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1、 第二單元　化學反應的方向和限度 第1課時　化學反應的方向 目標與素養(yǎng)：1.了解自發(fā)過程和化學反應的自發(fā)性。(宏觀辨識與微觀探析)2.知道焓判據(jù)、熵判據(jù)的涵義，會用焓變和熵變判斷反應進行的方向。(宏觀辨識與微觀探析) 一、反應焓變與反應方向 1．根據(jù)是否有外力作用，過程可分為自發(fā)過程和非自發(fā)過程。自發(fā)過程是在一定條件下，不借助外力而自發(fā)進行的過程。 自發(fā)過程具有的特點： (1)體系趨向于從能量較高狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰枯^低狀態(tài)(體系對外部做功或者釋放熱量)。 (2)在密閉條件下，體系有從有序自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序的傾向。 2．化學反應的自發(fā)性與反應焓變的關系 (1)放熱反應：絕大多

2、數(shù)都能自發(fā)進行，且反應放出的熱量越多，體系能量降低得越多，反應越完全。 (2)吸熱反應：有些也能自發(fā)進行。 (3)結(jié)論：反應的焓變是制約化學反應能否自發(fā)進行的因素之一。 微點撥：(1)非自發(fā)反應在一定條件下也能夠進行。 (2)自發(fā)反應只說明了反應的方向性，不能說明反應實際是否發(fā)生，也不能說明反應的快慢。 二、反應熵變與反應方向 1．熵 (1)概念：衡量體系混亂度的物理量，其符號為S，單位為 J·mol－1·K－1。 (2)特點：混亂度越大，體系越無序，體系的熵值就越大。 (3)影響因素 ①同一物質(zhì)：S(高溫)＞S(低溫)；S(g)＞S(l)＞S(s)。 ②相同條件下的不

3、同物質(zhì)：分子結(jié)構(gòu)越復雜，熵值越大。 ③S(混合物)＞S(純凈物)。 2．熵變 (1)概念：反應產(chǎn)物總熵與反應物總熵之差。 (2)計算式：ΔS＝S(反應產(chǎn)物)－S(反應物)。 (3)正負判斷依據(jù) ①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，是熵增加的過程。 ②氣體體積增大的反應，熵變通常都是ΔS＞0，是熵增加的反應。 ③氣體體積減小的反應，熵變通常都是ΔS＜0，是熵減小的反應。 3．熵變與反應方向 (1)含義：大多數(shù)自發(fā)反應有趨向于體系混亂度增大的傾向，導致體系的熵增大。 (2)規(guī)律：大多數(shù)熵增加的反應都能自發(fā)進行。 (3)局限性：少數(shù)熵減少的反應在一

4、定條件下也可以自發(fā)進行，如－10 ℃的液態(tài)水自動結(jié)冰、NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)。 (4)結(jié)論：熵變是影響反應自發(fā)進行的因素之一，但不是唯一因素。 　熵增加的反應在常溫、常壓下一定能自發(fā)進行嗎？而熵減小的反應是不是一定不能自發(fā)進行？試舉例說明。 提示：不一定。碳酸鈣分解為氧化鈣和二氧化碳是熵增加的反應，但該反應需要高溫才能自發(fā)進行。氯化氫與氨的化合反應是熵減小的反應，但該反應可以自發(fā)進行。 三、焓變與熵變對反應方向的共同影響 體系能量降低和混亂度增大都有促使反應自發(fā)進行的傾向。判斷反應的自發(fā)性必須綜合考慮反應的焓變和熵變。在恒溫、恒壓時， (1)ΔH<0、ΔS

5、>0，則反應一定能自發(fā)進行； (2)ΔH>0、ΔS<0，則反應一定不能自發(fā)進行； (3)ΔH<0、ΔS<0或ΔH>0，ΔS>0，反應可能自發(fā)進行，也可能不自發(fā)進行，與反應的溫度有關。 1．判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)。 (1)能夠自發(fā)進行的反應一定容易發(fā)生，也一定能反應完全。(　　) (2)C(s)＋CO2(g)===2CO(g)，室溫下不能自發(fā)進行，說明該反應的ΔH＞0。 (　　) (3)一定條件下能正向自發(fā)進行的反應，其逆向必定不能自發(fā)進行。(　　) (4)對于ΔS＞0的反應，若在任何溫度下均能自發(fā)進行說明ΔH＞0。(　　) 答案：(1)×　(2)√　(

6、3)√　(4)× 2．下列關于判斷反應的方向的說法正確的是(　　) A．所有自發(fā)進行的化學反應都是放熱反應 B．自發(fā)反應在任何條件下都能發(fā)生 C．由焓判據(jù)和熵判據(jù)組合而成的復合判據(jù)，將更適合于所有的反應 D．同一物質(zhì)的固、液、氣三種狀態(tài)的熵值相同 C　[焓判據(jù)與熵判據(jù)都不能單獨作為反應自發(fā)性的判據(jù)，二者組合而成的復合判據(jù)，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(fā)進行的反應，改變條件可能不能自發(fā)進行，B項錯誤；同一物質(zhì)S(s)＜S(l)＜S(g)，D項錯誤。] 3．(1)少量蔗糖溶解于水中，ΔS________0(填“>”或“<”，下同)。 (2)純碳和氧氣反應

7、生成CO(g)，ΔS________0。 (3)液態(tài)水蒸發(fā)變成水蒸氣，ΔS________0。 答案：(1)＞　(2)＞　(3)＞　 化學反應進行方向的綜合判據(jù) 1．焓變和熵變都與反應自發(fā)性有關，又都不能獨立地作為反應自發(fā)性的判據(jù)，要判斷反應進行的方向，必須綜合考慮體系的焓變和熵變?？梢岳靡韵鹿竭M行判斷，ΔH－TΔS。 ΔH－TΔS<0，反應能自發(fā)進行； ΔH－TΔS＝0，反應達到平衡狀態(tài)； ΔH－TΔS＞0，反應不能自發(fā)進行。 2．四象限 【例】　下列反應在任意溫度下一定能自發(fā)進行的是______。 (1)2NaCl2Na＋Cl2↑ (2)2KClO3(

8、s)===2KCl(s)＋3O2(g) ΔH＝－78.03 kJ·mol－1 (3)CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ΔH＝178.2 kJ·mol－1 (4)4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)===4Fe(OH)3(s) ΔH＝－444.3 kJ·mol－1 (5)CO(g)===C(s，石墨)＋O2(g) ΔH＝110.5 kJ·mol－1 解析：(1)反應需要通電才能進行，故該反應為非自發(fā)反應。(2)ΔH＜0、ΔS＞0，任意溫度下都有ΔH－TΔS＜0，故該反應任意溫度下都能自發(fā)進行。(3)ΔH＞0、ΔS＞0，在高溫下(T＞)時，ΔH－TΔS

9、＜0，反應能自發(fā)進行；而低溫下(T＜)時，反應不能自發(fā)進行。(4)ΔH＜0，ΔS＜0，在低溫下(T＜)時，ΔH－TΔS＜0，反應能自發(fā)進行。(5)ΔH＞0、ΔS＜0，ΔH－TΔS＞0，該反應任意溫度下都不能自發(fā)反應。 答案：(2) 在化學反應A(g)＋B(g)2C(g)＋D(g)　ΔH＝Q kJ·mol－1過程中的能量變化如圖所示，回答下列問題。 (1)Q________0(填“>”“<”或“＝”)。 (2)熵變ΔS________0(填“>”“<”或“＝”)。 (3)該反應________自發(fā)進行(填“能”或“不能”)。 解析：據(jù)圖象可知，該反應是放熱反應，故Q<0。據(jù)反

10、應特點可知，該反應是熵增大的反應；據(jù)此可知該反應能自發(fā)進行。 答案：(1)<　(2)>　(3)能 1．下列過程是非自發(fā)的是(　　) A．水由高處向低處流 B．煤炭的燃燒 C．鐵在潮濕空氣中生銹 D．室溫下水結(jié)成冰 D　[自然界中水由高處向低處流、煤炭的燃燒、鐵在潮濕空氣中生銹，都是自發(fā)過程，室溫下，水結(jié)成冰是非自發(fā)的。] 2．水結(jié)冰的過程的焓變和熵變正確的是(　　) A．ΔH＞0、ΔS＜0 B．ΔH＜0、ΔS＞0 C．ΔH＞0、ΔS＞0 D．ΔH＜0、ΔS＜0 D　[H2O(l)===H2O(s)為ΔS<0的放熱(ΔH<0)過程。] 3．下列說法完全正確的是(　　)

11、A．自發(fā)進行的反應均是ΔH<0的反應 B．ΔS為正值的反應均能自發(fā)進行 C．物質(zhì)的量增加的反應，ΔS為正值 D．CaCO3(s)受熱分解為CaO(s)和CO2(g)　ΔS>0 D　[有些吸熱反應也可以自發(fā)進行，如(NH4)2CO3(s)=== NH4HCO3(s)＋NH3(g)，故A錯；熵變與反應的自發(fā)性有關，但不能獨立地作為自發(fā)性的判據(jù)，故B錯；物質(zhì)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(chǎn)生了氣體，為熵增反應，故D對。] 4．在25 ℃，1.01×105 Pa條件下，反應2

12、N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)　ΔH＝56.7 kJ·mol－1能自發(fā)進行的合理解釋是(　　) A．該反應是熵減反應 B．該反應是分解反應 C．該反應的焓變效應大于熵變效應 D．該反應的熵變效應大于焓變效應 D　[反應能否自發(fā)進行取決于焓變和熵變的復合判據(jù)，由題給內(nèi)容可知該反應吸熱，且熵增大，根據(jù)ΔG＝ΔH－TΔS判斷，反應能自發(fā)進行，必須滿足ΔH－TΔS<0才可，即熵變效應大于焓變效應。] 5．判斷下列反應的熵值的變化，在每小題后面的橫線上填上“增加”“減小”或“無明顯變化”。 (1)2H2(g)＋O2(g)2H2O(l)________。 (2)H2(g)＋Cl2(g)2HCl(g)________。 (3)(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g)__________。 (4)Cu(s)＋Cl2(g)CuCl2(s)________。 解析：判斷熵值變化的依據(jù)是同溫同壓下，氣態(tài)熵值>液態(tài)熵值>固態(tài)熵值，狀態(tài)都是氣態(tài)時，看物質(zhì)的量的多少，物質(zhì)的量越多，熵值越大。 答案：(1)減小　(2)無明顯變化　(3)增加　(4)減小