高中第三节 化学反应的方向优秀学案

这是一份高中第三节 化学反应的方向优秀学案，共10页。
一、自发过程与自发反应
1．自发过程
(1)含义：在一定条件下，不用借助外力就可以自发进行的过程。例如高山流水、自由落体。
(2)特点
①体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或释放热量)。
②在密闭条件下，体系有从有序自发转变为无序的倾向(无序体系更加稳定)。
(3)非自发过程：在一定条件下，需持续借助外力才能进行的过程。
2．自发反应
(1)含义：在给定的条件下，无需外界帮助，一经引发即能自动进行的反应，称为自发反应。例如钢铁生锈。
(2)非自发反应：不能自发进行，必须借助某种外力才能进行的反应。
3．应用
(1)自发反应可被用来做“有用功”。例如H2的燃烧可设计成燃料电池。
(2)非自发过程要想发生，必须对它做功。例如通电将水分解为H2和O2。
(1)在一定条件下，不用借助外力就能自发进行的过程是自发过程( )
(2)室温下冰变成水属于自发过程( )
(3)能自发进行的反应，反应速率一定很大( )
答案 (1)√ (2)√ (3)×
1．已知：①2H2＋O2eq \(=====,\s\up7(点燃))2H2O；②2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2H2↑＋O2↑。①是自发反应，②是非自发反应，通过对上述反应的分析，思考：
(1)自发反应不需要任何条件就能发生吗？
(2)非自发反应一定不能发生吗？
提示 (1)自发反应也需要一定条件引发反应，一旦反应后即可自发进行。
(2)非自发反应在一定条件下能发生。
2．知道了某个反应是自发反应后，能否知道某条件下是否发生？能否预测反应的快慢？
提示 判断某反应是否自发，只是判断反应的方向，与是否会发生、反应的快慢无关。
1．下列关于自发反应的叙述正确的是( )
A．自发反应的逆过程在相同条件下也必定是自发的
B．铁在潮湿的空气中生锈属于非自发反应
C．自发过程可以是物理过程，不一定是自发反应，而自发反应一定是自发过程
D．自发反应与外界条件无关
答案 C
2．过程自发性的作用是( )
A．判断过程的方向
B．确定过程是否一定会发生
C．判断过程发生的速率
D．判断过程的热效应
答案 A
二、化学反应进行方向的判据
1．焓变与化学反应的方向
(1)放热反应过程中体系能量降低，因此具有自发进行的倾向，科学家提出用焓变(能量变化)来判断反应进行的方向，这就是焓判据(能量判据)。
(2)焓变与化学反应进行方向的关系
①大多数放热反应是可以自发进行的。例如燃烧反应、中和反应等。
②有些吸热反应也可以自发进行，如：
2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g) ΔH＝＋109.8 kJ·ml－1。
(3)结论：反应的焓变是制约化学反应能否自发进行的因素之一，但不是唯一因素。
2．熵变与化学反应的方向
(1)熵、熵变的概念
(2)熵值大小
①体系的熵值：体系的混乱程度越大，体系的熵值就越大。
②物质的熵值：同一种物质的熵值S(g)＞S(l)＞S(s)，且物质的量越大，熵值越大，同一条件下，不同物质的熵值不同。
③反应前后熵值变化：虽然不同物质熵值不同，但气体物质的熵值最大，一般情况下，可以根据反应前后气体物质的量的变化大体判断熵值增大或减小。
(3)熵判据
体系有自发地向混乱度增加(即熵增)的方向转变的倾向，因此可用熵变来判断反应进行的方向。
(4)熵变与化学反应进行方向的关系
①许多熵增的反应是自发的(多是气体分子数目增多的反应)，如：
Zn(s)＋H2SO4(aq)===ZnSO4(aq)＋H2(g)；
2KClO3(s)===2KCl(s)＋3O2(g)。
②有些熵减的反应也可以自发进行，如：
2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)；
4Fe(OH)2(s)＋O2(g)＋2H2O(l)===4Fe(OH)3(s)。
(5)结论：熵变是影响反应自发进行的因素之一，但不是唯一因素。
3．自由能与化学反应的方向
(1)自由能
ΔG＝ΔH－TΔS。ΔG不仅与焓变和熵变有关，还与温度有关。ΔG单位：kJ·ml－1。T：开尔文温度，单位K。
(2)反应方向与自由能的关系
化学反应总是向着自由能减小的方向进行，直到体系达到平衡。
①当ΔG＜0时，反应能自发进行；
②当ΔG＝0时，反应处于平衡状态；
③当ΔG＞0时，反应不能自发进行。
(1)放热反应一定能自发进行( )
(2)O2转化变为O3时，熵减小( )
(3)熵增的反应一定能自发进行( )
(4)合成氨反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH0，此反应为放热反应，则ΔH0，C项错误；反应CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(l)为气体分子数减小的反应，该反应是一个熵减反应，D项正确。
题组二 自由能(复合判据)与反应进行方向的判断
4．下列叙述不正确的是( )
A．混乱度减小的吸热反应一定不能自发进行
B．在温度、压强一定条件下，自发反应总是向ΔG＝ΔH－TΔS＜0的方向进行
C．碳酸氢钠加热可以分解，因为升高温度利于熵增的方向自发进行
D．水结冰的过程不能自发进行的原因是熵减的过程，改变条件也不可能自发进行
答案 D
解析 混乱度减小的吸热反应是ΔS＜0、ΔH>0的反应，该反应的ΔH－TΔS>0，一定不能自发进行，故A正确；自发反应有向ΔG＜0的方向进行的趋势，即温度、压强一定时，ΔG＝ΔH－TΔS＜0的反应可自发进行，故B正确；碳酸氢钠加热可以分解，即升高温度反应能自发进行，由于该反应生成的气体增多，ΔS>0，所以升高温度利于熵增的方向自发进行，故C正确；水结冰的过程是熵减的放热过程，通常情况下不能自发进行，但降温时该过程能自发进行，故D错误。
5．下列内容与原因或结论不对应的是( )
答案 A
解析 H2O(g)变成H2O(l)，体系混乱度减小，则ΔS0，B正确；一个反应的ΔH>0、ΔS0，所以该反应不能自发进行，C正确；ΔH＝－271 kJ·
ml－1，ΔS＝＋8 J·ml－1·K－1，由ΔH－TΔS0
答案 D
解析 对于ΔH0的反应，任何温度下都有ΔH－TΔS0，由于在室温下不能自发进行，所以此时ΔG＝ΔH－TΔS>0，即该反应的ΔH>0，C项错误；反应MgCl2(l)===Mg(l)＋Cl2(g)的ΔS>0，高温下该反应能自发进行，则ΔH>0，D项正确。
9．下列对化学反应预测正确的是( )
答案 C
10．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。现把白锡制成的器皿放在0 ℃、100 kPa的室内存放，它会不会变成灰锡而不能再继续使用(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·ml－1，ΔS＝－6.61 J·
ml－1·K－1)( )
A．会变成灰锡
B．不会变成灰锡
C．不能确定
D．升高温度才会变成灰锡
答案 A
解析 在0 ℃、100 kPa条件下，白锡会不会变为灰锡的问题即为求算反应：白锡→灰锡的ΔH－TΔS值的问题。ΔH－TΔS＝－2 180.9 J·ml－1－273 K×(－6.61 J·ml－1·K－1)＝－376.37 J·
ml－1
解析 (1)由于CO在O2中燃烧生成CO2为放热反应，则二氧化碳分解生成CO和氧气的反应为吸热反应，ΔH>0，根据化学方程式可知，反应后气体的化学计量数之和增加，ΔS>0，故低温下ΔG＝ΔH－TΔS>0，反应不能自发进行。(2)①ΔG＝ΔH－TΔS0，ΔS>0，则常温下不能自发进行；②该反应的ΔH>0、ΔS>0，高温条件下能使ΔG＝ΔH－TΔS0，则该反应中温度是决定反应进行方向的因素。(3)该反应的ΔS>0、ΔH>0，则高温时ΔG＝ΔH－TΔS0。类型
ΔH
ΔS
ΔH－TΔS
反应的自发性
1
0
ΔG0
0
一定不能自发
3
0
高温能自发
选项
内容
原因或结论
A
H2O(g)变成H2O(l)
该过程ΔS>0
B
硝酸铵溶于水可自发进行
因为ΔS>0
C
一个反应的ΔH>0、ΔS0
它是非自发反应
B
4M(s)＋N(g)＋2W(l)===4Q(s)
常温下，自发进行
ΔH>0
C
4X(g)＋5Y(g)===4W(g)＋6G(g)
能自发进行
ΔH可能大于0
D
W(s)＋G(g)===2Q(g)
ΔH>0
任何温度都自发进行