2.2 第1课时 化学反应的方向 学案 （含答案）2023-2024学年高二化学苏教版（2020）选择性必修第一册

2.2 第1课时　化学反应的方向
【学习目标】
1.能结合实验现象,认识自发反应的概念,了解熵变的含义,理解焓变、熵变与反应方向的关系,能举出反应的实例,体会反应的特点。
2.能综合考虑反应的焓变和熵变,据此判断简单反应的方向。
【合作探究】
任务1　反应焓变、熵变与反应方向
【新知生成】
1.自发反应
(1)概念:在一定条件下能　　　　进行的反应。
(2)反应倾向:自发反应倾向于反应　　热的方向,但有些吸热反应也能自发进行;自发反应有趋于体系混乱度　　　的倾向。
2.熵
(1)概念:用来衡量体系　　　　的物理量,符号为　　　　。熵值越大,混乱度越　　　　。
(2)比较:同一物质:气态熵值　　　　液态熵值　　　　固态熵值。
(3)熵变:反应前后体系熵值的变化,用　　表示。如果发生变化后体系的混乱度增大,那么该过程的ΔS　　0。
【答案】1.(1)自发　(2)放　增大　2.(1)混乱度　S 大　(2)>　>　(3)ΔS　>
【核心突破】
典例1　有关化学反应的说法,正确的是(　　)
A.自发反应都是放热反应
B.自发反应都是熵增大的反应
C.非自发反应在一定条件下能实现
D.自发反应常温下一定能实现
【解析】焓变不是影响反应方向的唯一因素,有些吸热反应也能自发进行,A项错误;熵变不是影响反应方向的唯一因素,有些熵减小的反应也能自发进行,B项错误;非自发反应在一定条件下也可以发生,C项正确;ΔH>0、ΔS>0的反应,需在高温下才能自发进行,D项错误。
【答案】C
典例2　水受热变成水蒸气的过程中,其焓变和熵变正确的是(　　)
A.ΔH>0,ΔS<0 B.ΔH>0,ΔS>0 C.ΔH<0,ΔS<0 D.ΔH<0,ΔS>0
【解析】E(液态水)0。同一种物质,气态时的熵值最大,液态时的次之,所以ΔS>0。
【答案】B
归纳总结：
(1)同一物质在三态时的熵值大小顺序一般为气态>液态>固态。
(2)对于一个特定的气相反应,熵变的大小取决于反应前后气体物质的化学计量数大小。
训练1　下列反应在常温下能自发进行,且既能用焓判据又能用熵判据解释的是(　　)
A.HCl(g)+NH3(g)NH4Cl(s)
B.C(s)+CO2(g)2CO(g)
C.2Na2O2+2H2O4NaOH+O2↑
D.Ba(OH)2·8H2O+2NH4ClBaCl2+2NH3↑+10H2O
【解析】A项,该反应中熵减小,不能用熵判据解释;B项,该反应是吸热反应,ΔH>0,且常温下不能自发进行,不能用焓判据解释;C项,该反应是放热的熵增反应,既能用焓判据又能用熵判据解释;D项,该反应是吸热的熵增反应,不能用焓判据解释。
【答案】C
训练2　化学反应A(g)+B(g)2C(g)+D(g)　ΔH=Q kJ·mol-1的能量变化如图所示,回答下列问题:
(1)Q　　　　0(填“>”、“<”或“=”,下同)。
(2)ΔS　　　　0。
(3)该反应　　　　(填“能”或“不能”)自发进行。
【解析】(1)由图像可知,反应物的总能量大于生成物的总能量,该反应为放热反应,即Q<0。(2)因为该反应为反应前后气体体积增大的反应,所以ΔS>0。(3)该反应为放热反应,即ΔH<0,又ΔS>0,故该反应能自发进行。
【答案】(1)<　(2)>　(3)能
任务2　综合应用焓判据和熵判据判断反应方向
【学习情境】
一定条件下,一个化学反应能否进行既与反应的焓变有关,也与反应的熵变有关。自发进行的反应不一定都是由高能状态到低能状态的过程,如NH4Cl与Ca(OH)2的反应是吸热过程,由低能状态到高能状态,因此焓判据只是判断反应方向的依据之一。如何判断反应能否自发进行呢
【新知生成】
化学反应方向的判断方法
(1)ΔH<0,ΔS>0时,　　　　自发进行。
(2)ΔH>0,ΔS<0时,　　　　自发进行。
(3)ΔH<0,ΔS<0时,　　　　下反应能自发进行。
(4)ΔH>0,ΔS>0时,　　　　下反应能自发进行。
【答案】(1)一定能　(2)一定不能　(3)较低温度　(4)较高温度
【核心突破】
典例3　下列说法不正确的是(　　)
A.反应4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)4Fe(OH)3(s)在常温下能自发进行,该反应的ΔH<0
B.反应H2S(g)+ZnO(s)H2O(g)+ZnS(s)在一定条件下可自发进行,且ΔS<0,则ΔH>0
C.反应3C(s)+CaO(s)CaC2(s)+CO(g)在常温下不能自发进行,说明该反应的ΔH>0
D.反应SiO2(s)+2C(s)Si(s)+2CO(g)必须在高温下反应才能自发进行,则ΔH>0
【解析】反应4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)4Fe(OH)3(s),ΔS<0,常温下能自发进行,因此ΔH<0,A项正确;反应3C(s)+CaO(s)CaC2(s)+CO(g)的ΔS>0,常温下不能自发进行,因此ΔH>0,C项正确;反应SiO2(s)+2C(s)Si(s)+2CO(g)的ΔS>0,高温下才能自发进行,因此ΔH>0,D项正确。
【答案】B
训练3　下列反应在任何温度下均能自发进行的是(　　)
A.2N2(g)+O2(g)2N2O(g) ΔH=+163kJ·mol-1
B.H2O2(l)O2(g)+H2O(l) ΔH=-98kJ·mol-1
C.HgO(s)Hg(l)+O2(g) ΔH=+91kJ·mol-1
D.Ag(s)+Cl2(g)AgCl(s) ΔH=-127kJ·mol-1
【解析】该反应是熵减的吸热反应,ΔH>0,ΔS<0,在任何温度下都不能自发进行,A项错误;反应是熵增的放热反应,ΔH<0,ΔS>0,在任何温度下均能自发进行,B项正确;该反应是熵增的吸热反应,ΔH>0,ΔS>0,在低温下不能自发进行,C项错误;该反应是熵减的放热反应,ΔH<0,ΔS<0,在高温下不能自发进行,D项错误。
【答案】B
训练4　下列反应在任何温度下均能自发进行的是(　　)
A.N2H4(l)+N2O4(l)N2(g)+2H2O(l)　ΔH=-546.45 kJ·mol-1
B.Mg2Ni(s)+2H2(g)Mg2NiH4(s)　ΔH=-64.4 kJ·mol-1
C.CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)　ΔH=+206.4 kJ·mol-1
D.2N2(g)+O2(g)2N2O(g)　ΔH=+163 kJ·mol-1
【解析】当ΔH-TΔS<0时,反应能自发进行。N2H4(l)+N2O4(l)N2(g)+2H2O(l)是熵增且放热的反应,在任何温度下都能自发进行,A项符合题意;Mg2Ni(s)+2H2(g)Mg2NiH4(s)是熵减且放热的反应,在低温下可自发进行,B项不符合题意;CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)是熵增且吸热的反应,在较高温度下可自发进行,C项不符合题意;2N2(g)+O2(g)2N2O(g)是熵减且吸热的反应,在任何温度下都不能自发进行,D项不符合题意。
【答案】A
课堂小结
【随堂检测】
1.25 ℃和1.01×105 Pa时,反应2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)　ΔH=+109.8 kJ·mol-1,能自发进行的原因是(　　)
A.吸热反应
B.放热反应
C.熵减少的反应
D.熵增大效应大于热效应
【解析】反应能否自发进行取决于焓变和熵变的综合判据,该反应吸热,且熵值增大,D项正确。
【答案】D
2.已知反应2C(s)+O2(g)2CO(g)的ΔH<0、ΔS>0。设ΔH和ΔS不随温度而变,下列说法正确的是(　　)
A.低温下才能自发进行
B.高温下才能自发进行
C.任何温度下都能自发进行
D.任何温度下都不能自发进行
【解析】ΔH<0,ΔS>0,故该反应在任何温度下都能自发进行。
【答案】C
3.下列反应在任何温度下均能自发进行的是(　　)
A.2N2(g)+O2(g)2N2O(g)　ΔH>0
B.3SiCl4(g)+2H2(g)+Si(s)4SiHCl3(g)　ΔH<0
C.COCl2(g)CO(g)+Cl2(g)　ΔH>0
D.2H2O2(l)2H2O(l)+O2(g)　ΔH<0
【答案】D
4.已知298 K、101 kPa时,下列说法错误的是(　　)
反应1:4Fe(s)+3O2(g)2Fe2O3(s)　ΔH1=-1648 kJ·mol-1
反应2:C(s)+O2(g)CO2(g)　ΔH2=-393 kJ·mol-1
反应3:2Fe(s)+2C(s)+3O2(g)2FeCO3(s)ΔH3=-1480 kJ·mol-1
反应4:2FeCO3(s)+O2(g)2CO2(g)+Fe2O3(s)　ΔH4
A.上述反应1、2、3、4在热力学上自发进行的趋势都很大
B.反应1和3在较低温度下能自发进行,反应4是熵增反应
C.反应的自发性可以用于判断反应的方向,但不能确定反应发生的速率
D.反应1表示铁在氧气中燃烧的热化学方程式
【解析】根据盖斯定律可知,ΔH4=ΔH1×+ΔH2×2-ΔH3=[(-1648)×-393×2+1480]kJ·mol-1=-130 kJ·mol-1,则反应1、2、3、4均为放热反应,且放出的热量较多,在热力学上自发进行的趋势很大,A项正确;反应1和3都是放热的熵减反应,根据复合判据ΔH-TΔS<0知,在较低温度下能自发进行,反应4是气体分子数增大的反应,为熵增反应,B项正确;化学反应的自发性只能用于判断反应的方向,不能确定反应是否一定发生和反应发生的速率,C项正确;铁在氧气中燃烧时生成四氧化三铁,不是氧化铁,D项错误。
【答案】D
2