(共5张PPT)
1.焓判据
体系总是趋向于从高能量状态转化为低能量状态(这时体系往往会对外做功或释放能
量),这一经验规律为焓判据,又称能量判据,即放热反应过程中体系能量降低,具有自发进行
的倾向。
2.反应焓变与反应方向的关系
大多数放热反应可以自发进行,但有些吸热反应也能自发进行。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。
第1节 化学反应的方向
知识点 1 反应焓变与反应方向
必备知识 清单破
第2章 化学反应的方向、限度与速率
1.熵
(1)概念:描述体系无序程度的一个物理量,符号为S,单位是J·mol-1·K-1。
(2)特点:体系的无序程度越大,体系的熵值就越大。
特别提醒 (1)同一物质:S(高温)>S(低温),S(g)>S(l)>S(s);(2)不同物质:相同条件下不同的物质
具有不同的熵值。
2.反应熵变(ΔS )
ΔS=S(反应产物)-S(反应物)。
说明 熵增加的反应通常是产生气体的反应、气体物质的量增大的反应。
3.反应熵变与反应方向的关系
熵增加有利于反应的自发进行,但有些熵减小的反应在一定条件下也能自发进行,故不
能仅用反应熵变来判断反应能否自发进行。
知识点 2 反应熵变与反应方向
1.反应方向的判据
(1)文字表述
在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下,自发反应总是向着ΔH-TΔS<0的
方向进行,直至达到平衡状态。
(2)判断方法
知识点 3 用焓变和熵变综合判断反应的方向
2.规律
1.自发反应不需要任何条件就能自发进行,非自发反应一定不能发生。这种说法正确吗 ( )
某些自发反应需在一定条件下才能发生,某些非自发反应在一定条件下也能发生。
知识辨析 判断正误，正确的画“ √” ，错误的画“ ” 。
2.自发进行的反应化学反应速率一定很快,反应程度一定很大。这种说法正确吗 ( )
自发性仅能用于判断过程的方向,不能用于判断反应快慢及反应程度。
3.已知反应NH3(g)+HCl(g) NH4Cl(s)在常温下能自发进行,所以该反应的ΔH<0。这种说
法正确吗 ( )
该反应的ΔS<0且在常温下能自发进行,则该反应一定是放热反应。
4.反应NH4HCO3(s) NH3(g)+H2O(g)+CO2(g) ΔH=+185.57 kJ·mol-1能自发进行,是因为体
系有自发地向混乱度增大的方向转变的倾向。这种说法正确吗 ( )
所给反应是吸热反应、熵增反应,利用ΔG=ΔH-TΔS可知,反应能自发进行的原因是混
乱度增大(ΔS>0)。
提示
提示
提示
√
提示
√第2章 化学反应的方向、限度与速率
第1节 化学反应的方向
基础过关练
题组一 焓变、熵变与反应方向
1.在下列变化中,体系熵减的是 ( )
A.硝酸铵固体溶于水
B.固体碘升华
C.氯酸钾分解制备氧气
D.乙烯聚合为聚乙烯
2.25 ℃ 1.01×105 Pa时,CH3OH(g)+H2O(g) CO2(g)+3H2(g) ΔH=+49 kJ·mol-1,该反应能自发进行的原因是 ( )
A.是吸热反应
B.是放热反应
C.是熵减小的反应
D.熵增大效应大于焓效应
3.(易错题)氮化硼(BN)是重要的无机材料,可通过下面两个反应制得:
反应Ⅰ:2B(s)+N2(g) 2BN(s)
反应Ⅱ:B2O3(s)+2NH3(g) 2BN(s)+3H2O(g)
已知反应Ⅰ常温下可自发进行,反应Ⅱ常温下不能自发进行。下列说法错误的是 ( )
A.常温下反应Ⅰ的ΔG<0,但无法判断反应的快慢
B.反应Ⅰ的ΔS<0,ΔH<0
C.性能优良的催化剂可使反应Ⅱ在常温下自发进行
D.反应Ⅱ中有极性键的断裂与形成
4.(经典题)下列有关说法不正确的是 ( )
A.Na与H2O的反应是熵增的放热反应,该反应能自发进行
B.某吸热反应能自发进行,因此该反应一定是熵增大的反应
C.通常情况下,一个放热且熵增大的反应也有可能非自发进行
D.反应NH3(g)+HCl(g) NH4Cl(s)在室温下可自发进行,则该反应的ΔH<0
题组二 反应方向的判断
5.关于反应CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH<0。下列说法正确的是 ( )
A.该反应是熵增大的反应(即ΔS>0)
B.该反应在低温条件下能较快发生
C.该反应是放热反应,能在任何温度下自发进行
D.反应是否自发要综合考虑焓变和熵变两个因素
6.汽车尾气(含烃类、CO、NO与SO2等),治理办法之一是在汽车排气管上装上催化转化器,反应原理:2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g),在298 K(25 ℃)、101 kPa下,ΔH=-113 kJ/mol,ΔS=-145 J/(mol·K)。下列说法错误的是 ( )
A.由ΔH=-113 kJ/mol可知,当有2 mol NO(g)参与该反应被消耗时反应放出113 kJ的热量
B.可根据计算ΔG是否小于0,判断常温下该反应能否自发进行
C.由于反应需要借助催化转化器,因此可推断该反应在常温下不能自发进行
D.该反应是熵减小的反应
能力提升练
题组一 焓变、熵变与反应方向的关系
1.二氧化碳的捕捉与封存是实现温室气体减排的重要途径之一,也是未来实现低碳经济转型的重要环节。一些科学家利用太阳能加热反应器来“捕捉”空气中的CO2(如图所示)。下列说法中正确的是 ( )
A.步骤一中生成CaCO3的反应为吸热反应
B.步骤一中反应的ΔS>0
C.步骤一与步骤二中的反应互为可逆反应
D.步骤二的反应能否自发进行,与温度有关
2.下列说法正确的是 ( )
A.常温下反应C(s)+CO2(g) 2CO(g)不能正向自发进行,则该反应ΔH<0
B.反应2Mg(s)+CO2(g) C(s)+2MgO(s)能正向自发进行,则该反应ΔH<0
C.P4(s)+3NaOH(aq)+3H2O(l) 3NaH2PO2(aq)+PH3(g) ΔH>0,该反应常温下能正向自发进行,则ΔS<0
D.反应SiO2(s)+3C(s) SiC(s)+2CO(g)常温下不能自发进行,则该反应的ΔH<0
3.现有两个热化学方程式:
①(l)+H2(g)(l) ΔH>0
②(l)+2H2(g)(l) ΔH<0
下列说法正确的是 ( )
A.反应①②中都存在:ΔS>0
B.反应①一定不能自发进行
C.从焓变的角度看,反应①能自发进行
D.从熵变的角度看,反应②能自发进行
题组二 复合判据与化学反应的方向
4.两个反应的ΔG与温度的关系如图所示,已知:ΔH和ΔS随温度变化很小。下列说法不正确的是 ( )
A.反应①的ΔS>0
B.反应②在600 ℃时能自发进行
C.在一定温度范围内,反应①②均能自发进行
D.反应②的ΔH>0
5.已知甲烷隔绝空气在不同温度下有可能发生如下两个反应:①CH4(g) C(s)+2H2(g),②2CH4(g) C2H2(g)+3H2(g)。某同学为了得到用天然气制取炭黑的允许温度范围和最佳温度,在图书馆查到了如下热力学数据:
反应①的ΔH(298 K)=74.848 kJ·mol-1,ΔS(298 K)=80.674 J·mol-1·K-1
反应②的ΔH(298 K)=376.426 kJ·mol-1,ΔS(298 K)=220.211 J·mol-1·K-1
已知焓变和熵变随温度变化很小。回答下列问题:
(1)反应② (填“高温”或“低温”)自发。
(2)反应①在常温下 (填“能”或“不能”)自发进行。
(3)制取炭黑的允许温度范围为 。
(4)为了提高甲烷的碳化程度,你认为下面四个温度中最合适的是
(填字母)。
A.905.2K B.927 K C.1 273 K D.2 000 K
答案与分层梯度式解析
基础过关练
1.D 2.D 3.C 4.C 5.D 6.C
1.D 硝酸铵固体溶于水,体系混乱程度增大,熵增大,A不符合题意;固体碘升华,体系混乱程度增大,熵增大,B不符合题意;氯酸钾分解制备氧气,气体分子数增加,体系混乱程度增大,熵增大,C不符合题意;乙烯聚合为聚乙烯,气体分子数减少,体系混乱程度减小,熵减小,D符合题意。
2.D 题给条件下,CH3OH(g)+H2O(g) CO2(g)+3H2(g)是一个吸热反应,ΔH>0,反应能够自发进行,必须满足熵增大效应大于焓效应。
3.C 常温下反应Ⅰ的ΔG<0,说明反应可以自发进行,但不能判断反应的快慢,A正确;反应Ⅰ为气体分子数减小的反应ΔS<0,又已知反应Ⅰ常温下可自发进行,则常温下,ΔG=ΔH-TΔS<0,即ΔH<0,B正确;反应Ⅱ在常温下不能自发进行,催化剂不能使反应自发进行,C错误;反应Ⅱ中有N—H键断裂及O—H键形成,故反应Ⅱ中有极性键的断裂与形成,D正确。
4.C 当反应是熵增大的放热反应时,一定满足ΔH-TΔS<0,反应一定可自发进行,A正确;吸热反应可以自发进行,ΔH>0,若满足ΔH-TΔS<0,ΔS必大于0,即必须是熵增大的反应,B正确;当反应是熵增大的放热反应时,一定满足ΔH-TΔS<0,反应一定能自发进行,C错误;反应NH3(g)+HCl(g) NH4Cl(s)为熵减小的反应ΔS<0,若在室温下可自发进行,必须满足ΔH-TΔS<0,则一定有ΔH<0,D正确。
5.D 该反应反应前后气体的物质的量减小,是熵减小的反应,A错误;ΔH-TΔS<0的反应可自发进行,该反应的ΔH<0、ΔS<0,即该反应在低温时可自发进行,但反应速率较慢,B、C错误;反应是否自发要综合考虑焓变和熵变两个因素,D正确。
6.C 由2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g) ΔH=-113 kJ/mol可知,2 mol NO(g)参与该反应被消耗时反应放出113 kJ的热量,A正确;常温下,ΔG=ΔH-TΔS=-113 kJ/mol-298 K×[-145 J/(mol·K)]×10-3 kJ/J=-69.79 kJ/mol<0,判断该反应常温下能自发进行,B正确;反应能否自发进行与催化剂无关,C错误;ΔS=-145 J/(mol·K)<0,该反应是熵减小的反应,D正确。
能力提升练
1.D 2.B 3.B 4.D
1.D CaO和CO2化合生成CaCO3的反应为熵减小的放热反应,A、B错误;步骤一和步骤二的反应条件不同,所以不互为可逆反应,C错误;步骤二的反应为CaCO3(s) CaO(s)+CO2(g),为熵增大的吸热反应,高温条件下才满足ΔG=ΔH-TΔS<0,则高温下才能自发进行,D正确。
2.B ΔH-TΔS<0,反应能自发进行。C(s)+CO2(g) 2CO(g)为熵增反应,常温下反应不能正向自发进行,则该反应ΔH>0,A错误;反应2Mg(s)+CO2(g) C(s)+2MgO(s)为熵减反应,能正向自发进行,则该反应ΔH<0,B正确;反应ΔH>0且反应常温下能正向自发进行,则为熵增反应,ΔS>0,C错误;反应SiO2(s)+3C(s) SiC(s)+2CO(g)为熵增反应,常温下不能自发进行,则该反应的焓变ΔH>0,D错误。
3.B 反应①②均为熵减反应,即ΔS<0,A错误;反应①的ΔH>0、ΔS<0,则ΔH-TΔS>0,任何温度下该反应都不能自发进行,B正确;反应①的ΔH>0,吸热不利于反应自发进行,C错误;反应②的ΔS<0,熵减不利于反应自发进行,D错误。
4.D ΔG=ΔH-TΔS<0时反应能自发进行,由题图可知,反应①在高温下能自发进行,则反应①为熵增反应,ΔS>0,A正确;由题图可知,反应②在600 ℃时ΔG<0,能自发进行,B正确;在一定温度范围内,反应①②的ΔG均存在小于0的情况,此时能自发进行,C正确;反应②在较低温度下能自发进行,则反应②的ΔH<0,D错误。
5.答案 (1)高温 (2)不能 (3)927.8~1 709.4 K (4)C
解析 (1)ΔH-TΔS<0时,反应能自发进行。由题给数据可知,反应②自发进行时反应温度T>≈1 709.4 K,则该反应在高温下才能自发进行。
(2)由题给数据可知,常温下,反应①的ΔH-TΔS=74.848 kJ·mol-1-80.674×10-3 kJ·mol-1·K-1×298 K≈50.807 kJ·mol-1>0,则该反应常温下不能自发进行。
(3)由题给数据可知,反应①自发进行时反应温度T>≈927.8 K,反应②自发进行时反应温度T>1 709.4 K,则利用甲烷制取炭黑的温度范围为927.8~1 709.4 K。
(4)根据第(3)问的分析,可知为了提高甲烷的碳化程度,最合适的温度为1 273 K。
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