第二单元 化学反应的方向和限度第二课时教学实录

化学反应进行的方向

[学习目标定位]

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，会用焓变和熵变判断反应进行的方向。

一

自发过程和自发反应

1.根据是否有外力作用，过程可分为自发过程和非自发过程。自发过程是在一定条件下，不借助外力而自发进行的过程。回答下列问题：

(1)下列现象的发生，你认为是自发过程的是________(填字母)。

A.水由高处往低处流

C.室温下，水自动结成冰

(2)自发过程具有的特点

①能量角度

体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或者释放热量)。

②混乱度角度

体系趋向于从有序状态转变为无序状态。

2.有下列化学反应：①白磷自燃、②氯化氢分解、③煤燃烧、④钠与水反应、⑤酸碱中和反应，其中属于能自发进行的化学反应(简称自发反应)的是①④⑤，属于放热反应的是①③④⑤。

归纳总结

关于自发反应的理解

B.气温升高冰雪融化

D.生锈的铁变光亮

二

化学反应进行的方向与焓变、熵变的关系

1.化学反应进行的方向与焓变的关系

(1)分析下列反应进行的方向与ΔH之间的关系：

①NaOH(aq)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l)，酸碱中和反应是放热反应，ΔH<0，常温下能自发进行。

②2Na(s)＋2H2O(l)===2NaOH(aq)＋H2(g)，该反应是放热反应，ΔH<0，常温下能自发进行。

③NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)===CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l)

ΔH>0，该反应在常温下能自发进行。

④CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)

ΔH>0，该反应在常温下不能自发进行，但在较高温度下能自发进行。

(2)自发反应与焓变的关系

多数自发进行的化学反应是放热反应，但也有很多吸热反应能自发进行，因此，反应焓变是与反应进行的方向有关的因素之一，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素。

2.化学反应进行的方向与熵变的关系

(1)熵的概念

自发过程的体系趋向于由有序转变为无序，体系的混乱度增大。体系的混乱度常用熵来描述，熵的概念是表示体系的混乱或无序程度的物理量，其符号为S。熵值越大，体系的混乱度越大。

(2)影响熵大小的因素

①同一条件下，不同的物质熵值不同。

②同一物质的熵与其聚集状态及外界条件有关，如对同一种物质不同状态时熵值大小为S(g)>S(l)>S(s)。

③物质的量越大，分子数越多，熵值越大。

(3)熵判据

在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵增大，即熵变(符号ΔS)大于零，这个原理叫做熵增原理。在用熵变来判断过程的方向时，就称为熵判据。

①当ΔS>0时，反应为熵增反应，在一定条件下能自发进行。

②当ΔS<0时，反应为熵减反应，在一定条件下不能自发进行。

(4)反应熵变是与反应进行的方向有关的因素之一，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素。如：2Al(s)＋Fe2O3(s)===Al2O3(s)＋2Fe(s)

ΔS＝－39.35 J·mol1·K1，上述反应为熵减－－少的反应，但在一定条件下，该反应也能自发进行。说明“熵判据”也具有一定的局限性。

归纳总结

化学反应进行的方向与焓变、熵变的关系

(1)从焓变(能量)角度：ΔH<0，有利于反应自发进行。

(2)从熵变角度：ΔS>0，有利于反应自发进行。

(3)在实际的化学反应中，若ΔH与ΔS符号相同时，对化学反应的方向的影响作用出现矛盾，

因此，在分析一个具体化学反应自发进行的方向时，不能孤立地使用焓判据或熵判据来分析，否则，可能会得出错误的结论。

1.下列自发反应可用焓判据来解释的是(

) A.2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)

ΔH＝＋56.7 kJ·mol1

－B.(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g) ΔH＝＋74.9 kJ·mol1

－C.2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－571.6 kJ·mol1

－D.CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)

ΔH＝＋178.2 kJ·mol1

－2.碳铵(NH4HCO3)在室温下就能自发地分解产生氨气，下列有关说法中正确的是(

) A.碳铵分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增大

B.碳铵分解是因为外界给予了能量

C.碳铵分解是吸热反应，根据焓判据，不能自发分解

D.碳酸盐都不稳定，都能自发分解

三

化学反应进行的方向与自由能变化的关系

1.用焓变和熵变的复合判据判断反应的方向

(1)由焓判据知放热反应是易进行的；由熵判据知熵值增加是自发的。很多情况下用不同的判据判定同一个反应，可能会出现相反的判断结果。

(2)体系的自由能变化(符号为ΔG，单位为kJ·mol1)综合考虑了焓变和熵变对体系的影响，－可用于化学反应自发进行的方向的判断，ΔG＝ΔH－TΔS。

(3)在温度、压强一定的条件下，自发反应总是向ΔG＝ΔH－TΔS<0的方向进行，直到达平衡状态。

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.已知反应：2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)在298 K、101 kPa的条件下，其ΔH＝－113.0 kJ·mol1，

ΔS＝－145.3 J·mol1·K1。

－－－该反应______(填“能”或“不能”)用于消除汽车尾气中的NO，理由为____________。

归纳总结

化学反应进行的方向与自由能变化的关系

1.复合判据判断反应方向的有关规律

(1)当ΔH<0，ΔS>0，则ΔG<0，反应一定能自发进行。

(2)当ΔH>0，ΔS<0，则ΔG>0，反应一定不能自发进行。

(3)当ΔH>0，ΔS>0或ΔH<0，ΔS<0时，反应能否自发进行与温度有关，一般低温时焓变影响为主，高温时熵变影响为主。

2.反应发生的条件有多种，ΔG＝ΔH－TΔS这个判据只能用于温度、压强一定条件下的反应，不能用于其他条件(如温度、体积一定)下的反应。

3.反应的自发性只能判断方向性，反应能否实现，还要看具体的反应条件。

3.已知反应：2CO(g)===2C(s)＋O2(g)。设ΔH和ΔS不随温度而变化，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反应

4.回答下列问题：

(1)用钌的配合物作催化剂，一定条件下可直接光催化分解CO2，发生反应：2CO2(g)===2CO(g)＋O2(g)，该反应的ΔH________(填“>”、“<”或“＝”)0，ΔS________(填“>”、“<”或“＝”)0，在低温下，该反应________(填“能”或“不能”)自发进行。

(2)超音速飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2，化学方程式为2NO＋在常温下能够自发进行，则反应的ΔH________(填“>”、“<”或“＝”)0。

(3)已知在100 kPa、298 K时石灰石分解反应CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)的ΔH>0，ΔS>0，则：

①该反应常温下________(填“能”或“不能”)自发进行。

②据本题反应数据分析，温度________(填“能”或“不能”)成为反应方向的决定因素。

(4)已知CaSO4(s)＋CO(g)(s)＋SO2(g)＋CO2(g)

ΔH＝＋218 kJ·mol1，该反应能够－2＋N2。反应自发进行的反应条件是________。

(5)某吸热反应能自发进行，则该反应的ΔS________(填“>”或“<”)0。

1.下列关于焓变与反应方向的叙述中正确的是(

)

A.化学反应的焓变与其反应的方向无关

B.化学反应的焓变直接决定了反应的方向

C.反应焓变为正值时不利于反应自发进行D.焓变为负值的反应都能自发进行

2.下列说法完全正确的是(

) A.自发进行的反应均是放热反应

B.ΔS为正值的反应均能自发进行

C.物质的量增加的反应，ΔS为正值

D.CaCO3(s)受热分解为CaO(s)和CO2(g)：ΔS>0 3.已知在等温等压条件下，化学反应方向的判据为

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

设反应A===D＋E

ΔH－TΔS＝(－4 500＋11T) J·mol1，要防止反应发生，温度必须(

) －A.高于409 K

B.低于136 K C.高于136 K而低于409 K

D.低于409 K 4.在25 ℃、1.01×105 Pa下，反应2N2O5(g)发进行的合理解释是(

) A.该反应是分解反应

B.该反应的熵增效应大于焓变效应

C.该反应是熵减反应

D.该反应是放热反应

5.回答下列问题：

(1)汽车燃油不完全燃烧时产生CO，有人设想按下列反应除去CO：2CO(g)===2C(s)＋O2(g)。已知该反应的ΔH>0，简述该设想能否实现的依据：___________________________ ________________________________________________________________________。

(2)下列反应中，在高温下不能自发进行的是________(填字母)。

1a.CO(g)===C(s)＋O2(g) 2b.2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g) c.(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g) d.MgCO3(s)===MgO(s)＋CO2(g) (3)运用化学反应原理研究合成氨反应有重要意义，请完成下列探究。

生产氢气：将水蒸气通过红热的炭即产生水煤气。C(s)＋H2O(g)－－－2(g)＋O2(g)

ΔH＝＋56.7 kJ·mol－1能自2(g)＋CO(g)

ΔH＝＋131.3 kJ·mol1，ΔS＝＋133.7 J·mol1·K1，该反应在低温下________(填“能”或“不能”)自发进行。

40分钟课时作业

[经典基础题]

题组1

反应的焓变和熵变与反应的方向

1.下列说法正确的是(

)

A.放热反应的焓变小于零，熵变大于零

B.放热及熵增加的反应，一定能自发进行

C.放热反应的焓变大于零，熵变小于零

D.放热及熵减小的反应，一定能自发进行

2.下列反应中，一定不能自发进行的是(

) A.2KClO3(s)===2KCl(s)＋3O2(g) ΔH＝－78.03 kJ·mol1

ΔS＝＋1 110 J·mol1·K1

－－－1－－－B.CO(g)===C(s，石墨)＋O2(g)

ΔH＝＋110.5 kJ·mol1

ΔS＝－89.36 J·mol1·K1

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

ΔH＝－444.3 kJ·mol1

ΔS＝－280.1 J·mol－－1·K1

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

ΔH＝＋37.30 kJ·mol－1

ΔS＝＋184.0 J·mol1·K1

－－3.已知下列过程都能自发进行，其中不能用“焓判据”解释的是(

) 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 4.下列说法正确的是(

) A.在常温下，放热反应一般能自发进行，吸热反应都不能自发进行

B.NH4HCO3(s)===NH3(g)＋H2O(g)＋CO2(g) ΔH＝＋185.57 kJ·mol1，能自发进行，原因是体系有自发地向混乱度增加的倾向

－C.因为焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓变和熵变均可以单独作为反应自发性的判据

D.在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂，可以改变化学反应进行的方向

题组2

化学反应方向的判断

5.下列关于化学反应的自发性叙述正确的是(

) A.焓变小于0而熵变大于0的反应肯定是自发的

B.焓变和熵变都小于0的反应肯定是自发的

C.焓变和熵变都大于0的反应肯定是自发的

D.熵变小于0而焓变大于0的反应肯定是自发的

6.已知反应FeO(s)＋C(s)===CO(g)＋Fe(s)的ΔH>0(假定ΔH、ΔS不随温度而变化)，下列叙述中正确的是(

) A.低温下为自发过程，高温下为非自发过程

B.高温下为自发过程，低温下为非自发过程

C.任何温度下均为非自发过程

D.任何温度下均为自发过程

7.下列内容与结论相对应的是(

) 选项

A B C 内容

H2O(g)变成H2O(l) 硝酸铵溶于水可自发进行

一个反应的ΔH>0，ΔS>0 H2(g)＋F2(g)===2HF(g) D ΔH＝－271 kJ·mol1

－结论

ΔS>0 因为ΔS>0 反应一定不自发进行

反应在任意外界条件下均可自发进行

ΔS＝＋8 J·mol1·K1

－－8.在图Ⅰ中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Ⅱ，两种气体分子立即都占有了两个容器。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(

)

理想气体的自发混合

A.此过程是从混乱程度小的状态向混乱程度大的状态变化过程，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.此过程是自发可逆的

D.此过程从有序到无序，混乱度增大

9.下列说法正确的是(

) A.2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)在常温下能自发进行，则该反应的ΔH>0 B.反应NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的ΔH<0 C.CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)室温下不能自发进行，说明该反应的ΔH<0 D.常温下，反应C(s)＋CO2(g)===2CO(g)不能自发进行，则该反应的ΔH<0 10.某化学反应在较低温度下自发反应，较高温度下非自发进行，有关该反应的下列说法正确的是(

) A.ΔH>0，ΔS>0

C.ΔH<0，ΔS>0

B.ΔH>0，ΔS<0 D.ΔH<0，ΔS<0

[能力提升题]

11.试判断下列体系的熵变(填“>0”或“<0”)。

(1)溶解少量蔗糖于水中，ΔS__________。

(2)乙烯聚合成聚乙烯，ΔS__________。

(3)CaCO3(s)加热分解成CaO(s)和CO2(g)，ΔS_________________________________。

(4)水蒸气凝结成水，ΔS__________。

(5)25 ℃和1.01×105 Pa时，反应2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)

ΔH＝＋56.76 kJ·mol－1能自发进行的原因是____________________________________________________________。

12.工业上用赤铁矿生产铁，可以选择的还原剂有C和H2。根据所学知识判断：哪一种还原剂可使反应自发进行的温度较低？

33已知：Fe2O3(s)＋C(s)===2Fe(s)＋CO2(g) 22ΔH＝＋233.8

kJ· mol1，ΔS＝＋0.279

kJ· mol1·K1

－－－Fe2O3(s)＋3H2(g)===2Fe(s)＋3H2O(g) ΔH＝＋98

kJ· mol1，ΔS＝＋0.144 2

kJ· mol1·K1

－－－13.某化学兴趣小组专门研究了氧族元素及其某些化合物的部分性质。所查资料信息如下：

①酸性：H2SO4>H2SeO4>H2TeO4

②氧、硫、硒与氢气化合越来越难，碲与氢气不能直接化合

③由元素的单质生成等物质的量的氢化物的焓变情况如图

请回答下列问题：

(1)H2与硫化合的反应________(填“放出”或“吸收”)热量。

(2)已知H2Te分解反应的ΔS>0，请解释为什么Te和H2不能直接化合。

(3)上述资料信息中能够说明硫元素非金属性强于硒元素的是________(填序号)。