2020-2021学年第一单元 化学反应速率导学案

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第1课时　化学反应的方向课程目标1．了解自发过程与自发反应的含义。2．了解熵变的含义。3．能用ΔH－TΔS判断化学反应进行的方向。 图说考点  基 础 知 识 自学·思记·尝试 [新知预习]一、自发过程与自发反应1．自发过程（1）含义：在一定条件下，　　　　　　　　就可以自动进行的过程。（2）特点：①体系趋向于从　　　　状态转变为　　　　状态（体系对外部　　　　或者　　　　能量）。②在密闭条件下，体系有从　　　　自发转变为　　　　的倾向，即　　　　原理。2．自发反应在一定条件下，能　　　　进行的反应。二、化学反应进行方向的判据1．焓判据（1）用　　　　来判断反应进行的方向。（2）放热反应过程中体系能量　　　　　　，具有自发进行的　　　　　　。2．熵判据（1）熵用来量度体系　　　　的一个物理量，符号为　　　　，单位为　　　　　　　　。（2）熵值大小判据①物质的混乱度：体系的混乱度越大，熵值　　　　；②同一条件下，不同物质的熵值　　　　；③物质的存在状态，同一物质：S（g）　　　S（l）　　　S（s）。（3）熵增原理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　　　　）　　　　零（填“大于”“小于”或“等于”）。（4）熵判据用　　　　来判断反应进行的方向。（5）熵变的判断①气体体积增大的反应，熵　　　　；②气体体积减小的反应，熵　　　　。三、焓变与熵变对反应方向的共同影响1．反应方向的判据体系自由能变化（符号为ΔG，单位为kJ·mol－1）综合考虑了焓变和熵变对体系的影响，可用于化学反应自发进行方向的判断：ΔG＝ΔH－TΔS。（1）ΔG　　　　0　反应能自发进行。（2）ΔG＝0　反应达到平衡状态。（3）ΔG　　　　0　反应不能自发进行。2．文字表达在　　　　、　　　　一定的条件下，自发反应总是向ΔH－TΔS　　　　的方向进行，直至达到　　　　状态。  [即时性自测]1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”（1）吸热反应不可能自发进行。（　　）（2）体系有序性越高，熵值就越低。（　　）（3）自发过程一定导致体系的熵增大。（　　）（4）焓变是决定反应是否具有自发性的一种重要因素。（　　）（5）反应2Mg（s）＋CO2（g）===C（s）＋2MgO（s）能自发进行，则该反应的ΔH<0。（　　）（6）某反应在一定条件下能正向自发进行，则该条件下其逆反应必定不能自发进行。（　　）2．下列自发反应可用焓判据来解释的是（　　）A．Ba（OH）2·8H2O和氯化铵的反应B．2N2O5（g）===4NO2（g）＋O2（g）　ΔH＝＋56.7 kJ·mol－1C.（NH4）2CO3（s）===NH4HCO3（s）＋NH3（g）　ΔH＝＋74.9 kJ·mol－1D．2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH＝－285.8 kJ·mol－13．以下自发反应不可用熵判据来解释的是（　　）A．CaCO3（s）＋2HCl（aq）===CaCl2（aq）＋CO2（g）＋H2O（l）B．NH4Cl（s）===NH3（g）＋HCl（g）C．2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）D．2C（s）＋O2（g）===2CO（g）4．下列说法正确的是（　　）A．放热反应不一定是自发进行的反应B．吸热反应一定是非自发进行的反应C．自发进行的反应一定容易发生D．反应速率快的反应一定是自发进行的5．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·mol－1，ΔS＝－145.3 J·mol－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________________________________________________________________________________________________________________________________________________。   技 能 素 养 合作·探究·分享提升点　化学反应进行方向的判断[例]　下列判断正确的是（　　）A．反应4Fe（s）＋3O2（g）===2Fe2O3（s）常温下可自发进行，该反应为吸热反应B．反应N2（g）＋3H2（g）⇌2NH3（g）的ΔH<0，ΔS>0C．2NO（g）＋2CO（g）===N2（g）＋2CO2（g）在常温下能自发进行，则该反应的ΔH>0D．反应NH3（g）＋HCl（g）===NH4Cl（s）在室温下可自发进行，则该反应的ΔH<0  状元随笔  解题的关键是判断反应是熵减反应还是熵增反应。   [提升]　（1）化学反应：CaCO3（s）===CaO（s）＋CO2（g）ΔH（298 K）＝＋178.2 kJ/mol，ΔS（298 K）＝＋169.6 J/（mol·K），常温下该反应　　　　（填“能”或“不能”）自发进行，CaCO3的分解反应要自发进行，温度T应高于　　　　K。（2）化学反应2NO（g）＋2CO（g）===N2（g）＋2CO2（g）在298 K、100 kPa下：ΔH＝－113.0 kJ/mol，ΔS＝－145.3 J/（mol·K），反应在常温下　　　　（填“能”或“不能”）自发进行。（3）反应2HCl（g）===H2（g）＋Cl2（g），已知：HCl（g）的S＝＋186.6 J/（mol·K），H2（g）的S＝＋130 J/（mol·K），Cl2（g）的S＝＋233 J/（mol·K），则该反应的ΔS＝　　　　。（4）已知2CO（g）⇌CO2（g）＋C（s），T＝980 K时ΔH－TΔS＝0。当体系温度低于980 K时，估计ΔH－TΔS　　　　0（填“大于”“小于”或“等于”，下同）；当体系温度高于980 K时，估计ΔH－TΔS　　　　0。   状元随笔　在用判据ΔH－TΔS判断时要注意ΔH与ΔS的单位的差别，需要转换。（1）不能片面地用焓判据、熵判据孤立判断。（2）不能忽视温度在大多数化学反应方向判断中的作用。（3）不能错误认为“自发反应”不需要任何条件。（4）不能忽视ΔH、T、ΔS单位的协调一致。   [关键能力]1．熵值大小判断方法：①从物质状态判断：物质在气态时熵值最大，液态较小，固态时最小，即S（g）>S（l）>S（s）。②从物质的量的大小判断：物质的量越大、分子数越多，熵值越大。③不同物质熵值间的关系：物质的组成越复杂其熵值越大，一般组成物质的原子种类相同时，一个分子中原子数目越多，其混乱度就越大，熵值也越大。④固体的溶解过程、液体和气体的扩散过程，是熵增加的过程。⑤产生气体的反应和气体的物质的量增加的反应，是熵增加的过程。2．复合判据的应用   形成性自评1．下列过程属于非自发过程的是（　　）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．室温下水结成冰2．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>0B．碳和氧气反应生产CO（g）：ΔS>0C．气态水变成液态水：ΔS>0D．CaCO3（s）受热分解为CaO（s）和CO2（g）：ΔS>03．已知反应FeO（s）＋C（s）===CO（g）＋Fe（s）的ΔH＞0，ΔS＞0（假定ΔH、ΔS不随温度而变化），下列叙述正确的是（　　）A．低温下为自发过程，高温下为非自发过程B．高温下为自发过程，低温下为非自发过程C．任何温度下均为非自发过程D．任何温度下均为自发过程4．下列内容与结论相对应的是（　　）选项内容结论AH2O（g）变成H2O（l）ΔS＞0B硝酸铵溶于水可自发进行因为该反应的ΔS>0C一个反应的ΔH＞0，ΔS＞0反应一定不能自发进行DH2（g）＋F2（g）===2HF（g）的ΔH＝－271 kJ·mol－1，ΔS＝＋8 J·mol－1·K－1反应在任意温度下都不能自发进行5.闪电时空气中的N2和O2会发生反应：N2（g）＋O2（g）===2NO（g）　ΔH＝＋180.50 kJ/mol，ΔS＝＋247.3 J/（mol·K），若不考虑温度对该反应焓变的影响，则下列说法中正确的是（　　）A．在1 000 ℃时，此反应能自发进行B．在1 000 ℃时，此反应不能自发进行C．该反应能自发进行的最低温度约为730 ℃D．该反应能自发进行的最高温度约为730 K6．已知在100 kPa、298.15 K时石灰石分解反应：CaCO3（s）⇌CaO（s）＋CO2（g）　ΔH＝＋178.3 kJ·mol－1ΔS＝＋160.4 J·（mol·K）－1，则：（1）该反应　　　　（填“能”或“不能”）自发进行。（2）据本题反应数据分析，温度　　　　（填“能”或“不能”）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　　　　（结果保留一位小数）。7．氨的工业合成工艺的成熟推动了人类文明的进步，不少科技工作者为了寻找廉价的氨的制备方法，进行了前赴后继的探索性工作。用氢气和氮气合成氨是一个可逆反应，化学方程式为N2＋3H22NH3。已知，在常温下，1 g H2完全转化为NH3，放出的热量为15.4 kJ。（1）请写出该反应的热化学方程式：________________________________________________________________________。（2）如果一个反应的ΔH－TΔS<0，则该反应能够自发进行。已知上述氨的合成反应的ΔS＝－198.2 J·mol－1·K－1，则其在常温下　　　　（填“能”或“不能”）自发进行。8．氢单质及其化合物是人类赖以生存的重要资源。回答下列问题：（1）肼（N2H4）是一种液态火箭推进剂。分解的能量变化如图所示：①正反应的活化能为：　　　　 kJ/mol。气态肼分解的热化学方程式为　　　　　　　　　　　　。②气态肼分解反应的ΔS　　　　　　　　（填“>”“<”或“＝”）0，该反应能自发进行的条件为：　　　　（填“高温”“低温”或“任意温度”）。（2）氢气是有发展潜力的清洁能源。 由冰为原料，获取氢气的过程为：H2O（s）H2O（l）H2O（g）H2（g）和O2（g）①三个转化的ΔS　　　　（填“>”“<”或“＝”）0，②工业上完成转化③一般有两种途径：电解或者高温，若采用电解的方法，则能量转化形式为　　　　能转化为　　　　能；若采用高温，已知：2H2O（l）===2H2（g）＋O2（g）　ΔH＝＋572 kJ·mol－1，ΔS  (298K)＝＋520 J/(mol·K)则要是反应自发进行，最低温度为　　　　K（假设反应的焓变与熵变不随温度变化而变化，结果保留整数）。 练后感悟1．焓变和熵变都与反应的自发性有关，都不能独立作为自发性的判据，必须综合考虑体系的焓变和熵变。2．根据ΔH－TΔS＜0判断的只是反应自发进行的可能性，具体反应能否实际发生，还涉及反应速率的问题。    第1课时　化学反应的方向基础知识新知预习一、1．(1)不用借助于外力　(2)高能　低能　做功　释放　有序　无序　熵增2．自动二、1．(1)焓变　(2)降低　趋向2．(1)混乱度　S　J·mol－1·K－1　(2)越大　不同　>　>　(3)增加　ΔS　大于　(4)熵变　(5)增加　减小三、1．(1)<　(3)>2．温度　压强　<0　平衡即时性自测1．答案：(1)×　(2)√　(3)×　(4)√　(5)√　(6)√2．解析：焓判据可以解释放热过程可以自发进行，A项、B项和C项中的反应均为吸热反应。答案：D3．解析：熵判据是ΔS>0的反应自发进行。A、B、D选项中都有显著的熵增，可用熵判据解释。答案：C4．答案：A5．解析：ΔG＝ΔH－TΔS＝－113.0 kJ·mol－1－298 K×(－145.3×10－3 kJ·mol－1·K－1)＝－69.7 kJ·mol－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·mol－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技能素养例　解析：A、C、D中反应均为熵减反应，且在常温下均能自发进行，故根据ΔH－TΔS<0判断三个反应均属于放热反应，故A、C错误，D正确；B中反应为熵减反应，ΔS<0，B错误。答案：D提升　解析：(1)298 K时，ΔH－TΔS＝＋178.2  kJ·mol－1－298 K×169.6×10－3 kJ/(mol·K)≈128  kJ·mol－1＞0，故常温下该反应不能自发进行。当ΔH－TΔS＝0时，T＝＝≈1 051 K，故当T＞1 051 K时，ΔH－TΔS＜0，反应才能自发进行。(2)298 K时，ΔH－TΔS＝－113.0  kJ·mol－1－ 298  K×[－145.3×10－3 kJ/(mol·K)]≈－69.7  kJ·mol－1＜0，因此常温下该反应能自发进行。(3)ΔS＝130 J/(mol·K)＋233 J/(mol·K) －2×186.6 J/(mol·K)＝－10.2 J/(mol·K)。(4)反应C(s)＋CO2(g)===2CO(g)为吸热反应，ΔH＞0，则2CO(g)===CO2(g)＋C(s)为放热反应，ΔH＜0，且该反应ΔS＜0，则当T＜980 K时，ΔH－TΔS＜0，T＞980 K时，ΔH－TΔS＞0。答案：(1)不能　1 051　(2)能　(3)－10.2 J/(mol·K)　(4)小于　大于形成性自评1．解析：自然界中水由高处向低处流、天然气的燃烧、铁在潮湿的空气中生锈、室温下冰的融化都属于自发过程，其逆向都是非自发的。答案：D2．解析：食盐溶于水是典型的熵增加过程；2C(s)＋O2(g)===2CO(g)，气体的物质的量增大，为熵增加的反应；气态水变成液态水是体系混乱度减小的过程，为熵减小的过程；CaCO3(s)分解产生了气体，为熵增加的反应。答案：C3．解析：ΔH＞0，ΔS＞0，低温下，ΔG＝ΔH－TΔS＞0，反应不能自发进行，高温下，ΔG＝ΔH－TΔS＜0，反应能自发进行，故B正确。答案：B4．解析：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。答案：B5．解析：反应能否自发进行取决于焓变和熵变的综合判据，由反应N2(g)＋O2(g)===2NO( g)　ΔH＝＋180.50  kJ·mol－1，ΔS＝＋247.3 J/(mol·K)，可知该反应吸热，且熵值增大，根据ΔG＝ΔH－TΔS判断，若反应能自发进行，必须满足ΔH－TΔS<0才可，即180.50  kJ·mol－1－T×247.3×10－3 kJ/(mol·K)<0，解得T>730 K(约456.85 ℃)，则该反应在T>730 K(约456.85 ℃)时能自发进行，A项正确。答案：A6．解析：(1)ΔG＝ΔH－TΔS＝178.3 kJ·mol－1－298.15 K×160.4×10－3 kJ·(mol·K)－1≈130.5 kJ·mol－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ΔG＝ΔH－TΔS可知，在温度较高的时候，ΔG可能小于0。(3)根据ΔG＝ΔH－TΔS<0时反应自发进行，则有：T>ΔH/ΔS≈1 111.6 K。答案：(1)不能　(2)能　(3)1 111.6 K7．解析：ΔH－TΔS＝－92.4 kJ·mol－1－298 K×(－0.198 2 kJ·mol－1·K－1)<0，所以可以自发进行。答案：(1)N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1　(2)能8．解析：(1)①由图可知正反应的活化能为：(a＋50.7) kJ/mol。气态肼分解的热化学方程式为N2H4(g)===N2(g)＋2H2(g)　ΔH＝＋50.7 kJ·mol－1；②由于该反应气体分子总数增多，所以ΔS>0；由于该反应ΔS>0，ΔH>0，因此高温自发； (2)①前两个转化为状态转化，由于同一物质的熵气体>液态>固态，所以①②的ΔS大于0；③为液体转化为气体的反应，所以ΔS大于0；②电解水的能量转化形式为：电能转化为化学能；根据ΔH－TΔS＝572×1 000－T×520<0，所以T >1 100 K。答案：(1)①a＋50.7　N2H4(g)===N2(g)＋2H2(g)　ΔH＝　②>　高温(2)①>　②电　化学　1 100