化学人教版 (2019)第三节 化学反应的方向学案设计

这是一份化学人教版 (2019)第三节 化学反应的方向学案设计，共7页。学案主要包含了自发过程与自发反应的比较，化学反应的方向与焓变的关系，化学反应的方向与熵变的关系等内容，欢迎下载使用。


一、自发过程与自发反应的比较
自发反应不需要任何条件就能自发进行吗？
[提示] 不是。如H2和O2反应需要点燃。
下列不属于自发进行的变化是( )
A．红墨水加到清水中使整杯水变红
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
C [红墨水滴入清水中能使整杯水变红、冰在室温下融化成水、铁器在潮湿的空气中生锈等过程都是自发进行的，A、B、D项均属于自发进行的变化，而水电解生成氢气和氧气的反应必须通电电解才可以进行，不属于自发过程，C项不属于自发进行的变化。]
二、化学反应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
(1)H2(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。
(2)Zn(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。
(4)CaCO3(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
大多数放热反应是可以自发进行的，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有关的因素之一，但不是决定化学反应能否自发进行的唯一因素。
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
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。]
三、化学反应的方向与熵变的关系
1．熵的含义
自发过程的体系趋向于由有序转变为无序，体系的混乱度增大。体系的混乱度常用熵来描述，熵的概念是表示体系的混乱或无序程度的物理量，其符号为S。熵值越大，体系的混乱度越大。
2．影响熵大小的因素
(1)同一条件下，不同的物质熵值不同。
(2)同一物质的熵与其聚集状态及外界条件有关，如对同一种物质不同状态时熵值大小为S(g)>S(l)>S(s)。
(3)物质的量越大，分子数越多，熵值越大。
3．反应熵变与反应方向
(1)二者关系
eq \x(自发进行的化学反应)—eq \b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\c1(—大多数是熵增加的反应,—也有些是熵减小的反应))
(2)结论：不能仅用反应熵变来判断反应能否自发进行。
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。
4．反应熵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。如：2Al(s)＋Fe2O3(s)===Al2O3(s)＋2Fe(s) ΔS＝－39.35 J·ml－1·K－1，上述反应为熵减少的反应，但在一定条件下，该反应也能自发进行。说明“熵判据”也具有一定的局限性。
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．化学反应的熵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．能自发进行的反应熵值都增大
C [A项，化学反应有利于向熵增方向自发进行，故A错；B项，熵变不是判断化学反应方向的唯一判据，故B错；D项，能自发进行的反应也有熵减的反应，如NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)，故D错。]
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1] 阅读素材分析如何判断上述反应能否自发进行？
[提示] 可以利用反应的焓变和熵变来综合判断反应能否自发进行。
[问题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？
[提示] 该反应室温时，ΔG＝ΔH－TΔS≈－687.9 kJ·ml－1＜0，能自发进行。
[问题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？
[提示] 加快反应速率。
1．焓判据：放热过程中体系能量降低，ΔH<0，反应具有自发进行的倾向。
2．熵判据：在密闭条件下，体系有自发地向混乱度增加(ΔS>0)的方向转变的倾向。
3．复合判据
(1)判据
(2)温度对反应方向的影响
1．(2021·山东高二期中)下列说法错误的是( )
A．ΔH＜0，ΔS＞0的反应在温度低时不能自发进行
B．一定温度下，反应MgCl2(l)Mg(l)＋Cl2(g)的ΔH＞0、ΔS＞0
C．反应NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的ΔH＜0
D．NH4HCO3(s)===NH3(g)＋H2O(g)＋CO2(g) ΔH＝＋185.57 kJ·ml－1能自发进行，原因是体系有自发地向混乱度增加的方向转变的倾向
A [根据ΔG＝ΔH－TΔS判断，对于ΔH＜0，ΔS＞0的反应，在任何温度时，ΔG＜0，反应均能自发进行，A错误；反应MgCl2(l)Mg(l)＋Cl2(g)为分解反应，故为吸热反应，则ΔH＞0，反应物无气体，生成物有气体，则ΔS＞0,B正确；反应NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)的ΔS＜0，在室温下可自发进行，则ΔG＝ΔH－TΔS＜0，则该反应的ΔH＜0,C正确；该反应的ΔH＞0，由于该反应是固体反应物生成气体，ΔS＞0，则该反应在一定条件下能自发进行，原因是体系有自发地向混乱度增加的方向转变的倾向，D正确。]
2．已知反应：2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)在298 K、101 kPa的条件下，其ΔH＝－113.0 kJ·ml－1，ΔS＝－145.3 J·ml－1·K－1。该反应________(填“能”或“不能”)用于消除汽车尾气中的NO，理由为____________________________________________________________________
________________________________________________________________。
[解析] ΔG＝ΔH－TΔS＝－113.0 kJ·ml－1－298 K×(－145.3×10－3 kJ·ml－1·K－1)≈－69.7 kJ·ml－1<0，故理论上该反应能自发进行。
[答案] 能 该反应的ΔH－TΔS≈－69.7 kJ·ml－1<0，说明该反应在理论上是可行的，所以能用于消除汽车尾气中的NO
1．下列过程是非自发的是( )
A．水由高处向低处流
B．煤炭的燃烧
C．铁在潮湿空气中生锈
D．室温下水结成冰
D [自然界中水由高处向低处流、煤炭的燃烧、铁在潮湿空气中生锈、室温下冰的融化都是自发过程，其逆向都是非自发的。]
2．碳酸铵[(NH4)2CO3]在室温下就自发地分解产生氨气，下列说法正确的是( )
A．碳酸铵分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增加
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，根据焓判据不能自发分解
D．碳酸盐都不稳定，都能自发分解
A [碳酸铵分解是吸热反应，因此不能用焓判据来解释反应的自发性，其反应能够自发进行，是因为体系中氨气的生成使熵增大。]
3．(2021·河北新乐一中高二月考)下列反应在任何温度下均能自发进行的是( )
A．2H2O2(l)===O2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－196 kJ·ml－1
B．2N2(g)＋O2(g)===2N2O(g) ΔH＝＋163 kJ·ml－1
C．2Ag(s)＋Cl2(g)===2AgCl(s) ΔH＝－254 kJ·ml－1
D．2HgO(s)===2Hg(l)＋O2(g) ΔH＝＋182 kJ·ml－1
A [2H2O2(l)=== O2(g)＋ 2H2O (l) ΔH＜0、ΔS＞0，任何温度下ΔG＝ΔH－TΔS＜0能自发进行，A正确； 2N2(g)＋ O2(g)===2N2O(g) ΔH＞0、ΔS＜0，任何温度下ΔG＝ΔH－TΔS>0不能自发进行，B错误； 2Ag(s)＋Cl2(g)===2AgCl(s) ΔH＜0、ΔS＜0，温度较低时ΔG＜0，故低温能自发进行，C错误； 2HgO(s)===2Hg(l)＋ O2(g) ΔH＞0、ΔS＞0，温度较高时ΔG＜0，故高温能自发进行，D错误。]
4．在25 ℃、1.01×105 Pa下，反应2N2O5(g)4NO2(g)＋O2(g) ΔH＝＋56.7 kJ·ml－1能自发进行的合理解释是( )
A．该反应是分解反应
B．该反应的熵增效应大于焓变效应
C．该反应是熵减反应
D．该反应是放热反应
B [该反应是吸热反应，不能只用焓判据来判断反应进行的方向，该反应过程中熵增大，是熵增反应。该反应能够自发进行，说明该反应的熵增效应大于焓变效应。]
5．已知在100 kPa、298.15 K时，石灰石发生分解反应：
CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ΔH＝＋178.3 kJ·ml－1
ΔS＝＋160.4 J·ml－1·K－1，则
(1)该反应________(填“能”“不能”)自发进行。
(2)据本题反应数据分析，温度________(填“能”“否”)成为反应方向的决定因素。
(3)若温度能决定反应方向，则该反应自发进行的最低温度为________。
[解析] (1)ΔH－TΔS＝＋178.3 kJ·ml－1－298.15 K×(＋160.4×10－3) kJ·ml－1·K－1≈130.5 kJ·ml－1>0，所以该反应不能自发进行。(2)因为该反应ΔH>0、ΔS>0，所以根据ΔH－TΔS可知在温度较高的情况下，可能小于0。(3)根据ΔH－TΔS<0时，反应可自发进行，则有：T>ΔH/ΔS≈1 111.6 K。
[答案] (1)不能 (2)能 (3)1 111.6 K
学 习
任 务
1．了解自发过程和化学反应的自发性。
2．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。
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，可以自发进行到显著程度的化学反应
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
应用
(1)可被用来完成有用功。如H2燃烧可设计成原电池
(2)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
判断化学反应方向的依据