化学第一单元 化学反应速率第一课时导学案

第一课时　化学反应的方向

将白色CuSO4粉末溶于水得到蓝色的CuSO4溶液，然后插入锌片，有何现象？

提示：锌片表面逐渐析出红色固体。

[问题探讨]

1．上述实验中存在哪些自发过程、自发反应？

提示：CuSO4固体的溶解是自发过程，锌片与CuSO4溶液的反应既是自发过程，又是自发反应。

2．若将铜片置于ZnSO4溶液中，会发生反应吗？如何让反应发生？

提示：不反应。若让反应发生可设计成电解池，Cu作阳极，石墨作阴极，ZnSO4溶液作离子导体，然后通电能让上述反应得以发生。

3．你是如何理解自发过程与自发反应的？

提示：在温度和压强一定的条件下，不借助光、电等外部力量就能自动进行的过程为自发过程，在一定条件下可以自发进行的化学反应为自发反应，自发过程可能是物理过程，不一定是自发反应，但自发反应一定是自发过程。

1．自发过程与自发反应

2．自发过程的特点

(1)体系趋向于从高能状态转变为低能状态。

(2)体系趋向于从有序体系转变为无序体系。

[名师点拨]

(1)一定条件下，如果一个过程是自发的，则其逆过程在相同条件下就是非自发的。

(2)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。

1．在图①中的A、B两个容器里，分别收集着两种不同的理想气体。若将中间活塞打开，两种气体分子立即都充满了两个容器(如图②)。下列关于此过程的说法不正确的是(　　)

A．此过程是体系从无序程度小向无序程度大变化的过程，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．此过程从有序到无序，无序程度增大

D．此过程是自发可逆的

解析：选D　由题意可知，此过程为不伴随能量变化的自发过程，是体系无序程度增大的过程。自发过程是不可逆的。

2．下列说法中正确的是(　　)

A．能自发进行的反应一定能迅速发生反应

B．非自发进行的反应一定不可能发生反应

C．能自发进行的反应实际可能没有发生反应

D．常温下，2H2O2H2↑＋O2↑，即常温下水的分解反应是自发反应

解析：选C　自发反应为在温度、压强一定的条件下，化学反应自动发生的趋势，即反应发生的可能性，它并不能说明在该条件下一个可能自发进行的化学反应能否实际发生，因为化学反应能否实际发生还涉及到反应速率问题，所以A不正确；非自发不含有“不可能”之意，例如，水的分解在常温常压下是非自发的，但在通直流电条件下，水会电解生成氢气和氧气，只不过消耗了其他功，所以B不正确；水在常温常压下电解才发生分解，即环境对它做功才能使它发生，所以是非自发反应，所以D不正确。

汽车尾气中的污染物是NO和CO，它们是现代城市中的重要大气污染物。为了减轻大气污染，人们提出通过以下反应来处理汽车尾气的设想。2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)　ΔH＝－746.8 kJ·mol－1，ΔS＝－197.5 J·mol－1·K－1，请判断该设想是否可行，并说明理论依据。

[问题探讨]

1．你对S、ΔS是如何理解的？

提示：衡量一个体系混乱度的物理量叫做熵，用符号S表示。反应前后熵值的变化称为反应的熵变(ΔS)。若发生变化后体系的混乱度增大，则该过程的ΔS>0；反之，ΔS<0。

2．反应熵变与反应方向有怎样的关系？

提示：熵变是一个与反应能否自发进行有关的因素，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。

3．反应焓变与反应方向之间的关系是什么？

提示：大多数自发进行的反应是放热反应，有些吸热反应也能自发进行，所以反应焓变是与反应能否自发进行有关的因素之一。

4．如何判断一个反应能否自发进行？

提示：利用综合判据，若ΔH－TΔS<0，则反应正向能自发进行，若ΔH－TΔS＝0，反应达到平衡状态，若ΔH－TΔS>0，反应正向不能自发进行。

5．请利用综合判据分析上述反应在298 K、100 kPa下能否自发进行？

提示：ΔH－TΔS＝－746.8 kJ·mol－1－298 K×(－197.5×10－3)kJ·mol－1·K－1≈－687.9 kJ·mol－1<0。因此该反应在室温下正向能自发进行。

1．焓变与反应方向

(1)大多数放热反应是可以自发进行的，例如，酸碱中和反应、H2的燃烧反应、Zn与CuSO4溶液的置换反应等放热反应都是能自发进行的。因此，放热反应具有自发进行的倾向，可以用焓变来判断反应进行的方向。

(2)有些吸热反应也可以自发进行。

实例：①Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应是ΔH>0的反应，该反应能自发进行。

②2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)

ΔH＝＋109.8 kJ·mol－1

(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g)

ΔH＝＋74.9 kJ·mol－1

以上两个反应能自发进行。

(3)结论

多数能自发进行的化学反应是放热反应，但有些吸热反应也能自发进行，因此，焓变是反应进行方向的有关因素之一，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素。

2．熵变与反应方向

(1)自发过程进行的方向与“混乱度”有关

如右图所示，两个广口瓶中分别盛有氯气和氢气，开始时中间用玻璃片隔开，当抽掉玻璃片后，可以观察到盛放氯气的瓶内气体颜色逐渐变浅，而盛放氢气的瓶内显现出了浅黄绿色，最后两瓶中的颜色相同。不需要外界的任何作用，气体通过分子的扩散自发地混合均匀。显然，上述过程是自发地从混乱度小(有序)向混乱度大(无序)的方向进行。

(2)熵

①熵是衡量体系混乱度大小的物理量，符号为S，熵值越大，体系的混乱度越大。

②影响熵(S)大小的因素

a．同一物质的熵在不同状态下熵值不同：

S(g)>S(l)>S(s)。

b．熵值与物质的量的关系：

物质的量越大，分子数越多，熵值越大。

(3)熵变

①概念：发生化学反应时物质熵的变化称为熵变，符号为ΔS。

②熵变规律

a．物质由固态―→液态―→气态的过程为熵增的过程，ΔS>0；反之为熵减的过程，ΔS<0。

b．气体物质的量增大的反应是熵增大的反应，ΔS>0；气体物质的量减小的反应是熵减小的反应，ΔS<0。

3．化学反应进行方向的综合判断方法(拓展)

(1)化学反应进行方向的判断

焓变(ΔH)和熵变(ΔS)都与反应的自发性有关，又都不能独立地作为自发性的判据。要判断反应进行的方向，必须综合考虑体系的焓变和熵变。体系的自由能变化(ΔG，kJ·mol－1)不仅与ΔH、ΔS有关，还与温度T有关，其表达式为ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG是恒温、恒压下判断化学反应自发性的判据，其规律是

(2)ΔH、ΔS与反应的自发性

1．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

解析：选D　反应自发进行的前提条件是反应的ΔH－TΔS<0，温度的变化可能使ΔH－TΔS的符号发生变化。A项，ΔH>0，ΔS<0，在任何温度下，ΔH－TΔS>0，即任何温度下，反应都不能自发进行；B项，ΔH<0，ΔS<0，在较低温度下，ΔH－TΔS<0，即反应温度不能过高；C项，ΔH>0，ΔS>0，若使反应自发进行，即ΔH－TΔS<0，必须升高温度，即反应只有在较高温度下才能自发进行；D项，ΔH<0，ΔS>0，在任何温度下，ΔH－

TΔS<0，即在任何温度下反应均能自发进行。

2．下列说法正确的是(　　)

A．反应2Mg(s)＋CO2(g)===C(s)＋2MgO(s)能自发进行，则该反应的ΔH<0

B．ΔH<0、ΔS<0的反应在高温条件下能自发进行

C．反应CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)的ΔS<0

D．同一物质的固、液、气三种状态的熵值相同

解析：选A　反应物中有气体，生成物中没有气体，则ΔS<0，若要使反应自发进行，需满足ΔH－TΔS<0，则ΔH必须小于0，A项正确；根据ΔH－TΔS<0时，反应能自发进行，则ΔH<0、ΔS<0的反应在低温条件下才能自发进行，B项错误；反应物中无气体，生成物中有气体，则ΔS>0，C项错误；同一物质不同状态的熵值：气体>液体>固体，D项错误。

3．汽车尾气(含烃类、CO、NO、SO2等)是城市主要污染源之一，可以采用在汽车排气管上装催化转化器，使NO与CO反应生成可参与大气生态循环的无毒气体的方法进行治理，其反应原理是2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)。在298 K、101 kPa下，该反应的ΔH＝－113 kJ·mol－1，ΔS＝－145 J·mol－1·K－1。下列说法错误的是(　　)

A．该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量

B．该反应在常温下不能自发进行，因此需要高温和催化剂条件

C．该反应在常温下能自发进行，高温和催化剂条件能加快反应的速率

D．汽车尾气中的NO、CO会与血红蛋白结合而使人中毒

解析：选B　此反应是放热反应，A项正确；常温下，ΔH－TΔS<0，该反应常温下可以自发进行，高温和催化剂条件能加快反应速率，B项错误，C项正确；NO、CO都可与血红蛋白结合而使人中毒，D项正确。

[分级训练·课课过关]_________________________________________________________

1．下列反应中ΔH>0，ΔS>0的是(　　)

A．CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)

B．NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)

C．4Fe(OH)2(s)＋O2(g)＋2H2O(l)===4Fe(OH)3(s)

D．2H2O2(l)===2H2O(l)＋O2(g)

解析：选A　CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)是吸热反应，气体体积增大，故A正确；NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)是放热反应，气体体积减小，故B错误；4Fe(OH)2(s)＋O2(g)＋2H2O(l)===4Fe(OH)3(s)是放热反应，气体体积减小，故C错误；2H2O2(l)===2H2O(l)＋O2(g)，ΔH<0，故D错误。

2．下列关于自发过程的叙述中，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，故C项正确；改变条件，可以使非自发过程转变为自发过程，D项错误。

3.金属锡的冶炼常用焦炭作还原剂：SnO2(s)＋2C(s)===Sn(s)＋2CO(g)，反应过程中能量的变化如图所示。下列有关该反应的ΔH、ΔS的说法中正确的是(　　)

A．ΔH<0，ΔS<0    B．ΔH>0，ΔS<0

C．ΔH<0，ΔS>0    D．ΔH>0，ΔS>0

解析：选D　SnO2(s)＋2C(s)===Sn(s)＋2CO(g)，该反应中生成物气体化学计量数大，混乱度大，所以是熵增加的反应，故ΔS>0；从图中可知，反应物能量低，生成物能量高，该反应是吸热反应，故ΔH>0。

4．下列对化学反应方向的说法，正确的是(　　)

A．同一物质的固、液、气三种状态的熵值递减

B．常温下反应2Na2SO3＋O2(g)===2Na2SO4(s)能自发进行，则ΔH<0

C．CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)　ΔH>0，ΔS>0，不论在何种条件下都不可能自发进行

D．因为焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓变或熵变均可以单独作为判断反应能否自发进行的依据

解析：选B　同一物质的固、液、气三种状态的熵值递增，故A错误；反应的ΔS<0，由ΔG＝ΔH－TΔS<0，反应在常温下可自发进行可知，ΔH<0，故B正确；能自发进行，应满足ΔH－TΔS<0，ΔH>0，ΔS>0，则在高温下能自发进行，故C错误；在温度、压强一定的条件下，焓变和熵变共同决定一个化学反应的方向，若ΔH－TΔS<0，则能自发进行，若ΔH－TΔS>0，则不能自发进行，故D错误。

5．下列内容与结论相对应的是(　　)

解析：选B　物质由气态变为液态，混乱度减小，即ΔS<0，A项不符合题意；硝酸铵溶于水是吸热的熵增加过程，ΔS>0，反应可自发进行，B项符合题意；ΔH>0，ΔS>0，根据复合判据可知，高温时ΔH－TΔS<0，即高温条件下，反应能自发进行，C项不符合题意；由ΔH<0，ΔS>0知，ΔH－TΔS<0，故该反应在任意温度下都能自发进行，D项不符合题意。