2020-2021學(xué)年高中化學(xué)新教材魯科版選擇性必修1學(xué)案：第2章 第1節(jié) 化學(xué)反應(yīng)的方向

1、第1節(jié)化學(xué)反應(yīng)的方向發(fā) 展 目 標(biāo)體 系 構(gòu) 建1.通過對(duì)日常生活中自發(fā)進(jìn)行的過程的認(rèn)知，知道化學(xué)反應(yīng)是有方向的，知道化學(xué)反應(yīng)的方向與反應(yīng)的焓變和熵變有關(guān)。2認(rèn)識(shí)焓判據(jù)和熵判據(jù)的局限性，會(huì)用hts判斷反應(yīng)正向自發(fā)進(jìn)行的趨勢。一、反應(yīng)焓變與反應(yīng)方向1自發(fā)過程與自發(fā)反應(yīng)自發(fā)過程自發(fā)反應(yīng)含義在一定條件下，不借助外部力量就能自發(fā)進(jìn)行的過程在給定的條件下，可以自發(fā)進(jìn)行到顯著程度的化學(xué)反應(yīng)特征具有方向性，即過程的某個(gè)方向在一定條件下自發(fā)進(jìn)行，而該過程逆方向在該條件下肯定不能自發(fā)進(jìn)行舉例高山流水，自由落體，冰雪融化鋼鐵生銹應(yīng)用(1)可被用來完成有用功。如h2燃燒可設(shè)計(jì)成原電池(2)非自發(fā)過程要想發(fā)生，必須對(duì)

2、它做功。如通電將水分解為h2和o22反應(yīng)焓變與反應(yīng)方向的關(guān)系(1)多數(shù)能自發(fā)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)是h<0的反應(yīng)。(2)有些h>0的反應(yīng)也能自發(fā)進(jìn)行。(3)不能僅用反應(yīng)焓變來判斷反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行。二、反應(yīng)熵變與反應(yīng)方向1熵(1)概念：描述體系無序程度的一個(gè)物理量，符號(hào)為s，單位是j·mol1·k1。(2)特點(diǎn)：體系無序程度越大，體系的熵值就越大。(3)影響因素同一物質(zhì)：s(高溫)s(低溫)，s(g)s(l)s(s)。不同物質(zhì)：相同條件下不同物質(zhì)具有不同的熵值，分子結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，熵值越大。s(混合物)s(純凈物)。2反應(yīng)熵變3反應(yīng)熵變與反應(yīng)方向(1)二者關(guān)系(2)結(jié)論：不能

3、僅用反應(yīng)熵變來判斷反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行。微點(diǎn)撥： 熵變正負(fù)的判斷(1)物質(zhì)由固態(tài)到液態(tài)、由液態(tài)到氣態(tài)或由固態(tài)到氣態(tài)的過程，熵變?yōu)檎担庆卦黾拥倪^程。(2)氣體體積增大的反應(yīng)，熵變通常都是正值，是熵增加的反應(yīng)。(3)氣體體積減小的反應(yīng)，熵變通常都是負(fù)值，是熵減小的反應(yīng)。三、用焓變與熵變綜合判斷反應(yīng)方向1綜合判斷在等溫、等壓及除了體積功以外不做其他功的條件下，化學(xué)反應(yīng)的方向可以用反應(yīng)的焓變和熵變來綜合判斷，判據(jù)為hts。(1)判斷方法(2)文字表述在等溫、等壓及除了體積功以外不做其他功的條件下，自發(fā)反應(yīng)總是向著hts0的方向進(jìn)行，直至達(dá)到平衡狀態(tài)。2用ghts判斷反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的可能性化學(xué)反應(yīng)h/(k

4、j·mol1)s/(j·mol1·k1)g的大小(與0比較)能否正向自發(fā)進(jìn)行2kclo3(s)=2kcl(s)3o2(g)78.03494.4g一定小于0任何溫度下都能正向自發(fā)進(jìn)行co(g)=c(s，石墨)o2(g)110.589.4g一定大于0任何溫度下都不能正向自發(fā)進(jìn)行4fe(oh)2(s)2h2o(l)o2(g)= 4fe(oh)3(s)444.3280.1低溫時(shí)g0低溫下能正向自發(fā)進(jìn)行caco3(s)=cao(s)co2(g)178.2169.6高溫時(shí)g0高溫下能正向自發(fā)進(jìn)行注：假設(shè)反應(yīng)的焓變、熵變不隨溫度的改變而變化。3hts判據(jù)的局限性(1)只能用于判

5、斷等溫、等壓條件下的反應(yīng)，不能用于判斷其他條件(如等溫、等容)下的反應(yīng)。(2)只能用于判斷等溫、等壓及除了體積功以外不做其他功條件下反應(yīng)正向自發(fā)進(jìn)行的趨勢，并不能說明在該條件下可能正向自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)能否實(shí)際發(fā)生。微點(diǎn)撥：在h和s確定的情況下，溫度有可能對(duì)反應(yīng)的方向起決定作用。1判斷對(duì)錯(cuò)(對(duì)的在括號(hào)內(nèi)打“”，錯(cuò)的在括號(hào)內(nèi)打“×”。)(1)caco3(s)高溫,cao(s)co2(g)是一個(gè)熵減過程。()(2)10 的水結(jié)成冰，可用熵變的判據(jù)來解釋該變化過程的自發(fā)性。()(3)吸熱且熵增加的反應(yīng)，溫度越低反應(yīng)越可能自發(fā)進(jìn)行。()(4)由焓變和熵變組合而成的復(fù)合判據(jù)，將更適合于所有的過程。

6、()(5)一個(gè)反應(yīng)的hts0，則該反應(yīng)處于平衡狀態(tài)。()提示：(1)×caco3分解反應(yīng)是一個(gè)氣體物質(zhì)的量增多的反應(yīng)，故為熵增過程。(2)×10 的水結(jié)成冰是一個(gè)熵減過程，該過程能自發(fā)進(jìn)行，應(yīng)用焓變的判據(jù)解釋，即h0是該過程自發(fā)進(jìn)行的主要原因。(3)×當(dāng)h0、s0，溫度越高越可能使hts0，即有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行。(4)(5)2水的三態(tài)的熵值的大小關(guān)系正確的是()as(s)s(l)s(g)bs(l)s(s)s(g)cs(g)s(l)s(s)ds(g)s(s)s(l)c熵是量度體系無序(或有序)程度的物理量。同一物質(zhì)，s(g)s(l)s(s)。3下列說法完全正確的是(

7、)a自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)均是h0的反應(yīng)bs為正值的反應(yīng)均能自發(fā)進(jìn)行c物質(zhì)的量增加的反應(yīng)，s為正值d如果h和s均為正值，當(dāng)溫度升高時(shí)，反應(yīng)可能自發(fā)進(jìn)行d有些吸熱反應(yīng)也可以自發(fā)進(jìn)行，如(nh4)2co3(s)=nh4hco3(s)nh3(g)，故a錯(cuò)；熵變與反應(yīng)的自發(fā)性有關(guān)，但不能獨(dú)立地作為自發(fā)性的判據(jù)，故b錯(cuò)；物質(zhì)的量增加的反應(yīng)，其混亂度不一定增加，即s不一定為正值，如2h2s(g)o2(g)=2h2o(g)2s(s)，故c錯(cuò)；當(dāng)h和s均為正值時(shí)，升高溫度hts可能會(huì)小于0，所以反應(yīng)可能自發(fā)進(jìn)行，故d正確?；瘜W(xué)反應(yīng)方向的判斷(素養(yǎng)養(yǎng)成變化觀念與平衡思想)以下過程均為自發(fā)反應(yīng)或自發(fā)過程：甲烷燃燒：ch4

8、(g)2o2(g)co2(g)2h2o(g)h802.31 kj·mol1氫氣與氧氣反應(yīng)：2h2(g)o2(g)=2h2o(l)h571.6 kj·mol1鈉與水反應(yīng)：2na(s)2h2o(l)=2naoh(aq)h2(g)h368.0 kj·mol1硝酸銨溶于水要吸熱。冰融化要吸熱。兩種或兩種以上互不反應(yīng)的氣體通入一密閉容器中，最終會(huì)混合均勻。1對(duì)于自發(fā)反應(yīng)，從能量角度分析它們?yōu)槭裁纯梢宰园l(fā)？提示：這三個(gè)化學(xué)反應(yīng)都是放熱反應(yīng)，h0。2對(duì)于自發(fā)過程，這些過程都是自發(fā)的，與焓有關(guān)嗎？是什么因素決定它們能自發(fā)進(jìn)行？提示：與焓無關(guān)。熵是用于描述體系無序程度的物理量，熵變

9、是用來描述無序程度變化的物理量，與熵變有關(guān)，體系由有序轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序，s0。3綜合分析上述反應(yīng)，得出判斷化學(xué)反應(yīng)方向的依據(jù)是什么？提示：判斷化學(xué)反應(yīng)的方向，需綜合考慮焓變和熵變。1放熱和熵增加都對(duì)hts0有所貢獻(xiàn)，因此放熱的熵增加反應(yīng)一定能自發(fā)進(jìn)行，吸熱的熵減小反應(yīng)一定不能自發(fā)進(jìn)行。2當(dāng)反應(yīng)的焓變和熵變的影響相反，且二者大小相差懸殊時(shí)，某一因素可能占主導(dǎo)地位。一般常溫下自發(fā)進(jìn)行的放熱反應(yīng)，焓變對(duì)反應(yīng)方向起決定性作用。一般常溫下自發(fā)進(jìn)行的吸熱反應(yīng)，熵變對(duì)反應(yīng)方向起決定性作用。3h與s共同影響一個(gè)化學(xué)反應(yīng)在一定條件下能否自發(fā)進(jìn)行，它們與化學(xué)反應(yīng)速率無關(guān)。知識(shí)拓展如果反應(yīng)的焓變和熵變的影響相反且相差不大

10、時(shí)，溫度可能對(duì)反應(yīng)的方向起決定性作用。溫度與反應(yīng)方向的關(guān)系：【例1】某反應(yīng)：ab=c在室溫下能自發(fā)進(jìn)行，在高溫下不能自發(fā)進(jìn)行，對(duì)該反應(yīng)過程h、s的判斷正確的是()ah0、s0bh0、s0ch0、s0dh0、s0a由ghts0反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行知：h0、s0的反應(yīng)在低溫時(shí)自發(fā)進(jìn)行；h0、s0的反應(yīng)一定不能自發(fā)進(jìn)行；h0、s0的反應(yīng)一定能自發(fā)進(jìn)行；h0、s0的反應(yīng)在高溫時(shí)自發(fā)進(jìn)行。借題發(fā)揮(1)若該反應(yīng)在室溫下不能自發(fā)進(jìn)行，在高溫下能自發(fā)進(jìn)行，則該反應(yīng)過程h、s的符號(hào)是怎樣的？(2)若a、b、c都是氣體，而且該反應(yīng)任何溫度都不能自發(fā)進(jìn)行，那么該反應(yīng)是放熱反應(yīng)還是吸熱反應(yīng)？答案(1)h0、s0的反應(yīng)在高溫

11、時(shí)自發(fā)進(jìn)行。(2)若a、b、c都是氣體，該反應(yīng)是熵減的反應(yīng)，而且該反應(yīng)任何溫度都不能自發(fā)進(jìn)行，那么該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)?！纠?】工業(yè)上利用甲烷制取炭黑的反應(yīng)是ch4(g)=c(s)2h2(g)h(298 k)74.848 kj·mol1s(298 k)80.674 j·mol1·k1反應(yīng)過程中容易發(fā)生副反應(yīng)：2ch4(g)=c2h2(g)3h2(g)h(298 k)376.426 kj·mol1s(298 k)220.211 j·mol1·k1下列有關(guān)說法中正確的是()a反應(yīng)在常溫下就可以自發(fā)進(jìn)行b焓變是副反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的決定因素c制取炭黑

12、允許的最低溫度是927.8 kd溫度越高對(duì)制取炭黑越有利chts74.848 kj·mol180.674×103 kj·mol1·k1×298 k50.807 kj·mol10，所以該反應(yīng)常溫下不自發(fā)進(jìn)行，a錯(cuò)誤；反應(yīng)是熵增加的吸熱反應(yīng)，熵變是決定該反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的因素，b錯(cuò)誤；制取炭黑時(shí)，hts74.848 kj·mol180.674×103 kj·mol1·k1×t0，得t927.8 k，即制取炭黑的最低溫度為927.8 k，c正確；溫度過高時(shí)，可能會(huì)發(fā)生反應(yīng)，d錯(cuò)誤。借題發(fā)揮(

13、1)c(s)2h2(g)=ch4(g)在常溫常壓下_(填“能”或“不能”)自發(fā)進(jìn)行？(2)由副反應(yīng)可知，制取乙炔的最低溫度是_。答案(1)能(2)1 709.4 k(1)在利用hts作為判據(jù)判斷反應(yīng)方向時(shí)，給出h的單位通常為kj·mol1，s的單位通常是j·mol1·k1，進(jìn)行計(jì)算時(shí)應(yīng)將二者的單位統(tǒng)一。(2)利用h、s的符號(hào)和hts進(jìn)行推理，可以減少計(jì)算量。1在25 、1.01×105 pa下，反應(yīng)2n2o5(g)=4no2(g)o2(g)h56.7 kj·mol1能自發(fā)進(jìn)行的合理解釋是()a該反應(yīng)是分解反應(yīng)b該反應(yīng)的熵增效應(yīng)大于焓變效應(yīng)c該反

14、應(yīng)是熵減反應(yīng)d該反應(yīng)是放熱反應(yīng)b該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，但不能只用焓變來判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向。該反應(yīng)是熵增反應(yīng)，且能夠自發(fā)進(jìn)行，說明該反應(yīng)的熵增效應(yīng)大于焓變效應(yīng)，b項(xiàng)正確。2對(duì)于平衡體系ma(g)nb(g)pc(g)qd(g)，下列結(jié)論正確的是()a若此反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則該反應(yīng)在任何條件下均可自發(fā)進(jìn)行b若mn<pq，則此反應(yīng)的s0c若此反應(yīng)的h0、s0，則該反應(yīng)在任何條件下均可自發(fā)進(jìn)行d無論mn與pq的大小關(guān)系如何，該反應(yīng)過程均是熵增加的過程b放熱的熵增反應(yīng)才能在任何條件下均可自發(fā)進(jìn)行，a、c項(xiàng)錯(cuò)誤；氣體分子數(shù)增加，反應(yīng)的s0，故b項(xiàng)正確。1實(shí)驗(yàn)證明，多數(shù)能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)是放熱反應(yīng)。對(duì)此說法的理

15、解正確的是()a所有的放熱反應(yīng)都是自發(fā)進(jìn)行的b所有的自發(fā)反應(yīng)都是放熱的c焓變是影響反應(yīng)是否具有自發(fā)性的一個(gè)重要因素d焓變是決定反應(yīng)是否具有自發(fā)性的唯一因素c多數(shù)能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，并不是所有自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)都是放熱反應(yīng)，如氯化銨與氫氧化鋇的反應(yīng)是自發(fā)進(jìn)行的吸熱反應(yīng)，所以只能說焓變是影響反應(yīng)是否具有自發(fā)性的一個(gè)重要因素，但不是唯一因素，c正確。2下列生活中的自發(fā)過程能用熵變解釋的是()a自然界中水由高處往低處流b低于0 時(shí)水變成冰c墨水滴到水中會(huì)擴(kuò)散到整個(gè)水體d鐵器暴露在潮濕的空氣中會(huì)生銹并放出熱量c熵變?cè)谀撤N意義上可以理解為體系無序程度的變化，體系中微觀粒子排列越有序，熵越小，越無序，熵

16、越大。c項(xiàng)中墨水在水中擴(kuò)散開是熵增加的過程。故選c項(xiàng)。3下列有關(guān)說法錯(cuò)誤的是()ana與h2o的反應(yīng)是熵增加的放熱反應(yīng)，該反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行b已知某吸熱反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，則該反應(yīng)一定是熵增加的反應(yīng)c一個(gè)放熱且熵增加的反應(yīng)也有可能非自發(fā)進(jìn)行d已知反應(yīng)nh3(g)hcl(g)=nh4cl(s)在室溫下可自發(fā)進(jìn)行，則該反應(yīng)的h<0cna與h2o的反應(yīng)生成氫氣，是一個(gè)熵增加的放熱反應(yīng)，則hts0，反應(yīng)可自發(fā)進(jìn)行，a項(xiàng)正確；吸熱反應(yīng)的h0，因hts0的反應(yīng)可自發(fā)進(jìn)行，則該反應(yīng)一定是熵增加反應(yīng)，b項(xiàng)正確；一個(gè)放熱且熵增加的反應(yīng)，即hts0，在任何溫度下都能自發(fā)進(jìn)行，c項(xiàng)錯(cuò)誤；反應(yīng)nh3(g)hcl(g)=

17、nh4cl(s)的s0，在室溫下可自發(fā)進(jìn)行，即hts0，則該反應(yīng)的h0，d項(xiàng)正確。4下列對(duì)化學(xué)反應(yīng)方向的說法正確的是()a反應(yīng)2a(g)b(g)=3c(s)d(g)在一定條件下能自發(fā)進(jìn)行，說明該反應(yīng)的h>0b常溫下，反應(yīng)2na2so3(s)o2(g)=2na2so4(s)能自發(fā)進(jìn)行，則h<0c反應(yīng)2mg(s)co2(g)c(s)2mgo(s)在一定條件下能自發(fā)進(jìn)行，則該反應(yīng)的h>0d一定溫度下，反應(yīng)2nacl(s)=2na(s)cl2(g)的h<0，s>0bhts0，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。若反應(yīng)的s0，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，則h0，a、c項(xiàng)錯(cuò)誤，b項(xiàng)正確；2nacl(s)=2na(s)cl2(g)屬于分解反應(yīng)，為吸熱反應(yīng)，h>