2.2 第1课时 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（苏教版）

第二单元　化学反应的方向与限度 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.认识化学平衡常数是表征反应限度的物理量,知道化学平衡常数的含义。 3.了解浓度商和化学平衡常数的相对大小与反应方向间的联系。 重点 1.化学平衡的标志及影响化学平衡的因素; 2.化学平衡常数及相关计算。 难点 1.化学平衡的标志的判断方法; 2.化学反应的方向与反应的焓变和熵变的关系。 第1课时　化学反应的方向 新知探究(一)——自发反应 1.自发过程 (1)自然界中有一些过程是自发进行的,而且是有方向性的。 (2)自发过程的特点 ①体系趋向于从能量较高状态转变为能量较低状态(体系对外部做功或者释放热量)。 ②在密闭条件下,体系有从有序自发转变为无序的倾向。 (3)生活中的自发过程 ①花香四溢; ②酒香扩散(酒香不怕巷子深); ③食盐在水中溶解; ④石头在水中会自动沉底; ⑤墨汁在水中扩散等。 2.自发反应 概念 在一定条件下能自动进行的反应,称之为自发反应 特点 具有方向性,即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 [微点拨]　自发过程可能是物理过程也可能是化学变化过程,但是自发反应一定是化学变化过程。 [题点多维训练] 1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。 (1)在一定条件下,不用借助外力就能自发进行的过程是自发过程 (√) (2)自发反应不需任何条件就能发生 (×) (3)室温下冰变成水属于自发过程 (√) (4)能自发进行的反应,反应速率一定很大 (×) 2.下列过程是非自发的是 (　　) 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,气体从高密度处向低密度处扩散、煤气的燃烧、室温下冰的融化都是自发过程,其逆过程都是非自发的。 3.判断下列反应在室温下能否自动进行,如能自动进行,请写出相应的化学方程式。 (1)水分解成氢气和氧气的反应: 　。 (2)氯气与溴化钾溶液的反应: 　。 (3)乙烯与溴单质的四氯化碳溶液的反应: 　。  (4)氮气和氧气生成一氧化氮的反应:　　　　　　　　　　　　　　。  答案:(1)不能自动进行 (2)Cl2+2KBr==2KCl+Br2 (3)CH2==CH2+Br2→CH2BrCH2Br (4)不能自动进行 新知探究(二)——化学反应方向的判断依据 (一)焓变与反应的自发性的关系 1.焓判据 放热反应(ΔH<0)在反应过程中体系能量降低,因此具有自发进行的倾向。 2.自发反应与焓变的关系 (1)多数能自发进行的化学反应是放热反应。 如NaOH(aq)+HCl(aq)==NaCl(aq)+H2O(l)　ΔH <0 (2)有不少吸热反应也能自发进行。如: NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)==CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l)　ΔH >0 (3)还有一些吸热反应在室温条件下不能自发进行,但在较高温度下则能自发进行。如: CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)　 ΔH >0 3.焓变与反应自发性的关系 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。 (二)反应熵变与反应方向 1.熵 概念 熵是衡量一个体系混乱度的物理量。符号:S 特点 混乱度越大,体系越无序,体系的熵值就越大 影响因素 ①同一物质:S(高温)>S(低温);S(g)>S(l)>S(s)。 ②相同条件下的不同物质:分子结构越复杂,熵值越大。 ③S(混合物)>S(纯净物) 2.熵变 (1)定义:反应前后体系熵值的变化,符号:ΔS。 (2)熵增或熵减的判断 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,ΔS>0,是熵增大的过程。 ②气态物质物质的量增大的反应,通常ΔS>0,是熵增大的反应。 ③气态物质物质的量减小的反应,通常ΔS<0,是熵减小的反应。 3.熵变与化学反应进行方向的关系 (1)ΔS>0,体系的混乱度增大,有利于反应自发进行,但自发反应不一定ΔS>0。 (2)ΔS<0,体系的混乱度减小,不利于反应自发进行,但有些ΔS<0的化学反应也能自发进行。 (3)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。 (三)焓变、熵变对反应方向的共同影响 1.分析下列几种变化的方向性 变化 能否自发 焓变 熵变 CO2(s)→CO2(g) 能 ΔH>0 ΔS>0 2Mg(s)+O2(g)==2MgO(s) 能 ΔH<0 ΔS<0 K(s)+H2O(l)==K+(aq)+OH-(aq)+H2(g) 能 ΔH<0 ΔS>0 Ag+(aq)+Cl-(aq)==AgCl(s) 能 ΔH<0 ΔS<0 2.判断反应的方向性 仅利用ΔH或ΔS的数值,都不能判断某反应是否自发,必须综合考虑反应的焓变(ΔH)和熵变(ΔS)的大小。 (1)当ΔH<0,ΔS>0时,反应一定能自发进行。 (2)当ΔH>0,ΔS<0时,反应一定不能自发进行。 (3)当ΔH>0、ΔS>0或ΔH<0、ΔS<0时,反应是否能自发进行与反应的温度有关。 [微点拨]　复合判据,对于一个化学反应能否自发进行,用以下式子判断: ΔH-TΔS [题点多维训练] 1.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,此过程为熵增过程,错误。 2.(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。 3.下列反应在任何温度下均能自发进行的是 (　　) A.N2H4(l)+N2O4(l)==N2(g)+2H2O(l) ΔH=-546.45 kJ·mol-1 B.Mg2Ni(s)+2H2(g)==Mg2NiH4(s) ΔH=-64.4 kJ·mol-1 C.CH4(g)+H2O(g)⇌CO(g)+3H2(g) ΔH=+206.4 kJ·mol-1 D.2N2(g)+O2(g)==2N2O(g) ΔH=+163 kJ·mol-1 解析:选A　当ΔH-TΔS<0时,反应能自发进行。N2H4(l)+N2O4(l)==N2(g)+2H2O(l)是熵增且放热的反应,在任何温度下都能自发进行,A项正确;Mg2Ni(s)+2H2(g)==Mg2NiH4(s)是熵减且放热的反应,在低温下可自发进行,B项错误;CH4(g)+H2O(g)⇌CO(g)+3H2(g)是熵增且吸热的反应,在高温下可自发进行,C项错误;2N2(g)+O2(g)==2N2O(g)是熵减且吸热的反应,在任何温度下都不能自发进行,D项错误。 4.(2024·甘肃卷·节选)SiHCl3是制备半导体材料硅的重要原料,可由不同途径制备。 由SiCl4制备SiHCl3:SiCl4(g)+H2(g)==SiHCl3(g)+HCl(g)　ΔH1=+74.22 kJ·mol-1　(298 K) 已知SiHCl3(g)+H2(g)==Si(s)+3HCl(g)　ΔH2=+219.29 kJ·mol-1　(298 K) 298 K时,由SiCl4(g)+2H2(g)==Si(s)+4HCl(g)制备56 g硅　　　　　(填“吸”或“放”)热　　　　　kJ。  解析:把题给两个热化学方程式按顺序依次编号①②,则根据盖斯定律可知,由①+②可得热化学方程式SiCl4(g)+2H2(g)==Si(s)+4HCl(g)　ΔH=ΔH1+ΔH2=+74.22 kJ·mol-1+(+219.29 kJ·mol-1)=+293.51 kJ·mol-1,则制备56 g Si,即2 mol Si,需要吸收热量为293.51×2 kJ=587.02 kJ。 答案:吸　587.02 [课时跟踪检测] 一、选择题 1.下列关于自发过程的叙述正确的是 (　　) A.只有不需要任何条件就能够自动进行的过程才是自发过程 B.需要加热才能进行的过程肯定不是自发过程 C.同一可逆反应的正、逆反应在不同条件下都有自发的可能 D.非自发过程在任何条件下都不可能变为自发过程 解析:选C　在一定条件下,不用借助外力即可自发进行的过程为自发过程,所以自发过程也需要特定的条件,A、B项错误;可逆反应在不同的条件下,可以向不同方向自发进行,C项正确;改变条件,可以使某些非自发过程转变为自发过程,D项错误。 2.下列关于化学反应方向的说法正确的是 (　　) A.凡是放热的反应都是自发反应 B.凡是需要加热才能发生的反应都是非自发反应 C.凡是熵增的反应都是自发反应 D.反应是否自发,需要综合考虑反应焓变和熵变 解析:选D　反应自发与非自发进行不能仅由焓变决定,而是由焓变和熵变共同决定,A错误;ΔH-TΔS<0的反应可自发进行,也可能需要加热,则需要加热的反应可能为自发反应,B错误;ΔH-TΔS<0的反应可自发进行,ΔH<0,ΔS>0的反应是自发进行的,若ΔH>0,ΔS>0,在低温下反应是非自发进行的反应,C错误;反应是否自发进行,由熵变、焓变、温度共同决定,非自发反应在改变条件下可以自发发生,故反应是否自发,需要综合考虑反应焓变和熵变,D正确。 3.下列反应的自发性可用焓变来解释的是 (　　) A.氢氧化钡晶体与氯化铵反应 B.2N2O5(g)==4NO2(g)+O2(g) ΔH=56.7 kJ·mol-1 C.(NH4)2CO3(s)==NH4HCO3(s)+NH3(g) ΔH=74.9 kJ·mol-1 D.2H2(g)+O2(g)==2H2O(l) ΔH=-571.6 kJ·mol-1 解析:选D　焓变可以用来解释放热过程的自发性,A、B、C三项中的反应均为吸热反应,因此反应的自发性不能用焓变来解释。 4.(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。 5.下列叙述不正确的是 (　　) A.混乱度减小的吸热反应一定不能自发进行 B.在温度、压强一定条件下,自发反应总是向ΔH-TΔS<0的方向进行 C.碳酸氢钠加热可以分解,因为升高温度利于熵增的方向自发进行 D.水结冰的过程不能自发进行的原因是熵减的过程,改变条件也不可能自发进行 解析:选D　混乱度减小的吸热反应是ΔS<0、ΔH>0的反应,该反应的ΔH-TΔS>0,一定不能自发进行,故A正确;自发反应有向ΔH-TΔS<0的方向进行的趋势,故B正确;碳酸氢钠加热可以分解,即升高温度反应能自发进行,由于该反应生成的气体增多,ΔS>0,所以升高温度利于熵增的方向自发进行,故C正确;水结冰的过程是熵减的放热过程,通常情况下不能自发进行,但降温时该过程能自发进行,故D错误。 6.下列对熵变的判断中不正确的是 (　　) A.少量的食盐溶于水中:ΔS>0 B.碳和氧气反应生成CO(g):ΔS>0 C.气态水变成液态水:ΔS>0 D.CaCO3(s)受热分解为CaO(s)和CO2(g):ΔS>0 解析:选C　食盐溶于水是典型的熵增加过程,A项正确;2C(s)+O2(g)==2CO(g),气体的物质的量增大,为熵增加的反应,B项正确;气态水变成液态水是体系混乱度减小的过程,为熵减小的过程,C项错误;CaCO3(s)的分解产生了气体,为熵增加的反应,D项正确。 7.下列关于化学反应方向及其判据的说法错误的是 (　　) A.1 mol H2O在不同状态时的熵值:S[H2O(s)]<S[H2O(g)] B.放热反应都可以自发进行,而吸热反应不能自发进行 C.反应2KClO3(s)==2KCl(s)+3O2(g)　ΔH>0能否自发进行与温度有关 D.常温下,反应C(s)+CO2(g)==2CO(g)不能自发进行,则该反应的ΔH>0 解析:选B　A项,物质聚集状态不同熵值不同,S(气体)>S(液体)>S(固体),1 mol H2O在不同状态时的熵值:S[H2O(s)]<S[H2O(g)],正确;B项,焓变小于零的反应为放热反应,ΔH<0,若ΔS<0,高温下可以使ΔH-TΔS>0,反应不能自发进行;焓变大于零的反应为吸热反应,ΔH>0,若ΔS>0,高温下可以使ΔH-TΔS<0,反应可自发进行,错误;C项,ΔH>0、ΔS>0,则在高温下ΔH-TΔS<0可以成立,反应可自发进行,故反应能否自发进行与温度有关,正确;D项,常温下,该反应不能自发进行,则ΔH-TΔS>0,因为反应的ΔS>0,则ΔH>0,正确。 8.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,对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=-2 180.9 J·mol-1,ΔS=-6.61 J·mol-1·K-1),下列判断正确的是 (　　) 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 解析:选A　ΔH-TΔS=-2 180.9 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。 9.(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。 10.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,它使NO与CO反应生成可参与大气生态循环的无毒气体,反应原理:2NO(g)+2CO(g)==N2(g)+2CO2(g),在298 K、100 kPa下,ΔH=-113 kJ·mol-1、 ΔS=-145 J·mol-1·K-1。下列说法中错误的是 (　　) A.该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量 B.该反应常温下不能自发进行,因此需要高温和催化剂 C.该反应常温下能自发进行,高温和催化剂只是加快反应的速率 D.汽车尾气中的这两种气体会与血红蛋白结合而使人中毒 解析:选B　该反应是放热反应,反应物的总能量高于生成物的总能量,A项正确;常温下,ΔH-TΔS=-113 kJ·mol-1-298 K×[-145 J·mol-1·K-1]×10-3 kJ·J-1<0,故常温下该反应可自发进行,高温和催化剂只是加快反应速率,B项错误,C项正确;CO和NO均会与血红蛋白结合而使人中毒,D项正确。 11.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·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 13.(6分)请按要求回答下列问题。 (1)溶解少量蔗糖于水中,ΔS　　　　0(填“>”或“<”,下同)。  (2)乙烯聚合成聚乙烯,ΔS　　　　0。  (3)CaCO3(s)加热分解生成CaO(s)和CO2(g),ΔS　　　　0。  (4)水蒸气凝结成水,ΔS　　　　0。  (5)2NaHCO3(s)==Na2CO3(s)+CO2(g)+H2O(l),ΔS　　　　0。  (6)4NH3(g)+5O2(g)==4NO(g)+6H2O(g),ΔS　　　　0。  答案:(1)>　(2)<　(3)>　(4)<　(5)>　(6)> 14.(6分)已知一个可逆反应,若正反应为自发过程,则其逆反应为非自发过程,反之,亦然。 (1)已知2CO(g)⇌CO2(g)+C(s),T=980 K时,ΔH-TΔS=0。当体系温度低于980 K时,估计ΔH-TΔS　　　　(填“大于”“小于”或“等于”,下同)0;当体系温度高于980 K时,估计ΔH-TΔS　　　　0。  (2)电子工业中清洗硅片上SiO2(s)的反应为SiO2(s)+4HF(g)==SiF4(g)+2H2O(g) ΔH(298.15 K)=-94.0 kJ·mol-1、 ΔS(298.15 K)=-75.8 J·mol-1·K-1, 设ΔH和ΔS不随温度而变化,则此反应自发进行的温度范围是　　　　。  解析:(1)2CO(g)⇌CO2(g)+C(s)的ΔS<0,T=980 K时,ΔH-TΔS=0,则该反应ΔH<0,则当T<980 K时,ΔH-TΔS<0,T>980 K时,ΔH-TΔS>0。(2)由题给信息可知,要使反应能自发进行,应有ΔH-TΔS<0,即-94.0 kJ·mol-1-T×(-75.8×10-3 kJ·mol-1·K-1)<0,则T<≈1 240 K。 答案:(1)小于　大于　(2)T<1 240 K 15.(8分)回答下列问题: (1)已知在100 kPa、298 K时石灰石分解反应CaCO3(s)==CaO(s)+CO2(g)的ΔH>0、ΔS>0。 ①常温下,该反应　　　　(填“能”或“不能”)自发进行。  ②据本题反应数据分析,　　　　成为反应进行方向的决定因素。  (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。  解析:(1)①ΔH-TΔS<0时反应能自发进行,已知ΔH>0,ΔS>0,则常温下不能自发进行。②该反应的ΔH>0、ΔS>0,高温条件下能使ΔH-TΔS<0,而低温条件下ΔH-TΔS>0,则该反应中温度是决定反应进行方向的因素。(2)该反应的ΔS>0、ΔH>0,则高温时ΔH-TΔS<0,反应能自发进行。 (3)已知某吸热反应能自发进行,即ΔH-TΔS<0,ΔH>0,则ΔS>0。 答案:(1)①不能　②温度　(2)高温　(3)> 16.(10分)由于二氧化碳具有保温的作用,二氧化碳的增多,使温度升高。预计到21世纪中叶,全球气温将升高1.5~4.5 ℃。 (1)实现“节能减排”和“低碳经济”的一项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,则该反应的ΔH　　　0,ΔS　　　0。  (2)二氧化碳捕集、存储和转化是当今化学研究的热点问题之一。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　　　　0(填“>”“<”或“=”,下同),ΔS　　　0,在低温下,该反应　　　(填“能”或“不能”)自发进行。  (3)CO2转化途径之一是利用太阳能或生物质能分解水制H2,然后将H2与CO2转化为甲醇或其他化学品。你认为该方法需要解决的技术问题有　　　　(填序号)。  a.开发高效光催化剂 b.将光催化制取的氢气从反应体系中有效分离,并与CO2发生催化转化 c.二氧化碳及水资源的供应 解析:(1)反应物的总能量高于生成物的总能量,反应放热,ΔH<0;该反应发生后气体的物质的量减小,ΔS<0。(2)该反应是分解反应,且CO燃烧时放热,所以该反应为吸热反应,即ΔH>0,因反应前后气体的物质的量增多,所以ΔS>0。在低温下,ΔH-TΔS>0,该反应不能自发进行。 答案:(1)<　<　(2)>　>　不能　(3)ab 1 / 163 学科网（北京）股份有限公司 $$