2022-2022学年高中化学第2章化学反应的方向限度与速率第1节化学反应的方向学案鲁科版选修.doc

第1节　化学反应的方向
学习目标：1.了解焓变与熵变的含义。2.理解焓变、熵变与反应方向的关系。3.能综合运用焓变与熵变判断反应进行的方向。(难点)
[自 主 预 习·探 新 知]
1．反应焓变与反应方向
(1)自发过程
①含义：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。
②特点
a．体系趋向于从高能量状态转变为低能量状态。
b．在密闭条件下，体系趋向于从有序状态转变为无序状态。
c．具有方向性：即过程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肯定不能自发。
微点拨：自发过程需要在一定的温度和压强下才可以发生。
(2)反应焓变与反应方向的关系
①能自发进行的化学反应多数是ΔH＜0的反应。
②有些ΔH＞0的反应也能自发进行。
③反应的焓变是反应能否自发进行的影响因素，但不是唯一因素。
2．反应熵变与反应方向
(1)熵
①概念：描述体系混乱度的一个物理量，符号为S，单位是J·mol－1·K－1。
②特点：混乱度越大，体系越无序，体系的熵值就越大。
③影响因素。
a．同一物质：S(高温)＞S(低温)，S(g)＞S(l)＞S(s)。
b．不同物质：相同条件下不同物质具有不同的熵值，分子结构越复杂，熵值越大。
c．S(混合物)＞S(纯净物)。
(2)反应熵变

(3)反应熵变与反应方向
①二者关系。
—
②结论：熵变是与反应能否自发进行有关的一个因素，但不是唯一因素。
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。
3．焓变与熵变对反应的共同影响
(1)反应方向的判据
在温度和压强一定的条件下，化学反应的方向是反应的焓变和熵变共同影响的结果。反应的判据为ΔH－TΔS。
—
(2)文字表述
在温度和压强一定的条件下，自发反应总是向ΔH－TΔS＜0的方向进行，直至达到平衡状态。
(3)局限性
①只能用于一定温度和压强条件下的反应，不能用于其他条件下的反应。
②仅仅可以用于判断温度和压强一定的条件下反应自动发生的趋势，不能说明反应在该条件下能否实际发生。
微点拨：在ΔH和ΔS确定的情况下，温度有可能对反应的方向起决定作用。
[基础自测]
1．判断对错(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。)
(1)CaCO3(s)CaO(s)＋CO2(g)是一个熵减过程。(　　)
(2)－10 ℃的水结成冰，可用熵变的判据来解释该变化过程的自发性。(　　)
(3)吸热且熵增加的反应，温度越低反应越可能自发进行。(　　)
(4)由焓判据和熵判据组合而成的复合判据，将更适合于所有的过程。(　　)
(5)一个反应的ΔH－TΔS＝0，则该反应处于平衡状态。(　　)
[提示]　(1)×　CaCO3分解反应是一个气体物质的量增多的反应，故为熵增过程。
(2)×　－10 ℃的水结成冰是一个熵减过程，该过程能自发进行，应用焓变的判据解释，即ΔH＜0是该过程自发进行的主要原因。
(3)×　当ΔH＞0　ΔS＞0，温度越高越可能使ΔH－TΔS＜0，即有利于反应自发进行。
(4)√　(5)√
2．自发进行的反应一定是(　　)
A．吸热反应　　　　 B．放热反应
C．熵增加反应 D．ΔH－TΔS＜0
D　[ΔH－TΔS＜0的反应为自发进行的反应。]
3．下列对熵变的判断中不正确的是(　　)
A．少量的食盐溶解于水中：ΔS＞0
B．纯碳和氧气反应生成CO(g)：ΔS＞0
C．气态水变成液态水：ΔS＞0
D．CaCO3(s)受热分解为CaO(s)和CO2(g)：ΔS＞0
C　[A项，NaCl(s)―→NaCl(aq)　ΔS＞0；B项，2C(s)＋O2(g)2CO(g)　ΔS＞0；C项，H2O(g)―→H2O(l)　ΔS＜0；D项，CaCO3(s)CaO(s)＋CO2(g)　ΔS＞0。]
[合 作 探 究·攻 重 难]

化学反应方向的判断

合成氨反应是一个可逆反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)
ΔH＝－92.2 kJ·mol－1　ΔS＝－198.2 J·mol－1·K－1。
[思考交流]
1．请你根据正反应的焓变分析298 K下合成氨反应能否自发进行？
[提示]　能。正反应为放热反应，由高能态到低能态，可自发进行。
2．请你根据正反应的熵变分析298 K下合成氨反应能否自发进行？
[提示]　不能。正反应为气体体积减小的反应，ΔS＜0，混乱度减小，不能自发进行。
3．请你根据反应的复合判据分析298 K下合成氨反应能否自发进行？
[提示]　能。ΔG＝ΔH－TΔS＝－92.2 kJ·mol－1－298 K×(－198.2)×10－3 kJ·mol－1·K－1＝－33.136 4 kJ·mol－1＜0，反应在298 K时可以自发向正反应方向进行。
[对点训练]
1．某反应2AB(g)C(g)＋3D(g)在高温时能自发进行，其逆反应在低温时能自发进行，则该反应的ΔH、ΔS应为(　　)
【导学号：41722070】
A．ΔH＜0、ΔS＞0　　　 B．ΔH＜0、ΔS＜0
C．ΔH＞0、ΔS＞0 D．ΔH＞0、ΔS＜0
C　[A项，ΔH＜0、ΔS＞0时，ΔH－TΔS在任何温度下小于0；B项，ΔH＜0，ΔS＜0时，ΔH－TΔS在低温下小于0；C项，ΔH＞0、ΔS＞0时，ΔH－TΔS在高温下小于0；D项，ΔH＞0、ΔS＜0时，ΔH－TΔS在任何温度下大于0。]
2．在25 ℃、1.01×105 Pa下，反应2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)　ΔH＝56.7 kJ·mol－1能自发进行的合理解释是(　　)
【导学号：41722071】
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，但不能只用焓判据来判断反应进行的方向。该反应是熵增反应，且能够自发进行，说明该反应的熵增效应大于焓变效应，B项正确。]
3．对于平衡体系mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，下列结论正确的是(　　)
【导学号：41722072】
A．若此反应为放热反应，则该反应在任何条件下均可自发进行
B．若m＋n<p＋q，则此反应的ΔS＞0
C．若此反应的ΔH＞0、ΔS＜0，则该反应在任何条件下均可自发进行
D．无论m＋n与p＋q的大小关系如何，该反应过程均是熵增加的过程
B　[放热的熵增反应才能在任何条件下均可自发进行，A、C项错误；气体分子数增加，反应的ΔS＞0，故B项正确。]
4．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0 ℃、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0 ℃、100 kPa条件下白锡转化为灰锡的反应，焓变和熵变分别为ΔH＝－2 180.9 J·mol－1和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
A　[在等温、等压条件下，自发反应总是向着ΔH－TΔS＜0的方向进行，直至达到平衡状态。因此，在0 ℃、100 kPa条件下，白锡会不会变为灰锡的问题就转化为求算反应白锡→灰锡的ΔH－TΔS的问题。ΔH－TΔS＝－2 180.9 J·mol－1－273 K×(－6.61 J·mol－1·K－1)＝－376.37 J·mol－1＜0，因此在该条件下白锡会变为灰锡。]

利用ΔH－TΔS判断反应方向的方法
(1)符号判断法
ΔH
ΔS
ΔH－TΔS
反应情况
举　例
＜0
＞0
负值
在任何温度下反应都能自发进行
H2(g)＋F2(g)===2HF(g)
＞0
＜0
正值
在任何温度下反应都不能自发进行
2CO(g)===2C(s)＋O2(g)
＞0
＞0
低温为正；
高温为负
低温下反应不能自发进行；高温下反应能自发进行
CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)
＜0
＜0
低温为负；
高温为正
低温下反应能自发进行；高温下反应不能自发进行
NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)
(2)象限判断法

[当 堂 达 标·固 双 基]
[教师备选]
下列说法正确的是(　　)
A．氨气和氯化氢的反应是熵增加的反应
B．氨气和氯化氢的反应是焓增加的反应
C．碳酸氢铵的分解是熵值增加的反应
D．碳酸氢铵的分解由于是焓减小的反应，所以不能自发进行
C　[氨气和氯化氢的反应是气体体积减小的化合反应，所以熵减小、焓减小；碳酸氢铵的分解是一个气体体积增加的分解反应，所以是一个熵增加、焓增加的反应。]
1．以下反应均为自发反应，其中不能用焓判据解释的是(　　)
A．2Na(s)＋Cl2(g)===2NaCl(s)　ΔH＜0
B．C3H8(g)＋5O2(g)===3CO2(g)＋4H2O(l)　ΔH＜0
C．2NH4Cl(s)＋Ca(OH)2(s)===2NH3(g)＋CaCl2(s)＋2H2O(l)　ΔH＞0
D．2Mg(s)＋O2(g)===2MgO(s)　ΔH＜0
C　[C项反应的ΔH＞0，由焓判据判断反应不能自发进行，而题给条件是能自发进行，所以C项中的反应不能用焓判据解释。]
2．下列生活中的自发过程能用熵判据解释的是(　　)
A．自然界中水由高处往低处流
B．低于0 ℃时水变成冰
C．墨水滴到水中会扩散到整个水体
D．铁器暴露在潮湿的空气中会生锈并放出热量
C　[熵变在某种意义上可以理解为体系混乱程度的变化，体系中微粒排列越规则，熵越小，越混乱，熵越大。C项中墨水在水中扩散开是熵增加的过程。故选C项。]
3．对于化学反应，下列说法不正确的是(　　)
A．ΔH－TΔS＝0：可逆反应(化学平衡状态)
B．ΔH－TΔS＜0：非可逆反应(正向自发)
C．ΔH－TΔS＞0：非可逆反应(正向非自发，逆向自发)
D．ΔH＞0，ΔS＜0：可逆反应(正反应自发)
D　[ΔH－TΔS＝0表明反应为平衡状态，属于可逆反应；ΔH－TΔS＜0属于正向自发反应，逆向非自发反应，属于非可逆反应；ΔH－TΔS＞0属于逆向自发反应，正向非自发反应，是非可逆反应，故A、B、C项正确。对于D项，ΔH＞0，ΔS＜0，属于吸热、熵减的反应，正反应一定不能自发进行，故D项错误。]
4．已知电子工业中清洗硅片上的SiO2(s)的反应为SiO2(s)＋4HF(g)===SiF4(g)＋2H2O(l)　ΔH(298.15 K)＝－94.0 kJ·mol－1，ΔS(298.15 K)＝－75.8 J·mol－1·K－1，假设ΔH和ΔS不随温度而变化，则此反应自发进行时的温度___________________________________________________________
___________________________________________________________。
[解析]　要使反应能够自发进行，则ΔH－TΔS＜0，即－94.0 kJ·mol－1－T×(－75.8 J·mol－1·K－1)×10－3kJ·J－1＜0，故T＜≈1 240 K。
[答案]　小于1 240 K