2020-2021学年第二章 化学反应速率与化学平衡第三节 化学反应的方向学案

第三节　化学反应的方向

[核心素养发展目标]　1.证据推理与模型认知：了解判断化学反应进行方向的三个判据，构建判断化学反应自发性的思维方法模型。2.科学态度与社会责任：根据三个判据的发展过程，理解科学知识的曲折发展历程，增强对化学反应自发性研究重要意义的认识。

一、自发过程和自发反应

(1)自发过程不需任何条件就能发生(　　)

(2)室温下冰变成水属于自发过程(　　)

(3)水由高处向低处流属于自发过程(　　)

(4)能自发进行的反应速率一定很大(　　)

答案　(1)×　(2)√　(3)√　(4)×

1．已知：①2H2＋O22H2O；

②2H2O2H2↑＋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？

答案　(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)非自发反应也能在一定条件下发生。

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？

答案　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、反应的热效应无关。

 自发过程的判断

(1)根据条件判断：不是看是否需要条件，而是看是否需要持续施加外力(如加热等)。

(2)根据其逆向过程是否自发判断：若逆向过程自发，则正向过程一定不自发；若逆向过程不自发，则正向过程一定自发。

二、化学反应进行方向的判据

1．焓变与反应的方向

(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多数放热反应是自发进行的。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·mol－1。

结论：只用焓判据判断反应是否自发不全面。

2．熵变与反应的方向

(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同一物质的熵值：S(g)＞S(l)＞S(s)，同一条件下，不同物质的熵值不同。

(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

2KClO32KCl＋3O2↑；

CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑等。

②有些熵减的反应也可以自发进行，如：

Ca(OH)2(aq)＋CO2(g)===CaCO3(s)＋H2O(l)。

结论：只用熵判据判断反应是否自发不全面。

3．自由能与化学反应的方向

(1)自由能变化

符号为ΔG，单位为kJ·mol－1。

(2)自由能变化与焓变、熵变的关系：ΔG＝ΔH－TΔS。ΔG不仅与焓变有关，还与温度有关。

(3)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)同种物质不同状态时熵值不同，气态时最大(　　)

(3)熵增的反应一定能自发进行(　　)

(4)自发反应在任何条件下均可发生(　　)

(5)过程自发性不仅能用于判断过程的方向，还能确定过程发生的速率(　　)

答案　(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×

1．根据复合判据ΔG＝ΔH－TΔS<0能自发进行，请分析ΔH>0，ΔS>0和ΔH<0，ΔS<0的反应分别在低温还是高温下自发进行？

提示　ΔH>0，ΔS>0的反应在高温下，ΔG＝ΔH－TΔS<0，能自发进行；ΔH<0，ΔS<0的反应在低温下，ΔG＝ΔH－TΔS<0，能自发进行。

2．(2019·洛阳期中)25 ℃和1.01×105 Pa时，反应：2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)　ΔH＝

＋109.8 kJ·mol－1能自发进行，其原因是____________。

答案　熵增效应大于能量效应

解析　根据熵判据，该反应是熵增反应，能自发进行；根据焓判据，该反应是吸热反应，不能自发进行。事实上该反应能自发进行，说明熵增效应大于能量效应。

 判断化学反应自发性的方法

随堂演练　知识落实

1．(2019·邯郸高二质检)以下自发反应可用焓判据来解释的是(　　)

A．硝酸铵自发溶于水

B．2N2O5(g)==4NO2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋109.8 kJ·mol－1

C．(NH4)2CO3(s)==NH4HCO3(s)＋NH3(g)　ΔH＝＋74.9 kJ·mol－1

D．2H2(g)＋O2(g)==2H2O(l)　ΔH＝－571.6 kJ·mol－1

答案　D

解析　焓判据能够说明放热反应为自发反应，而A、B、C三项中的自发过程均为吸热过程，显然不能单用焓判据来解释，只有D项可以用焓判据来解释。

2．下列对熵变的判断中不正确的是(　　)

A．少量的食盐溶于水中：ΔS＞0

B．炭和氧气反应生成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

答案　C

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)的分解产生了气体，为熵增加的反应。

3．(2020·兰州期中)下列说法正确的是(　　)

A．凡是放热反应都是自发的，因为吸热反应都是非自发的

B．自发反应的现象一定非常明显，非自发反应的熵一定减小

C．常温下，反应C(s)＋CO2(g)2CO(g)不能自发进行，则该反应的ΔH＞0

D．反应2Mg(s)＋CO2(g)===C(s)＋2MgO(s)能自发进行，则该反应的ΔH＞0

答案　C

解析　不能仅仅根据焓变判断反应的自发性，放热反应不一定都是自发进行的，吸热反应也可能是自发进行的，A项错误；自发进行的反应，其现象不一定非常明显，非自发反应的熵不一定减小，B项错误；根据反应C(s)＋CO2(g)2CO(g)不能自发进行可知，该反应的ΔH－TΔS＞0，又知该反应ΔS＞0，则该反应的ΔH＞0，C项正确；反应2Mg(s)＋CO2(g) ===C(s)＋2MgO(s)能自发进行，则ΔH－TΔS＜0，因ΔS＜0，则ΔH＜0，D项错误。

4．(2019·浙江十校联合体联考)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，则该反应的正反应的ΔH、ΔS应为(　　)

A．ΔH＜0、ΔS＞0   B．ΔH＜0、ΔS＜0

C．ΔH＞0、ΔS＞0   D．ΔH＞0、ΔS＜0

答案　C

解析　由ΔG＝ΔH－TΔS＜0能自发知，高温自发，低温不自发的为ΔH＞0、ΔS＞0。

5．回答下列问题：

(1)汽车燃油不完全燃烧时产生CO，有人设想按下列反应除去CO：2CO(g)===2C(s)＋O2(g)。已知该反应的ΔH>0，简述该设想能否实现的依据：

________________________________________________________________________。

(2)下列反应中，在高温下不能自发进行的是________(填字母)。

a．CO(g)===C(s)＋O2(g)

b．2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)

c．(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g)

d．MgCO3(s)===MgO(s)＋CO2(g)

答案　(1)该反应是ΔH>0，ΔS<0的反应，任何温度下均不能自发进行　(2)a

解析　(1)该反应ΔH>0、ΔS<0，根据ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG>0，故不能实现该反应。

(2)a、b、c、d的ΔH>0，b、c、d反应的ΔS>0。ΔH－TΔS<0时，反应才能自发进行。a的ΔS<0，ΔH－TΔS>0，所以在高温时该反应不能自发进行。