資源簡介

(共46張PPT)
基礎課時11　化學反應的方向
專題2　化學反應速率與化學平衡
第二單元　化學反應的方向與限度
學習任務 1．通過了解判斷化學反應進行方向的三個判據，構建判斷化學反應自發性的思維方法模型，培養證據推理與模型認知的化學核心素養。
2．通過三個判據的發展過程，理解科學知識的曲折發展歷程，增強對化學反應自發性研究重要意義的認識，培養科學態度與社會責任的化學核心素養。
必備知識　自主預習儲備
一、自發過程和自發反應
1．自發過程
(1)含義：在一定條件下，不用借助____就可以________的過程。
(2)特點
①能量角度：體系趨向于從____狀態轉變為____狀態(體系對外部____或者____熱量)。
②混亂度角度：在密閉條件下，體系有從____自發轉變為____的傾向。
外力
自發進行
高能
低能
做功
釋放
有序
無序
2．自發反應
(1)定義：在一定溫度和壓強下，無需外界幫助就能自動進行的化學反應。
(2)自發反應的特征。
①具有______，即反應的某個方向在一定條件下是自發的，則其逆反應在該條件下肯定不自發。
②體系趨向于從______狀態轉變為______狀態。
③體系趨向于從____體系轉變為____體系。
方向性
高能量
低能量
有序
無序
判一判　(正確的打“√”，錯誤的打“×”)
(1)自發過程不需任何條件就能發生。 (　)
(2)室溫下冰變成水屬于自發過程。 (　)
(3)水由高處向低處流屬于自發過程。 (　)
(4)能自發進行的反應速率一定很大。 (　)
×
√
√
×
二、化學反應進行方向的判據
1．反應焓變與反應方向
(1)放熱反應過程中體系能量____，因此具有____進行的傾向，科學家提出用____(能量變化)來判斷反應進行的方向，這就是______(能量判據)。
(2)焓變與化學反應進行方向的關系。
①多數放熱反應是自發進行的。
如：燃燒反應、中和反應等。
降低
自發
焓變
焓判據
2．反應熵變與反應方向
(1)熵：衡量一個體系______的物理量。熵值越大，____程度越大，符號為S。
(2)熵增原理：在與外界隔絕的體系中，自發過程將導致體系的熵____，即熵變(符號ΔS)大于0。
(3)熵判據：體系有自發地向混亂度____(即____)的方向轉變的傾向，因此可用熵變來判斷反應進行的方向。
混亂度
混亂
增大
增加
熵增
3．焓變與熵變對反應方向的共同影響
(1)復合判據為體系的自由能變化(符號為ΔG，單位為kJ·mol-1)，綜合考慮了焓變和熵變對體系的影響，可用于化學反應自發進行方向的判斷，ΔG＝ΔH－TΔS。
(2)在溫度、壓強一定的條件下，自發反應總是向ΔG＝ΔH－TΔS＜0的方向進行，直到達平衡狀態。
①當ΔH＜0，ΔS＞0時，ΔG__0，反應__自發進行。
②當ΔH＞0，ΔS＜0時，ΔG__0，反應____自發進行。
③當ΔH＞0，ΔS＞0或ΔH＜0，ΔS＜0時，反應是否自發進行與溫度有關，在一定溫度下可使ΔG＝0，即反應達到平衡狀態。
＜
能
＞
不能
判一判　(正確的打“√”，錯誤的打“×”)
(1)放熱反應一定能自發進行。 (　)
(2)同種物質不同狀態時熵值不同，氣態時最大。 (　)
(3)熵增的反應一定能自發進行。 (　)
(4)自發反應在任何條件下均可發生。 (　)
(5)過程自發性不僅能用于判斷過程的方向，還能確定過程發生的速率。 (　)
×
√
×
×
×
關鍵能力　情境探究達成
[情境素材]
材料1　鹽酸與NaOH溶液混合后可以自發生成NaCl與水，而將NaCl固體放入水中卻不能自發生成鹽酸和NaOH，因為前者為放熱反應；熱水會自發變涼，涼水不能自發變熱，因為前者為放熱過程。但并不是所有的放熱反應(過程)都是自發進行的。
化學反應進行的方向
材料2　熵的由來
1923年，德國物理學家普朗克來南京“國立第四中山大學”講學，我國著名的物理學家胡剛復教授擔任翻譯，他根據“entropy”為熱量與溫度之商，而且這個概念與“火”有關，就在“商”上另加火旁，構成一個新字“熵”，從此為浩瀚的漢字庫中增加了一個新字。
[問題探究]
[問題1]　某同學做Na2CO3、NaHCO3分別與鹽酸反應的實驗，并用溫度計測量反應后的溫度，得出Na2CO3與鹽酸的反應為放熱反應，NaHCO3與鹽酸的反應為吸熱反應。分析Na2CO3與鹽酸的反應為什么自發進行？
提示：與反應焓變有關，能量降低是該反應自發進行的重要因素之一。
[問題2]　分析為什么NaHCO3與鹽酸的反應在室溫下也是自發進行？
提示：雖然是吸熱反應，但NaHCO3與鹽酸的反應在反應前后混亂度即熵增大，這是該反應得以自發進行的主要原因。
[問題3]　決定化學反應方向的因素是什么？
提示：(1)放熱的熵增加的反應一定能夠自發進行。
(2)吸熱的熵減少的反應一定不能自發進行。
(3)當焓變和熵變的影響相反時，如果二者大小相差懸殊，可能是某一因素占主導地位。
[歸納總結]
1．化學反應進行的方向與焓變、熵變的關系易錯提醒
(1)自發反應的熵不一定增大，可能減小，也可能不變。
(2)過程的自發性只能用于判斷過程進行的方向，是否能實現還要看具體的條件。
(3)要利用焓判據和熵判據綜合判斷反應進行的方向，不能簡單地單獨使用。
2．自由能判斷反應進行方向的規律
[能力達成]
1．已知吸熱反應：2CO(g)===2C(s)＋O2(g)，設ΔH和ΔS不隨溫度而變，下列說法中正確的是(　　)
A．低溫下能自發進行
B．高溫下能自發進行
C．任何溫度下都能自發進行
D．任何溫度下都不能自發進行
D　[已知反應：2CO(g)===2C(s)＋O2(g)的ΔH＞0，ΔS＜0，所以ΔH－TΔS＞0，在任何溫度下反應都是不能自發進行的，A、B、C錯誤，D正確。]
√
2．下列關于焓判據和熵判據的說法中，不正確的是(　　)
A．放熱的自發過程可能是熵減小的過程，吸熱的自發過程一定為熵增加的過程
B．4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)===4Fe(OH)3(s)　ΔH＝－444.3 kJ·mol-1　ΔS＝－280.1 J·mol-1·K-1在常溫常壓下能自發進行
C．在室溫下碳酸鈣的分解反應不能自發進行，但同樣是這個吸熱反應在較高溫度(1 200 K)下則能自發進行
D．放熱過程(ΔH＜0)或熵增加(ΔS＞0)的過程一定是自發的
√
D　[放熱的自發過程可能熵減小，吸熱的自發過程是熵增加的過程，A項正確；根據ΔG＝ΔH－TΔS＝－444.3 kJ·mol-1－298 K×(－280.1
×10-3 kJ·mol-1·K-1)≈－360.83 kJ·mol-1＜0，此時焓變對反應的方向起決定性作用，常溫常壓下能自發進行，B項正確；碳酸鈣分解反應的ΔH＞0且ΔS＞0，同樣根據ΔG＝ΔH－TΔS＜0可知在高溫下可自發進行，C項正確；焓減小或熵增加的過程不一定都是自發進行的，有的反應需在外力作用下才能進行，D項錯誤。]
學習效果　隨堂評估自測
2
4
3
題號
1
√
1．下列關于判斷反應的方向的說法正確的是(　　)
A．所有自發進行的化學反應都是放熱反應
B．自發反應在任何條件下都能發生
C．由焓判據和熵判據組合而成的復合判據，將更適合于所有的反應
D．同一物質的固、液、氣三種狀態的熵值相同
2
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3
題號
1
C　[焓判據與熵判據都不能單獨作為反應自發性的判據，二者組合而成的復合判據，更適合于所有的反應，A項錯誤，C項正確；在一定條件下能自發進行的反應，改變條件可能不能自發進行，B項錯誤；同一物質S(s)＜S(l)＜S(g)，D項錯誤。]
2
3
題號
1
4
√
2．下列說法正確的是(　　)
A．凡是放熱反應都是自發的，吸熱反應都是非自發的
B．自發反應的現象一定非常明顯，非自發反應的熵一定減小
C．常溫下，反應C(s)＋CO2(g) 2CO(g)不能自發進行，則該反應的ΔH＞0
D．反應2Mg(s)＋CO2(g)===C(s)＋2MgO(s)能自發進行，則該反應的ΔH＞0
2
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題號
1
4
C　[不能僅僅根據焓變判斷反應的自發性，放熱反應不一定都是自發進行的，吸熱反應也可能是自發進行的，A項錯誤；自發進行的反應，其現象不一定非常明顯，非自發反應的熵不一定減小，B項錯誤；根據反應C(s)＋CO2(g) 2CO(g)不能自發進行可知，該反應的ΔH－TΔS＞0，又知該反應ΔS＞0，則該反應的ΔH＞0，C項正確；反應2Mg(s)＋CO2(g)===C(s)＋2MgO(s)能自發進行，則ΔH－TΔS＜0，因ΔS＜0，則ΔH＜0，D項錯誤。]
2
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題號
4
1
√
3．25 ℃、1.01×105 Pa時，反應：2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)　ΔH＝56.7 kJ·mol-1能自發進行，其原因是(　　)
A．該反應是吸熱反應
B．該反應是放熱反應
C．該反應是熵減小的反應
D．熵增效應大于能量效應
D　[根據熵判據，該反應是熵增反應，能自發進行；根據焓判據，該反應是吸熱反應，不能自發進行。事實上該反應能自發進行，說明熵增效應大于能量效應。]
2
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3
題號
1
4．現有反應：2SO3(g) 2SO2(g)＋O2(g)　ΔH＞0，下列有關說法正確的是(　　)
A．ΔH＞0的化學反應一定不能自發進行
B．該反應熵增大(即ΔS＞0)
C．該反應在任何條件下一定能自發進行
D．自發過程一定使體系的熵增大
B　[ΔH＞0的化學反應也有能自發進行的，A項錯誤；B項正確；該反應只有在高溫條件下才能自發進行，C項錯誤；自發過程也有使體系的熵減小的，D項錯誤。]
√
題號
基礎課時固基練(11)　化學反應的方向
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√
1．下列關于自發過程的敘述中，正確的是(　　)
A．只有不需要任何條件就能夠自動進行的過程才是自發過程
B．需要加熱才能進行的過程肯定不是自發過程
C．同一可逆反應的正、逆反應在不同條件下都有自發的可能
D．非自發過程在任何條件下都不可能變為自發過程
題號
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C　[在一定條件下，不用借助外力即可自發進行的過程為自發過程，所以自發過程也是需要特定的條件，A、B項錯誤；可逆反應在不同的條件下，可以向不同方向自發進行，C項正確；改變條件，可以使非自發過程轉變為自發過程，D項錯誤。]
題號
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2．下列反應一定屬于非自發進行的是(　　)
A．N2(g)＋2O2(g)===2NO2(g)　ΔH＝67.7 kJ/mol
B．CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)　ΔH＝1 921.8 kJ/mol
C．C6H12O6(s)＋6O2 (g)===6CO2 (g)＋6H2O(l)　ΔH＝－2 804 kJ/mol
D．2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH＝－566 kJ/mol
√
題號
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A　[A.反應特征分析，反應的ΔH＞0、ΔS＜0，則ΔH－TΔS＞0，反應一定非自發進行，故A符合題意；B.CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)　ΔH＝1 921.8 kJ/mol，反應ΔH＞0、ΔS＞0，高溫下可能ΔH－TΔS＜0，故B不符合題意；C.C6H12O6 (s)＋6O2 (g)===6CO2 (g)＋6H2O(l)　ΔH＝－2 804 kJ/mol，反應的ΔH＜0、ΔS＝0，則ΔH－TΔS＜0，反應一定自發進行，故C不符合題意；D.2CO(g)＋O2 (g)===2CO2(g)　ΔH＝－566 kJ/mol，反應ΔH＜0、ΔS＜0，則ΔH－TΔS>0，低溫下反應可能自發進行，故D不符合題意。]
題號
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1
√
3．下列說法完全正確的是(　　)
A．自發進行的反應均是ΔH<0的反應
B．ΔS為正值的反應均能自發進行
C．物質的量增加的反應，ΔS為正值
D．CaCO3(s)受熱分解為CaO(s)和CO2(g)，則ΔS >0
D　[有些吸熱反應也可以自發進行，如(NH4)2CO3(s)=== NH4HCO3(s)＋NH3(g)，故A錯；熵變與反應的自發性有關，但不能獨立地作為自發性的判據，故B錯；物質的量增加的反應，其混亂度不一定增加，即ΔS不一定為正值，如2H2S(g)＋O2(g)===2H2O(g)＋2S(s)，故C錯；CaCO3(s)的分解產生了氣體，為熵增反應，故D對。]
題號
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√
4．下列關于焓變的敘述中正確的是(　　)
A．化學反應的焓變與反應的方向無關
B．化學反應的焓變直接決定了反應的方向
C．焓變為正值的反應都是吸熱反應
D．焓變為正值的反應都能自發進行
C　[ΔH＞0，說明反應為吸熱反應，C項正確；焓判據只是判斷反應方向的一個依據，所以A、B、D項不正確。]
題號
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√
5．已知下列過程都能自發進行，其中不能用“焓判據”解釋的是(　　)
A．2Na(s)＋Cl2(g)===2NaCl(s)　ΔH<0
B．C3H8(g)＋5O2(g)===3CO2(g)＋4H2O(l)　ΔH<0
C．2NH4Cl(s)＋Ca(OH)2(s)===2NH3(g)＋CaCl2(s)＋2H2O(l)　ΔH >0
D．2Mg(s)＋O2(g)===2MgO(s)　ΔH<0
C　[焓判據是指ΔH<0的反應有利于自發進行，C項反應的ΔH >0，按焓判據反應不能發生，而題給條件是能自發進行，所以不能用“焓判據”解釋該反應為自發反應。]
題號
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√
6．“熵”表示體系的混亂度，它的符號是“S”。下列變化中，ΔS＜0的是(　　)
A．3Fe(s)＋4H2O(g)===Fe3O4(s)＋4H2(g)
B．2NO2(g)===N2O4(l)
C．2IBr(l)===I2(s)＋Br2(g)
D．(NH4)2CO3(s)===2NH3(g)＋CO2(g)＋H2O(g)
B　[選項B中的反應是由氣體轉化為液體，混亂度減小，ΔS＜0。]
題號
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√
7．已知：(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g) ΔH＝74.9 kJ·mol-1，下列說法正確的是(　　)
A．該反應中熵變、焓變皆大于0
B．該反應是吸熱反應，因此一定不能自發進行
C．碳酸鹽分解反應中熵增加，因此任何條件下所有碳酸鹽分解一定能自發進行
D．能自發進行的反應一定是放熱反應，不能自發進行的反應一定是吸熱反應
題號
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題號
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8．已知反應：CH3OH(l)＋NH3(g)===CH3NH2(g)＋H2O(g)在某溫度下自發向右進行，若反應的|ΔH|＝17 kJ·mol-1，|ΔH－TΔS|＝17 kJ·mol-1，則下列正確的是(　　)
A．ΔH＞0，ΔH－TΔS<0
B．ΔH<0，ΔH－TΔS＞0
C．ΔH＞0，ΔH－TΔS＞0
D．ΔH<0，ΔH－TΔS<0
√
題號
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A　[該反應在一定溫度下能夠自發地向右進行，這說明ΔH－TΔS一定小于0，根據化學方程式可知該反應的ΔS＞0，所以如果ΔH＜0，則該反應在任何溫度下都是自發進行的，而該反應在一定溫度下能夠自發地向右進行，因此該反應的反應熱ΔH＞0，故選A。]
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√
9．對于化學反應方向的判斷，下列說法中正確的是(　　)
A．溫度、壓強一定時，放熱的熵減小的反應一定能自發進行
B．溫度、壓強一定時，焓因素和熵因素共同決定一個化學反應的方向
C．反應焓變是決定反應能否自發進行的唯一因素
D．固體的溶解過程與熵變無關
B　[化學反應的方向由焓變和熵變共同決定，不能僅用焓變或熵變判斷反應的方向。]
題號
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√
10．(素養題)實現“節能減排”和“低碳經濟”的一個重要課題就是如何將CO2轉化為可利用的資源。目前工業上有一種方法是用CO2來生產燃料甲醇。一定條件下發生反應：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)，如圖表示該反應過程中能量(單位為kJ·mol-1)的變化。
關于該反應的下列說法中，正確的是(　　)
A．ΔH＞0，ΔS＞0
B．ΔH＞0，ΔS＜0
C．ΔH＜0，ΔS＜0
D．ΔH＜0，ΔS＞0
題號
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C　[根據反應過程中能量變化的情況可知反應物的總能量高于生成物的總能量，反應放熱，ΔH＜0；該反應發生后氣體的物質的量減小，ΔS＜0。]
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√
11．(易錯題)灰錫結構松散，不能用于制造器皿，而白錫結構堅固，可以制造器皿。現把白錫制成的器皿放在0 ℃、100 kPa的室內存放，它會不會變成灰錫而不能再繼續使用(已知：在0 ℃、100 kPa條件下白錫轉化為灰錫的反應焓變和熵變分別為ΔH＝－2 180.9 J·mol-1、ΔS＝－6.61 J·mol-1·K-1)(　　)
A．會變成灰錫
B．不會變成灰錫
C．不能確定
D．升高溫度才會變成灰錫
題號
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A　[在等溫、等壓條件下，自發反應總是向著ΔH－TΔS＜0的方向進行，直至達到平衡狀態。因此，在0 ℃、100 kPa條件下，白錫會不會變為灰錫的問題就轉化為求算反應：白錫→灰錫的ΔH－TΔS值的問題。ΔH－TΔS＝－2 180.9 J·mol-1－273 K×
(－6.61 J·mol-1·K-1)＝－376.37 J·mol-1<0，因此在該條件下白錫會變為灰錫。]
題號
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1
12．回答下列問題：
(1)用釕的配合物作催化劑，一定條件下可直接光催化分解CO2，發生反應：2CO2(g)===2CO(g)＋O2(g)，該反應的ΔH________0(填“>”“<”或“＝”，下同)，ΔS________________0，在低溫下，該反應__________(填“能”或“不能”)自發進行。
(2)超音速飛機在平流層飛行時，尾氣中的NO會破壞臭氧層。科學家正在研究利用催化技術將尾氣中的NO和CO轉變成CO2和N2，化學方程式為2NO＋2CO 2CO2＋N2。反應在常溫下能夠自發進行，則反應的ΔH________0(填“>”“<”或“＝”)。
>
>
不能
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1
(3)已知在100 kPa、298 K時石灰石分解反應CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)的ΔH>0、ΔS>0，則：
①該反應常溫下________________(填“能”或“不能”)自發進行。
②據本題反應數據分析，溫度__________(填“能”或“不能”)成為反應方向的決定因素。
(4)已知：CaSO4(s)＋CO(g) CaO(s)＋SO2(g)＋CO2(g)　ΔH＝218 kJ·mol-1，該反應能夠自發進行的反應條件是____________。
(5)某吸熱反應能自發進行，則該反應的ΔS________0(填“>”或“<”)。
不能
能
高溫
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