高中化學(xué)第2章化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡第3節(jié)化學(xué)反應(yīng)的方向課件新人教版選修1

第三節(jié)化學(xué)反應(yīng)的方向課前·基礎(chǔ)認(rèn)知課堂·重難突破素養(yǎng)·目標(biāo)定位隨堂訓(xùn)練素養(yǎng)?目標(biāo)定位目標(biāo)素養(yǎng)1.知道化學(xué)反應(yīng)是有方向的。2.知道化學(xué)反應(yīng)的方向與反應(yīng)的焓變和熵變有關(guān)。知識(shí)概覽課前·基礎(chǔ)認(rèn)知化學(xué)反應(yīng)的方向1.實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),大多數(shù)

放熱

反應(yīng)是可以自發(fā)進(jìn)行的,但是不能只根據(jù)化學(xué)反應(yīng)是

吸熱

的還是

放熱

的來判斷化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向,因?yàn)閷?shí)驗(yàn)還證明,有些

吸熱

反應(yīng)也可以自發(fā)進(jìn)行。

2.實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),自發(fā)過程進(jìn)行的方向是從混亂度

小

向混亂度

大

的方向進(jìn)行,化學(xué)上用

熵

(符號(hào)為

S

)來度量這種混亂的程度。同一種物質(zhì),

氣

態(tài)時(shí)熵值最大,

固

態(tài)時(shí)熵值最小。

3.熵

增

(即ΔS>0)的反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行,但是有些熵

減

(即ΔS<0)的反應(yīng)也能自發(fā)進(jìn)行。所以不能只根據(jù)熵增或熵減來判斷化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向。

4.大量事實(shí)證明,綜合考慮

焓變

和

熵變

可以判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向。

微判斷

(1)反應(yīng)進(jìn)行的方向與ΔH、ΔS有關(guān)。(

)(2)NH4Cl(s)══NH3(g)+HCl(g)的ΔS>0。(

)(3)同一種物質(zhì),氣態(tài)時(shí)熵值最大,固態(tài)時(shí)熵值最小。(

)(4)ΔS>0的反應(yīng)都是自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)。(

)(5)能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)常溫下一定能發(fā)生,但反應(yīng)速率不能確定。(

)√√√××微訓(xùn)練

1.一定條件下發(fā)生反應(yīng):CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),如圖表示該反應(yīng)過程中能量(單位為kJ·mol-1)的變化:關(guān)于該反應(yīng)的下列說法中,正確的是(

)。A.ΔH>0,ΔS>0 B.ΔH>0,ΔS<0C.ΔH<0,ΔS<0 D.ΔH<0,ΔS>0答案:C解析:根據(jù)圖像可知,反應(yīng)物能量高于生成物能量,為放熱反應(yīng),即ΔH<0,又知反應(yīng)為氣體體積縮小的反應(yīng),即ΔS<0,C項(xiàng)正確。2.判斷下列各變化過程中熵的變化。(1)NH4NO3爆炸:2NH4NO3(s)══2N2(g)+4H2O(g)+O2(g)。(

)(2)水煤氣轉(zhuǎn)化:CO(g)+H2O(g)══CO2(g)+H2(g)。(

)(3)臭氧的生成:3O2(g)══2O3(g)。(

)a.熵增b.熵減

c.不變

d.熵變很小答案:(1)a

(2)d

(3)b解析:(1)NH4NO3的爆炸反應(yīng)中氣體的物質(zhì)的量增大,該過程是熵增的過程;(2)水煤氣轉(zhuǎn)化過程中氣體的物質(zhì)的量不變,該過程的熵變很小;(3)生成臭氧后,氣體的物質(zhì)的量減小,該過程是熵減的過程。課堂·重難突破化學(xué)反應(yīng)方向的判斷重難歸納1.化學(xué)反應(yīng)方向與焓變的關(guān)系。(1)化學(xué)反應(yīng)的方向與反應(yīng)的焓變有關(guān),但不能只根據(jù)焓變判斷反應(yīng)的方向。(2)大多數(shù)放熱反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。(3)能自發(fā)進(jìn)行的吸熱反應(yīng),體系的混亂程度一定增大(即熵增)。2.化學(xué)反應(yīng)方向與熵變的關(guān)系。(1)化學(xué)反應(yīng)的方向與反應(yīng)的熵變有關(guān),但不能只根據(jù)熵變判斷反應(yīng)的方向。(2)熵增且放熱的化學(xué)反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。(3)能自發(fā)進(jìn)行的熵減的化學(xué)反應(yīng),一定是放熱反應(yīng)。3.自由能判據(jù)。在等溫、等壓條件下的封閉體系中,可用ΔG的值來判斷反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行。ΔG=ΔH-TΔS<0,反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行;ΔG=ΔH-TΔS=0,反應(yīng)處于平衡狀態(tài);ΔG=ΔH-TΔS>0,反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。溫度與反應(yīng)方向的關(guān)系:任何過程的發(fā)生都有一定的方向性。人們?cè)谌粘Ｉ钪虚L期積累的經(jīng)驗(yàn)表明,那些能自發(fā)進(jìn)行的過程,體系的能量趨于降低,體系的混亂程度趨于增大。例如:水蒸氣冷凝成液態(tài)水,蘋果落地,水往低處流,氣體相互擴(kuò)散形成均勻的混合物,等等。1.能使體系能量降低的化學(xué)反應(yīng)具有什么特點(diǎn)?提示:使體系能量降低的化學(xué)反應(yīng)是放熱反應(yīng)。2.能使體系的混亂程度明顯增大的化學(xué)反應(yīng)通常有什么特點(diǎn)?提示:生成氣體或氣體的物質(zhì)的量增大。3.吸熱反應(yīng)一定不能自發(fā)進(jìn)行嗎?試舉例說明。提示:不一定。多數(shù)自發(fā)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)是放熱反應(yīng),但也有不少吸熱反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。如氯化銨晶體與Ba(OH)2·8H2O晶體的反應(yīng)。典例剖析已知“凡氣體分子總數(shù)增多的反應(yīng)一定是熵增大的反應(yīng)”。一定條件下,下列反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行的是(

)。A.2O3(g)══3O2(g)

ΔH<0B.2CO(g)══2C(s)+O2(g)

ΔH>0C.N2(g)+3H2(g)══2NH3(g)

ΔH<0D.CaCO3(s)══CaO(s)+CO2(g)

ΔH>0答案:B解析:A項(xiàng),ΔH<0,ΔS>0的反應(yīng)一定能自發(fā)進(jìn)行;B項(xiàng),ΔH>0,ΔS<0的反應(yīng)一定不能自發(fā)進(jìn)行;C項(xiàng),反應(yīng)是ΔH<0,ΔS<0的反應(yīng),一定條件下可以自發(fā)進(jìn)行;D項(xiàng),反應(yīng)是ΔH>0,ΔS>0的反應(yīng),一定條件下可以自發(fā)進(jìn)行。方法歸納化學(xué)反應(yīng)方向的判斷。

在一定條件下,一個(gè)化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行,既與焓變有關(guān),又與熵變有關(guān)。

(1)在恒溫、恒壓條件下,反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行,由ΔG=ΔH-TΔS的值來決定。

(2)復(fù)合判據(jù)只適用于判斷恒溫、恒壓條件下的反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行,不適用于判斷其他條件。

(3)反應(yīng)的自發(fā)性只能用于判斷反應(yīng)的方向性,反應(yīng)是否能實(shí)現(xiàn),還要看具體的條件。過程的自發(fā)性只是一種趨勢(shì),過程要發(fā)生,必須具備一定的條件。學(xué)以致用1.下列說法不正確的是(

)。A.焓變是一個(gè)與反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行有關(guān)的因素,放熱反應(yīng)具有自發(fā)進(jìn)行的傾向B.在同一條件下物質(zhì)有不同的熵值,其體系的混亂程度越大,熵值越大C.自發(fā)反應(yīng)是指不需要條件就能發(fā)生的反應(yīng)D.一個(gè)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行與焓變和熵變的共同影響有關(guān)答案:C解析:ΔH-TΔS<0,反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行,一個(gè)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行與焓變和熵變的共同影響有關(guān),焓變是一個(gè)與反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行有關(guān)的因素,放熱反應(yīng)具有自發(fā)進(jìn)行的傾向,但不一定自發(fā),A、D兩項(xiàng)正確;根據(jù)熵增原理,體系的混亂程度越大,熵值越大,B項(xiàng)正確;有的自發(fā)反應(yīng)需要在一定條件下才能發(fā)生,C項(xiàng)錯(cuò)誤。2.某化學(xué)反應(yīng)的ΔH=-122kJ·mol-1,ΔS=-431J·mol-1·K-1,則以下關(guān)于此反應(yīng)的自發(fā)性描述中正確的是(

)。A.在任何溫度下都能自發(fā)進(jìn)行B.僅在低溫下能自發(fā)進(jìn)行C.僅在高溫下能自發(fā)進(jìn)行D.在任何溫度下都不能自發(fā)進(jìn)行答案:B解析:ΔH<0,ΔS<0時(shí),低溫有利于自發(fā)進(jìn)行。易錯(cuò)提醒(1)一般來說,如果一個(gè)過程是自發(fā)的,則其逆過程往往是非自發(fā)的。

(2)自發(fā)反應(yīng)和非自發(fā)反應(yīng)是可能相互轉(zhuǎn)化的,某一條件下的自發(fā)反應(yīng)可能在另一條件下就是非自發(fā)反應(yīng),如2NO(g)+O2(g)══2NO2(g)是常溫下的自發(fā)反應(yīng),而在高溫條件下其逆反應(yīng)是自發(fā)反應(yīng)。(3)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會(huì)發(fā)生以及過程發(fā)生的速率,如涂有防銹漆和未涂有防銹漆的銅制品器件,它們發(fā)生腐蝕過程的自發(fā)性是相同的,但只有后者可以實(shí)現(xiàn)。隨堂訓(xùn)練1.下列關(guān)于自發(fā)反應(yīng)的敘述中,正確的是(

)。A.自發(fā)反應(yīng)的逆過程在相同條件下也必定是自發(fā)的B.鐵在潮濕的空氣中生銹屬于非自發(fā)反應(yīng)C.自發(fā)過程可以是物理過程,不一定是自發(fā)反應(yīng),而自發(fā)反應(yīng)一定是自發(fā)過程D.自發(fā)反應(yīng)與外界條件無關(guān)答案:C2.以下自發(fā)反應(yīng)能用焓判據(jù)來解釋的是(

)。A.硝酸銨自發(fā)地溶于水B.H2O(l)══H2O(g)

ΔH=+44.0kJ·mol-1C.(NH4)2CO3(s)══NH4HCO3(s)+NH3(g)

ΔH=+74.9kJ·mol-1D.2H2(g)+O2(g)══2H2O(l)

ΔH=-571.6kJ·mol-1答案:D解析:A項(xiàng)可用熵的增加來解釋其自發(fā)過程;B、C兩項(xiàng)反應(yīng)后氣體體積增大,其自發(fā)過程可結(jié)合熵的增加來解釋;D項(xiàng)是放熱反應(yīng),由于反應(yīng)放熱有利于反應(yīng)的自發(fā)進(jìn)行,故可用焓判據(jù)來解釋說明。3.25℃和1.01×105Pa時(shí),反應(yīng)2N2O5(g)══4NO2(g)+O2(g)

ΔH=+109.8kJ·mol-1,自發(fā)進(jìn)行的原因是(

)。A.是吸熱反應(yīng) B.是放熱反應(yīng)C.是熵減小的反應(yīng) D.熵增效應(yīng)大于焓增效應(yīng)答案:D解析:根據(jù)熱化學(xué)方程式可知,該反應(yīng)是吸熱反應(yīng),是熵增的反應(yīng),吸熱反應(yīng)不利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行,熵增反應(yīng)有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行,所以該反應(yīng)的熵增效應(yīng)大于焓增效應(yīng)。4.橡皮筋在拉伸和收縮狀態(tài)時(shí)結(jié)構(gòu)如圖,在其拉伸過程中有放熱現(xiàn)象。25℃、101kPa時(shí),下列過程的焓變、熵變和自發(fā)性與橡皮筋從拉伸狀態(tài)到收縮狀態(tài)一致的是(

)。A.CaCO3══CaO+CO2↑B.NaOH的溶解C.2H2+O2══2H2OD.Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl══BaCl2+2NH3↑+10H2O答案:D解析:橡皮筋在拉伸過程中有放熱現(xiàn)象,則橡皮筋從拉伸狀態(tài)到收縮狀態(tài)應(yīng)為吸熱過程,混亂度增加,即熵增過程,且在25

℃、101

kPa時(shí)自發(fā)進(jìn)行。碳酸鈣分解為吸熱反應(yīng),熵變大于0,但碳酸鈣在25

℃、101

kPa下不會(huì)自發(fā)分解,A項(xiàng)不符合題意;NaOH的溶解放熱,且混亂度增加,熵增,B項(xiàng)不符合題意;氫氣在氧氣中燃燒放熱,且熵減,C項(xiàng)不符合題意;D項(xiàng)中反應(yīng)為吸熱反應(yīng),且熵變大于0,在25

℃、101

kPa時(shí)能自發(fā)發(fā)生,D項(xiàng)符合題意。5.(2023山西太原五中高二月考)已知石墨、金剛石燃燒的熱化學(xué)方程式分別為:C(石墨,s)+O2(g)══CO2(g)

ΔH(298K)=-393.5kJ·mol-1C(金剛石,s)+O2(g)══CO2(g)

ΔH(298K)=-395.4kJ·mol-1已知相同條件下石墨的熵值大于金剛石。從理論上判斷下列關(guān)于金剛石和石墨的相互轉(zhuǎn)化的說法正確的是(

)。A.石墨轉(zhuǎn)化成金剛石是自發(fā)進(jìn)行的過程B.石墨轉(zhuǎn)化成金剛石的反應(yīng)必須借助外動(dòng)力C.石墨轉(zhuǎn)化為金剛石僅在高溫下自發(fā)D.金剛石轉(zhuǎn)化為石墨僅在高溫下自發(fā)B解析:①C(石墨,s)+O2(g)══CO2(g)

ΔH(298

K)=-393.5

kJ·mol-1;②C(金剛石,s)+O2(g)══CO