2.3 化学反应的方向（学案）——2020-2021学年高中化学人教版（2019）选择性必修1
文档属性
| 名称 | 2.3 化学反应的方向（学案）——2020-2021学年高中化学人教版（2019）选择性必修1 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 59.1KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2021-08-19 11:46:03 | ||
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文档简介
人教版（2019）
选择性必修1
第二章
化学反应速率与化学平衡
第三节
化学反应的方向
学习目标
了解自发过程和化学反应的自发性。
2．通过“有序”和“无序”的对比，了解熵和熵变的概念。
3．初步了解焓变和熵变对化学反应方向的影响，能用焓变和熵变解释化学反应的方向。
4.
通过实例计算，加深对“ΔG=ΔH－TΔS”这一公式的灵活运用。
自主预习
一、自发过程与自发反应
1．自发过程
(1)含义：在一定条件下，不用借助于
就可以
的过程。
(2)特点
①体系趋向于从
状态转变为
状态(体系对外部
或者
热量)。
②在密闭条件下，体系有从
转变为
的倾向。
【思考讨论】生活中有哪些自发过程呢？
。
2．自发反应
在给定的一组条件下，可以
地进行到显著程度的反应。
【思考讨论】有人说自发过程就是自发反应，你认为这种说法正确吗？为什么？
。
二、化学反应进行方向的判据
1．焓判据：放热反应过程中体系能量
，具有自发进行的倾向，因此可用焓变来判断反应进行的方向。
定义
放热反应过程中体系能量降低，具有自发进行的倾向
自发反应与焓变的关系
多数放热反应能自发进行(
)
NaOH(aq)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l)
2Na(s)＋2H2O(l)===2NaOH(aq)＋H2(g)
CaO(s)＋H2O(l)===Ca(OH)2(aq)
很多吸热反应也能自发进行(
)
2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)
NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)==CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l)
有一些吸热反应常温下不能自发进行，但在较高温度下则能自发进行(ΔH>0)
CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)
结论
多数自发进行的化学反应是
反应，但也有很多
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．熵判据
(1)熵：用来度量体系混乱程度的物理量。熵值越大，混乱程度越大。符号为
。单位：
。
(2)熵值大小的比较
同一种物质不同状态时熵值大小为
。
(3)熵增原理：在与外界隔绝的体系中，自发过程将导致体系的熵增大，即熵变(符号
)
零。
(4)熵判据：体系有自发地向混乱度
(即熵
)的方向转变的倾
向，因此可用熵变来判断反应进行的方向。
混乱度
表示体系的不规则或无序状态，混乱度增加意味着体系变得更加无序
熵
热力学上用来表示混乱度的状态函数。体系的有序性越高，即混乱度越
，熵值就越
熵判据
体系有自发地向混乱度增加(即
)的方向转变的倾向
熵值大
小的判
断
①反应熵变ΔS＝生成总熵－反应总熵；
②S气态
S液态
S固态；
③与物质的量成正比
自发反
应与熵
变的关
系
许多熵增的反应在常温、常压下可以自发进行。产生气体的反应，气体的物质的量增大，熵变为正值，为熵增反应
2H2O2(aq)=2H2O(l)＋O2(g)
NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)
=CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l)
有些熵增的反应在常温、常压下不能自发进行，但在较高温度下可以自发进行
CaCO3(s)=CaO(s)＋CO2(g)
C(s，石墨)＋H2O(g)=CO(g)＋H2(g)
少数熵减的反应，在一定条件下也可以自发进行
2Al(s)＋Fe2O3(s)=Al2O3(s)＋2Fe(s)
结论
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
【思考讨论】发生离子反应的条件之一是生成气体，试利用上面讲的熵判据加以解释，由此你对于理论的指导作用是否有新的体会？
。
提示：由于反应中生成气体是熵增加的过程，所以增大了反应的自发性。与之相似的如用浓磷酸与食盐固体反应制取HCl气体，对复分解反应来说看似矛盾，但生成了HCl气体，是熵增加的过程，HCl气体脱离反应体系，使得反应得以正常进行。在熔融态，用金属钠与KCl反应制取钾，把反应温度控制在金属钾的沸点以上，使钾以气体形式产生，既是熵增加的过程，同时又是减少生成物浓度使平衡向正反应方向移动的过程，这些都是利用理论知识使看似不能发生的反应得以进行。
3．复合判据
过程的自发性只能用于判断过程的方向，不能确定过程是否一定会发生和过程发生的速率，若允许外界对体系施加某种作用，就可能出现相反的结果。综合考虑焓判据和熵判据的复合判据，将更适合于所有的过程，只根据一个方面来判断反应进行的方向是不全面的。
研究表明，在温度、压力一定的条件下，化学反应的方向是反应的焓变和熵变共同影响的结果，反应方向的判据为
：
ΔH－TΔS<0 反应
ΔH－TΔS＝0 反应
ΔH－TΔS>0 反应
【拓展】
课堂练习
1．下列对化学反应方向的说法正确的是( )
A．反应2A(g)＋B(g)===3C(s)＋D(g)在一定条件下能自发进行，说明该反应的ΔH>0
B．常温下，反应2Na2SO3(s)＋O2(g)===2Na2SO4(s)能自发进行，则ΔH<0
C．反应2Mg(s)＋CO2(g)===C(s)＋2MgO(s)能自发进行，则该反应的ΔH>0
D．一定温度下，反应2NaCl(s)===2Na(s)＋Cl2(g)的ΔH<0，ΔS>0
2.下列反应中在高温下不能自发进行的是( )
A．MgCO3(s)===MgO(s)＋CO2(g)
B．CO(g)===C(s)＋1/2O2(g)
C．NH4Cl(s)===NH3(g)＋HCl(g)
D．2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)
3.下列关于自发过程的叙述正确的是( )
A．只有不需要任何条件就能够自动进行的过程才是自发过程
B．需要加热才能够进行的过程肯定不是自发过程
C．同一可逆反应的正、逆反应在不同条件下都有自发的可能
D．非自发过程在任何条件下都不可能变为自发过程
4．已知：(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g) ΔH＝＋74.9
kJ·mol－1，下列说法正确的是( )
A．该反应中熵变、焓变皆大于0
B．该反应是吸热反应，因此一定不能自发进行
C．碳酸盐分解反应中熵增加，因此任何条件下所有碳酸盐分解一定能自发进行
D．能自发进行的反应一定是放热反应，不能自发进行的反应一定是吸热反应
1.【答案】 B
【解析】 ΔH－TΔS<0，反应能自发进行。若反应的ΔS<0，反应能自发进行，则ΔH<0，A、C项错误，B项正确；2NaCl(s)===2Na(s)＋Cl2(g)属于分解反应，为吸热反应，ΔH>0，D项错误。
2.【答案】 B
【解析】已知在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵增大；A、B、C、D中的反应均为分解反应且都为吸热反应，即ΔH>0；A、C、D三个反应又是熵增的反应，所以在高温下能自发进行，B不是熵增的反应，在高温下不能自发进行。
3.【答案】 C
【解析】在温度和压强一定的条件下，不借助光、电等外部力量就能自动进行的过程为自发过程，A项错误；有的自发反应需要加热才能进行，如高温自发反应，B项错误；同一可逆反应的正、逆反应在不同条件下都有自发的可能，C项正确；非自发过程在一定条件下可能变为自发过程，D项错误。
4.【答案】 A
【解析】根据反应方程式可知该反应中熵变、焓变都大于0，A项正确；该反应是吸热反应，但也是熵增大的反应，所以也可能自发进行，B项错误；碳酸盐分解反应中熵增加，但不是在任何条件下碳酸盐分解都能够自发进行，如CaCO3的分解仅在高温下自发，C项错误；能自发进行的反应不一定是放热反应，不能自发进行的反应也不一定是吸热反应，D项错误。
选择性必修1
第二章
化学反应速率与化学平衡
第三节
化学反应的方向
学习目标
了解自发过程和化学反应的自发性。
2．通过“有序”和“无序”的对比，了解熵和熵变的概念。
3．初步了解焓变和熵变对化学反应方向的影响，能用焓变和熵变解释化学反应的方向。
4.
通过实例计算，加深对“ΔG=ΔH－TΔS”这一公式的灵活运用。
自主预习
一、自发过程与自发反应
1．自发过程
(1)含义：在一定条件下，不用借助于
就可以
的过程。
(2)特点
①体系趋向于从
状态转变为
状态(体系对外部
或者
热量)。
②在密闭条件下，体系有从
转变为
的倾向。
【思考讨论】生活中有哪些自发过程呢？
。
2．自发反应
在给定的一组条件下，可以
地进行到显著程度的反应。
【思考讨论】有人说自发过程就是自发反应，你认为这种说法正确吗？为什么？
。
二、化学反应进行方向的判据
1．焓判据：放热反应过程中体系能量
，具有自发进行的倾向，因此可用焓变来判断反应进行的方向。
定义
放热反应过程中体系能量降低，具有自发进行的倾向
自发反应与焓变的关系
多数放热反应能自发进行(
)
NaOH(aq)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l)
2Na(s)＋2H2O(l)===2NaOH(aq)＋H2(g)
CaO(s)＋H2O(l)===Ca(OH)2(aq)
很多吸热反应也能自发进行(
)
2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)
NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)==CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l)
有一些吸热反应常温下不能自发进行，但在较高温度下则能自发进行(ΔH>0)
CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)
结论
多数自发进行的化学反应是
反应，但也有很多
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．熵判据
(1)熵：用来度量体系混乱程度的物理量。熵值越大，混乱程度越大。符号为
。单位：
。
(2)熵值大小的比较
同一种物质不同状态时熵值大小为
。
(3)熵增原理：在与外界隔绝的体系中，自发过程将导致体系的熵增大，即熵变(符号
)
零。
(4)熵判据：体系有自发地向混乱度
(即熵
)的方向转变的倾
向，因此可用熵变来判断反应进行的方向。
混乱度
表示体系的不规则或无序状态，混乱度增加意味着体系变得更加无序
熵
热力学上用来表示混乱度的状态函数。体系的有序性越高，即混乱度越
，熵值就越
熵判据
体系有自发地向混乱度增加(即
)的方向转变的倾向
熵值大
小的判
断
①反应熵变ΔS＝生成总熵－反应总熵；
②S气态
S液态
S固态；
③与物质的量成正比
自发反
应与熵
变的关
系
许多熵增的反应在常温、常压下可以自发进行。产生气体的反应，气体的物质的量增大，熵变为正值，为熵增反应
2H2O2(aq)=2H2O(l)＋O2(g)
NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)
=CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l)
有些熵增的反应在常温、常压下不能自发进行，但在较高温度下可以自发进行
CaCO3(s)=CaO(s)＋CO2(g)
C(s，石墨)＋H2O(g)=CO(g)＋H2(g)
少数熵减的反应，在一定条件下也可以自发进行
2Al(s)＋Fe2O3(s)=Al2O3(s)＋2Fe(s)
结论
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
【思考讨论】发生离子反应的条件之一是生成气体，试利用上面讲的熵判据加以解释，由此你对于理论的指导作用是否有新的体会？
。
提示：由于反应中生成气体是熵增加的过程，所以增大了反应的自发性。与之相似的如用浓磷酸与食盐固体反应制取HCl气体，对复分解反应来说看似矛盾，但生成了HCl气体，是熵增加的过程，HCl气体脱离反应体系，使得反应得以正常进行。在熔融态，用金属钠与KCl反应制取钾，把反应温度控制在金属钾的沸点以上，使钾以气体形式产生，既是熵增加的过程，同时又是减少生成物浓度使平衡向正反应方向移动的过程，这些都是利用理论知识使看似不能发生的反应得以进行。
3．复合判据
过程的自发性只能用于判断过程的方向，不能确定过程是否一定会发生和过程发生的速率，若允许外界对体系施加某种作用，就可能出现相反的结果。综合考虑焓判据和熵判据的复合判据，将更适合于所有的过程，只根据一个方面来判断反应进行的方向是不全面的。
研究表明，在温度、压力一定的条件下，化学反应的方向是反应的焓变和熵变共同影响的结果，反应方向的判据为
：
ΔH－TΔS<0 反应
ΔH－TΔS＝0 反应
ΔH－TΔS>0 反应
【拓展】
课堂练习
1．下列对化学反应方向的说法正确的是( )
A．反应2A(g)＋B(g)===3C(s)＋D(g)在一定条件下能自发进行，说明该反应的ΔH>0
B．常温下，反应2Na2SO3(s)＋O2(g)===2Na2SO4(s)能自发进行，则ΔH<0
C．反应2Mg(s)＋CO2(g)===C(s)＋2MgO(s)能自发进行，则该反应的ΔH>0
D．一定温度下，反应2NaCl(s)===2Na(s)＋Cl2(g)的ΔH<0，ΔS>0
2.下列反应中在高温下不能自发进行的是( )
A．MgCO3(s)===MgO(s)＋CO2(g)
B．CO(g)===C(s)＋1/2O2(g)
C．NH4Cl(s)===NH3(g)＋HCl(g)
D．2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)
3.下列关于自发过程的叙述正确的是( )
A．只有不需要任何条件就能够自动进行的过程才是自发过程
B．需要加热才能够进行的过程肯定不是自发过程
C．同一可逆反应的正、逆反应在不同条件下都有自发的可能
D．非自发过程在任何条件下都不可能变为自发过程
4．已知：(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g) ΔH＝＋74.9
kJ·mol－1，下列说法正确的是( )
A．该反应中熵变、焓变皆大于0
B．该反应是吸热反应，因此一定不能自发进行
C．碳酸盐分解反应中熵增加，因此任何条件下所有碳酸盐分解一定能自发进行
D．能自发进行的反应一定是放热反应，不能自发进行的反应一定是吸热反应
1.【答案】 B
【解析】 ΔH－TΔS<0，反应能自发进行。若反应的ΔS<0，反应能自发进行，则ΔH<0，A、C项错误，B项正确；2NaCl(s)===2Na(s)＋Cl2(g)属于分解反应，为吸热反应，ΔH>0，D项错误。
2.【答案】 B
【解析】已知在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵增大；A、B、C、D中的反应均为分解反应且都为吸热反应，即ΔH>0；A、C、D三个反应又是熵增的反应，所以在高温下能自发进行，B不是熵增的反应，在高温下不能自发进行。
3.【答案】 C
【解析】在温度和压强一定的条件下，不借助光、电等外部力量就能自动进行的过程为自发过程，A项错误；有的自发反应需要加热才能进行，如高温自发反应，B项错误；同一可逆反应的正、逆反应在不同条件下都有自发的可能，C项正确；非自发过程在一定条件下可能变为自发过程，D项错误。
4.【答案】 A
【解析】根据反应方程式可知该反应中熵变、焓变都大于0，A项正确；该反应是吸热反应，但也是熵增大的反应，所以也可能自发进行，B项错误；碳酸盐分解反应中熵增加，但不是在任何条件下碳酸盐分解都能够自发进行，如CaCO3的分解仅在高温下自发，C项错误；能自发进行的反应不一定是放热反应，不能自发进行的反应也不一定是吸热反应，D项错误。