高中化学第三节 化学反应的方向教案

这是一份高中化学第三节 化学反应的方向教案，共6页。教案主要包含了知识导图，目标导航，重难点精讲，典题精练，名师点睛等内容，欢迎下载使用。

【知识导图】
【目标导航】
1、结合学过的化学反应实例，了解自发过程和化学反应的自发性。
2、通过“有序”和“无序”的对比，了解熵和熵变的意义。
3、初步了解焓变和熵变对化学反应方向的影响，能用焓变和熵变解释化学反应的方向，培养证据推理与模型认知能力。
【重难点精讲】
一、自发过程与自发反应
1、自发过程
(1)含义：在一定条件下，不需要借助外力作用就能自动进行的过程。
(2)特点：①体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或释放热量)。
②在密闭条件下，体系有从有序转变为无序的倾向性(无序体系更加稳定)。
2．自发反应：在一定条件下无需外界帮助就能自发进行的反应称为自发反应。
注意：①自发过程或反应具有方向性，即过程或反应的某个方向在一定条件下自发进行，而该过程或反应的逆方向在该条件下肯定不能自发进行。②能够自发进行的过程或反应在常温下不一定能够发生，自发性只能用于判断过程或反应的方向,不能确定过程或反应是否一定会发生和发生的速率。
二、熵与熵变
1．熵的含义：熵是衡量一个体系混乱度的物理量，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。用符号S表示。同一条件下，不同物质有不同的熵值，同一物质在不同状态下熵值也不同，一般规律是S(g)>S(l)>S(s)。
2．熵变的含义：熵变是反应前后体系熵的变化，用ΔS表示，化学反应的ΔS越大，越有利于反应自发进行。
三、能量变化和熵变与化学反应的关系
任何反应体系都有趋向于从高能状态转变为低能状态和从有序自发地转变为无序的倾向。因此影响和决定化学反应进行方向的因素是能量变化(即焓变)和熵变。
1．化学反应的方向与能量的关系
能量变化是一个与反应能否自发进行有关的因素，但不是决定反应能否自发进行的惟一因素。
(1)多数能自发进行的化学反应是放热反应。
例如：在常温、常压下，氢氧化亚铁被氧化为氢氧化铁的反应是自发的，反应放热：
4Fe(OH)2(s)＋2H2O(1)＋O2(g)===4Fe(OH)3(s) ΔH(298 K)＝－444.3 kJ/ml
(2)有不少吸热反应也能自发进行。
例如：NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)===CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(1) ΔH(298 K)＝＋37.30 kJ/ml
(3)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。
例如：在室温下和较高温度下均为吸热过程的CaCO3的分解反应。
CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ΔH(298 K)＝＋178.2 kJ/ml ΔH(1 200 K)＝＋176.5 kJ/ml
结论：研究表明，对于化学反应而言，绝大多数放热反应都能自发进行，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。可见，反应的焓变是制约化学反应能否自发进行的因素之一。
注意：①反应能量判据不是决定反应能否自发进行的惟一因素。②有些吸热反应也能自发进行。
2．化学反应的方向与熵变的关系
化学反应中要发生物质的变化或物质状态的变化，因此存在着熵变。反应的熵变ΔS为反应产物总熵与反应物总熵之差。对于确定的化学反应，在一定条件下具有确定的熵变。
(1)许多熵增加的反应在常温、常压下可以自发进行。产生气体的反应，气体物质的物质的量增大的反应，熵变通常都是正值，为熵增加反应。
例如：2H2O2(aq)===2H2O(l)＋O2(g)；NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)===CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l)；
(2)有些熵增加的反应在常温、常压下不能自发进行，但在较高温度下可以自发进行。
例如：CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)；C(石墨，s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)；
(3)铝热反应是熵减小的反应，它在一定条件下也可以自发进行。
例如：2Al(s)＋Fe2O3(s)===Al2O3(s)＋2Fe(s)；
结论：研究表明，除了热效应外，决定化学反应能否自发进行的另一个因素是体系的混乱度，大多数自发反应有趋向于体系混乱度增大的倾向。
注意：①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)。②孤立体系或绝热体系的自发过程才向着熵增的方向进行。
四、化学反应方向判断方法
1．传统的判断方法
(1)由不稳定物质向稳定物质转变
2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O，稳定性：NaCO3＞NaHCO3。
(2)离子反应中，对于复分解反应，一般是由易电离的物质向难电离的物质转变，或向离子浓度减小的方向转变。
①由溶解度大的物质向溶解度小的物质转变。
如Na2SO4＋CaCl2===CaSO4↓(微溶)＋2NaCl，CaSO4＋Na2CO3===CaCO3↓＋Na2SO4，所以溶解性：CaCl2＞CaSO4＞CaCO3。
②由相对强酸(碱)向相对弱酸(碱)转变。
如2CH3COOH＋Na2CO3===2CH3COONa＋CO2↑＋H2O，NaSiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，所以酸性强弱：CH3COOH＞H2CO3＞H2SiO3。
(3)由难挥发(高沸点)性物质向易挥发(低沸点)性物质转变。
①由难挥发性酸向挥发性酸转变。
如NaCl＋H2SO4(浓)NaHSO4＋HCl↑，所以沸点：H2SO4(浓)＞HCl。
②由难挥发性酸酐向挥发性酸酐转变。
如CaCO3＋SiO2eq \(=====,\s\up7(高温))CaSiO3＋CO2↑，所以沸点：SiO2＞CO2。
③由难挥发性金属向挥发性金属转变。
如2RbCl＋Mgeq \(=====,\s\up7(熔融))MgCl2＋2Rb，所以沸点：Mg＞Rb。
(4)由氧化性(还原性)强的物质向氧化性(还原性)弱的物质的转变。
如2FeCl3＋2KI===2FeCl2＋2KCl＋I2,2FeCl2＋Cl2===2FeCl3，所以氧化性Cl2＞FeCl3＞I2。
2．用焓变和熵变判断反应的方向
体系的自由能变化(符号为ΔG，单位为 kJ/ml)综合考虑了焓变和熵变对体系的影响，可用于化学反应自发进行的方向的判断，ΔG＝ΔH－TΔS。
(1)当ΔH＜0，ΔS＞0时，ΔG＜0，反应自发进行。
(2)当ΔH＞0，ΔS＜0时，ΔG＞0，反应不能自发进行。
(3)当ΔH＞0，ΔS＞0或ΔH＜0，ΔS＜0时，反应是否自发进行与温度有关，在一定温度下可使ΔG＝0，即反应达平衡状态。
(4)ΔH<0、ΔS<0时,则ΔH-TΔS在较低温度时可能小于零,所以低温有利于反应自发进行。图解如下:
注意：①根据ΔH－TΔS＜0判断的只是反应能否自发进行的可能性，具体的反应能否实际发生，还涉及到化学反应速率的问题。②判断一个化学反应能否自发进行，若无任何外加条件，可以认为我们所学过的化学反应(电解反应除外)都是能够自发进行的。
【典题精练】
考点1、考查自发过程和自发反应的概念
例1、下列不属于自发进行的变化是（ ）
A．红墨水加到清水使整杯水变红
B．冰在室温下融化成水
C．水电解生成氢气和氧气
D．铁器在潮湿的空气中生锈
【解析】A．红墨水浓度大于水，微粒向浓度低的方向扩散，是自发进行的物理过程，A不符合题意；B．冰的熔点为0℃，水常温下是液体，冰在室温下融化成水，是自发进行的物理过程，B不符合题意；C．水电解生成氢气和氧气，是强制发生的氧化还原反应，不能自发进行，C符合题意；D．铁在潮湿的空气中生锈是发生了电化腐蚀，是自发进行的化学过程，D不符合题意；故选C。
【答案】C
【名师点睛】关于反应自发性需要注意：（1）化学反应方向的判据指出的仅仅是在一定条件下化学反应自发进行的趋势，并不能说明在该条件下反应一定能实际发生，还要考虑化学反应的快慢问题。（2）自发过程的两种倾向：①体系趋向于高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或释放热量)。②在密闭条件下，体系有从有序转变为无序的倾向性(无序体系更加稳定)。
考点2、考查反应焓变与反应方向的关系
例2、下列说法正确的是（ ）
A． 放热反应都是自发反应
B． 若S(g)＋O2(g)===SO2(g) ΔH1 ； S(s)＋O2(g)===SO2(g) ΔH2，则ΔH1<ΔH2
C． 凡是在加热条件下进行的反应都是吸热反应
D． 同温同压下，H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)在光照和点燃条件下的ΔH不同
【解析】A、反应自发进行的判断依据是△H-T△S＜0，放热反应△H＜0，若△S＜0，高温下是非自发进行的反应，吸热反应△H＞0，若△S＞0高温下可以自发进行，故A错误；B、固体硫燃烧时要先变为气态硫，过程吸热，气体与气体反应生成气体比固体和气体反应生成气体产生热量多，但反应热为负值，所以△H2＞△H1，故B正确；C、有些放热反应也需要引发条件才能进行，如氢气和氧气需要点燃才能发生反应，故C错误；D、△H=生成物能量和-反应物能量和，与反应条件无关，故D错误；故选B。
【答案】B
【名师点睛】本题易错点是A，注意反应的焓变与反应是否自发进行无直接相关，高温或加热条件不能说明反应是非自发进行的，放热反应不一定自发进行，吸热反应不一定非自发进行。
考点3 、考查反应熵变与反应方向的关系
例3、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．化学反应的墒变直接决定了反应的方向
C．熵值增大的反应都是混乱度增大的反应
D．熵值增大的反应都能自发进行
【解析】A．化学反应的熵变与反应的方向有关，化学反应总是向熵增的方向进行，A错误；B．化学反应的墒变和焓变都会影响化学反应进行的方向，所以熵增不能决定反应的方向，B错误；C．熵值增大的反应都是混乱度增大的反应，C正确；D．熵值增大的反应可能能自发进行，也可能不能自发进行，D错误；故选C。
【答案】C
【名师点睛】反应能否正反进行，与反应的焓变及熵变有关，一般情况下，体系混乱程度增大的放热反应可自发进行，体系混乱程度减小的吸热反应不可自发进行；孤立体系或绝热体系的自发过程才向着熵增的方向进行。
考点4、考查化学反应方向的判据
例4、下列反应在常温下均为非自发反应，在高温下仍为非自发反应的是
A．Ag2O(s)===2Ag(s)＋O2(g)
B．Fe2O3(s)＋C(s)===2Fe(s)＋CO2(g)
C．N2O4(g)===2NO2(g)
D．6C(s)＋6H2O(l)===C6H12O6(s)
【解析】反应自发进行的判断依据是△H-T△S＜0。A. Ag2O(s)===2Ag(s)＋O2(g) 反应的△H＞0、△S＞0，高温下△H-T△S＜0，反应能自发进行，故A错误；B. Fe2O3(s)＋C(s)===2Fe(s)＋CO2(g) 反应的△H＞0、△S＞0，高温下△H-T△S＜0，反应能自发进行，故B错误；C. N2O4(g)===2NO2(g) 反应的△H＜0、△S＞0，任何情况下△H-T△S＜0，反应均能自发进行，故C错误；D. 6C(s)＋6H2O(l)===C6H12O6(s) 反应的△H＜0、△S＜0，高温下△H-T△S＞0，反应不能自发进行，故D正确；答案选D。
【答案】D
【名师点睛】本题考查了反应自发进行的判断依据，注意反应是否自发进行由焓变、熵变、温度共同决定，判断时掌握三个规律：①放热且熵增加的反应一定能自发进行。②吸热且熵减少的反应一定不能自发进行。③焓变和熵变的作用相反且相差不大时，温度有可能对反应方向起决定性作用。