人教版 (2019)第二章 化学反应速率与化学平衡第三节 化学反应的方向优秀学案

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02
预习导学
自主梳理
一、自发过程和自发反应
1．自发过程
(1)含义：在一定条件下，不用借助于 就可以 的过程。
(2)特点：体系趋向于从 状态转变为 状态。在密闭条件下，体系有从 自发转变为 的倾向。
2．自发反应：在给定条件下，可以 地进行到显著程度的化学反应。
二、化学反应进行方向的判据
1．焓判据
放热反应过程中体系能量 ，具有自发进行的倾向，因此可用 来判断反应进行的方向。
2．熵判据
(1)熵
用来量度体系 程度的物理量。熵值越大， 程度越大。符号为 。
(2)熵增原理
在与外界隔绝的体系中，自发过程将导致体系的熵 ，即熵变(符号ΔS) 零。
(3)熵判据
体系有自发地向混乱度 (即 )的方向转变的倾向，因此可用 来判断反应进行的方向。
预习检测
1．下列反应或过程没有自发性的是
A．高温下，煅烧石灰石B．常温下，水分解成氢气与氧气
C．双氧水在催化作用下分解D．常温下，冰融化为水
2．研究化学反应进行的方向对于反应设计等具有重要意义，下列说法正确的是
A．知道了某过程有自发性之后，则可确定该过程是否一定会发生
B．，低温下能自发进行
C．电解水可以得到氢气和氧气，即常温下水的分解反应是自发反应
D．溶于水吸热，说明其溶于水不是自发过程
3．下列反应的焓变和熵变与图示过程相符的是
A．2Na(g)＋Cl2(g)=2NaCl(s)
B．N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)
C．2N2O5(g)⇌4NO2(g)＋O2(g)
D．Zn(s)＋H2SO4(aq)=ZnSO4(aq)＋H2(g)
4．对于反应2H2O2⇌2H2O+O2，在任何温度下可自发进行的原因是
A．B．
C．D．
5．下列说法正确的是
A．，在无催化下不加热也能自发进行，原因是反应有自发地向混乱度增加的方向转变的倾向
B．在常温下，放热反应一般能自发进行，吸热反应都不能自发进行
C．在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂可以改变化学反应进行的方向
D．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反应自发性的判据
6．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) △H=+163 kJ/ml
B．2Ag(s)+Cl2(g) =2AgCl(s) △H =-254 kJ/ml
C．2HgO(s) =2Hg(1)+O(g) △H =+ 182 kJ/ml 1
D．2H2O2(1)=O2(g)+2H2O(l) △H =- 196 kJ/ml
探究提升
03
►环节一 自发过程与自发反应
【情境材料】
以下过程均为自发反应或自发过程：
①甲烷燃烧：CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－802.3 kJ·ml－1
②氢气和氧气反应：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－571.6 kJ·ml－1
③钠与水反应：2Na(s)＋2H2O(l)===2NaOH(aq)＋H2(g) ΔH＝－368 kJ·ml－1
④硝酸铵溶于水要吸热。
⑤冰融化要吸热。
⑥两种或两种以上互不反应的气体通入一密闭容器中，最终会混合均匀。
【问题探究】
1．对于自发反应①②③，从能量角度分析它们为什么可以自发进行？
2．对于自发过程④⑤⑥，这些过程都是自发的，与焓变有关吗？是什么因素决定它们能自发进行？
3．合成氨反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.2 kJ·ml－1，ΔS＝－198.2 J·ml－1·K－1。根据焓判据分析298 K下该反应是否能自发进行？根据熵判据呢？
要点归纳
1．自发过程与自发反应的比较
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。
(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。
3自发反应和非自发反应是可能相互转化的，某一条件下的自发反应可能在另一条件下就是非自发反应，如2NOg＋O2g===2NO2g是常温下的自发反应，而在高温条件下其逆反应是自发反应。
典例精讲
【例1】（2023春·江苏盐城·高二江苏省响水中学校考期中）下列说法正确的是
A．自发反应是指不需要条件就能发生的反应
B．非自发过程在任何条件下都不可能变为自发过程
C．在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂可以改变化学反应进行的方向
D．常温下，反应C(s)+CO2(g)2CO(g)不能自发进行，则该反应的△H＞0
【例2】（2022秋·河北邢台·高二邢台市第二中学校考阶段练习）下列说法正确的是
A．放热反应都能自发进行，吸热反应都不能自发进行
B．电解水为自发反应
C．反应NH3(g)+HCl(g)=NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的△H＞0
D．W(s)+xG(g)=2Q(g) △H＜0，能自发进行，x可能等于1
【例3】（2021秋·陕西咸阳·高二统考期中）碳酸铵[(NH4)2CO3]在室温下就能自发的分解产生氨气，对其说法正确的是
A．碳酸铵分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增大
B．碳酸铵分解是因为外界给予了能量
C．碳酸铵分解是吸热反应，根据能量判据能自发分解
D．碳酸盐都不稳定，都能自发分解
►环节二 判断化学反应方向的依据
【情境材料】
汽车尾气中的主要污染物是一氧化氮和一氧化碳，它们是现代化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：2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)。
【问题探究】
1．阅读素材分析如何判断上述反应能否自发进行？
2．查阅资料可知上述反应的ΔH＝－746.8 kJ·ml－1、ΔS＝－197.5 J·ml－1·K－1。试着分析该反应室温(298 K)下能否自发进行？
3．汽车中的尾气处理装置中都使用了催化剂，分析催化剂的作用是什么？
要点归纳
1．化学反应进行的方向与焓变的关系
(1)分析下列反应进行的方向与ΔH之间的关系
①H2(g)＋ eq \f(1,2) O2(g)===H2O(l)，燃烧反应是放热反应，ΔH<0，常温下能自发进行。
②Zn(s)＋CuSO4(aq)===ZnSO4(aq)＋Cu(s)，该反应是放热反应，ΔH<0，常温下能自发进行。
③(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g) ΔH＝＋56.7 kJ·ml－1，该反应在常温下能自发进行。
④CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ΔH＞0，该反应在常温下不能自发进行，但在较高温度下能自发进行。
(2)自发反应与焓变的关系
大多数放热反应可以自发进行，但也有很多吸热反应能自发进行，因此，反应焓变是与反应进行的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．化学反应进行的方向与熵变的关系
(1)熵的概念
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
①同一物质的熵在不同状态下熵值不同：
S(g)>S(l)>S(s)。
②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。
(4)ΔS与反应方向的关系
①很多熵增的反应是自发进行的，例如：Zn与稀H2SO4的反应、KClO3的分解反应都是ΔS>0的自发进行的反应。
因此，熵增(ΔS>0)的反应具有自发进行的倾向，可以用熵变来判断反应进行的方向。
②有些熵减(ΔS<0)的反应也可以自发进行。
a．实例：乙烯聚合生成聚乙烯反应的ΔS<0，该反应能够自发进行。
b．2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)
c．4Fe(OH)2(s)＋O2(g)＋2H2O(l)===4Fe(OH)3(s)
以上反应的ΔS<0，能自发进行。
(5)结论
多数能自发进行的化学反应的ΔS>0，但有些熵减(ΔS<0)的反应也能自发进行，因此，熵变也是与反应进行的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。
3．判断化学反应方向的复合判据
(1)判据
(2)温度对反应方向的影响
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。
典例精讲
【例4】（2023·全国·高二假期作业）下列对化学反应预测正确的是
A．AB．BC．CD．D
【例5】（2023春·浙江绍兴·高二统考期末）在298K和100kPa压力下，已知金刚石和石墨的熵、燃烧热和密度分别为：
此条件下，对于反应C(石墨)→C(金刚石)，下列说法正确的是
A．该反应的△H>0，△S<0
B．由公式△G=△H-T△S可知，该反应△G=985.29kJ/ml
C．金刚石比石墨稳定
D．相同条件下，1ml金刚石与1ml氧气的能量总和小于1mlCO2气体的能量
04
课堂总结
05
强化训练探究提升
一、单选题
1．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
2．下列说法不正确的是
A．反应在低温下能自发进行，说明该反应的
B．非自发反应就是不可能发生的反应，自发反应就是能较快进行的反应
C．反应的限度越大，说明平衡时产物所占比例越高
D．若温度改变，则可逆反应的平衡常数一定改变
3．合成氨反应中物质的能量与反应过程的关系如图所示。已知键能、。下列说法正确的是
A．一定条件下，反应能自发进行的原因是
B．
C．合成氨使用催化剂是为了提高反应物的平衡转化率
D．合成氨使用高温的目的是提高反应物的平衡转化率，使用高压的目的是增大反应速率
4．下列说法正确的是
A．一定温度下，反应MgCl2(l)Mg(l)+Cl2(g)的ΔH>0，ΔS<0
B．凡是放热反应都是自发的，凡是吸热反应都是非自发的
C．常温下，2H2O2H2↑+O2↑，即常温下水的分解反应是自发反应
D．已知2KClO3 (s) =2KCl(s) + 3O2(g) ΔH＝﹣78.03 kJ·ml-1，ΔS＝+ 494.4 J·ml-1·k-1，此反应在任何温度下都能自发进行
5．以下判断正确的是
A．CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)△H=+178.5kJ·ml-1，该反应低温才能自发
B．通常化学反应的△S越大，越有利于反应自发进行，所以△S＞0时反应必能自发
C．常温下，反应A(s)+B(g)=2X(g)不能自发进行，则该反应的ΔH＞0
D．化学反应的速率越大，表明反应的活化能越小，故反应进行的程度就越大
6．下列说法正确的是
A．在常温下，放热反应能自发进行吸热反应不能自发进行
B． ，能自发进行的原因是＞0
C．焓变和熵变均可以单独作为反应自发性的判断依据
D．在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂可以改变化学反应进行的方向
7．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。下列说法错误的是
A．反应②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)的ΔS<0，ΔH<0
B．983K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983K时，过量焦炭的氧化产物以反应②生成CO2为主
8．下列关于化学反应方向及其判据的说法中正确的是
A．1mlSO3在不同状态时的熵值：S[SO3(s)]>S[SO3(1)]>S[SO3(g)]
B．常温下，反应C(s)+CO2(g)=2CO(g)不能自发进行，则该反应的ΔH>0
C．放热反应都可以自发进行，而吸热反应不能自发进行
D．2KClO3(s)=2KCl(s)+3CO2(g)ΔH>0能否自发进行与温度无关
9．常压下，1g冰熔化成1g水、1g水蒸发成1g水蒸气的焓和熵的变化情况如图所示。
已知：熔化过程：
蒸发过程：
下列说法不正确的是
A．；B．；
C．D．蒸发过程属于高温自发过程
10．向某密闭容器中充入一定量的、混合气体，一定条件下发生反应： ，平衡时C的物质的量分数与温度、压强的关系如图所示。下列说法正确的是
A．该反应的B．该反应为熵减反应，
C．该反应一定能自发进行D．增大压强，该反应的平衡常数增大
11．分析下列反应，在任何温度下均能自发进行的是
A．2N2(g)+O2(g)=2N2O(g) ΔH=+163 kJ·ml-1
B．Ag(s)+Cl2(g)= AgCl(s) ΔH=-127 kJ·ml-1
C．HgO(s)=Hg(l)+O2(g) ΔH=+91 kJ·ml-1
D．H2O2(l)=O2(g)+H2O(l) ΔH=-98 kJ·ml-1
12．下列关于焓与熵的说法正确的是
A．焓与内能无关
B．化学反应的反应热等于反应的焓变
C．焓与物质的聚集状态有关，熵与物质的聚集状态无关
D．孤立体系(与环境没有物质交换和能量交换)的自发过程向着熵增方向进行
二、填空题
13．反应的焓变、熵变随温度的变化较小，假设它们不随温度变化，根据下表数据，思考回答下列问题：
(1)根据表中数据可知：反应①在 温度下， 正向自发进行。
(2)有人提出采用适当的催化剂，用热分解法分解CO2，以减少CO2的排放，你认为是否可行？阐述判断的理由。
(3)利用综合判据，计算反应③能正向自发进行的温度范围。
(4)利用综合判据，计算CaCO3分解的温度条件。
14．节能减排是指节约物质资源和能量资源，减少废弃物和环境有害物的排放。
(1)实现“节能减排”和“低碳经济”的项重要课题就是如何将转化为可利用的资源。目前工业上有一种方法是用来生产燃料甲醇，一定条件下发生反应：，如图所示为该反应过程中的能量变化：
下列关于该反应的说法正确的是 (填序号)。
A．， B．，
C．， D．，
(2)将煤加工成水煤气可降低污染并提高燃料的利用率。将水蒸气通过红热的炭即产生水煤气，反应方程式为，该反应的，。该反应在常温下 (填“能”或“不能”)自发进行。
15．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=980K时ΔH-TΔS=0。当体系温度低于980K时，估计ΔH-TΔS 0(填“大于”、“小于”或“等于”，下同)；当体系温度高于980K时，估计ΔH-TΔS 0。
(2)电子工业中清洗硅片上的SiO2(s)的反应为SiO2(s)+4HF(g)=SiF4(g)+2H2O(g) ΔH(298.15K)=-94.0kJ/ml，ΔS(298.15K)=-75.8J/(ml·K)，设ΔH和ΔS不随温度而变化，则此反应自发进行的温度是 。
(3)化学反应2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)在298K、100kPa下：ΔH=-113.0kJ/ml，ΔS=-145.3J/(ml·K)，反应在常温下 (填“能”或“不能”)自发进行。课程标准
学习目标
1．知道化学反应是有方向的，了解焓变和熵变的概念。
2．知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关。
3．能用焓变、熵变判断化学反应进行的方向。
1．能从焓变、熵变和自由能角度建立判断化学反应自发进行方向的思维模型，能通过定性分析和定量计算推出合理的结论。
2．认识反应条件对化学反应的影响，能根据实验现象和数据概括自发反应的条件、特征和规律。
自发过程
自发反应
含义
在一定条件下，不需要借助外力就能自发进行的过程
在给定的条件下，可以自发进行到显著程度的化学反应
特征
具有方向性，即某个方向在一定条件下是自发的，而其逆方向在该条件下肯定是不能自发进行的
举例
高山流水，自由落体运动
钢铁生锈
应用
(1)可被用来完成有用功，如水力发电
(2)可用来实现化学能转化为电能，如H2燃烧可设计成原电池
(3)非自发过程要想发生，必须对它做功。如通电将水分解为H2和O2
选项
化学反应方程式
已知条件
预测
A
M(s)=X(g)＋Y(s)
ΔH>0
它是非自发反应
B
W(s)＋xG(g)=2Q(g)
ΔH<0，自发反应
x可能等于1、2、3
C
4X(g)＋5Y(g)=4W(g)＋6G(g)
能自发反应
ΔH一定小于0
D
4M(s)＋N(g)＋2W(l)=4Q(s)
常温下，自发进行
ΔH>0
物质
S/J/(K·ml)
△H/(kJ/ml)
ρ/(kg/m3)
C(金刚石)
2.4
-395.40
3513
C(石墨)
5.7
-393.51
2260
化学反应
ΔH/ kJ·ml-1
ΔS/ J·ml-1·K-1
①2H2O2(aq)=2H2O(l)＋O2(g)
-98
57.2
②CO2(g)=C(s，石墨)＋O2(g)
393.5
-2.86
③HCl(g)＋NH3(g)=NH4Cl(s)
-176
-285
④CaCO3(s)=CaO(s)＋CO2(g)
178.2
169.6