蘇教版選修四專題2化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡化學(xué)反應(yīng)的方向和限度

《化學(xué)反應(yīng)的方向（第1課時(shí)）》知識(shí)梳理1．復(fù)分解類型的離子反應(yīng)發(fā)生的條件是什么？該類反應(yīng)遵循什么規(guī)律？提示：復(fù)分解型離子反應(yīng)發(fā)生的條件是生成難溶性物質(zhì)、揮發(fā)性物質(zhì)或難電離物質(zhì)。復(fù)分解型離子反應(yīng)是向某些離子濃度減小的方向進(jìn)行。2．氧化還原反應(yīng)遵循什么規(guī)律？提示：氧化還原反應(yīng)向物質(zhì)氧化性減弱、還原性減弱的方向進(jìn)行。3．從熱效應(yīng)角度分析，哪些反應(yīng)更容易發(fā)生？提示：放熱反應(yīng)更易發(fā)生。[新知探究]探究化學(xué)反應(yīng)的特點(diǎn)和自發(fā)反應(yīng)(1)化學(xué)反應(yīng)的特點(diǎn)：化學(xué)反應(yīng)具有方向性，許多化學(xué)反應(yīng)的正反應(yīng)能自動(dòng)進(jìn)行，而其逆反應(yīng)無法自動(dòng)進(jìn)行。(2)寫出下列反應(yīng)的化學(xué)方程式，并判斷是否能自動(dòng)進(jìn)行：化學(xué)反應(yīng)化學(xué)方程式是否自動(dòng)水分解成氫氣和氧氣2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解),\s\do5())2H2↑＋O2↑否氯氣與溴化鉀溶液Cl2＋2KBr=2KCl＋Br2是續(xù)表化學(xué)反應(yīng)化學(xué)方程式是否自動(dòng)乙烯與溴單質(zhì)的四氯化碳溶液CH2=CH2＋Br2→CH2BrCH2Br是氮?dú)夂脱鯕馍梢谎趸狽2＋O22NO否(3)自發(fā)反應(yīng)：在一定溫度和壓強(qiáng)下，無需外界幫助就能自動(dòng)進(jìn)行的反應(yīng)。[必記結(jié)論]自發(fā)反應(yīng)的應(yīng)用(1)自發(fā)反應(yīng)可被利用來完成有用功。例如：①甲烷燃燒可在內(nèi)燃機(jī)中被利用來做功；②鋅與CuSO4溶液反應(yīng)可設(shè)計(jì)成原電池。(2)非自發(fā)反應(yīng)要想發(fā)生，則必須對(duì)它做功。例如：①通電將水分解成H2和O2；②植物在光照下，能將CO2和H2O轉(zhuǎn)化成C6H12O6和O2。[成功體驗(yàn)]1．下列過程非自發(fā)進(jìn)行的是()A．水由高處向低處流B．天然氣的燃燒C．鐵在潮濕空氣中生銹D．室溫下水結(jié)成冰解析：選D水由高處向低處流，天然氣的燃燒，鐵在潮濕的空氣中生銹均屬自發(fā)過程；室溫下，水結(jié)冰屬非自發(fā)過程。[新知探究]探究1化學(xué)反應(yīng)的自發(fā)性與反應(yīng)焓變的關(guān)系(1)實(shí)例：以下反應(yīng)都是放熱反應(yīng)，也都是自發(fā)反應(yīng)。C3H8(g)＋5O2(g)=3CO2(g)＋4H2O(l)ΔH＝－2217.5kJ·mol－12Na(s)＋Cl2(g)=2NaCl(s)ΔH＝－822kJ·mol－14Fe(s)＋3O2=2Fe2O3(s)ΔH＝－1648.4kJ·mol－1H2(g)＋F2(g)=2HF(g)ΔH＝－546.6kJ·mol－1(2)規(guī)律：放熱反應(yīng)過程中體系能量降低，許多自發(fā)反應(yīng)趨向于從高能量狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍芰繝顟B(tài)(這時(shí)體系會(huì)對(duì)外部做功或釋放熱量)，這一經(jīng)驗(yàn)就是焓判據(jù)。(3)局限性：對(duì)化學(xué)反應(yīng)而言，絕大多數(shù)放熱反應(yīng)都能自發(fā)進(jìn)行，且反應(yīng)放出的熱量越多，體系能量降低得也越多，反應(yīng)越完全。但部分吸熱反應(yīng)也可以自發(fā)進(jìn)行。故焓變是影響反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的因素之一，但不是唯一因素。探究2化學(xué)反應(yīng)的自發(fā)性與反應(yīng)熵變的關(guān)系(1)熵熵是衡量一個(gè)體系混亂度的物理量，即表示體系的不規(guī)則或無序狀態(tài)程度的物理量。混亂度越大，體系越無序，體系的熵值就大。熵的符號(hào)為S。單位：J·mol－1·K－1。(2)物質(zhì)熵大小的判斷①物質(zhì)的存在狀態(tài)：對(duì)于同一物質(zhì)，等物質(zhì)的量的該物質(zhì)其熵值大小與物質(zhì)的存在狀態(tài)有關(guān)，氣態(tài)時(shí)熵值最大，固態(tài)時(shí)熵值最小，而液態(tài)時(shí)介于二者之間，物質(zhì)的狀態(tài)與熵大小的關(guān)系：S(g)>S(l)>S(s)。②與物質(zhì)的量的關(guān)系：物質(zhì)的量越大，分子數(shù)越多，熵值越大。③不同物質(zhì)熵值間的關(guān)系：物質(zhì)的組成越復(fù)雜，其熵值越大，組成物質(zhì)的原子種類相同時(shí)，一個(gè)分子中的原子數(shù)目越多，其混亂度就越大，熵值也越大。(3)熵變與反應(yīng)方向①含義：大多數(shù)自發(fā)反應(yīng)有趨向于體系混亂度增大的趨向，導(dǎo)致體系的熵增大。②規(guī)律：大多數(shù)熵增加的反應(yīng)都能自發(fā)進(jìn)行。③局限性：少數(shù)熵減小的反應(yīng)在一定條件下也可以自發(fā)進(jìn)行，如－10℃的液態(tài)水自動(dòng)結(jié)冰、NH3(g)＋HCl(g)=NH4Cl(s)。④結(jié)論：熵變是影響反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的因素之一，但不是唯一因素。探究3化學(xué)反應(yīng)方向的判斷體系能量降低和混亂度增大都有促使反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的傾向。判斷反應(yīng)的自發(fā)性必須綜合考慮反應(yīng)的焓變和熵變。在恒溫、恒壓時(shí)，(1)ΔH<0，ΔS>0，則反應(yīng)一定能自發(fā)進(jìn)行；(2)ΔH>0，ΔS<0，則反應(yīng)一定不能自發(fā)進(jìn)行；(3)ΔH<0，ΔS<0，或ΔH>0，ΔS>0，反應(yīng)可能自發(fā)進(jìn)行，也可能不自發(fā)進(jìn)行，與反應(yīng)的溫度有關(guān)。[必記結(jié)論]綜合判據(jù)的“四象限”1．焓變和熵變都與反應(yīng)自發(fā)性有關(guān)，又都不能獨(dú)立地作為反應(yīng)自發(fā)性的判據(jù)，要判斷反應(yīng)進(jìn)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(jìn)行判斷，ΔH－TΔS。ΔH－TΔS<0，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行；ΔH－TΔS＝0，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；ΔH－TΔS>0，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。2．四象限[成功體驗(yàn)]2．判斷下列反應(yīng)的ΔH或ΔS的正、負(fù)號(hào)(填“>”或“<”)，并判斷常溫時(shí)反應(yīng)能或不能自發(fā)進(jìn)行。(1)2Na＋2H2O=2NaOH＋H2↑ΔH________0，________自發(fā)進(jìn)行(2)CaCO3=CaO＋CO2↑ΔH________0，________自發(fā)進(jìn)行解析：(1)Na與水反應(yīng)為放熱反應(yīng)，ΔH<0，能自發(fā)進(jìn)行。(2)CaCO3高溫下能夠分解生成CaO和CO2，ΔH>0。答案：(1)<能(2)>不能3．(好題共享·選自魯科版教材P40·T3)請(qǐng)通過計(jì)算說明碳酸氫銨和醋酸溶液在常溫下能否自發(fā)進(jìn)行并指出原因。NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)=CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l)ΔH＝37.30kJ·mol－1ΔS＝184.0J·mol－1·K－1解析：反應(yīng)若自發(fā)進(jìn)行，則ΔH－TΔS<0。將相關(guān)數(shù)據(jù)代入公式：37．30kJ·mol－1－T×0.184.0kJ·mol－1·K－1<0T>eq\f(37.3,0.184)K＝202.7K。故反應(yīng)在常溫下能自發(fā)進(jìn)行。答案：該反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，因?yàn)樵摲磻?yīng)ΔH－TΔS<0—————————————[關(guān)鍵語句小結(jié)]——————————————1．在一定溫度和壓強(qiáng)下，無需外界幫助就能自動(dòng)進(jìn)行的反應(yīng)稱之為自發(fā)反應(yīng)。2.同種同量物質(zhì)的熵值：S(g)>S(l)>S(s)。有氣體生成的反應(yīng)，固體溶于水的過程是熵增加的過程。3．大多數(shù)放熱反應(yīng)都能自發(fā)進(jìn)行；大多數(shù)熵增的反應(yīng)都能自發(fā)進(jìn)行。4．焓減(ΔH<0)、熵增(ΔS>0)反應(yīng)在所有溫度下都能自發(fā)進(jìn)行。焓增(ΔH>0)、熵減(ΔS<0)反應(yīng)在任何溫度下都不能自發(fā)進(jìn)行；焓減、熵減反應(yīng)在低溫下自發(fā)進(jìn)行；焓增、熵增反應(yīng)在高溫下能自發(fā)進(jìn)行。[例1]下列說法正確的是()A．凡是放熱反應(yīng)都是自發(fā)的，凡是吸熱反應(yīng)都是非自發(fā)的B．自發(fā)反應(yīng)一定是熵增大，非自發(fā)反應(yīng)一定是熵減小或不變C．自發(fā)反應(yīng)在恰當(dāng)條件下才能實(shí)現(xiàn)D．自發(fā)反應(yīng)在任何條件下都能實(shí)現(xiàn)解析：選C反應(yīng)是否自發(fā)進(jìn)行受反應(yīng)的焓變和熵變的共同制約，而選項(xiàng)A只描述了反應(yīng)熱(即焓變)，選項(xiàng)B只描述了熵變，故選項(xiàng)A、B錯(cuò)；反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行是有條件的，如在一定的溫度和壓強(qiáng)下，故選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)。(1)自發(fā)反應(yīng)的兩個(gè)“不能”：自發(fā)反應(yīng)只說明了反應(yīng)的方向性，不能說明反應(yīng)是否發(fā)生，不能說明反應(yīng)的快慢。(2)某些自發(fā)反應(yīng)需要在一定條件下才能進(jìn)行，如CH4與O2遇火易爆炸；非自發(fā)反應(yīng)具備了一定條件也能發(fā)生，如電解水。1．下列關(guān)于自發(fā)反應(yīng)的敘述正確的是()A．自發(fā)反應(yīng)是無需外界幫助就能自動(dòng)進(jìn)行的反應(yīng)B．在自然界中沒有任何條件的自發(fā)反應(yīng)是不存在的C．在通常狀況下冰能自行融化，所以它是自發(fā)反應(yīng)D．所有能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)都是自發(fā)反應(yīng)解析：選B自發(fā)反應(yīng)是在一定條件下無需外界幫助就能自動(dòng)進(jìn)行的反應(yīng)，如物質(zhì)的燃燒是自發(fā)反應(yīng)，但需要點(diǎn)燃的條件等，所以A項(xiàng)和D項(xiàng)錯(cuò)誤、B項(xiàng)正確。自發(fā)反應(yīng)討論的是化學(xué)反應(yīng)，而自發(fā)過程也包括物理過程，冰融化屬自發(fā)過程，C錯(cuò)誤。[例2]下列說法正確的是()A．同溫同壓下，H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)在光照和點(diǎn)燃的條件下ΔH不同B．常溫下，反應(yīng)C(s)＋CO2(g)=2CO(g)不能自發(fā)進(jìn)行，則該反應(yīng)的ΔH>0C．某反應(yīng)低溫條件下能夠自發(fā)進(jìn)行，則高溫條件下一定能夠自發(fā)D．KNO3溶于水的過程熵值減小解析：選B同溫同壓下，反應(yīng)的條件不會(huì)影響ΔH，A項(xiàng)錯(cuò)誤；反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的判據(jù)為ΔH－TΔS<0，由方程式知ΔS>0，則ΔH－TΔS>0，B項(xiàng)正確；由ΔH－TΔS<0可知當(dāng)ΔH<0，ΔS<0時(shí)，溫度越高，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的可能性越小，C項(xiàng)錯(cuò)誤；溶解過程是一個(gè)熵增的過程。在溫度、壓強(qiáng)一定時(shí)，化學(xué)反應(yīng)的方向是反應(yīng)的焓變和熵變共同影響的結(jié)果。ΔH－TΔS只能用于溫度、壓強(qiáng)一定的條件下的化學(xué)反應(yīng)的判斷。過程的自發(fā)性只能用于判斷過程的方向，不能確定過程是否一定發(fā)生和過程發(fā)生的速率。2．現(xiàn)有下列反應(yīng)：已知298K下反應(yīng)2Al2O3(s)＋3C(s)=4Al(s)＋3CO2(g)ΔH＝＋2171kJ·mol－1，ΔS＝＋635.5J·mol－1·K－1，則下列說法正確的是()A．由題給ΔH值可知，該反應(yīng)是一個(gè)放熱反應(yīng)B．ΔS>0表明該反應(yīng)是一個(gè)熵增加的反應(yīng)C．該反應(yīng)低溫時(shí)能自發(fā)進(jìn)行D．該反應(yīng)一定不能自發(fā)進(jìn)行解析：選B反應(yīng)的ΔH>0，為吸熱反應(yīng)，ΔS>0為熵增的反應(yīng)，反應(yīng)在高溫時(shí)可能自發(fā)進(jìn)行。[課堂雙基落實(shí)]1．下列關(guān)于自發(fā)過程的說法中正確的是()A．自發(fā)過程的逆過程在此條件下是非自發(fā)的B．自發(fā)變化一定能進(jìn)行，非自發(fā)變化一定不能進(jìn)行C．自發(fā)反應(yīng)一定能進(jìn)行徹底D．可能通過改變溫度或加催化劑的辦法使非自發(fā)反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)樽园l(fā)反應(yīng)解析：選A反應(yīng)是否實(shí)際進(jìn)行還要受溫度影響，B項(xiàng)錯(cuò)誤。自發(fā)反應(yīng)總是向ΔH－TΔS<0的方向進(jìn)行，直至達(dá)到平衡狀態(tài)，C項(xiàng)錯(cuò)誤。溫度可以使ΔH和ΔS正負(fù)相同的不自發(fā)反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)樽园l(fā)反應(yīng)，但催化劑不能，D項(xiàng)錯(cuò)誤。2．對(duì)于化學(xué)反應(yīng)方向的確定，下列說法不正確的是()A．在溫度、壓強(qiáng)一定的條件下，焓因素和熵因素共同決定一個(gè)化學(xué)反應(yīng)的方向B．溫度、壓強(qiáng)一定時(shí)，放熱的熵增加反應(yīng)一定能自發(fā)進(jìn)行C．反應(yīng)焓變是決定反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的唯一因素D．固體的溶解過程與熵變有關(guān)解析：選C焓變和熵變是一定條件下化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的復(fù)合判據(jù)，所以A正確，C不正確；放熱反應(yīng)的焓變小于零，熵增加反應(yīng)熵變大于零，都對(duì)ΔH－TΔS<0做出貢獻(xiàn)，顯然，放熱的熵增加反應(yīng)一定能自發(fā)進(jìn)行，所以B正確；固體的溶解過程，體系的混亂度增大，它是熵增加的過程，所以D正確。3．碳酸銨[(NH4)2CO3]在室溫下就能自發(fā)地分解產(chǎn)生氨氣，對(duì)其說法中正確的是()A．碳酸銨分解是因?yàn)樯闪艘讚]發(fā)的氣體，使體系的熵增大B．碳酸銨分解是因?yàn)橥饨缃o予了能量C．碳酸銨分解是吸熱反應(yīng)，此反應(yīng)不應(yīng)該自發(fā)進(jìn)行，必須借助外力才能進(jìn)行D．碳酸鹽都不穩(wěn)定，都能自發(fā)分解解析：選A該反應(yīng)氣體分子數(shù)增多，ΔS>0，故A項(xiàng)正確。4．某化學(xué)反應(yīng)其ΔH＝－122kJ·mol－1，ΔS＝－231J·mol－1·K－1，則此反應(yīng)在下列哪種情況下可自發(fā)進(jìn)行(提示：ΔH－TΔS<0能自發(fā)進(jìn)行)()A．在任何溫度下都能自發(fā)進(jìn)行B．在任何溫度下都不能自發(fā)進(jìn)行C．僅在高溫下自發(fā)進(jìn)行D．僅在低溫下自發(fā)進(jìn)行解析：選D當(dāng)ΔH<0，ΔS>0時(shí)，ΔH－TΔS一定小于0，故在任何溫度下反應(yīng)都能自發(fā)進(jìn)行。當(dāng)ΔH>0，ΔS<0時(shí)，在任何溫度下反應(yīng)都不能自發(fā)進(jìn)行。當(dāng)ΔH>0，ΔS>0時(shí)，要使ΔH－TΔS<0，T>eq\f(ΔH,ΔS)，即高溫下可自發(fā)進(jìn)行，反之，低溫下可自發(fā)進(jìn)行。5．已知在100kPa、298.15K時(shí)石灰石分解反應(yīng)：CaCO3(s)=CaO(s)＋CO2(g)ΔH＝＋178.3kJ·mol－1ΔS＝160.4J·(mol·K)－1，則：(1)該反應(yīng)________(填“能”、“不能”)自發(fā)進(jìn)行；(2)據(jù)本題反應(yīng)數(shù)據(jù)分析，溫度________(填“能”、“否”