2.2.1化學(xué)反應(yīng)的方向（原卷版）

專題2化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡第二單元化學(xué)反應(yīng)的方向和限度第1課時(shí)化學(xué)反應(yīng)的方向1．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．能結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象認(rèn)識(shí)自發(fā)反應(yīng)的概念。3．能綜合考慮反應(yīng)的焓變和熵變，據(jù)此判斷簡(jiǎn)單反應(yīng)的方向。重點(diǎn)：化學(xué)反應(yīng)方向的判斷。難點(diǎn)：用焓變和熵變綜合判斷化學(xué)反應(yīng)的方向。一、自發(fā)過程和自發(fā)反應(yīng)1．自發(fā)過程(1)定義：在一定條件下，不用借助于外力就可以自發(fā)進(jìn)行的過程。(2)判斷下列反應(yīng)在室溫下能否自動(dòng)進(jìn)行，如能自動(dòng)進(jìn)行，請(qǐng)寫出相應(yīng)的化學(xué)方程式。①水分解成氫氣和氧氣的反應(yīng)：___________________________。②氯氣與溴化鉀溶液的反應(yīng)：___________________________。③乙烯與溴單質(zhì)的四氯化碳溶液的反應(yīng)：___________________________。④氮?dú)夂脱鯕馍梢谎趸姆磻?yīng)：___________________________。(3)生活中的自發(fā)過程①花香四溢；②酒香擴(kuò)散(酒香不怕巷子深)；③食鹽在水中溶解；④石頭在水中會(huì)自動(dòng)沉底；⑤墨汁在水中擴(kuò)散等。2．自發(fā)反應(yīng)(1)概念：在一定條件下能_________的反應(yīng)，我們稱之為自發(fā)反應(yīng)。一定條件指溫度、光照、催化劑、壓強(qiáng)等條件。(2)特點(diǎn)：具有_________，即許多化學(xué)反應(yīng)的_________能自動(dòng)進(jìn)行，而其逆反應(yīng)_______自動(dòng)進(jìn)行?！久麕燑c(diǎn)撥】(1)自發(fā)反應(yīng)也需要一定條件引發(fā)反應(yīng)，一旦反應(yīng)后即可自發(fā)進(jìn)行。(2)非自發(fā)反應(yīng)在一定條件下也能發(fā)生。(3)判斷某反應(yīng)是否自發(fā)，只是判斷反應(yīng)的方向，與是否會(huì)發(fā)生、反應(yīng)的快慢無關(guān)。二、化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的判據(jù)1．反應(yīng)焓變與反應(yīng)方向(1)下列反應(yīng)在一定條件下都能自發(fā)進(jìn)行，可能的原因是：__________________。①C3H8(g)＋5O2(g)=3CO2(g)＋4H2O(l)ΔH＝－2217.5kJ·mol－1②2Na(s)＋Cl2(g)=2NaCl(s)ΔH＝－822kJ·mol－1③4Fe(s)＋3O2(g)=2Fe2O3(s)ΔH＝－1648.4kJ·mol－1④H2(g)＋F2(g)=2HF(g)ΔH＝－546.6kJ·mol－1(2)實(shí)驗(yàn)探究自發(fā)反應(yīng)的可能原因①實(shí)驗(yàn)操作：向干燥的錐形瓶中加入約20gNH4Cl晶體。在一小木板上灑少量水，將錐形瓶放在木板上。再向其中加入約40g氫氧化鋇晶體［Ba(OH)2·8H2O］，用玻璃棒將固體充分混合均勻，靜置。片刻后拿起錐形瓶，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。②實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：___________________________。③實(shí)驗(yàn)結(jié)論：___________________________。(3)焓變與化學(xué)反應(yīng)的方向多數(shù)自發(fā)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)是_________反應(yīng)，但也有很多_________反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，因此，反應(yīng)焓變是與反應(yīng)進(jìn)行的方向有關(guān)的因素之一，但不是決定反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的唯一因素。2．反應(yīng)熵變與反應(yīng)方向(1)下列三個(gè)過程均吸熱：①硝酸銨的溶解：NH4NO3(s)=NHeq\o\al(＋,4)(aq)＋NOeq\o\al(－,3)(aq)②碳酸鈣的分解：CaCO3(s)eq\o(=,\s\up7(高溫))CaO(s)＋CO2(g)③氯化銨晶體與氫氧化鋇晶體的反應(yīng)：2NH4Cl(s)＋Ba(OH)2·8H2O(s)=2NH3(g)＋BaCl2(s)＋10H2O(l)這些反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行的可能原因：__________________。(2)熵①熵是__________________的物理量。符號(hào)：______。②特點(diǎn)：混亂度越大，體系越無序，體系的熵值就_________。③影響因素a．同一物質(zhì)：S(高溫)_______S(低溫)；S(g)_____S(l)_____S(s)。b．相同條件下的不同物質(zhì)：分子結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，熵值_________。c．S(混合物)______S(純凈物)。(3)熵變①定義：反應(yīng)前后體系熵值的_________，符號(hào)：_________。②熵增或熵減的判斷a．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，ΔS_____0，是熵_______的過程。b．氣態(tài)物質(zhì)物質(zhì)的量增大的反應(yīng)，通常ΔS_____0，是熵_______的反應(yīng)。c．氣態(tài)物質(zhì)物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，通常ΔS_____0，是熵_______的反應(yīng)。(4)熵變與化學(xué)反應(yīng)的方向反應(yīng)熵變是與反應(yīng)進(jìn)行的方向有關(guān)的因素之一，但不是決定反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的唯一因素。3．焓變、熵變對(duì)反應(yīng)方向的共同影響(1)分析下列幾種變化的方向性變化能否自發(fā)焓變(ΔH)熵變(ΔS)CO2(s)→CO2(g)能2Mg(s)＋O2(g)=2MgO(s)能K(s)＋H2O(l)=K＋(aq)＋OH－(aq)＋eq\f(1,2)H2(g)能Ag＋(aq)＋Cl－(aq)=AgCl(s)能(2)僅利用ΔH或ΔS的數(shù)值，都不能判斷某反應(yīng)是否自發(fā)，必須綜合考慮反應(yīng)的焓變(ΔH)和熵變(ΔS)的大小。①當(dāng)ΔH＜0，ΔS＞0時(shí)，反應(yīng)_________自發(fā)進(jìn)行。②當(dāng)ΔH＞0，ΔS＜0時(shí)，反應(yīng)_________自發(fā)進(jìn)行。③當(dāng)ΔH＞0、ΔS＞0或ΔH＜0、ΔS＜0時(shí)，反應(yīng)是否能自發(fā)進(jìn)行與反應(yīng)的_________有關(guān)(3)化學(xué)反應(yīng)的自發(fā)性的判斷依據(jù)在恒溫、恒壓，非體積功為0的情況下，綜合考慮焓變和熵變，可以判斷反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行。焓變?chǔ)熵變?chǔ)ΔHTΔS的值反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行<0>0<0>0<0>0<0<0低溫時(shí)<0>0>0高溫時(shí)<01．請(qǐng)判斷下列說法的正誤(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)在一定條件下，不用借助外力就能自發(fā)進(jìn)行的過程是自發(fā)過程()(2)自發(fā)過程不需任何條件就能發(fā)生()(3)室溫下冰變成水屬于自發(fā)過程()(4)能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)，反應(yīng)速率一定很大()(5)放熱反應(yīng)一定能自發(fā)進(jìn)行()(6)O2轉(zhuǎn)化變?yōu)镺3時(shí)，熵減小()(7)熵增的反應(yīng)一定能自發(fā)進(jìn)行()(8)合成氨反應(yīng)：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH<0，高溫有利于其自發(fā)進(jìn)行()(9)由焓判據(jù)和熵判據(jù)組合而成的復(fù)合判據(jù)，將更適合所有的過程()2．向錐形瓶中加入約20gNH4Cl晶體，在一小木塊上灑少量水，將錐形瓶放在木頭上，再向其中加入約40gBa(OH)2·8H2O。用玻璃棒將固體充分混合均勻，靜置?；卮鹣铝懈鲉栴}：(1)拿起木塊時(shí)發(fā)現(xiàn)___________________，證明該反應(yīng)的ΔH__________0(填“>”或“<”)。(2)寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式：_______________________________________。該反應(yīng)中有_______生成，可證明ΔS________0(填“>”或“<”)。(3)下列變化過程與該實(shí)驗(yàn)中的焓變和熵變符號(hào)相同的是__________。A．NH4NO3溶于水 B．CaCO3的分解反應(yīng)C．NaOH溶于水 D．甲烷的燃燒3．已知一個(gè)可逆反應(yīng)，若正反應(yīng)為自發(fā)過程，則其逆反應(yīng)為非自發(fā)過程，反之，亦然。(1)已知2CO(g)CO2(g)＋C(s)，T＝980K時(shí)，ΔH－TΔS＝0。當(dāng)體系溫度低于980K時(shí)，估計(jì)ΔH－TΔS_____(填“大于”“小于”或“等于”，下同)0；當(dāng)體系溫度高于980K時(shí)，估計(jì)ΔH－TΔS______0。K)＝－94.0kJ·mol－1、ΔS(298.15K)＝－75.8J·mol－1·K－1，設(shè)ΔH和ΔS不隨溫度而變化，則此反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的溫度范圍是________。?問題一自發(fā)過程和自發(fā)反應(yīng)【典例1】下列關(guān)于自發(fā)反應(yīng)的敘述正確的是()A．自發(fā)反應(yīng)的逆過程在相同條件下也必定是自發(fā)的B．鐵在潮濕的空氣中生銹屬于非自發(fā)反應(yīng)C．自發(fā)過程可以是物理過程，不一定是自發(fā)反應(yīng)，而自發(fā)反應(yīng)一定是自發(fā)過程D．自發(fā)反應(yīng)與外界條件無關(guān)【變式11】下列過程是非自發(fā)的是()A．水由高處向低處流B．室溫下水結(jié)成冰C．氣體從高密度處向低密度處擴(kuò)散D．煤氣的燃燒【變式12】過程自發(fā)性的作用是()A．判斷過程的方向B．確定過程是否一定會(huì)發(fā)生C．判斷過程發(fā)生的速率D．判斷過程的熱效應(yīng)?問題二化學(xué)反應(yīng)方向的判斷【典例2】下列判斷正確的是()A．一定溫度下，反應(yīng)2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g)能自發(fā)進(jìn)行，該反應(yīng)的ΔH<0B．反應(yīng)4Fe(s)＋3O2(g)=2Fe2O3(s)常溫下可自發(fā)進(jìn)行，該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)C．反應(yīng)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的ΔH<0，ΔS>0D．2NO(g)＋2CO(g)=N2(g)＋2CO2(g)在常溫下能自發(fā)進(jìn)行，則該反應(yīng)的ΔH>0【解題必備】(1)復(fù)合判據(jù)體系能量降低和混亂度增大都有促使反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的傾向。判斷反應(yīng)的自發(fā)性必須綜合考慮反應(yīng)的焓變和熵變。①ΔHTΔS<0反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行②ΔHTΔS=0反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)③ΔHTΔS>0反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行(2)對(duì)反應(yīng)自發(fā)性的理解①ΔHTΔS只能應(yīng)用于溫度、壓強(qiáng)一定的條件下的化學(xué)反應(yīng)，不能用于其他條件。②過程的自發(fā)性只能用于判斷過程的方向，不能確定過程是否一定會(huì)發(fā)生和過程發(fā)生的速率。③在討論過程的方向時(shí)，指的是沒有外界干擾的體系。如果允許外界對(duì)體系施加某種作用，就可能出現(xiàn)相反的結(jié)果。如高溫下石灰石分解，高溫高壓下石墨轉(zhuǎn)化為金剛石，實(shí)現(xiàn)的先決條件是要向體系中輸入能量，該過程本質(zhì)仍然是非直發(fā)的。④反應(yīng)的自發(fā)性也受外界條件的影響。如常溫下石灰石分解是非自發(fā)的，但在1273K時(shí)，這一反應(yīng)是自發(fā)的?！咀兪?1】下列對(duì)熵的理解錯(cuò)誤的是()A．同種物質(zhì)氣態(tài)時(shí)熵值最大，固態(tài)時(shí)熵值最小B．體系越有序，熵值越小；越混亂，熵值越大C．與外界隔離的體系，自發(fā)過程將導(dǎo)致體系的熵減小D．25℃、1.01×105Pa時(shí)，2N2O5(g)=4NO2(g)＋O2(g)是熵增反應(yīng)【變式22】下列說法不正確的是()A．Na與H2O的反應(yīng)是熵增的放熱反應(yīng)，該反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行B．某吸熱反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，因此該反應(yīng)是熵增反應(yīng)C.碳酸銨[(NH4)2CO3]在室溫下就能自發(fā)地分解產(chǎn)生氨氣是因?yàn)橥饨缃o予了能量D．CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(l)是一個(gè)熵減小的反應(yīng)1．下列關(guān)于自發(fā)過程的敘述正確的是()A．只有不需要任何條件就能夠自動(dòng)進(jìn)行的過程才是自發(fā)過程B．需要加熱才能進(jìn)行的過程肯定不是自發(fā)過程C．同一可逆反應(yīng)的正、逆反應(yīng)在不同條件下都有自發(fā)的可能D．非自發(fā)過程在任何條件下都不可能變?yōu)樽园l(fā)過程2．下列說法不正確的是()A．Na與H2O的反應(yīng)是熵增的放熱反應(yīng)，該反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行B．某吸熱反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，則該反應(yīng)是熵增反應(yīng)C．碳酸銨[(NH4)2CO3]在室溫下就能自發(fā)地分解產(chǎn)生氨氣是因?yàn)橥饨缃o予了能量D．CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(l)是一個(gè)熵減反應(yīng)3．下列敘述不正確的是()A．混亂度減小的吸熱反應(yīng)一定不能自發(fā)進(jìn)行B．在溫度、壓強(qiáng)一定條件下，自發(fā)反應(yīng)總是向ΔH－TΔS＜0的方向進(jìn)行C．碳酸氫鈉加熱可以分解，因?yàn)樯邷囟壤陟卦龅姆较蜃园l(fā)進(jìn)行D．水結(jié)冰的過程不能自發(fā)進(jìn)行的原因是熵減的過程，改變條件也不可能自發(fā)進(jìn)行4．下列內(nèi)容與原因或結(jié)論不對(duì)應(yīng)的是()選項(xiàng)內(nèi)容原因或結(jié)論AH2O(g)變成H2O(l)該過程ΔS>0B硝酸銨溶于水可自發(fā)進(jìn)行因?yàn)棣>0C一個(gè)反應(yīng)的ΔH>0、ΔS<0該反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行DH2(g)＋F2(g)2HF(g)的ΔH＝－271kJ·mol－1、ΔS＝8J·mol－1·K－1該反應(yīng)在任何溫度下均可自發(fā)進(jìn)行5．實(shí)現(xiàn)“節(jié)能減排”和“低碳經(jīng)濟(jì)”的一個(gè)重要課題就是如何將CO2轉(zhuǎn)化為可利用的資源。目前工業(yè)上有一種方法是用CO2來生產(chǎn)燃料甲醇。一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，如圖表示該反應(yīng)過程中能量(單位為kJ·mol－1)的變化。下列關(guān)于該反應(yīng)的說法正確的是()A．ΔH＞0，ΔS＞0 B．ΔH＞0，ΔS＜0C．ΔH＜0，ΔS＜0 D．ΔH＜0，ΔS＞06．研究化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向?qū)τ诜磻?yīng)設(shè)計(jì)等具有重要意義，下列說法正確的是()A．ΔH<0、ΔS>0的反應(yīng)在低溫時(shí)不能自發(fā)進(jìn)行B．在其他外界條件不變的情況下，汽車排氣管中使用催化劑，可以改變產(chǎn)生尾氣的反應(yīng)的方向C．反應(yīng)CaCO3(s)=CaO(s)＋CO2(g)在室溫下不能自發(fā)進(jìn)行，說明該反應(yīng)的ΔH<0D．高溫下，反應(yīng)MgCl2(l)=Mg(l)＋Cl2(g)能自發(fā)進(jìn)行，則其ΔH>0、ΔS>07．灰錫結(jié)構(gòu)松散，不能用于制造器皿，而白錫結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，可以制造器皿?，F(xiàn)把白錫制成的器皿放在0℃、100kPa的室內(nèi)存放，它會(huì)不會(huì)變成灰錫而不能再繼續(xù)使用(已知：在0℃、J·mol－1·K－1)()A．會(huì)變成灰錫B．不會(huì)變成灰錫C．不能確定D．升高溫度才會(huì)變成灰錫8.回答下列問題：(1)催化劑在一定條件下可直接光催化分解CO2，發(fā)生反應(yīng)：2CO2(g)=2CO(g)＋O2(g)，該反應(yīng)的ΔH______(填“>”或“<”，下同)0，ΔS______0，在低溫下，該反應(yīng)________(填“能”或“不能”)自發(fā)進(jìn)行。(2)已知在100kPa、298K時(shí)石灰石分解反應(yīng)CaCO3(s)=CaO(s)＋CO2(g)的ΔH>0、ΔS>0。①常溫下，該反應(yīng)________(填“能”或“不能”，下同)自發(fā)進(jìn)行。②據(jù)本題反應(yīng)數(shù)據(jù)分析，溫度________成為反應(yīng)進(jìn)行方向的決定因素。(3)已知CaSO4(s)＋CO(g)CaO(s)＋SO2(g)＋CO2(g)ΔH＝218kJ·mol－1，該反應(yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)條件是________。(4)某吸熱反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，則該反應(yīng)的ΔS________(填“>”或“<”)0。1．反應(yīng)：CH3OH(l)＋NH3(g)=CH3NH2(g)＋H2O(g)在某溫度下才能自發(fā)向右進(jìn)行，若反應(yīng)的|ΔH|＝17kJ·mol－1，該溫度下|ΔH－TΔS|＝17kJ·mol－1，則下列選項(xiàng)正確的是()A．ΔH＞0，ΔH－TΔS<0 B．ΔH<0，ΔH－TΔS＞0C．ΔH＞0，ΔH－TΔS＞0 D．ΔH<0，ΔH－TΔS<02．汽車尾氣(含