化学反应进行的方向---导学案教学文案.doc

化学反应进行的方向---导学案

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第4节　化学反应的方向导学案
[学习目标定位]
知道自发过程和自发反应的主要特点，知道焓判据、熵判据的含义，会用焓变和熵变判断反应进行的方向。
1.根据是否有外力作用，过程可分为自发过程和非自发过程。自发过程是在一定条件下，
借助外力而自发进行的过程。回答下列问题：
(1)下列现象的发生，你认为是自发过程的是 ( )
A.水由高处往低处流 B.气温升高冰雪融化
C.室温下，水自动结成冰 D.生锈的铁变光亮
(2)自发过程具有的特点
①体系趋向于从 状态转变为 状态(体系对外部做功或者 热量)。
②在密闭条件下，体系有从 自发转变为 的倾向。
2.有下列化学反应：①白磷自燃、②氯化氢分解、③煤燃烧、④钠与水反应、⑤酸碱中和
应，其中属于能自发进行的化学反应(简称自发反应)的是 ，属于放热反是 。
3.自发过程和自发反应

自发过程
自发反应
含义
在温度和压强一定的条件下， 就能自发进行的过程
在给定的一组条件下，可以 进行到显著程度的化学反应
特征
具有 ，即反应的某个方向在一定条件下
是自发的，而其逆方向在该条件下是肯定
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

探究点一　化学反应进行的方向与焓变、熵变的关系
1.化学反应进行的方向与焓变的关系
(1)根据下图，回答有关问题。
①图1表示的反应 能量，为 热反应，体系能量由
到 ，趋向 ，该过程一般 自发进行。
②图2表示的反应 能量，为 热反应，体系能量由 到
，趋向 ，根据自发过程的特点，该反应一般 自发进行。
(2)分析下列反应进行的方向与ΔH之间的关系：
①NaOH(aq)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l)，酸碱中和反应是 热反应，ΔH 0，常温下 自发进行。
②2Na(s)＋2H2O(l)===2NaOH(aq)＋H2(g)，该反应是 热反应，ΔH 0，常温下 自发进行。
③NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)===CO2(g)＋CH3COONH4
(aq)＋H2O(l)　ΔH>0，该反应在常温下 自发进行。
④CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)　ΔH>0，该反应在常温下
自发进行，但在较高温度下 自发进行。
(3)自发反应与焓变的关系
多数自发进行的化学反应是放热反应，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
自发过程的体系趋向于由 转变为 ，体系的混乱度 。体系的混乱度常用熵来描述，熵的概念是表示体系的 程度的物理量，其符号为S。熵值越大，体系的 越大。
(2)影响熵大小的因素
①同一条件下，不同的物质熵值 。
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)熵判据
在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵 ，这个原理叫做 。在用 来判断反应进行的方向时，就称为熵判据。
①当ΔS>0时，反应为 反应，在一定条件下 自发进行。
②当ΔS<0时，反应为 反应，在一定条件下 自发进行。
(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·mol－1·K－1，该反应为熵减小的反应，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。
[归纳总结]
从能量角度(即焓变)看，化学反应有趋向于最低能量状态的倾向，而从熵变角度看，化学反应呈现最大混乱度的倾向，在实际的化学变化中，ΔH与ΔS倾向有时会出现矛盾，因此，在分析一个具体化学反应自发进行的方向时，不能孤立地使用焓判据或熵判据来分析，否则，可能会得出错误的结论。
[活学活用]
1.下列关于焓变与反应方向的叙述中正确的是 (　　)
A.化学反应的焓变与其反应的方向无关 B.化学反应的焓变直接决定了反应的方向
C.反应焓变为正值时不利于反应自发进行 D.焓变为负值的反应都能自发进行
2.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，其反应原理是2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)。由此可知，下列说法中正确的是 (　　)
A.该反应是熵增大的反应
B.该反应不能自发进行，因此需要合适的催化剂
C.该反应常温下能自发进行，高温和催化剂条件只是加快反应的速率
D.该反应常温下能自发进行，因为正反应是吸热反应
探究点二　焓变与熵变对反应方向的共同影响
1.用焓变和熵变的复合判据判断反应的方向
(1)由焓判据知放热反应是易进行的；由熵判据知熵值增加有利于反应的自发进行。很多情况下用不同的判据判定同一个反应时，可能会出现相反的判断结果。
(2)复合判据是ΔH－TΔS。即综合考虑焓变和熵变对体系的影响，判断反应进行的方向。
(3)在温度、压强一定的条件下，自发反应总是向ΔH－TΔS<0的方向进行，直至达到平衡状态。ΔH－TΔS<0　反应能自发进行 ΔH－TΔS＝0　反应达到平衡状态
ΔH－TΔS>0　反应不能自发进行
2.判断下列反应在常温常压下能自发进行的是________。
(1)2KClO3(s)===2KCl(s)＋3O2(g)
ΔH＝－78.03 kJ·mol－1　ΔS＝494.4 J·mol－1·K－1
(2)CO(g)===C(s，石墨)＋O2(g)
ΔH＝110.5 kJ·mol－1　ΔS＝－89.36 J·mol－1·K－1
(3)4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)===4Fe(OH)3(s)　
ΔH＝－444.3 kJ·mol－1　ΔS＝－280.1 J·mol－1·K－1
(4)CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)
ΔH＝178.2 kJ·mol－1　ΔS＝169.6 J·mol－1·K－1
[归纳总结]
1.复合判据判断反应方向的有关规律
(1)若ΔH<0，ΔS>0，则反应一定能自发进行。
(2)若ΔH>0，ΔS<0，则反应一定不能自发进行。
(3)当ΔH>0，ΔS>0或ΔH<0，ΔS<0时，反应能否自发进行与温度有关，一般低温时焓变影响为主，高温时熵变影响为主。
2.反应发生的条件有多种，ΔH－TΔS这个判据只能用于温度、压强一定条件下的反应，不能用于其他条件(如温度、体积一定)下的反应。
3.反应的自发性只能判断方向性，反应能否实现，还要看具体的反应条件。
[活学活用]
3.下列说法正确的是 (　　)
A.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
B.NH4HCO3(s)===NH3(g)＋H2O(g)＋CO2(g)　ΔH＝185.57 kJ·mol－1，能自发进行，原因是体系有自发地向混乱度增大的方向转变的倾向
C.因为焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓变和熵变均可以单独作为反应自发性的判据
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
课堂检测
1.下列说法中不正确的是 (　　)
A.体系有序性越高，熵值就越低 B.自发过程可以导致体系的熵增大
C.吸热反应不可以自发进行 D.同种物质气态时熵值最大
2.碳铵(NH4HCO3)在室温下就能自发地分解产生氨气，下列有关说法中正确的是(　　)
A.碳铵分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增大
B.碳铵分解是因为外界给予了能量
C.碳铵分解是吸热反应，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
3.已知石墨、金刚石燃烧的热化学方程式分别为
①C(s，石墨)＋O2(g)===CO2(g)ΔH＝－393.5 kJ·mol－1
②C(s，金刚石)＋O2(g)===CO2(g)ΔH＝－395.4 kJ·mol－1
关于金刚石和石墨的相互转化，下列说法正确的是(　　)
A.石墨转化成金刚石是自发的过程 B.金刚石转化成石墨是自发的过程
C.石墨比金刚石能量高 D.金刚石比石墨稳定
4.判断下列反应的熵值的变化，在每小题后面的横线上填上“增大”、“减小”或“无明显变化”。
(1)2H2(g)＋O2(g)2H2O(l) 。
(2)H2(g)＋Cl2(g)2HCl(g) 。
(3)(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g) 。
(4)Cu(s)＋Cl2(g)CuCl2(s) 。
4.判断下列反应的熵值的变化，在每小题后面的横线上填上“增大”、“减小”或“无明显变化”。
(1)2H2(g)＋O2(g)2H2O(l) (2)H2(g)＋Cl2(g)2HCl(g) 。
(3)(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g) (4)Cu(s)＋Cl2(g)CuCl2(s) 。
课后提升学案
一、自发过程的判断
1．下列过程是非自发的是 (　　)
A．水由高处向低处流
B．天然气的燃烧
C．铁在潮湿的空气中生锈
D．室温下液态水结成冰
2．实验证明，多数能自发进行的反应都是放热反应。对此说法的理解正确的是 (　　)
A．所有的放热反应都是自发进行的
B．所有的自发反应都是放热的
C．焓变是影响反应是否具有自发性的一种重要因素
D．焓变是决定反应是否具有自发性的唯一判据
3．知道了某过程有自发性之后，则 (　　)
A．可判断出过程的方向
B．可确定过程是否一定会发生
C．可预测过程发生完成的快慢
D．可判断过程的热效应
二、化学反应进行的方向与焓变、熵变的关系
4．下列说法中正确的是 (　　)
A．凡是放热反应都是能自发进行的反应，而吸热反应都是非自发进行的反应
B．自发反应一定是熵增加的反应，非自发反应一定是熵减小或不变的反应
C．熵增加且放热的反应一定是自发反应
D．非自发反应在任何条件下都不能发生
5．下列有关反应的方向说法不正确的是 (　　)
A．放热的自发过程都是熵值减小的过程
B．吸热的自发过程常常是熵值增加的过程
C．水自发地从高处流向低处，是趋向能量最低状态的倾向
D．常用能量判据、熵判据组成的复合判据判断反应进行的方向
6．下列自发反应可用焓判据来解释的是 (　　)
A．2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)
ΔH＝56.7 kJ·mol－1
B．(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g)
ΔH＝74.9 kJ·mol－1
C．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)
ΔH＝－572 kJ·mol－1
D．CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)
ΔH＝178.2 kJ·mol－1
7．对下列过程的熵变的判断不正确的是 (　　)
A．溶解少量食盐于水中：ΔS>0
B．纯碳和氧气反应生成CO(g)：ΔS>0
C．水蒸气变成液态水：ΔS>0
D．CaCO3(s)加热分解为CaO(s)和CO2(g)：ΔS>0
8．冰融化为水的过程的焓变和熵变正确的是 (　　)
A．ΔH>0，ΔS<0
B．ΔH<0，ΔS>0
C．ΔH>0，ΔS>0
D．ΔH<0，ΔS<0
9．298 K和1.00×105 Pa时，反应2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)　ΔH＝56.7 kJ·mol－1自发进行的原因是 (　　)
A．是吸热反应
B．是放热反应
C．是熵减小的反应
D．熵增大效应大于能量效应
三、复合判据的应用
10．下列关于化学反应的自发性叙述正确的是 (　　)
A．焓变小于0而熵变大于0的反应肯定是自发的
B．焓变和熵变都小于0的反应肯定是自发的
C．焓变和熵变都大于0的反应肯定是自发的
D．熵变小于0而焓变大于0的反应肯定是自发的
11.已知在等温等压条件下，化学反应方向的判据为
ΔH－TΔS<0　反应能正向自发进行
ΔH－TΔS＝0　反应达到平衡状态
ΔH－TΔS>0　反应不能自发进行
设反应A===D＋E　ΔH－TΔS＝(－4 500＋11T) J·mol－1，要防止反应发生，温度必须
(　　)
A．高于409 K
B．低于136 K
C．高于136 K而低于409 K
D．低于409 K
12．已知反应2CO(g)===2C(s)＋O2(g)的ΔH为正值，ΔS为负值。设ΔH和ΔS不随温度而变，下列说法中正确的是 (　　)
A．低温下能自发进行
B．高温下能自发进行
C．低温下不能自发进行，高温下能自发进行
D．任何温度下都不能自发进行
[能力提升]
13．在一定条件下，对于反应mA(g)＋nB(g)cC(g)＋dD(g)，C物质的浓度(C%)与温度、压强的关系如图所示，下列判断正确的是 (　　)

A．ΔH<0　ΔS>0 B．ΔH>0　ΔS<0
C．ΔH>0　ΔS>0 D．ΔH<0　ΔS<0
14．在图Ⅰ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Ⅱ，两种气体分子立即都占据了两个容器。这是一个不伴随能量变化的自发过程。关于此过程的下列说法不正确的是 (　　)

理想气体的自发混合
A．此过程是从混乱程度小的状态向混乱程度大的状态的变化过程，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．此过程是自发可逆的
D．此过程从有序到无序，混乱度增大
15．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。现把白锡制造的器皿放在273 K、100 kPa的室内存放，它会不会变成灰锡而不能继续使用 (　　)
(已知在273 K、100 kPa条件下白锡转化为灰锡的反应，其焓变和熵变分别为ΔH＝－2 180.9 J·mol－1，ΔS＝－6.61 J·mol－1·K－1)
A．会变 B．不会变
C．不能确定 D．升高温度才会变
16．某化学兴趣小组专门研究了氧族元素及其某些化合物的部分性质，所查资料信息如下：
①酸性：H2SO4>H2SeO4>H2TeO4

②氧、硫、硒与氢气化合越来越难，碲与氢气不能直接化合
③由某元素的单质生成等物质的量的氢化物的焓变情况如图所示。
请回答下列问题：
(1)H2与S化合的反应________热量(填“放出”或“吸收”)。
(2)已知H2Te分解反应的ΔS>0，请解释为什么Te和H2不能直接化合：
________________________________________________________________________。
(3)上述资料信息中能够说明硫元素的非金属性强于硒元素的是________(填序号)。
[拓展探究]
17．工业上用赤铁矿生产铁，可以选择的还原剂有C和H2。根据所学知识判断：哪一种还原剂可使反应自发进行的温度较低？
已知：Fe2O3(s)＋C(s)===2Fe(s)＋CO2(g)
ΔH＝233.8 kJ·mol－1，ΔS＝0.279 kJ·mol－1·K－1
Fe2O3(s)＋3H2(g)===2Fe(s)＋3H2O(g)
ΔH＝98 kJ·mol－1，ΔS＝0.144 2 kJ·mol－1·K－1

1．D　2.C　3.A 4．C　5．A　6．C　7.C　8.C　9.D 10．A　11．A　12．D　13．A　14．C　15．A
16．(1)放出　(2)因为化合时ΔH>0，ΔS<0，ΔH－TΔS>0，故反应不能自发进行
(3)①②③
17．用H2作还原剂时反应自发进行的温度较低。

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