2022版新教材化学人教版选择性必修第一册学案：2-3 化学反应的方向 WORD版含答案.docx

1、第三节 化学反应的方向课标解读课标要求素养要求1.了解自发过程和自发反应的主要特点，了解焓判据、熵判据的含义。2.会用焓变和熵变判断化学反应进行的方向。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。自主学习必备知识知识点一 化学反应自发性与焓变的关系1.自发过程和自发反应自然界中有一些过程是自发进行的，而且是有方向性的。如水自发地从高处流向低处。有些化学反应也是自发进行的，而且有 方向 性。自发反应：在一定条件下，一经引发就能自

2、动进行的反应。2.化学反应自发性与反应焓变的关系（1）放热反应：绝大多数都能 自发进行 ，且反应放出的热量越多，体系能量降低得也越多，反应越完全。（2）吸热反应：有些也能自发进行。（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。1.想一想 有如下三个操作（或示意图）。以上三个操作都是自发过程吗？都是自发反应吗？答案：都是自发过程，图2和图3都属于自发反应。知识点二 化学反应自发性与熵变的关系1.熵熵是衡量一个体系 混乱度 的物理量，即表示体系的不规则或无序状态程度的物理量。混乱度越大，体系越无序，体系的熵就越 大 ，熵的符号为 S 。2.物质熵大小的判断物质的存在状

3、态：对于同一种物质，等物质的量的该物质其熵值大小与物质的 存在状态 有关，气态时熵值最大，液态时次之，固态时熵值最 小 。某物质的状态与熵的大小的关系：S(g)S(l)S(s) 。3.熵变与反应方向（1）熵变的含义：大多数自发反应有趋向于体系混乱度增大的倾向，导致体系的熵 增大 。（2）规律：大多数熵增的反应都能自发进行。（3）局限性：少数熵减少的反应在一定条件下也可以自发进行，如2NO(g)+2CO2(g)=N2(g)+2CO2(g)、NH3(g)+HCl(g)=NH4Cl(s) 。（4）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。1.想一想 根据熵的有关含义，判断下列过程中体系

4、的熵增加的有哪些？水蒸气冷凝成水硫酸铜溶于水2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)答案：和属于熵增的过程，其他属于熵减的过程。知识点三 自由能与化学反应的方向1.体系的自由能（符号为G ，单位为kJmol-1 ）的变化综合反映了焓变和熵变对自发过程的影响，可用于判断化学反应自发进行的方向，表达式为G= H-TS 。在温度、压强一定的条件下，自发反应总是向着自由能减小的方向进行，直至体系达到平衡。2.G 不仅与焓变和熵变有关，还与温度有关。当H 0，S 0时，反应能自发进行；当H 0，S 0时，反应不能自发进行；当H0,S0 或H0,S0 时，反应能

5、否自发进行与温度有关。判一判1.自发反应一定很容易发生( )2.O2 转化变为O3 时，熵减小( )3.同种物质气态时熵值最大( )4.能自发进行的反应不一定真的能发生( )5.由焓判据和熵判据组合而成的复合判据，将更适合于所有的过程( )互动探究关键能力 探究点 化学反应进行的方向知识深化1.能量判据又称焓判据，即H0 的反应有自发进行的倾向，焓判据是判断化学反应进行方向的判据之一。H0 有利于反应自发进行，自发反应不一定要H0 。2.熵判据：在与外界隔离的体系中，体系有自发地向混乱度增加（熵增）的方向转化的倾向。S0 有利于反应自发进行，但自发反应不一定要S0 。3.复合判据：由能量判据（

6、以焓变为基础）和熵判据组合成的复合判据（自由能变G ）更适合所有的过程。在温度、压强一定的条件下，自发反应总是向G=H-TS0 的方向进行，直至达到平衡状态。即H-TS0反应不能自发进行具体如下：焓变(H)熵变(S)反应在某状况下能否自发进行00能自发进行00不能自发进行00取决于温度，低温自发00取决于温度，高温自发 也可以结合下图进行记忆。4.判断过程自发性的目的是判断反应进行的方向，并不能判断反应的快慢和热效应，也不能确定反应是否一定发生。题组过关1.（2021天津和平高二月考）下列有关自发反应的说法错误的是( )A. 自发反应可能放热也可能吸热B.熵增的反应不一定为自发反应C.自发反应

7、可能需要一定条件引发才能发生D.焓增同时熵减的反应一定是自发反应答案：D解析：根据G=H-TS0 ，自发反应可能放热也可能吸热，故A正确；熵增的反应，若H 很大，也可能是非自发反应，故B正确；自发反应需要达到一定条件（温度、压强等）才能发生，故C正确；H0,S0 ，则G=H-TS0 ，该反应一定是非自发反应，故D错误。2.下列过程一定不能自发进行的是( )A. 2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)H0B.2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)H0C.(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g)H0D.2CO(g)=2C(s)+O2(g)H0答案：D解析：依据G=H-T

8、S ，只要G0 ，反应就可能自发进行。2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g) 的S0,H0 ，则高温时，G0 ，A 能自发进行；2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) 的S0,H0 ，则低温时，G0 ，B 能自发进行；(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g) 的S0,H0 ，则高温时，G0 ，C 能自发进行；2CO(g)=2C(s)+O2(g) 的S0,H0,G0 ，D 一定不能自发进行。3.（）下列内容与结论相对应的是( )选项内容结论AH2O(g) 变成H2O(l)S0B硝酸铵溶于水可自发进行S0C一个反应的H0、S0反应一定不能自发进行DH2(g)+F2(g)

9、=2HF(g) 的H=-271kJmol-1,S=+8kJmol-1K-1反应在任意温度下都不能自发进行答案：B解析：物质由气态变为液态，体系无序程度减小，即S0,A 项不正确；硝酸铵溶于水是吸热的熵增加过程，S0 ，可自发进行，B项正确；一个反应的H0、S0 ，根据二者的共同影响可知，高温时可以使H-TS0 ，即高温条件下，反应能自发进行，C项不正确；由H0、S0 知，H-TS0 ，故该反应在任意温度下都能自发进行，D项不正确。评价检测素养提升 课堂检测1.下列变化过程属于熵增的是( )A. N2(g)+3H2(g)2NH3(g)B.NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O

10、(l)C.C(s)+CO2(g)=2CO(g)D.NH3(g)+HCl(g)=NH4Cl(s)答案：C解析：熵增的判断要看气态物质的化学计量数，即体积增大的反应为熵增的反应。2.下列反应的H0 ；B项，反应为放热反应，H0 ，反应发生后体系的混乱程度增大，因此S0 ；C项，反应为放热反应，H0 ，反应发生后体系的混乱程度减小，因此S0 ；D项，反应为吸热反应，H0 。3.（2021天津河东高二统考）250 和1.01105Pa 时，反应2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)H=+56.76kJ/mol ，自发进行的原因是( )A.是吸热反应B.是放热反应C.是熵减少的反应D.熵增大效应大

11、于焓增大的效应答案：D解析：2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)H=+56.76kJ/mol ，该反应为吸热反应，H0 ，反应能够自发进行，说明G=H-TS0 ，所以S0 ，是熵增大效应大于焓增大的效应。4.已知在不同温度下，甲烷隔绝空气有可能发生如下两个裂解反应：CH4(g)C(s)+2H2(g) ，2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g) 。某同学为了得到用天然气制取炭黑的允许温度范围和最佳温度，查阅资料，得到如下热力学数据：反应的H(298K)=+74.848kJ/molS(298K)=+80.674kJ/(molK)反应的H(298K)=+376.426kJ/molS(298

12、K)=+220.211kJ/(molK)已知，上述反应的焓变和熵变随温度变化很小。请帮助这位同学回答下列问题：（1）反应在 （填“高温”或“低温”）下能自发进行。（2）反应能否自发进行是由 （填“焓变”或“熵变”）决定的。答案：（1）高温 （2）熵变 解析：（1）用天然气制取炭黑的反应是吸热的熵增反应，只有在高温下才会有H-TS0 ，所以反应在高温下能自发进行。（2）因为反应吸热，不利于反应的自发进行，而熵增有利于反应的自发进行，所以反应能否自发进行由熵变决定。素养视角汽车尾气（含CO、NO 与SO2 等）是城市空气的主要污染源之一，在汽车上安装三效催化转化器，可使汽车尾气中的主要污染物（CO

13、、NOx 、碳氢化合物）进行相互反应，生成无毒物质，减少汽车尾气污染。1.已知：N2(g)+O2(g)=2NO(g)H=+180.5kJ/mol ；2C(s)+O2(g)=2CO(g)H=-221.0kJ/mol ；C(s)+O2(g)=CO2(g)H=-393.5kJ/mol 。尾气转化的反应之一：2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)H= 。答案：-746.5kJ/mol解析：N2(g)+O2(g)=2NO(g)H=+180.5kJ/mol ，2C(s)+O2(g)=2CO(g)H=-221.0kJ/mol ，C(s)+O2(g)=CO2(g)H=-393.5kJ/mol

14、，根据盖斯定律，2-得NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g) ，所以H=(-393.5kJ/mol)2-(-221.0kJ/mol)-(+180.5kJ/mol)=-746.5kJ/mol 。2.关于反应2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g) ，下列说法中不正确的有 （填字母）。A. 该反应是熵增大的反应B.该反应不能自发进行，因此需要合适的催化剂C.该反应高温下能自发进行D.该反应低温下能自发进行答案：D解析：题给反应是气体体积减小的反应，故熵减小，故A错误；催化剂只改变化学反应速率，不改变反应的程度，故B错误；因题给反应是熵减小的放热反应，由G=H-TS0 得该反应在低温下可以自发进行，故C错误、D正确。3.科学家对有关一氧化碳在金属铂表面的氧化过程的研究，催生了汽车尾气净化装置。净化装置中的催化转化器，可将CO、NO、NO2 和碳氢化合物等转化为无害的物质，有效降低尾气对环境的危害。下列有关说法中合理的有 （填序号）。催化转化器中的铂催化剂可加快CO 氧化速率在铂催化下，NO、NO2 可被CO 还原成N2碳氢化合物在铂催化下，被CO 直接氧化成CO2 和H2O答案：解析：催化转化器中的铂催化剂可加快反应速率，正确；在铂催化下，NO、NO2 可被CO 还原成N2 ，正确；一氧化碳具有还原性，不能氧化碳氢化合物，错误。