新教材2023版高中化學(xué)第2章化學(xué)反應(yīng)的方向限度與速率第1節(jié)化學(xué)反應(yīng)的方向?qū)W生用書魯科版選擇性必修1

第2章化學(xué)反應(yīng)的方向、限度與速率第1節(jié)化學(xué)反應(yīng)的方向核心微網(wǎng)絡(luò)素養(yǎng)新目標(biāo)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)。學(xué)業(yè)基礎(chǔ)——自學(xué)·思記·嘗試一、反應(yīng)焓變與反應(yīng)方向1．自發(fā)過程與自發(fā)反應(yīng)自發(fā)過程自發(fā)反應(yīng)含義在溫度和壓強(qiáng)一定的條件下，________就能自動(dòng)進(jìn)行的過程在給定的一組條件下，可以________進(jìn)行到顯著程度的化學(xué)反應(yīng)特征具有方向性，即反應(yīng)的某個(gè)方向在一定條件下是自發(fā)的，而其逆方向在該條件下是肯定____________的舉例高山流水，自由落體運(yùn)動(dòng)鋼鐵生銹應(yīng)用(1)可被用來完成有用功。如H2燃燒可設(shè)計(jì)成原電池。(2)非自發(fā)過程要想發(fā)生，必須對(duì)它做功。如通電將水分解為H2和O22.反應(yīng)焓變與反應(yīng)方向的關(guān)系(1)二者關(guān)系(2)結(jié)論反應(yīng)的焓變是反應(yīng)能否______________________進(jìn)行的影響因素，但不是唯一因素。狀元隨筆多數(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NH4Cl與Ca(OH)2的反應(yīng)；還有一些反應(yīng)，在室溫條件下不能自發(fā)進(jìn)行，但在高溫條件下能自發(fā)進(jìn)行，如高溫煅燒CaCO3。二、反應(yīng)熵變與反應(yīng)方向1．熵(1)概念：描述體系________的物理量。符號(hào)為S；單位為J·(2)熵值的大小比較。2．熵變3．反應(yīng)熵變與反應(yīng)方向(1)二者之間的關(guān)系(2)結(jié)論：熵變是與反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行有關(guān)的一個(gè)因素，但不是唯一因素。狀元隨筆有些熵減小的反應(yīng)在一定條件下也可自發(fā)進(jìn)行，如鋁熱反應(yīng)：2Al(s)＋Fe2O3(s)=Al2O3(s)＋2Fe(s)，ΔS＝－39.35J·mol－1·K－1。因此，熵變是與反應(yīng)進(jìn)行的方向有關(guān)的一個(gè)因素，但不是決定反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的唯一因素，只根據(jù)熵變來判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向也是不全面的。三、用焓變與熵變綜合判斷反應(yīng)方向1．反應(yīng)方向的判據(jù)：在________和________一定的條件下，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。反應(yīng)的判據(jù)為____________________________。2．文字表述在溫度、壓強(qiáng)一定的條件下，自發(fā)反應(yīng)總是向______________的方向進(jìn)行，直至達(dá)到平衡狀態(tài)。3．局限性(1)只能用于一定溫度、壓強(qiáng)條件下的反應(yīng)，不能用于其他條件下的反應(yīng)。(2)僅僅可以用于判斷溫度、壓強(qiáng)一定的條件下反應(yīng)________________，不能說明反應(yīng)在該條件下能否_________________________________________________________________。狀元隨筆(1)從能量角度(即焓變)看，化學(xué)反應(yīng)有趨向于最低能量狀態(tài)的傾向，而從熵變角度看，化學(xué)反應(yīng)有呈現(xiàn)最大混亂度的傾向，在實(shí)際的化學(xué)變化中，ΔH與ΔS傾向有時(shí)會(huì)出現(xiàn)矛盾，因此，在分析一個(gè)具體化學(xué)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的方向時(shí)，不能孤立地使用焓判據(jù)或熵判據(jù)來分析，否則，可能會(huì)得出錯(cuò)誤的結(jié)論。(2)復(fù)合判據(jù)ΔH－TΔS只能用于恒溫、恒壓條件下的反應(yīng)，不能用于其他條件下的反應(yīng)?！炯磳W(xué)即練】1．判斷下列說法是否正確，正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”。(1)能夠自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)不一定都是放熱反應(yīng)。()(2)能夠自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)就一定能夠發(fā)生并完成。()(3)同一物質(zhì)：固體→液體→氣體變化是焓減和熵增的過程。()(4)與外界隔離的體系，自發(fā)過程將導(dǎo)致體系的熵減小。()(5)－10℃的水結(jié)成冰，可用熵變的判據(jù)來解釋該變化過程的自發(fā)性。()(6)吸熱且熵增加的反應(yīng)，溫度越低反應(yīng)越可能自發(fā)進(jìn)行。()(7)由焓判據(jù)和熵判據(jù)組合而成的復(fù)合判據(jù)，將更適合于所有的過程。()(8)一個(gè)反應(yīng)的ΔH－TΔS＝0，則該反應(yīng)處于平衡狀態(tài)。()2．下列說法不正確的是()A．Na與H2O的反應(yīng)是熵增的放熱反應(yīng)，該反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行B．某吸熱反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，因此該反應(yīng)是熵增反應(yīng)C．碳酸銨[(NH4)2CO3]在室溫下就能自發(fā)地分解產(chǎn)生氨氣是因?yàn)橥饨缃o予了能量D．CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(l)是一個(gè)熵減小的反應(yīng)3．(雙選)下列對(duì)熵變的判斷中不正確的是()A．少量的食鹽溶解于水中：ΔS>0B．純碳和氧氣反應(yīng)生成CO(g)：ΔS<0C．氣態(tài)水變成液態(tài)水：ΔS>0D．CaCO3(s)受熱分解為CaO(s)和CO2(g)：ΔS>04．(雙選)以白云石(CaCO3·MgCO3)為原料冶煉金屬鎂的反應(yīng)工藝涉及以下兩個(gè)反應(yīng)：①CaCO3·MgCO3eq\o(,\s\up7(高溫))MgO·CaO＋2CO2↑；②2(MgO·CaO)＋Sieq\o(,\s\up7(高溫))2CaO＋SiO2＋2Mg↑對(duì)①②兩個(gè)反應(yīng)的說法正確的是()A．在敞口容器中有利于反應(yīng)①的進(jìn)行B．反應(yīng)①能進(jìn)行，說明該反應(yīng)ΔH<0C．在真空條件下有利于反應(yīng)②的進(jìn)行D．反應(yīng)②能進(jìn)行，說明Si的還原性比Mg強(qiáng)5．已知反應(yīng)：Te(s)＋H2(g)=H2Te(g)的ΔH為正值，ΔS為負(fù)值，設(shè)ΔH與ΔS不隨溫度而變化，下列說法正確的是()A．低溫下是自發(fā)反應(yīng)B．高溫下是自發(fā)反應(yīng)C．低溫下是非自發(fā)反應(yīng)，高溫下是自發(fā)反應(yīng)D．任何溫度下都是非自發(fā)反應(yīng)6．已知電子工業(yè)中清洗硅片上的SiO2(s)的反應(yīng)為SiO2(s)＋4HF(g)=SiF4(g)＋2H2O(l)ΔH(298.15K)＝－94.0kJ·mol－1，ΔS(298.15K)＝－75.8J·mol－1·K－1，假設(shè)ΔH和ΔS不隨溫度而變化，則此反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行時(shí)的溫度________。核心素養(yǎng)——合作·探究·分享目標(biāo)化學(xué)反應(yīng)方向的判斷例已知下列過程都能自發(fā)進(jìn)行，其中不能用“焓判據(jù)”解釋的是()A．2Na(s)＋Cl2(g)=2NaCl(s)ΔH<0B．C3H8(g)＋5O2(g)=3CO2(g)＋4H2O(l)ΔH＜0C．2NH4Cl(s)＋Ca(OH)2(s)=2NH3(g)＋CaCl2(s)＋2H2O(l)ΔH>0D．2Mg(s)＋O2(g)=2MgO(s)ΔH<0狀元隨筆理解焓變與反應(yīng)方向的關(guān)系(1)多數(shù)自發(fā)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)是放熱反應(yīng)，但也有很多吸熱反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。(2)反應(yīng)焓變是與反應(yīng)進(jìn)行的方向有關(guān)的因素之一，但不是決定反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的唯一因素。[提升1]下列有關(guān)說法不正確的是()A．同一物質(zhì)的固、液、氣三種狀態(tài)的熵值相同B．自發(fā)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)的方向，應(yīng)由焓判據(jù)和熵判據(jù)的復(fù)合判據(jù)來判斷C．反應(yīng)NH3(g)＋HCl(g)=NH4Cl(s)在室溫下可自發(fā)進(jìn)行，則該反應(yīng)的ΔH<0D．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>0狀元隨筆理解熵變與反應(yīng)方向的關(guān)系(1)多數(shù)自發(fā)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)是熵增反應(yīng)，但也有很多熵減反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。(2)反應(yīng)熵變是與反應(yīng)進(jìn)行的方向有關(guān)的因素之一，但不是決定反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的唯一因素。[提升2]回答下列問題：(1)用釕的配合物作催化劑，一定條件下可直接光催化分解CO2，發(fā)生反應(yīng)：2CO2(g)=2CO(g)＋O2(g)，該反應(yīng)的ΔH________(填“>”“<”或“＝”)0，ΔS________(填“>”“<”或“＝”)0，在低溫下，該反應(yīng)________(填“能”或“不能”)自發(fā)進(jìn)行。(2)科學(xué)家正在研究利用催化技術(shù)將尾氣中的NO和CO轉(zhuǎn)變成CO2和N2，化學(xué)方程式為2NO＋2CO?2CO2＋N2。反應(yīng)在常溫下能夠自發(fā)進(jìn)行，則反應(yīng)的ΔH________(填“>”“<”或“＝”)0。(3)已知在100kPa、298K時(shí)石灰石分解反應(yīng)CaCO3(s)=CaO(s)＋CO2(g)的ΔH>0，ΔS>0，則：①該反應(yīng)常溫下________(填“能”或“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”或“不能”)成為反應(yīng)方向的決定因素。(4)某吸熱反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，則該反應(yīng)的ΔS______(填“>”或“<”)0。狀元隨筆(1)焓和熵的變化取決于體系的始態(tài)和終態(tài)，與變化的途徑無關(guān)。(2)ΔH與ΔS共同影響一個(gè)化學(xué)反應(yīng)在一定條件下能否自發(fā)進(jìn)行，它們與化學(xué)反應(yīng)速率無關(guān)。(3)判據(jù)ΔH－TΔS指的是在溫度、壓強(qiáng)一定的條件下反應(yīng)自動(dòng)發(fā)生的趨勢(shì)，不能說明該條件下反應(yīng)能否實(shí)際發(fā)生?！娟P(guān)鍵能力】1.化學(xué)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的判斷依據(jù)(1)公式描述在一定條件下，一個(gè)化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行，既與反應(yīng)焓變有關(guān)，又與反應(yīng)熵變有關(guān)。研究表明，在等溫、等壓及除了體積功以外不做其他功的條件下，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，反應(yīng)方向的判據(jù)為ΔH－TΔS。ΔH－TΔS<0反應(yīng)正向能自發(fā)進(jìn)行ΔH－TΔS＝0反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)ΔH－TΔS>0反應(yīng)正向不能自發(fā)進(jìn)行(2)文字表述在等溫、等壓及除了體積功以外不做其他功的條件下，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)。2．反應(yīng)方向判據(jù)的相關(guān)規(guī)律(1)放熱的熵增加反應(yīng)一定能自發(fā)進(jìn)行。(2)吸熱的熵減小反應(yīng)一定不能自發(fā)進(jìn)行。(3)當(dāng)反應(yīng)的焓變和熵變的影響相反時(shí)，如果二者大小相差懸殊，某一因素可能占主導(dǎo)地位。常溫下的放熱反應(yīng)，焓變對(duì)反應(yīng)方向起決定性作用。常溫下的吸熱反應(yīng)，熵變對(duì)反應(yīng)方向起決定性作用。(4)如果反應(yīng)的焓變和熵變的影響相反且相差不大時(shí)，溫度可能對(duì)反應(yīng)的方向起決定性作用。當(dāng)堂評(píng)價(jià)——夯實(shí)·測(cè)控·演練1．過氧化氫，化學(xué)式H2O2。純過氧化氫是淡藍(lán)色的黏稠液體，可任意比例與水混溶，是一種強(qiáng)氧化劑，水溶液俗稱雙氧水，為無色透明液體。其水溶液適用于醫(yī)用傷口消毒及環(huán)境消毒和食品消毒。已知，H2O2分解成H2O和O2，其中ΔH＝－196.1kJ·mol－1，ΔS＝125.8J·mol－1·K－1，據(jù)此，下列說法正確的是()A．該反應(yīng)在常溫下不能自發(fā)進(jìn)行B．該反應(yīng)在常溫下能自發(fā)進(jìn)行C．該反應(yīng)反應(yīng)前后熵值減小D．該反應(yīng)反應(yīng)物的總能量低于生成物的總能量2．(雙選)下列說法正確的是()A．反應(yīng)2Mg(s)＋CO2(g)=C(s)＋2MgO(s)能自發(fā)進(jìn)行，則該反應(yīng)的ΔH<0B．ΔH<0、ΔS<0的反應(yīng)在高溫條件下能自發(fā)進(jìn)行C．反應(yīng)MgCO3(s)=MgO(s)＋CO2(g)的ΔS>0D．同一物質(zhì)的固、液、氣三種狀態(tài)的熵值相同3．(雙選)下列內(nèi)容與結(jié)論相對(duì)應(yīng)的是()選項(xiàng)內(nèi)容結(jié)論AH2O(g)變成H2O(l)ΔS>0B硝酸銨溶于水可自發(fā)進(jìn)行該反應(yīng)的ΔS>0C一個(gè)反應(yīng)的ΔH>0，ΔS>0反應(yīng)一定不能自發(fā)進(jìn)行DH2(g)＋F2(g)=2HF(g)的ΔH＝－271kJ·mol－1ΔS＝8J·mol－1·K－1反應(yīng)在任意溫度下都能自發(fā)進(jìn)行4.汽車尾氣(含烴類、CO、NO與SO2等)是城市主要污染源之一，治理的辦法之一是在汽車排氣管上裝催化轉(zhuǎn)化器，它使NO與CO反應(yīng)生成可參與大氣生態(tài)循環(huán)的無毒氣體，其反應(yīng)原理是2NO(g)＋2CO(g)eq\o(,\s\up7(催化劑))N2(g)＋2CO2(g)，在298K、100kPa下，ΔH＝－113kJ·mol－1，ΔS＝-145J·mol-1·KA.該反應(yīng)中反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量B．該反應(yīng)常溫下不能自發(fā)進(jìn)行，因此需要高溫和催化劑條件C．該反應(yīng)常溫下能自發(fā)進(jìn)行，高溫和催化劑條件只是加快反應(yīng)的速率D．汽車尾氣中的這兩種氣體會(huì)與血紅蛋白結(jié)合而使人中毒5．有A、B、C、D四個(gè)反應(yīng)：反應(yīng)ABCDΔH/kJ·mol－1＋10.5＋1.80－126－11.7ΔS/J·mol－1·K－130.0－113.084.0－105.0(1)在任何溫度下都能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)是________。(2)在任何溫度下都不能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)是________。(3)在余下的反應(yīng)中：①溫度高于________℃時(shí)可自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)是________。②溫度低于________℃時(shí)可自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)是______________。6．回答下列問題：(1)汽車燃油不完全燃燒時(shí)產(chǎn)生CO，有人設(shè)想按下列反應(yīng)除去CO：2CO(g)=2C(s)＋O2(g)。已知該反應(yīng)的ΔH>0，簡(jiǎn)述該設(shè)想能否實(shí)現(xiàn)的依據(jù)：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)下列反應(yīng)中，在高溫下不能自發(fā)進(jìn)行的是________(填字母)。a．CO(g)=C(s)＋12O2b．2N2O5(g)=4NO2(g)＋O2(g)c．(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)＋NH3(g)d．MgCO3(s)=MgO(s)＋CO2(g)(3)25℃和1.01×105Pa時(shí)，反應(yīng)：2N2O5(g)=4NO2(g)＋O2(g)ΔH＝56.76kJ·mol－1能自發(fā)進(jìn)行的原因是________________________________。(4)將水蒸氣通過紅熱的炭即產(chǎn)生水煤氣，化學(xué)方程式為C(s)＋H2O(g)=H2(g)＋CO(g)ΔH＝131.3kJ·mol－1，ΔS＝133.7J·mol-該反應(yīng)在低溫下能否自發(fā)進(jìn)行？________(填“能”或“不能”)。練后反思第1節(jié)化學(xué)反應(yīng)的方向?qū)W業(yè)基礎(chǔ)一、1．不用借助外力作用自發(fā)不能自發(fā)進(jìn)行2．(1)放熱吸熱(2)自發(fā)二、1．(1)無序程度(2)S(g)>S(l)>S(s)越大>2．反應(yīng)產(chǎn)物總熵反應(yīng)物總熵3．(1)增加減小三、1．溫度壓強(qiáng)ΔH－TΔS＜＝＞2．ΔH－TΔS＜03．(2)發(fā)生的可能性實(shí)際發(fā)生【即學(xué)即練】1．答案：(1)√(2)×(3)×(4)×(5)×(6)×(7)√(8)√2．解析：Na與水的反應(yīng)是固體與液體反應(yīng)生成氣體，為熵增的反應(yīng)，ΔS>0，在反應(yīng)中鈉會(huì)熔化成一個(gè)閃亮的小球四處游動(dòng)，且發(fā)出嘶嘶的聲音，此反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則ΔH<0，故ΔH－TΔS<0，該反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，A正確；該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，ΔH>0，要能自發(fā)進(jìn)行ΔH－TΔS<0，該反應(yīng)一定是熵增反應(yīng)，B正確；碳酸銨自發(fā)分解，是因?yàn)榘睔獾纳啥轨卦龃?，C錯(cuò)誤；CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(l)反應(yīng)后氣體分子數(shù)減小，所以是一個(gè)熵減小的反應(yīng)，D正確。答案：C3．解析：A項(xiàng)，NaCl(s)→NaCl(aq)ΔS>0；B項(xiàng)，2C(s)＋O2(g)點(diǎn)燃=2CO(g)ΔS>0；C項(xiàng)，H2O(g)→H2O(l)ΔS<0；D項(xiàng)，CaCO3(s)高溫=CaO(s)＋CO2(g)答案：BC4．解析：在敞口容器中進(jìn)行①反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)生CO2脫離反應(yīng)體系，根據(jù)平衡移動(dòng)原理，減小生成物濃度，平衡正向移動(dòng)，因此有利于反應(yīng)①的進(jìn)行，A正確；由于該反應(yīng)的正反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng)，ΔS>0，根據(jù)公式ΔH－TΔS<0，反應(yīng)可自發(fā)進(jìn)行，反應(yīng)在高溫下進(jìn)行，因此不能判斷該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)還是吸熱反應(yīng)，B錯(cuò)誤；反應(yīng)在真空條件下進(jìn)行，就可以避免反應(yīng)產(chǎn)生的Mg被氧化，因此對(duì)該反應(yīng)發(fā)生有利，C正確；反應(yīng)在高溫下發(fā)生，因此不能證明物質(zhì)Si、Mg還原性的相對(duì)強(qiáng)弱，D錯(cuò)誤。答案：AC5．解析：由ΔH>0ΔS<0知ΔH－答案：D6．解析：要使反應(yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行，則ΔH－TΔS<0，即－94.0kJ·mol－1－T×(－75.8J·mol－1·K－1)×10－3kJ·J－1<0，故T<94.0kJ·mol-答案：小于1240K核心素養(yǎng)[例]解析：焓判據(jù)是指ΔH<0的反應(yīng)有利于自發(fā)進(jìn)行，C項(xiàng)反應(yīng)的ΔH>0，按焓判據(jù)反應(yīng)不能發(fā)生，而題給條件是能自發(fā)進(jìn)行，所以不能用“焓判據(jù)”解釋該反應(yīng)為自發(fā)反應(yīng)。答案：C[提升1]解析：熵值指的是物質(zhì)的混亂程度，同一物質(zhì)的固、液、氣三種狀態(tài)混亂程度不同，所以熵值不同，A項(xiàng)錯(cuò)誤；自發(fā)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)的方向，由焓判據(jù)和熵判據(jù)的復(fù)合判據(jù)來判斷，B項(xiàng)正確；反應(yīng)NH3(g)＋HCl(g)=NH4Cl(s)在室溫下可以自發(fā)進(jìn)行，則ΔH－T