2022-2023版高中化学 第2章 化学反应的方向、限度与速率 第1节 化学反应的方向学案 鲁科版选修4

2022-2023版高中化学 第2章 化学反应的方向、限度与速率 第1节 化学反应的方向学案 鲁科版选修4学习目标定位1.了解熵和熵变的概念。2.理解焓变与反应方向、熵变与反应方向的关系。3.能综合运用焓变与熵变判断反应进行的方向。一、反应焓变、熵变与反应方向1.反应焓变与反应方向(1)分析下列反应进行的方向与H之间的关系NaOH(aq)HCl(aq)=NaCl(aq)H2O(l)，酸碱中和反应是放热反应，H0，常温下能自发进行。2Na(s)2H2O(l)=2NaOH(aq)H2(g)，该反应是放热反应，H0，该反应在常温下能自发进行。CaCO3(s)=CaO(s)CO2(g)H0，该反应在常温下不能自发进行，但在较高温度下能自发进行。(2)反应焓变与反应方向的关系能自发进行的化学反应多数是放热反应，HS(l)S(s)。(3)反应熵变概念：反应产物总熵和反应物总熵之差称为反应熵变，符号为S。正负判断依据a.气体体积增大的反应，熵变通常都是正值，是熵增加的反应。b.气体体积减小的反应，熵变通常都是负值，是熵减小的反应。(4)反应熵变与反应方向熵增加有利于反应的自发进行。某些熵减小的反应在一定条件下也能自发进行。熵变是与反应能否自发进行有关的一个因素，但不是唯一因素。化学反应方向与焓变、熵变的关系(1)从焓变(能量)角度：H0，有利于反应自发进行。(3)在实际的化学反应中，若H与S符号相同时，对化学反应的方向的影响作用出现矛盾，因此，在分析一个具体化学反应自发进行的方向时，不能孤立地使用焓判据或熵判据来分析，否则，可能会得出错误的结论。例1已知下列过程都能自发进行，其中不能用“焓判据”解释的是()A.2Na(s)Cl2(g)=2NaCl(s)H0B.C3H8(g)5O2(g)=3CO2(g)4H2O(l)H0D.2Mg(s)O2(g)=2MgO(s)H0答案C解析焓判据是指H0，按焓判据反应不能自发进行，而题给条件是能自发进行，所以不能用“焓判据”解释该反应为自发反应。考点化学反应的方向及其判断题点反应焓变与反应方向规律总结一般常温下自发进行的放热反应，焓变对反应方向起决定性作用。例2碳铵(NH4HCO3)在室温下就能自发地分解产生氨气，下列有关说法中正确的是()A.碳铵分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增大B.碳铵分解是因为外界给予了能量C.碳铵分解是吸热反应，根据焓判据，不能自发分解D.碳酸盐都不稳定，都能自发分解答案A解析放热反应常常是容易进行的过程，吸热反应有些也是自发反应；自发反应的熵不一定增大，可能减小，也可能不变。过程的自发性只能用于判断过程的方向，是否能实现还要看具体的条件。考点化学反应的方向及其判断题点反应熵变与反应方向规律总结一般常温下自发进行的吸热反应，熵变对反应方向起决定性作用。二、焓变与熵变对反应方向的共同影响1.用焓变和熵变的复合判据判断反应的方向(1)由焓判据知放热反应是易进行的；由熵判据知熵值增加是自发的。很多情况下用不同的判据判定同一个反应，可能会出现相反的判断结果。(2)在温度、压强一定的条件下，自发反应总是向HTS0的方向进行，直至达到平衡状态。HTS0反应不能自发进行(3)温度与反应方向的关系图为2.已知反应：2NO(g)2CO(g)=N2(g)2CO2(g)在298 K、101 kPa的条件下，其H113.0 kJmol1，S145.3 Jmol1K1。该反应_(填“能”或“不能”)用于消除汽车尾气中的NO，理由为_。答案能该反应的HTS69.7 kJmol10，说明该反应在理论上可自发进行解析HTS113.0 kJmol1298 K(145.3103 kJmol1K1)69.7 kJmol10，故理论上该反应能自发进行。(1)放热和熵增加都对HTS0有所贡献，因此放热的熵增加反应一定能自发进行，吸热的熵减小反应一定不能自发进行。(2)当反应的焓变和熵变的影响相反，且二者大小相差悬殊时，某一因素可能占主导地位。(3)如果反应的焓变和熵变的影响相反且相差不大时，温度可能对反应的方向起决定性作用。特别提醒(1)反应发生的条件有多种，HTS这个判据只能用于温度、压强一定下的反应，不能用于其他条件(如温度、体积一定)下的反应。(2)反应的自发性只能用于判断反应的方向，不能确定反应是否实际发生及反应的速率大小。例3下列反应中，一定不能自发进行的是()A.2KClO3(s)=2KCl(s)3O2(g)H78.03 kJmol1S1 110 Jmol1K1B.CO(g)=C(s，石墨)O2(g)H110.5 kJmol1S89.36 Jmol1K1C.4Fe(OH)2(s)2H2O(l)O2(g)=4Fe(OH)3(s)H444.3 kJmol1S280.1 Jmol1K1D.NH4HCO3(s)CH3COOH(aq)=CO2(g)CH3COONH4(aq)H2O(l)H37.301 kJmol1S184.05 Jmol1K1答案B解析A项为放热的熵增加反应，在任何温度下都有HTS0，故该反应一定不能自发进行；C项为放热的熵减小反应，在低温时可能有HTS0，因此该反应在低温下能自发进行；D项为吸热的熵增加反应，在高温时可能有HTS”“”“0，S0，则：该反应常温下_(填“能”或“不能”)自发进行。据本题反应数据分析，温度_(填“能”或“不能”)成为反应方向的决定因素。(4)已知CaSO4(s)CO(g)CaO(s)SO2(g)CO2(g)H218 kJmol1，该反应能够自发进行的反应条件是_。(5)某吸热反应能自发进行，则该反应的S_(填“”或“不能(2)(6)焓变解析(1)该反应为吸热反应，化学反应后气体的化学计量数之和增加，所以H0，S0，故低温下HTS0，反应不能自发进行。(2)因为S0，且HTS0，故H0，S0，属于熵增加的吸热反应，故在高温下该反应能够自发进行。(4)自发反应的条件是HTS0，即H0，故T，即T值较大，该反应应在高温下自发进行。(5)吸热反应能自发进行，即H0，HTS0，故S0。考点化学反应的方向及其判断题点化学反应方向的复合判据方法总结(1)根据常见的放热反应或吸热反应推知H符号。(2)根据反应前后物质状态的变化及系数的变化推知S的符号。(3)利用反应方向的复合判据，HTS0答案D解析有些吸热反应也可以自发进行，如(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)NH3(g)，故A项错误；熵变与反应的自发性有关，但不能独立地作为反应是否自发的判据，故B错；物质的量增加的反应，其混乱度不一定增加，即S不一定为正值，如2H2S(g)O2(g)=2H2O(l)2S(s)，故C错；CaCO3(s)的分解产生了气体，为熵增加反应，故D项正确。考点化学反应的方向及其判断题点反应熵变与反应方向2.下列关于化学反应的自发性叙述正确的是()A.焓变小于0而熵变大于0的反应肯定是自发的B.焓变和熵变都小于0的反应肯定是自发的C.焓变和熵变都大于0的反应肯定是自发的D.熵变小于0而焓变大于0的反应肯定是自发的答案A解析由复合判据HTS综合考虑反应能否自发进行。当H0，S0时，不能判断HTS的正负，与T有关；当H0，S0，非自发反应；当H0时，HTS0，一定是自发反应；当H0，S0时，不能判断HTS的正负，与T有关。考点化学反应的方向及其判断题点化学反应方向的复合判据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)H163 kJmol1B.Ag(s)Cl2(g)=AgCl(s)H127 kJmol1C.HgO(s)=Hg(l)O2(g)H91 kJmol1D.H2O2(l)=O2(g)H2O(l)H98 kJmol1答案D解析HTS0时，反应在任何温度下均自发进行，H0符合题意的要求，故选D。考点化学反应的方向及其判断题点化学反应方向的复合判据4.向平底烧瓶中放入氢氧化钡晶体Ba(OH)28H2O和氯化铵晶体，塞紧瓶塞。在木板上滴少量水，如图所示。一会儿，就会发现瓶内固态物质变成液体，瓶壁变冷，小木板上因少量水冻结而被烧瓶粘住，这时打开瓶塞，出来的气体有氨味。这是自发地发生了反应：Ba(OH)28H2O(s)2NH4Cl(s)=BaCl2(s)2NH3(g)10H2O(l)。下列结论中正确的是()A.自发反应一定是放热反应B.自发反应一定是吸热反应C.有的吸热反应也能自发进行D.吸热反应不能自发进行答案C解析本反应的H0，S0，故在一定温度下有的吸热反应可自发进行。考点化学反应的方向及其判断题点化学反应方向的复合判据5.某反应2AB(g)C(g)3D(g)在高温时能自发进行，其逆反应在低温下能自发进行，则该反应的H、S应为()A.H0，S0 B.H0，S0C.H0 D.H0，S0答案D解析该反应是一个气体物质的量增大的反应，即S0，故其逆反应S0；又知其逆反应在低温下能自发进行，可知逆反应的H0。考点化学反应的方向及其判断题点化学反应方向的复合判据6.回答下列问题：(1)汽车燃油不完全燃烧时产生CO，有人设想按下列反应除去CO：2CO(g)=2C(s)O2(g)。已知该反应的H0，简述该设想能否实现的依据：_。(2)下列反应中，在高温下不能自发进行的是_(填字母)。a.CO(g)=C(s)O2(g)b.2N2O5(g)=4NO2(g)O2(g)c.(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)NH3(g)d.MgCO3(s)=MgO(s)CO2(g)(3)25 和1.01105 Pa时，反应：2N2O5(g)4NO2(g)O2(g)H56.76 kJ mol1自发进行的原因是_。(4)电子工业中清洗硅片上的SiO2(s)的反应是SiO2(s)4HF(g)=SiF4(g)2H2O(g)H(298.15 K)94.0 kJmol1，S(298.15 K)75.8 J mol1K1设H和S不随温度变化而变化，试求此反应自发进行的温度(T)条件_。答案(1)该反应是H0、S0的反应，任何温度下均不能自发进行(2)a(3)该反应是熵增反应，且常温下熵变S对反应的方向起决定作用(4)T0、S0，故不能实现该反应。(2)a、b、c、d的H0，b、c、d反应的S0，HTS0时，反应才能自发进行，所以在高温下才能自发进行。a项S0，所以在高温时该反应不能自发进行。(4)要使反应能够自发进行，则HTS0，即94.0 kJmol1T75.8103 kJmol1K10，T0；只有D项中H0B.纯碳和氧气反应生成CO(g)：S0C.水蒸气变成液态水：S0D.CaCO3(s)加热分解为CaO(s)和CO2(g)：S0答案C解析水蒸气变成液态水是熵减小的过程。考点化学反应的方向及其判断题点反应熵变与反应方向题组4反应方向的复合判据7.下列说法正确的是()A.在常温下，放热反应一般能自发进行，吸热反应都不能自发进行B.NH4HCO3(s)=NH3(g)H2O(g)CO2(g)H185.57 kJmol1，能自发进行，原因是体系有自发地向混乱度增加的倾向C.因为焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓变和熵变均可以单独作为反应自发性的判据D.在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂，可以改变化学反应进行的方向答案B解析A项错误，有些能使熵值增大的吸热反应可以自发进行；C项错误，应利用复合判据进行判断；D项中使用催化剂只能降低反应的活化能，增大反应速率，不能改变反应的方向。考点化学反应的方向及其判断题点化学反应方向的复合判据8.下列说法正确的是()A.凡是放热反应都是自发的，因为吸热反应都是非自发的B.自发反应的熵一定增大，非自发反应的熵一定减小C.常温下，反应C(s)CO2(g)2CO(g)不能自发进行，则该反应的H0D.反应2Mg(s)CO2(g)=C(s)2MgO(s)能自发进行，则该反应的H0答案C解析反应的自发性是由熵变和焓变共同决定的，若H0，则一定自发，若H0，S0，则一定不能自发，若H0，S0，S0，则能否自发和温度有关，A、B项错误；C项中反应的S0，若H0，正确；D项中反应的S0，能自发，说明H0，且随温度的升高而增大。考点化学反应的方向及其判断题点化学反应方向的复合判据10.下列说法正确的是()A.2NO(g)2CO(g)=N2(g)2CO2(g)在常温下能自发进行，则该反应的H0B.反应NH3(g)HCl(g)=NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的H0C.CaCO3(s)=CaO(s)CO2(g)室温下不能自发进行，说明该反应的H0D.常温下，反应C(s)CO2(g)=2CO(g)不能自发进行，则该反应的H0答案B解析A项，该反应能自发进行，则HTS0，即HTS，而S0(气体化学计量数反应后减小)，则H0，错误；B项，该反应自发进行，则HTS0，即H0、S0(气体化学计量数反应后减小)，则H0，即HTS，又知T0、S0(气体化学计量数反应后增大)，则H0，错误；D项，该反应不能自发进行，则HTS0，即HTS，又知T0、S0(气体化学计量数反应后增大)，则H0，错误。 综合强化11.灰锡结构松散，不能用于制造器皿；而白锡结构坚固，可以制造器皿。现把白锡制造的器皿放在273 K、100 kPa的室内存放，它会不会变成灰锡而不能继续使用(已知在273 K、100 kPa条件下白锡转化为灰锡的反应，其焓变和熵变分别为H2 180.9 Jmol1，S6.61 Jmol1K1)()A.会变 B.不会变C.不能确定 D.升高温度才会变答案A解析在等温等压条件下，自发反应总是向着HTS0的方向进行，直至达到平衡状态。在273 K、100 kPa条件下，白锡会不会变为灰锡就转化为求算反应白锡灰锡HTS的问题。HTS2 180.9 Jmol1273 K(6.61 Jmol1K1)376.37 Jmol1”“”“”或“”)。(3)该反应_自发进行(填“能”或“不能”)。答案(1)(3)能解析根据图像可知，该反应是放热反应，故Q0，S0 B.H0，S0C.H0，S0 D.H0(2)将煤加工成水煤气可降低污染并能提高燃料的利用率。将水蒸气通过红热的炭即产生水煤气，化学方程式为C(s)H2O(g)=H2(g)CO(g)H131.3 kJmol1，S133.7 Jmol1K1。该反应在低温下能否自发进行？_(填“能”或“不能”)。(3)工业上用赤铁矿生产铁，可以选择的还原剂有C和H2。根据所学知识判断：哪一种还原剂可使反应自发进行的温度较低？_，工业上不用焦炭还原Al2O3的方法炼铝的原因是_。已知：Fe2O3(s)C(s)=2Fe(s)CO2(g)H233.8 kJ mol1，S0.279 kJ mol1K1Fe2O3(s)3H2(g)=2Fe(s)3H2O(g)H98 kJ mol1，S0.144 2 kJ mol1K12Al2O3(s)3C(s)=4Al(s)3CO2(g)H2 171 kJmol1，S635.5 Jmol1K1答案(1)C(2)不能(3)H2用焦炭还原Al2O3所需温度太高，不太现实解析(1)根据反应过程中能量变化的情况可知反应物的总能量高于反应产物的总能量，反应放热，H0；该反应发生后气体的物质的量减少，S0。(2)根据HTS982.0 K时该反应能自发进行，由此可知该反应在低温下不能自发进行。(3)根据HTS0为平衡状态，HTS时，该反应能自发进行。用C做还原剂时，T1838.0 K；用H2做还原剂时，T2679.6 K。故用H2做还原剂时，反应自发进行的温度较低。若用C做还原剂还原Al2O3时，需要的温度T33 416 K。对比上述温度可知，用焦炭还原Al2O3是不太现实的。考点化学反应的方向及其判断题点化学反应方向的复合判据