高中化学人教版 (2019)选择性必修1第二章 化学反应速率与化学平衡第三节 化学反应的方向学案设计

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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
必备基础——自学·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：A.体系趋向于从________状态转变为________状态(体系对外部________或者________能量)。
B．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
在给定的一组条件下，可以________地进行到显著程度的化学反应。
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
A．物质的混乱度：体系的混乱度越大，熵值________；
B．同一条件下，不同物质的熵值________；
C．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
A．气体体积增大的反应，熵________；
B．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·ml－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。
[即学即练]
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＝
C．(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g)
ΔH＝
D．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)
ΔH＝－285.8 kJ·ml－1
3．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·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________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
核心素养——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>0
C．2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)在常温下能自发进行，则该反应的ΔH>0
D．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] 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·ml－1
ΔS＝＋160.4 J·(ml·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)。
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
素养形成——自测·自评
1.下列说法正确的是( )
A．能自发进行的反应一定能迅速发生
B．非自发进行的反应一定不可能发生
C．能自发进行的反应实际可能没有发生
D．常温下，2H2O通电2H2↑＋O2↑，即常温下水的分解反应是自发反应
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>0
B．碳和氧气反应生产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
3．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( )
5．298 K时，合成氨的反应为N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)，其中ΔH＝－92.2 kJ·ml－1，ΔS＝－198.2 J·(ml·K)－1。下列说法不正确的是( )
A．合成氨反应是放热反应
B．合成氨反应是熵减小的反应
C．合成氨反应在任何条件下都能自发进行
D．降低温度、增大压强都有利于平衡向生成氨的方向移动
6．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＋3H2高温、高压,催化剂2NH3。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·ml－1·K－1，则其在常温下________(填“能”或“不能”)自发进行。
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。
第三节 化学反应的方向
必备基础
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．自发
二、
1．(1)焓变 (2)降低 趋向
2．(1)混乱度 S J·ml－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
即学即练
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：D
3．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：C
4．答案：A
5．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
核心素养
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)ΔG＝ΔH－TΔS＝178.3 kJ·ml－1－298.15 K×160.4×10－3 kJ·(ml·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 K
素养形成
1．解析：反应的自发性只表明反应具有能自发进行的趋势，并不能说明反应一定进行，故A项错误，C项正确；非自发反应在有外力作用时有可能发生，故B项错误；“通电”是“输入能量”，水的分解反应借助了外力才能进行，为非自发反应，故D项错误。
答案：C
2．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：C
3．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：B
4．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：B
5．解析：合成氨反应的ΔH＝－92.2 kJ·ml－1<0，合成氨是放热反应，A项正确。合成氨反应的ΔS＝－198.2 J·(ml·K)－1<0，是熵减小的反应，B项正确。当ΔH－TΔS<0时，反应能自发进行，故反应在低温下能自发进行，C项错误。正反应为气体体积减小的反应，故增大压强，平衡向正反应方向移动；正反应放热，故降低温度平衡向正反应方向移动，D项正确。
答案：C
6．解析：ΔH－TΔS＝－92.4 kJ·ml－1－298 K×(－0.198 2 kJ·ml－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·ml－1 (2)能
选项
内容
结论
A
H2O(g)变成H2O(l)
ΔS＞0
B
硝酸铵溶于水可自发进行
因为该反应的ΔS>0
C
一个反应的ΔH＞0，ΔS＞0
反应一定不能自发进行
D
H2(g)＋F2(g)===2HF(g)的ΔH＝－271 kJ·ml－1，ΔS＝＋8 J·ml－1·K－1
反应在任意温度下都不能自发进行