学年高中化学化学反应的方向限度与速率第1节化学反应的方向教学案鲁科版选修4.docx

学年高中化学化学反应的方向限度与速率第1节化学反应的方向教学案鲁科版选修4.docx

《学年高中化学化学反应的方向限度与速率第1节化学反应的方向教学案鲁科版选修4.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《学年高中化学化学反应的方向限度与速率第1节化学反应的方向教学案鲁科版选修4.docx（18页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

学年高中化学化学反应的方向限度与速率第1节化学反应的方向教学案鲁科版选修4

第1节化学反应的方向

[课标要求]

1．了解自发和非自发过程、熵与熵变的概念。

2．了解焓判据的基本内容。

3．了解熵变与焓变这两个因素对化学反应的共同影响，了解定量判断反应方向的关系式：

ΔH－TΔS。

1．自发过程是在一定温度和压强下不需借助光、电等外部力量就能自

动发生的过程。

2．熵是描述体系混乱度的物理量，用S表示，单位是J·mol－1·K－1，熵

变是指反应产物总熵和反应物总熵之差，用ΔS表示。

同一物质S（g）>S（l）>S（s）。

3．化学反应方向的判据为ΔH－TΔS。

（1）ΔH－TΔS＜0　自发进行

（2）ΔH－TΔS＝0　平衡状态

（3）ΔH－TΔS＞0　不能自发

1．自发过程

（1）概念：

在温度和压强一定的条件下，不借助光、电等外部力量就能自动进行的过程称为自发过程；反之称为非自发过程。

（2）实例：

水由高处流向低处的过程、热由高温物体传向低温物体的过程都属于自发过程。

2．反应焓变与反应方向

（1）能自发进行的化学反应多数是放热反应，ΔH＜0。

（2）有些吸热反应在室温下能自发进行，还有一些吸热反应在较高温度下能自发进行。

（3）反应焓变是与反应能否自发进行有关的一个因素，但不是唯一因素。

[特别提醒]

（1）自发反应实际上不一定能够发生，非自发反应在一定条件下也可能发生。

（2）自发过程可以是物理过程，不一定是自发反应；而自发反应一定是自发过程。

3．反应熵变与反应方向

（1）熵及其影响因素

①概念：

描述体系混乱度的物理量。

符号为S。

②特点：

混乱度越大，体系越无序，体系的熵值就越大。

③影响因素

a．同一物质S（高温）>S（低温），S（g）>S（l）>S（s）。

b．相同条件下，不同物质的熵值不同。

（2）熵变

①概念：

反应产物总熵和反应物总熵之差。

②计算公式：

ΔS＝S（反应产物）－S（反应物）。

③正负判断依据

a．气体体积增大的反应，熵变通常都是正值，是熵增加的反应。

b．气体体积减小的反应，熵变通常都是负值，是熵减小的反应。

（3）熵变与反应方向

①熵增加有利于反应的自发进行。

②某些熵减小的反应在一定条件下也能自发进行。

③熵变是与反应能否自发进行有关的一个因素，但不是唯一因素。

[特别提醒]

（1）相同条件的不同物，分子结构越复杂，熵越大。

（2）S混合物>S纯净物。

1．下列说法中正确的是（　　）

A．能自发进行的反应一定能迅速发生

B．非自发反应一定不能发生

C．能自发进行的反应也可能没有发生

D．常温下，2H2O

2H2↑＋O2↑，即常温下水的分解反应是自发反应

解析：

选C　能否自发进行与反应进行的快慢没有必然联系，能自发进行的反应不一定能迅速发生，因为反应进行的快慢受反应条件的影响，A项错误；在一定条件下，非自发反应也可能发生，B项错误；D项中反应属于非自发反应，错误。

2．下列反应可用焓变来解释的是（　　）

A．氢氧化钡与氯化铵反应

B．2N2O5（g）===4NO2（g）＋O2（g）

ΔH＝＋56.7kJ·mol－1

C．（NH4）2CO3（s）===NH4HCO3（s）＋NH3（g）　

ΔH＝＋74.9kJ·mol－1

D．2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　

ΔH＝－571.6kJ·mol－1

解析：

选D　焓变可以用来解释放热过程的自发性，前三项中的反应均为吸热反应。

3．下列变化过程中，ΔS<0的是（　　）

A．氯化钠固体溶于水

B．NH3（g）与HCl（g）反应生成NH4Cl（s）

C．干冰（CO2）的升华

D．CaCO3（s）分解为CaO（s）和CO2（g）

解析：

选B　氯化钠固体溶于水，电离为离子，熵值增大，A项为ΔS>0的过程；气体反应生成固体，熵值减小，B项反应的ΔS<0；物质由固态变成气态或固体分解生成气体，熵值均增大，故C项和D项反应的ΔS>0。

4．下列关于化学反应的熵变的叙述中，正确的是（　　）

A．化学反应的熵变与反应的方向无关

B．化学反应的熵变直接决定了反应的方向

C．熵增大的反应都是体系混乱度增大的反应

D．熵增大的反应都能自发进行

解析：

选C　熵是描述体系混乱度的物理量，熵值越大，体系混乱度越大。

熵变（ΔS）是影响反应方向的因素，但不是唯一因素，故A、B、D项均错误，C项正确。

1．反应方向的判据

在温度、压强一定时，反应的方向应用ΔH－TΔS作为判据。

ΔH－TΔS<0　反应能自发进行，

ΔH－TΔS＝0　反应达到平衡状态，

ΔH－TΔS>0　反应不能自发进行。

2．文字描述

在温度、压强一定的条件下，自发反应总是向ΔH－TΔS<0的方向进行，直至达到平衡状态。

1．已知在100kPa、298.15K时石灰石的分解反应：

CaCO3（s）===CaO（s）＋CO2（g）　ΔH＝＋178.3kJ·mol－1，ΔS＝160.4J·mol－1·K－1，该反应能否自发进行？

提示：

因为ΔH－TΔS＝178.3kJ·mol－1－298.15K×160.4×10－3kJ·mol－1·K－1＝130.5kJ·mol－1>0所以该反应不能自发进行。

2．据1题反应提供的数据分析，温度能否成为反应方向的决定因素？

提示：

因该反应ΔH>0，ΔS>0，且焓变和熵变的数值相差不大，故温度能影响反应进行的方向。

3．温度若能决定反应方向，则1题反应自发进行的最低温度是多少？

提示：

据ΔG＝ΔH－TΔS<0时，反应可自发进行，则有：

T>

＝

＝1111.6K，所以CaCO3自发进行分解的最低温度为1111.6K。

1．放热和熵增加都对ΔH－TΔS＜0有所贡献，因此放热的熵增加反应一定能自发进行，吸热的熵减小反应一定不能自发进行。

2．当反应的焓变和熵变的影响相反，且二者大小相差悬殊时，某一因素可能占主导地位。

一般常温下自发进行的放热反应，焓变对反应方向起决定性作用。

一般常温下自发进行的吸热反应，熵变对反应方向起决定性作用。

3．如果反应的焓变和熵变的影响相反且相差不大时，温度可能对反应的方向起决定性作用。

温度与反应方向的关系：

4．ΔH与ΔS共同影响一个化学反应在一定条件下能否自发进行，它们与化学反应速率无关。

1．对反应的方向起作用的因素的判断中，不正确的是（　　）

A．有时焓变对反应的方向起决定性作用

B．有时熵变对反应的方向起决定性作用

C．焓变和熵变是判断反应方向的两个主要因素

D．任何情况下，温度都不可能对反应的方向起决定性作用

解析：

选D　当焓变和熵变对反应方向的影响相反且相差不大时，温度可能对反应的方向起决定性作用。

2．指出下列反应或过程的ΔS的正、负号，并判断常温时，反应能否自发进行。

（1）2H2O2（aq）===2H2O（l）＋O2（g）

ΔS__________0，________自发进行。

（2）C（s）＋H2O（g）===CO（g）＋H2（g）

ΔS________0，________自发进行。

（3）－10℃的水结冰

ΔS________0。

解析：

（1）反应为ΔS＞0的反应，能自发进行；

（2）反应的ΔS＞0，但常温下不能自发进行，高温时能自发进行；（3）过程ΔS＜0。

答案：

（1）＞　能　

（2）＞　不能　（3）＜

[三级训练·节节过关]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

1．下列过程是非自发的是（　　）

A．水由高处向低处流　　　B．煤炭的燃烧

C．铁在潮湿空气中生锈D．室温下水结成冰

解析：

选D　自然界中水由高处向低处流、煤炭的燃烧、铁在潮湿空气中生锈、室温下冰的融化，都是自发过程，其逆向都是非自发的。

2．已知：

（NH4）2CO3（s）===NH4HCO3（s）＋NH3（g）　ΔH＝＋74.9kJ·mol－1，下列说法中正确的是（　　）

A．该反应中熵变、焓变皆大于0

B．该反应是吸热反应，因此一定不能自发进行

C．碳酸盐分解反应中熵增加，因此任何条件下所有碳酸盐分解一定能自发进行

D．能自发进行的反应一定是放热反应，不能自发进行的反应一定是吸热反应

解析：

选A　该反应ΔH>0，ΔS>0，高温下能自发进行；ΔS>0的反应不一定能自发进行；反应放热有利于反应自发进行，但能自发进行的反应不一定是放热反应，不能自发进行的反应也不一定是吸热反应。

3．以下说法中正确的是（　　）

A．ΔH<0的反应均是自发反应

B．ΔS为负值的反应均不能自发进行

C．冰在室温下自动融化成水，是熵增的重要结果

D．高锰酸钾加热分解是一个熵减小的过程

解析：

选C　A项，ΔH<0（放热）的反应有的是非自发反应，如合成氨。

B项，ΔS为负值（熵减小）的反应有的也能自发进行，如NH3＋HCl===NH4Cl。

C项、D项都是体系混乱度增大的过程，都属于熵增加的过程。

4．已知反应Te（s）＋H2（g）===H2Te（g）的ΔH为正值，ΔS为负值，设ΔH与ΔS不随温度而变，下列说法正确的是（　　）

A．低温下是自发反应

B．高温下是自发反应

C．低温下是非自发反应，高温下是自发反应

D．任何温度下都是非自发变化

解析：

选D　由

知ΔH－TΔS＞0，且随温度的升高而增大。

5．在化学反应A（g）＋B（g）2C（g）＋D（g）　ΔH＝QkJ·mol－1过程中的能量变化如图所示，回答下列问题。

（1）Q________0（填“>”“<”或“＝”）；

（2）熵变ΔS________0（填“>”“<”或“＝”）；

（3）该反应________自发进行（填“能”或“不能”）。

解析：

根据图像可知，该反应是放热反应，故Q<0。

根据反应特点可知，该反应是熵增加的反应，据此可知该反应能自发进行。

答案：

（1）<　

（2）>　（3）能

1．反应过程的自发性可用于（　　）

A．判断反应过程的方向

B．确定反应过程是否一定会发生

C．判断反应速率

D．判断反应过程的热效应

解析：

选A　反应过程的自发性可用于判断反应过程的方向，不能确定反应过程是否一定会发生，也不能确定反应速率。

放热反应常常能自发进行，但有些吸热反应也能自发进行。

2．下列关于焓变（ΔH）的叙述中正确的是（　　）

A．化学反应的ΔH直接决定了反应的方向

B．化学反应的ΔH与反应的方向无关

C．ΔH<0的反应都是自发进行的

D．ΔH是影响化学反应是否可以自发进行的一个重要因素

解析：

选D　ΔH是影响化学反应方向的一个重要因素，但不是唯一因素，大多数放热反应是自发的，D正确。

3．下列关于干冰转化为二氧化碳气体的过程，判断正确的是（　　）

A．ΔH>0，ΔS<0　　　　B．ΔH<0，ΔS>0

C．ΔH>0，ΔS>0D．ΔH<0，ΔS<0

解析：

选C　同一物质由固态变为气态的过程需吸热，体系的熵增加。

4．下列说法正确的是（　　）

A．熵变决定反应方向

B．如果一个反应ΔH>0，ΔS>0，反应就不可能自发进行

C．如果一个反应ΔH>0，ΔS<0，反应就不可能自发进行

D．任何体系都可用ΔH－TΔS来判断反应能否自发进行

解析：

选C　熵变是影响反应自发性的一个因素，但不能决定反应方向；在温度、压强一定的条件下，焓因素和熵因素共同影响一个化学反应的方向，当ΔH>0，ΔS>0时，温度对反应方向起决定性作用，温度适宜也可能使反应自发进行，利用ΔH－TΔS是否小于零来判断反应的自发性。

5．下列关于判断过程的方向的说法正确的是（　　）

A．所有自发进行的化学反应都是放热反应

B．高温高压下可以使石墨转化为金刚石是自发的化学反应

C．由能量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

D．同一物质的固、液、气三种状态的熵值相同

解析：

选C　有些吸热反应也可以自发进行，如2N2O5（g）===4NO2（g）＋O2（g）是吸热反应，又是熵增加的反应，A不正确。

高温高压使石墨转化为金刚石，要向体系中输入能量，本质仍然是非自发的，B不正确。

同一物质，气态时的熵值最大，液态时次之，固态时熵值最小，D不正确。

6．有关下列过程的熵变的判断不正确的是（　　）

A．少量食盐溶于水中：

ΔS>0

B．碳和氧气反应生成CO（g）：

ΔS>0

C．H2O（g）变成H2O（l）：

ΔS>0

D．CaCO3（s）加热分解为CaO（s）和CO2（g）：

ΔS>0

解析：

选C　一般来说，同一种物质，不同聚集状态，熵的大小关系为气态>液态>固态。

H2O（g）变成H2O（l），ΔS<0。

7．闪电时空气中的N2和O2会发生反应：

N2（g）＋O2（g）2NO（g）　ΔH＝＋180.50kJ·

mol－1　ΔS＝247.7J·mol－1·K－1，若不考虑温度对该反应焓变的影响，则下列说法中正确的是（　　）

A．在1000℃时，此反应能自发进行

B．在1000℃时，此反应不能自发进行

C．该反应能自发进行的最低温度约为729℃

D．该反应能自发进行的最高温度约为729K

解析：

选A　题中反应ΔH>0，ΔS>0，对反应的影响相反，在1000℃时，ΔH－T·ΔS＝180.50kJ·mol－1－1273K×247.7×10－3kJ·mol－1·K－1＝－134.82kJ·mol－1<0，反应能自发进行；若反应自发进行，则ΔH－TΔS<0，所以T>

＝729K。

8．下列反应中，一定不能自发进行的是（　　）

A．2KClO3（s）===2KCl（s）＋3O2（g）　

ΔH＝－78.03kJ·mol－1，ΔS＝＋1110J·mol－1·K－1

B．CO（g）===C（s，石墨）＋

O2（g）　

ΔH＝＋110.5kJ·mol－1，ΔS＝－89.36J·mol－1·K－1

C．4Fe（OH）2（s）＋2H2O（l）＋O2（g）===4Fe（OH）3（s）

ΔH＝－444.3kJ·mol－1，ΔS＝－280.1J·mol－1·K－1

D．NH4HCO3（s）＋CH3COOH（aq）===CO2（g）＋CH3COONH4（aq）＋H2O（l）　

ΔH＝＋37.301kJ·mol－1，ΔS＝＋184.05J·mol－1·K－1

解析：

选B　A项为放热的熵增加反应，在任何温度下都有ΔH－TΔS<0，因此该反应一定能自发进行；B项为吸热的熵减小反应，在任何温度下都有ΔH－TΔS>0，故该反应一定不能自发进行；C项为放热的熵减小反应，在低温时可能有ΔH－TΔS<0，因此该反应在低温下能自发进行；D项为吸热的熵增加反应，在高温时可能有ΔH－TΔS<0，因此该反应在高温下能自发进行。

9.向平底烧瓶中放入氢氧化钡晶体[Ba（OH）2·8H2O]和氯化铵晶体，塞紧瓶塞。

在瓶底和木板间滴少量水（如图所示）。

一段时间后，发现瓶内固态物质变稀，有液体生成，瓶壁变冷，小木板黏结在烧瓶底部。

这时打开瓶塞，烧瓶中散发出刺鼻的气味。

（1）下列有关该实验的结论正确的是________（填字母）。

A．自发反应一定是放热反应

B．自发反应一定是吸热反应

C．有的吸热反应也能自发进行

D．吸热反应不能自发进行

（2）发生反应的化学方程式为_______________________________________

________________________________________________________________________。

（3）从化学反应进行方向的角度解释上述现象：

_______________________________

________________________________________________________________________。

解析：

（1）由“瓶壁变冷，小木板黏结在烧瓶底部”的实验现象可判断该反应为吸热反应，故不能用焓变来解释该反应的自发性，选项A、B错误；通过实验现象可知：

该吸热反应是自发的，C项正确，D项错误。

（2）发生反应的化学方程式为Ba（OH）2·8H2O＋2NH4Cl===BaCl2＋2NH3↑＋10H2O。

（3）该反应是吸热反应，也是熵增加反应，且熵变对反应进行方向起决定性作用。

ΔH－TΔS<0，常温下自发进行，故有题述现象发生。

答案：

（1）C

（2）Ba（OH）2·8H2O＋2NH4Cl===BaCl2＋2NH3↑＋10H2O

（3）该反应是吸热反应，也是熵增加反应，由于熵变对该反应的方向起决定性作用，即ΔH－TΔS<0，该反应常温下自发进行，从而产生了上述现象

10．有A、B、C、D四个反应：

反应

A

B

C

D

ΔH/（kJ·mol－1）

＋10.5

＋1.80

－126

－11.7

ΔS/（J·mol－1·K－1）

30.0

－113.0

84.0

－105.0

（1）在任何温度下都能自发进行的反应是________。

（2）在任何温度下都不能自发进行的反应是________。

（3）在余下的反应中：

①温度高于________℃时可自发进行的反应是________。

②温度低于________℃时可自发进行的反应是________。

解析：

放热的熵增反应在任何温度下都能自发进行，吸热的熵减反应在任何温度下都不能自发进行。

放热的熵减反应在低温下能自发进行，吸热的熵增反应在高温下可以自发进行，具体温度可以根据ΔH－TΔS＝0计算出来。

答案：

（1）C　

（2）B　（3）①77　A　②－161.6　D

1．25℃和1.01×105Pa时，反应2N2O5（g）===4NO2（g）＋O2（g）　ΔH＝＋56.7kJ·mol－1能自发进行，其原因是（　　）

A．该反应是吸热反应

B．该反应是放热反应

C．该反应是熵减小的反应

D．该反应的熵增效应大于能量效应

解析：

选D　题给反应属于气体物质的量增大的反应，是熵增加反应，能自发进行；大多数能自发进行的化学反应是放热反应，但该反应是吸热反应，说明熵增效应大于能量效应。

2．下列说法中正确的是（　　）

A．凡是放热反应都是自发的，吸热反应都是非自发的

B．自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是熵减小或不变

C．熵增加且放热的反应一定是自发反应

D．化学反应能否自发进行，与反应焓变和熵变有关。

当ΔH－TΔS<0时，反应非自发，非自发反应在任何条件下都不能实现

解析：

选C　放热反应常常是容易进行的过程，吸热反应有些也是自发反应；自发反应的熵不一定增加，可能减小，也可能不变；反应能否自发进行取决于ΔH－TΔS，当ΔS>0、ΔH<0时，ΔH－TΔS<0反应一定能自发进行，非自发的反应在高温下有可能为自发反应。

3．下列过程的方向不用熵判据判断的是（　　）

A．氯化铵与结晶氢氧化钡混合研磨，很快会闻到刺激性气味

B．冬天一杯热水很快变冷

C．有序排列的火柴散落时成为无序排列

D．多次洗牌以后，扑克牌毫无规律的混乱排列的概率大

解析：

选B　A项2NH4Cl＋Ba（OH）2·8H2O===2NH3↑＋BaCl2＋10H2O是可以自发进行的吸热反应，产生NH3和液态水混乱度增大，属于熵判据。

B项有趋向于最低能量状态的倾向，属于能量判据。

C项有序排列的火柴散落时成为无序排列，有趋向于最大混乱度的倾向，属于熵判据。

D项扑克牌的无序排列也属于熵判据。

4．下列在常温下均为非自发反应，在高温下仍为非自发反应的是（　　）

A．Ag2O（s）===2Ag（s）＋

O2（g）

B．Fe2O3（s）＋

C（s）===2Fe（s）＋

CO2（g）

C．N2O4（g）===2NO2（g）

D．6C（s）＋6H2O（l）===C6H12O6（s）

解析：

选D　化学反应有向着熵增加的方向进行的趋势。

A、B、C、D四个反应在常温下不能自发进行，其中A、B、C三项为熵增加的反应，在高温下可能为自发反应，但D项为熵减小的反应，在高温下仍为非自发反应。

5．灰锡结构松散，不能用于制造器皿；而白锡结构坚固，可以制造器皿。

现把白锡制造的器皿放在0℃100kPa的室内存放，它会不会变成灰锡而不能继续使用（已知在0℃100kPa条件下白锡转化为灰锡反应的焓变和熵变分别为ΔH＝－2180.9J·mol－1；ΔS＝－6.61J·mol－1·K－1）（　　）

A．会变　　　　　　　　B．不会变

C．不能确定D．升高温度才会变

解析：

选A　在温度、压强一定的条件下，自发反应总是向着ΔH－TΔS<0的方向进行，直至达到平衡态。

该条件下白锡转化为灰锡反应的ΔH－TΔS＝－2180.9J·mol－1－273K×（－6.61J·mol－1·K－1）＝－376.37J·mol－1<0，因此在该条件下白锡会变为灰锡。

6．在图甲中的A、B两容器里，分别收集着两种互不作用的理想气体。

若将中间活塞打开（如图乙所示），两种气体分子立即都分布在两个容器中。

这是一个不伴随能量变化的自发过程。

关于此过程的下列说法不正确的是（　　）

A．此过程为混乱程度小向混乱程度大的方向的变化过程，即熵增大的过程

B．此过程为自发过程，而且没有热量的吸收或放出

C．此过程从有序到无序，混乱度增大

D．此过程是自发可逆的

解析：

选D　由题意知ΔH＝0，ΔS>0，知该过程ΔH－TΔS<0是自发的，而逆过程ΔS<0，ΔH－TΔS>0，不能自发进行，所以D错。

7．反应2AB（g）C（g）＋3D（g）在高温时能自发进行，其逆反应在低温下能自发进行，则该反应的ΔH、ΔS应为（　　）

A．ΔH<0，ΔS>0B．ΔH<0，ΔS<0

C．ΔH>0，ΔS>0D．ΔH>0，ΔS<0

解析：

选C　该反应是一个气体物质的量增大的反应，即ΔS>0，故其逆反应ΔS<0；又知其逆反应在低温下能自发进行，可知逆反应的ΔH<0，故该反应的ΔH>0。

8．下列有关说法正确的是（　　）

A．SO2（g）＋H2O（g）===H2SO3（l），该过程是熵增加的过程

B．SO2（g）===S（s）＋O2（g）　ΔH>0、ΔS<0，该反应能自发进行

C．SO2（g）＋2H2S（g）===3S（s）＋2H2O（l）　ΔH<0，该反应低温下能自发进行

D．某温度下，SO2（g）＋

O2（g）SO3（g）　ΔS>0

解析：

选C　A项中由气体生成液体是熵减小的过程；B项中ΔH>0、ΔS<0，该反应不能自发进行；C项中反应是一个ΔH<0、ΔS<0的反应，由ΔH－TΔS可知，该反应在低温下能自发进行；D项中ΔS<0。

9．在冶金工业中，常以C作为还原剂，如温度高于980K时，氧化产物以CO为主，低于980K时以CO2为主。

（1）已知2CO（g）CO2（g）＋C（s）,T＝980K时ΔH－TΔS＝0。

当体系温度低于980K时，估计ΔH－TΔS________0（填“大于”“小于”或“等于”）；当体系温度高于980K时，该反应________自发进行（填“能”或“不能”）

（2）电子工业中清洗硅片上的SiO2（s）的反应为：

SiO2（s）＋4HF（g）===SiF4（g）＋2H2O（g）

ΔH（298.15K）＝－94.0kJ·mol－1

ΔS（298.15K）＝－75.8J·mol－1·K－1。

设ΔH和ΔS不随温度变化而变化，则此反应自发进行的温度是________。

解析：

（1）C（s）＋CO2（g）2CO（g）的反应为吸热反应，ΔH＞0，则2CO（g）CO2（g）＋C（s）为放热