反应,因此是吸热反应,ΔH>0,正向为熵增的反应ΔS>0;根据ΔG=ΔH-TΔS,可以分析得出该反应在高温自发。 5.25 ℃和1.01×105 Pa 时,CH3OH(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+3H2(g)　ΔH=+49 kJ·mol-1,该反应能自发进行的原因是 (　　) A.是吸热反应 B.是放热反应 C.是熵减少的反应 D.熵增大效应大于焓效应 解析:选D　该反应是熵增加的吸热反应,即ΔH>0,ΔS>0,若要ΔG=ΔH-TΔS<0能自发进行,则熵增大效应大于焓效应,故D正确。 6.(2025·兰州高二期中检测)闪电时空气中的N2和O2会发生反应:N2(g)+O2(g)==2NO(g)　ΔH=+180.50 kJ·mol-1,ΔS=+247.3 J·mol-1·K-1,若不考虑温度对该反应焓变的影响,则下列说法中正确的是 (　　) A.在1 000 ℃时,此反应能自发进行 B.在1 000 ℃时,此反应不能自发进行 C.该反应能自发进行的最低温度约为730 ℃ D.该反应能自发进行的最高温度约为730 K 解析:选A　ΔH=+180.50 kJ·mol-1,ΔS=+247.3 J·mol-1·K-1,当ΔH-TΔS=0时,T==730 K,即温度高于730 K时,ΔH-TΔS<0,反应能够自发进行,注意0 ℃时是273 K,1 000 ℃是1 273 K,在此温度下反应能够自发进行,故A正确,B错误;该反应能自发进行的最低温度约为730 K,故C、D错误。 7.下列说法不正确的是 (　　) A.NH4NO3溶于水吸热,说明其溶于水不是自发过程 B.水凝结成冰的过程中,体系的混乱度变化ΔS<0 C.某化学反应自发进行的方向,与反应的ΔH和ΔS都有关 D.发生离子反应的条件之一是生成气体,此过程是一个ΔS>0的过程 解析:选A　虽然NH4NO3溶于水吸热,但吸收的热量较少,固体转化为溶液时,混乱度增大,ΔS>0,则NH4NO3溶于水仍可以是自发过程,A不正确;水凝结成冰的过程中,水分子由无序排列转化为有规则排列,体系的混乱度减小,ΔS<0,B正确;某化学反应自发进行的方向,由焓判据和熵判据共同决定,所以与反应的ΔH和ΔS都有关,C正确;发生离子反应的条件之一是生成气体,此过程中物质由固态或液态转化为气态,混乱度增大,所以是一个ΔS>0的过程,D正确。 8.(2025·喀什期中检测)关于如图所示的反应,下列说法正确的是 (　　) A.ΔH>0,ΔS>0 B.ΔH>0,ΔS<0 C.ΔH<0,ΔS<0 D.ΔH<0,ΔS>0 解析:选A　反应为气体分子数增加的反应,为熵增反应,生成物总能量高于反应物总能量,为吸热反应,焓变大于零。 9.化学反应的方向问题对于理论研究与生产实践都有重要的意义。下列说法错误的是 (　　) A.3O22O3时,熵减小 B.恒温恒压下,ΔH<0且ΔS>0的反应一定能自发进行 C.2NO(g)+2CO(g)==N2(g)+2CO2(g)在常温下能自发进行,则该反应的ΔH>0 D.反应NH4HCO3(s)==NH3(g)+H2O(g)+CO2(g)　ΔH=+185.57 kJ·mol-1能自发进行,原因是熵增效应大于焓增效应 解析:选C　O2转变为O3时,气体的物质的量减小﹐则熵减小,A正确;恒温恒压下,ΔH<0且ΔS>0的反应在任何条件下均有ΔH-TΔS<0,即ΔH<0且ΔS>0的反应一定能自发进行,B正确;2NO(g)+2CO(g)==N2(g)+2CO2(g)中ΔS<0,常温下能自发进行,由ΔH-TΔS<0,可得该反应的ΔH<0,C错误;反应NH4HCO3(s)==NH3(g)+H2O(g)+CO2(g)　ΔH=+185.57 kJ·mol-1的ΔS>0,ΔH>0,反应能自发进行,应满足ΔH-TΔS<0,因此该反应能自发进行的原因是熵增效应大于焓增效应,D正确。 10.(2025·周口期末检测)“一饮涤昏寐,情来朗爽满天地。再饮清我神,忽如飞雨洒轻尘。三饮便得道,何须苦心破烦恼。”我国自古就有以茶待客的礼仪,下列化学方程式与泡茶到饮茶过程中的熵变、焓变以及自发性均一致的是 (　　) A.2H2O2(l)==2H2O(l)+O2(g) B.2CO(g)+O2(g)==2CO2(g) C.2NH4Cl(s)+Ba(OH)2(s)==BaCl2(s)+2NH3(g)+2H2O(l) D.CaCO3(s)==CaO(s)+CO2(g) 解析:选A　泡茶过程是一个自发的、ΔS>0、ΔH<0的过程;2H2O2(l)==2H2O(l)+O2(g)的ΔS>0,ΔH<0,故A正确;2CO(g)+O2(g)==2CO2(g)的ΔS<0,ΔH<0,故B错误;2NH4Cl(s)+Ba(OH)2(s)==BaCl2(s)+2NH3(g)+2H2O(l)的ΔS>0,ΔH>0,故C错误;CaCO3(s)==CaO(s)+CO2(g)的ΔS>0,ΔH>0,故D错误。 11.(2025·佛山高二阶段测试)在图甲中A、B两容器里,分别收集着两种互不作用的理想气体。若将中间活塞打开,如图乙,两种气体分子立即都占有了两个容器。这是一个不伴随能量变化的自发过程。下列关于此过程的说法不正确的是 (　　) A.此过程是从混乱程度小向混乱程度大变化,即熵增大的过程 B.此过程为自发过程,而且没有热量的吸收或放出 C.此过程是自发可逆的 D.此过程从有序到无序,混乱度增大 解析:选C　由题意“将中间活塞打开,两种气体分子立即都分布在两个容器中”,知该过程为混乱度增大,由有序到无序的过程属于熵增加的过程,故A、D正确;由题意可知此过程为自发过程,而且没有热量的吸收或放出,故B正确;由题意知该过程中:ΔH=0,ΔS>0,所以ΔH-TΔS<0,可知该过程为自发过程,其逆过程不能自发进行,故C错误。 12.(2025·浙江1月选考)下列说法正确的是 (　　) A.常温常压下H2(g)和O2(g)混合无明显现象,则反应2H2(g)+O2(g)==2H2O(l)在该条件下不自发 B.3H2(g)+N2(g)⇌2NH3(g)　ΔH<0,升高温度,平衡逆移,则反应的平衡常数减小 C.CO(g)+H2(g)⇌C(s)+H2O(g)　ΔH<0,则正反应的活化能大于逆反应的活化能 D.Na(s)+Cl2(g)==NaCl(s)　ΔH<0,Na+(g)+Cl-(g)==NaCl(s)　ΔH<0,则Na(s)+Cl2(g)==Na+(g)+Cl-(g)　ΔH<0 解析:选B　根据复合判据ΔG=ΔH-TΔS,该反应ΔH<0、ΔS<0,常温时ΔG<0,故常温能自发进行,A错误;该反应为放热反应,升高温度,平衡逆移,平衡常数减小,B正确;该反应为放热反应,则E正-E逆<0,则正反应的活化能小于逆反应的活化能,C错误;①:Na(s)+Cl2(g)==NaCl(s)　ΔH1<0,②:Na+(g)+Cl-(g)==NaCl(s)　ΔH2<0,根据盖斯定律,反应①-反应②得到目标反应Na(s)+Cl2(g)==Na+(g)+Cl-(g),则ΔH=ΔH1-ΔH2,由于不能明确ΔH1、ΔH2相对大小,则ΔH不能确定,D错误。 13.(2025·南阳阶段检测)已知ΔG=ΔH-TΔS(忽略ΔH、ΔS随温度的变化),若ΔG<0,则该反应可以自发进行。根据如图判断:600 ℃时,下列反应不能自发进行的是 (　　) A.C(s)+O2(g)==CO2(g) B.2C(s)+O2(g)==2CO(g) C.TiO2(s)+2Cl2(g)==TiCl4(g)+O2(g) D.TiO2(s)+C(s)+2Cl2(g)==TiCl4(g)+CO2(g) 解析:选C　根据图像可知,600 ℃时,C(s)+O2(g)==CO2(g)的ΔG<0,反应能自发进行,故A错误;600 ℃时,2C(s)+O2(g)==2CO(g) 的ΔG<0,反应能自发进行,故B错误;600 ℃时,TiO2(s)+2Cl2(g)==TiCl4(g)+O2(g) 的ΔG>0,反应不能自发进行,故C正确;600 ℃时C(s)+O2(g)==CO2(g)与TiO2(s)+2Cl2(g)==TiCl4(g)+O2(g)相加可得:TiO2(s)+C(s)+2Cl2(g)==TiCl4(g)+CO2(g) 的ΔG<0,反应能自发进行,故D错误。 二、非选择题 14.(6分)(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)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,化学方程式如下:2NO+2CO==2CO2+N2。反应能够自发进行,则反应的ΔH　　　(填“>”“<”或“=”)0。理由是 　。  答案:(1)不能实现,因为该反应的ΔH>0,ΔS<0,反应不可能自发进行　(2)<　该反应的ΔS<0,若该反应能自发进行,根据ΔG=ΔH-TΔS<0,可知ΔH<0 15.(6分)氨气中氢含量高,是一种优良的小分子储氢载体,且安全、易储运,可通过氨热分解法制氢气。 相关化学键的键能数据 化学键 N≡N H—H N—H 键能E/(kJ·mol-1) 946 436.0 390.8 在一定温度下,利用催化剂将NH3分解为N2和H2。回答下列问题: (1)反应2NH3(g)⇌N2(g)+3H2(g)　ΔH=　　　　　　kJ·mol-1。  (2)已知该反应的ΔS=198.9 J·mol-1·K-1,在下列哪些温度下反应能自发进行?　　　　　　(填标号)。  A.25 ℃ B.125 ℃ C.225 ℃ D.325 ℃ 解析:(1)ΔH=反应物键能总和-生成物键能总和,根据热化学方程式以及表格中数据可得ΔH=390.8 kJ·mol-1×3×2-(946 kJ·mol-1+436.0 kJ·mol-1×3)=+90.8 kJ·mol-1。(2)若反应能自发进行,则ΔG=ΔH-TΔS<0,代入数据,ΔG=ΔH-TΔS=90.8×103 J·mol-1-T×198.9 J·mol-1·K-1<0,则T>456.5 K,转化为摄氏温度,则T>183.5 ℃,故选CD。 答案:(1)+90.8　(2)CD 144 / 172 学科网（北京）股份有限公司 $$