高中化学人教版 (2019)选择性必修1第三节 化学反应的方向导学案

这是一份高中化学人教版 (2019)选择性必修1第三节 化学反应的方向导学案，共17页。学案主要包含了自发过程与自发反应，焓判据，熵判据，复合判据等内容，欢迎下载使用。
第11讲化学反应的方向



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课前引入
自然界有一些过程是自发进行的，而且是有方向性的。
例如，水总是自发地从高处流向低处，放在书包里的耳机线总是自发地缠绕到一起，而相反的过程却不能自发进行。

有些化学反应也是自发进行的，而且具有方向性。
那么，如何判断化学反应自发进行的方向呢?


知识精讲

一、自发过程与自发反应
1．自发过程：在一定条件下，不需借助外力就能____________的过程。
（1）特点：①高能状态→低能状态（对外做功或释放热量）；②有序→无序（无序体系更加稳定）。
（2）实例：高山流水，自由落体，冰雪融化。
2．自发反应：在给定的条件下，可以____________到显著程度的化学反应。如：钢铁生锈。
3．特征：具有____________，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。
【答案】自发进行自发进行方向性
思考与交流：自发反应不需要任何条件就能自发进行吗？

【答案】不是，如H2和O2反应需要点燃。

二、焓判据
1．放热过程中体系能量_______，ΔH_______，具有自发的倾向。
2．实验发现，大多数放热反应是可以自发进行的。
如：Zn(s) +CuSO4(aq) =ZnSO4 (aq) +Cu(s)ΔH =-216.8kJ/mol
3．有些吸热反应也可以自发进行，如Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应是吸热的，但是这个反应却是可以自发进行的，故不能只根据放热或者吸热来判断化学反应的方向，焓变只是影响反应方向的一种因素。
【答案】降低＜0

三、熵判据
1．熵的定义
描述体系_____________的物理量，一般用S表示。熵值越大，体系的混乱度_______。
2．熵的大小
同种物质的熵值与其存在状态有关，S(g)____ S(l)____ S(s)。
3．熵判据
体系的混乱度（即熵值）增加， ΔS＞0，反应有自发的倾向。
有些熵减的过程也能自发进行，如乙烯聚合为聚乙烯的反应，故熵变只是影响反应方向的一种因素。
【答案】混乱程度越大＞＞

四、复合判据（自由能ΔG）
1. 定义：在等温、等压条件下的封闭体系中，自由能的变化ΔG = ΔH﹣TΔS。(单位为kJ/mol)
2. 判断标准：
（1）当ΔG0时，反应不能自发进行。
情况
焓变
熵变
自由能变化
反应能否自发进行
①
ΔH＜0
ΔS＞0
_________
_________
②
ΔH＞0
ΔS＜0
_________
_________
③
ΔH＜0
ΔS＜0
_________
_________
④
ΔH＞0
ΔS＞0
_________
_________
【答案】ΔG＜0 能
ΔG＞0 不能
无法判断无法判断
无法判断无法判断

及时小练
判断下列4个反应能否自发进行，如能，需要在什么条件下？
(1) ________________________
(2)________________________
(3) ________________________
(4) ________________________

【答案】任何温度下都能自发进行任何温度下都不能自发进行低温下能自发进行高温下能自发进行

对点训练

题型一：自发过程与自发反应
【例1】（2021·莆田第七中学高二期末）下列过程是非自发的是
A．水由高处向低处流
B．氯气和溴化钾溶液的反应
C．铁在潮湿空气中生锈
D．室温下水结成冰
【答案】D
【详解】
A．水由高处向低处流，是自发进行的过程，故A不选；
B．氯气的氧化性比溴强，氯气能够与KBr溶液发生置换反应，属于自发进行的过程，故B不选；
C．铁生锈为自发进行的氧化还原反应，反应放热，常温下可自发进行，故C不选；
D．室温下冰会自发的融化，室温下水结成冰不是自发进行的过程，故D选；
故选D。

题型二：熵的大小比较
【例2】（2021·浙江高考真题）相同温度和压强下，关于物质熵的大小比较，合理的是
A． B．
C． D．
【答案】B
【详解】
A．和物质的量相同，且均为气态，含有的原子总数多，的摩尔质量大，所以熵值，A错误；
B．相同状态的相同物质，物质的量越大，熵值越大，所以熵值，B正确；
C．等量的同物质，熵值关系为：，所以熵值，C错误；
D．从金刚石和石墨的结构组成上来看，金刚石的微观结构更有序，熵值更低，所以熵值，D错误；
答案为：B。

【变2】（2021·巴楚县第一中学高二期中）判断下列反应的熵值的变化，在横线上填入“增大”“减小”或“不变”。
(1)：_______。
(2)：_______。
【答案】减小不变
【详解】
(1)反应中，气体分子数减少，混乱度减小，熵减小；
(2)反应中，气体分子数不变，混乱度几乎不变，熵几乎不变。

题型三：自由能判断反应进行的方向
【例3】（2021·河南高二期中）化学反应进行的方向是一个比较复杂的问题。下列有关说法正确的是
A．反应的
B．在不同状态时的熵值：
C．反应能否自发进行与温度有关
D．或的反应一定能自发进行
【答案】C
【详解】
A．反应的气体分子数减少，该反应的，选项A错误；
B．同一物质在固态时的熵值小于气态时的熵值，选项B错误；
C．反应的气体分子数增加，，又因为，时，反应能自反进行，因此选项所给反应能否自发进行与温度有关，选项C正确；
D．且的反应一定能自发进行，选项D错误；
答案选C。
【变3-1】（2021·云南丽江市·丽江第一高级中学高二期中）下列说法不正确的是
A．室温下不能自发进行，说明该反应的
B．放热及熵增加的反应，一定能自发进行
C．已知反应，高温下为自发过程，低温下为非自发过程
D．知道了某过程有自发性之后，则可确定过程是否一定会发生
【答案】D
【详解】
A．根据反应方程式，该反应为熵增，根据进行分析，该反应不能自发进行，＞0，因此可以说明该反应为，故A说法正确；
B．放热反应，推出＜0，熵增，推出＞0，根据复合判据，任何温度下，该反应都能自发进行，故B说法正确；
C．该反应是熵增，推出＞0，该反应，根据复合判据，高温下能够自发进行，低温下非自发进行，故C说法正确；
D．过程的自发性只能用于判断过程的方向，不能确定过程是否一定会发生和过程发生的概率，故D说法错误；
答案为D。
【变3-2】（2021·汕头市第一中学高二期末）现有两个热化学反应方程式：
(l)+H2(g)(l) ΔH＞0 ①
(l)+2H2(g)(l) ΔH＜0 ②
下列说法正确的是
A．反应①②中都存在：ΔS＞0
B．反应①一定不能自发进行
C．在通常情况下，①②都能自发进行
D．反应②高温时，可自发进行
【答案】B
【详解】
A．由题中热化学反应方程式可知，反应①②均为熵减反应，即ΔS＜0，A项错误；
B．由题可知，反应①ΔH＞0，ΔS＜0，则ΔH-TΔS＞0，所有温度下反应都不能自发进行，B项正确；
C．由B项可知，反应①在所有温度下都不能自发进行；反应②的ΔH＜0，ΔS＜0，则在低温条件下，ΔH-TΔS＜0，即反应②低温时，可自发进行，C项错误；
D．由题可知，反应②ΔH＜0，ΔS＜0，则在低温条件下，ΔH-TΔS＜0，即反应②低温时，可自发进行，D项错误；
答案选B。
【例4】（2021·云南省云天化中学高二期中）某化学反应A(s)=D(g)+E(g)　ΔH-TΔS=(-4500+11T)kJ·mol-1(其中ΔH为焓变，ΔS为熵变，T为热力学温度，单位为K)，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
【答案】A
【详解】
要防止反应发生，ΔH-TΔS＞0，则-4500+11T＞0，解得T＞409，答案选A。
【例5】（2021·河南高二月考）已知体系自由能变化时反应能自发进行．两个氢化反应的与温度的关系如图所示，下列说法正确的是

A．反应①的
B．反应②在时的反应速率很快
C．温度大于时，反应①能自发进行
D．反应②的
【答案】C
【分析】
由图像分析可知：反应①随温度的升高，逐渐减小；反应②随温度的升高逐渐增大，结合分析解答。
【详解】
A．反应①随温度的升高，逐渐减小，则，故A错误；
B．该题我们可以推测自发反应时的温度，但无法推测什么温度的反应快慢，故B错误；
C．因时，反应能自发进行，反应①在温度大于1000℃时，故此时反应①能自发进行，故C正确；
D．根据数学知识可知，为该图像的截距，而反应而的截距小于0，故，故D错误；
答案选C。
【变5-1】（2021·全国高二课时练习）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”或“”或“”或“>不能
【详解】
(1)由于在中燃烧生成为放热反应，则二氧化碳分解生成和氧气的反应为吸热反应，，根据化学方程式可知，反应后气体的化学计量数之和增加，，故低温下，反应不能自发进行。
(2)时反应自发进行，通过化学方程式可知常温下，常温下反应能够自发进行，则。
(3)①根据时反应自发进行，已知，，则常温下不能自发进行；
②该反应的、，高温条件下能使，而常温条件下，则该反应中温度能成为决定反应进行方向的因素。
(4)该反应的、，则高温时，反应能自发进行。
(5)已知某吸热反应能自发进行，即，，则。

【例7】（2021·江苏徐州市·邳州宿羊山高级中学高二月考）课本里介绍的合成氨技术叫哈伯法，是德国诺贝尔化学奖获得者哈伯发明的。其合成原理为：△H＜0，△S＜0。
(1)下列关于工业合成氨的说法不正确的是___________
A．因为△H＜0，所以该反应一定能自发进行
B．因为△S＜0，所以该反应一定不能自发进行
C．在高温下进行是为了提高反应物的转化率
D．使用催化剂加快反应速率是因为催化剂降低了反应的△H
(2)在恒温恒容密闭容器中进行合成氨的反应，下列能说明该反应已达到平衡状态的是___________
a．容器内N2、H2、NH3的浓度之比为1∶3∶2
b．v正(N2)=v逆(H2)
c．容器内压强保持不变
d．混合气体的密度保持不变
【答案】ABCDc
【详解】
(1)A．反应自发进行需要根据△H-T△S＜0判断，只靠△H判断不准确，故A错误；
B．根据△H-T△S＜0判断反应的自发性，只靠△S判断不准确，故B错误；
C．该反应为放热反应，高温不利于反应物的转化，在高温下进行，是为了加快反应速率，故C错误；
D．使用催化剂加快反应速率是因为催化剂降低了反应的活化能，催化剂不能改变反应的△H，故D错误；
故答案为：ABCD；
(2)a．容器内N2、H2、NH3的浓度之比为1∶3∶2不能说明各组分含量保持不变，不能说明反应达到平衡状态，故a不选；
b．3v正(N2)=v逆(H2)，反应达到平衡，则v正(N2)=v逆(H2)没有达到平衡状态，故b不选；
c．该反应前后气体分子数发生变化，恒容容器内压强保持不变，说明各组分含量保持不变，反应达到平衡，故c选；
d．混合气体总质量不变，恒容容器中气体的体积不变，则气体的密度始终保持不变，混合气体的密度保持不变，不能说明反应达到平衡，故d不选；
故答案为：c。

提分特训

【题1】（2021·厦门市湖滨中学高二开学考试）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
【答案】B
【详解】
A．△H-T△S＜0的反应可自发进行，则常温下放热反应、吸热反应均可能自发进行，故A错误；
B．△H=+185.57 kJ•mol-1，能自发进行的原因是△S＞0，可满足△H-T△S＜0，故B正确；
C．焓变和熵变单独作为反应自发性的判断依据，不够准确，故C错误；
D．使用催化剂不能改变化学反应进行的方向，故D错误；
故选：B。
【题2】（2020·新源县第二中学高二期末）下列说法中正确的是
A．吸热反应反应一定不能发生反应
B．某吸热反应能自发进行，因此该反应是熵增反应
C．需要加热才能发生的反应，一定是吸热反应
D．催化剂可以改变反应进行的方向
【答案】B
【详解】
A．吸热反应在一定条件下能发生反应，例如加热时碳和二氧化碳可以反应生成CO，A错误；
B．某吸热反应能自发进行，即ΔH＞0，根据ΔG=ΔH－TΔS＜0可知该反应一定是熵增反应，B正确；
C．需要加热才能发生的反应，不一定是吸热反应，例如碳燃烧等，C错误；
D．催化剂可以改变反应速率，不能改变反应进行的方向，D错误；
答案选B。
【题3】（2021·全国高二课时练习）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个重要因素
D．焓变是决定反应是否具有自发性的唯一因素
【答案】C
【详解】
多数能自发进行的反应都是放热反应，并不是所有自发进行的反应都是放热反应，如氯化铵晶体与氢氧化钡晶体的反应是自发进行的吸热反应，所以只能说焓变是影响反应是否具有自发性的一个重要因素，但不是唯一因素，C正确。
故选C。
【题4】（2021·贵州遵义市·）在工业生产中，对能够发生的化学反应，研究和选择合适的反应条件才有实际意义。恒温恒压下，下列过程一定不能自发进行的是
A．4HCl(g)+O2(g)=2Cl2(g)+2H2O(g)△H0
【答案】D
【分析】
根据△G=△H-T△S，若△H＜0且△S＞0，则反应自发进行；若△H＞0且△S＜0，则反应不能自发进行；若△H＞0且△S＞0，则反应在高温下自发进行；若△H＜0且△S＜0，则反应在低温下自发进行。
【详解】
A．随着反应的进行，气体的物质的量减少，△S＜0，又△H0，△S＜0，则△H-T△S>0任何温度下都不能自发进行，故B正确；
C．若△H＜0，△S>0，则△H-T△SS[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
【答案】B
【详解】
A．物质聚集状态不同熵值不同，气体 S>液体 S>固体 S，1molSO3在不同状态时的熵值：S[SO3(s)]