2022-2023版高中化学 专题2 化学反应速率与化学平衡 第二单元 化学反应的方向和限度 第1课时学案 苏教版选修4

2022-2023版高中化学 专题2 化学反应速率与化学平衡 第二单元 化学反应的方向和限度 第1课时学案 苏教版选修4学习目标定位1.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，能用焓变和熵变说明化学反应的方向。一、自发过程和自发反应1.自发过程：在一定条件下，不借助外力而自发进行的过程。回答下列问题：(1)下列现象的发生，你认为是自发过程的是_(填字母)。A.水由高处往低处流B.气温升高冰雪融化C.室温下，水自动结成冰D.生锈的铁变光亮答案AB(2)自发过程具有的特点能量角度体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或者释放热量)。混乱度角度体系趋向于从有序状态转变为无序状态。2.有下列化学反应：白磷自燃、氯化氢分解、煤燃烧、钠与水反应、酸碱中和反应，其中属于能自发进行的化学反应(简称自发反应)的是，属于放热反应的是。二、化学反应进行的方向与焓变、熵变的关系1.化学反应进行的方向与焓变的关系(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)自发反应与焓变的关系多数自发进行的化学反应是放热反应，但也有很多吸热反应能自发进行，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.化学反应进行的方向与熵变的关系(1)熵的概念自发过程的体系趋向于由有序转变为无序，体系的混乱度增大。体系的混乱度常用熵来描述，熵的概念是表示体系的混乱或无序程度的物理量，其符号为S。熵值越大，体系的混乱度越大。(2)影响熵大小的因素同一条件下，不同的物质熵值不同。同一物质的熵与其聚集状态及外界条件有关，如同一种物质不同状态时熵值大小为S(g)S(l)S(s)。气态物质的物质的量越大，分子数越多，熵值越大。(3)熵判据在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵增大，即熵变(符号S)大于零，这个原理叫做熵增原理。在用熵变来判断过程的方向时，就称为熵判据。当S0时，反应为熵增反应，在一定条件下能自发进行。当S0时，反应为熵减反应，在一定条件下不能自发进行。(4)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。如：2Al(s)Fe2O3(s)=Al2O3(s)2Fe(s)S39.35 Jmol1K1，上述反应为熵减少的反应，但在一定条件下，该反应也能自发进行。说明“熵判据”也具有一定的局限性。(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下列自发反应可用焓判据来解释的是()A.2N2O5(g)=4NO2(g)O2(g)H56.7 kJmol1B.(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)NH3(g)H74.9 kJmol1C.2H2(g)O2(g)=2H2O(l)H571.6 kJmol1D.CaCO3(s)=CaO(s)CO2(g)H178.2 kJmol1答案C解析从焓变的角度分析，化学反应由高能状态向低能状态转化，使体系能量降低，表现为放热反应，较易进行。考点化学反应进行的方向及其判断题点反应焓变与反应方向例2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，有些能使熵值增大的吸热反应可以自发进行，错误；C项，焓变和熵变均不能单独作为反应自发性的判据，错误；D项，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，错误。考点化学反应进行的方向及其判断题点反应焓变、熵变与反应方向的综合三、化学反应进行的方向与自由能变化的关系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自发进行的；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)体系的自由能变化(符号为G，单位为kJmol1)综合考虑了焓变和熵变对体系的影响，可用于化学反应自发进行的方向的判断，GHTS。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是可行的，所以能用于消除汽车尾气中的NO解析GHTS113.0 kJmol1298 K(145.3103 kJmol1K1)69.7 kJmol10，故理论上该反应能自发进行。(1)复合判据判断反应方向的有关规律当H0，则G0，S0，反应一定不能自发进行。当H0，S0或H0，S0时，反应能否自发进行与温度有关，一般低温时焓变影响为主，高温时熵变影响为主。(2)反应发生的条件有多种，GHTS这个判据只能用于温度、压强一定条件下的反应，不能用于其他条件(如温度、体积一定)下的反应。(3)反应的自发性只能判断方向性，反应能否实现，还要看具体的反应条件。例3(2017仪征中学高二4月月考)当化学反应的H0，S0时，反应一定能自发进行。下列反应属于该情况的是()A.Zn(s)2HCl(aq)=ZnCl2(aq)H2(g)B.2H2(g)O2(g)=2H2O(l)C.CaCO3(s)=CaO(s)CO2(g)D.2NH4Cl(s)Ca(OH)2(s)=2NH3(g)CaCl2(s)2H2O(l)答案A解析A项是放热反应，H0，反应后气体体积增大，S0，正确；B项是放热反应，H0，反应后气体体积减小S0，反应后气体体积增大，S0，错误；D项是吸热反应，H0，反应后气体体积增大，S0，错误。考点化学反应进行的方向及其判断题点化学反应进行方向的复合判据例4回答下列问题：(1)用钌的配合物作催化剂，一定条件下可直接光催化分解CO2，发生反应：2CO2(g)=2CO(g)O2(g)，该反应的H_(填“”“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。(3)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_。(4)某吸热反应能自发进行，则该反应的S_(填“”或“不能(2)不能能(3)高温(4)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GHTS0，反应不能自发进行。(2)常温下石灰石不分解。该反应的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。(3)自发反应的条件是HTS0，即H0，故T，即T值较大，该反应应在高温下进行。(4)吸热反应能自发进行，即H0，HTS0，故S0。考点化学反应进行的方向及其判断题点化学反应进行方向的复合判据1.知道了某过程有自发性之后，则()A.可判断过程的方向B.可确定过程是否一定会发生C.可预测过程发生完成的快慢D.可判断过程的热效应答案A解析判断某反应是否自发，只是判断反应的方向，与反应是否会发生、反应的快慢、反应的热效应无关。考点化学反应进行的方向及其判断题点自发过程与自发反应的概念辨析2.(2017盐城高二期末)下列反应中H0，S0的是()A.2Mg(s)CO2(g)=2MgO(s)C(s)B.低温下能自发进行的反应：NH3(g)HCl(g)=NH4Cl(s)C.高温下能自发进行的反应：SiO2(s)2C(s)=Si(s)2CO(g)D.任何温度下均能自发进行的反应：2H2O2(l)=2H2O(l)O2(g)答案C解析反应2Mg(s)CO2(g)=2MgO(s)C(s)的H0，S0，A项错误；反应NH3(g)HCl(g)=NH4Cl(s)的S0，低温下能自发进行，根据GHTS可知H0，B项错误；反应SiO2(s)2C(s)=Si(s)2CO(g)的S0，高温下能自发进行，说明反应H0，C项正确；任何温度下均能自发进行的反应说明H0，S0，D项错误。考点化学反应进行的方向及其判断题点反应焓变与反应方向3.下列说法完全正确的是()A.自发进行的反应均是放热反应B.S为正值的反应均能自发进行C.物质的量增加的反应，S为正值D.CaCO3(s)受热分解为CaO(s)和CO2(g)：S0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错；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正确。考点化学反应进行的方向及其判断题点反应熵变与反应方向4.已知在等温等压条件下，化学反应方向的判据为HTS0 反应不能自发进行设反应A=DEHTS(4 50011T) Jmol1，要防止反应发生，温度必须()A.高于409 KB.低于136 KC.高于136 K而低于409 KD.低于409 K答案A解析要防止反应发生需满足HTS0的条件，解不等式得T409 K，故A正确。考点化学反应进行的方向及其判断题点化学反应进行方向的复合判据5.向锥形瓶中加入约20 g NH4Cl晶体，在一小木块上洒少量水，将锥形瓶放在木头上，再向其中加入约40 g Ba(OH)28H2O，如图所示。用玻璃棒将固体充分混合均匀，静置。回答下列各问题：(1)拿起木块时发现_，证明该反应的H_0(填“”或“”或“(2)2NH4ClBa(OH)28H2O=BaCl22NH310H2O气体(3)AB解析(3)该实验中反应方程式的特点为H0，S0，因此A、B符合，C、D项中反应的H0。对点训练题组一反应的焓变和熵变与反应的方向1.下列说法正确的是()A.放热反应的焓变小于零，熵变大于零B.放热及熵增加的反应，一定能自发进行C.放热反应的焓变大于零，熵变小于零D.放热及熵减小的反应，一定能自发进行答案B解析放热反应的焓变小于0，熵变不一定大于0，A项和C项不正确；放热及熵增加的反应，HTS0，一定能自发进行，B项正确；放热及熵减小的反应，HTS不一定小于0，不一定能自发进行。2.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，按焓判据反应不能发生，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。考点化学反应进行的方向及其判断题点反应焓变与反应方向3.下列反应在常温下能自发进行，并既能用焓判据解释又能用熵判据解释的是()A.HCl(g)NH3(g)=NH4Cl(s)B.2KClO3(s)=2KCl(s)3O2(g)C.2Na2O22H2O=4NaOHO2D.Ba(OH)28H2O2NH4Cl=BaCl22NH310H2O答案C解析A项，两种气体生成一种固体，熵减小，不能用熵判据解释，不符合题意；B项是吸热反应，不能用焓判据解释，不符合题意；C项，该反应是放热反应，生成物能量降低，能用焓判据解释，同时，固体与液体反应生成了气体，熵增加，也能用熵判据解释，符合题意；D项，NH4Cl与Ba(OH)28H2O反应产生NH3，熵增加，能用熵判据解释，同时温度降低，是一个吸热反应，不能用焓判据解释，不符合题意。考点化学反应进行的方向及其判断题点反应熵变与反应方向4.下列说法正确的是()A.反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)的H0B.反应2CO2NO=N22CO2在常温下能自发进行，则反应的H0，S0C.反应TiO2(s)2Cl2(g)=TiCl4(g)O2(g) H0能自发进行，其原因是S0D.反应NH3(g)HI(g)=NH4I(s)在低温下可自发进行，则H0，S0答案C解析该反应的正反应为气体分子数减少的反应，S0，A项错误；从反应方程式中气体物质的化学计量数来看，物质的量在减小，即熵减小，但反应能自发进行，则该反应是放热反应，H0，S0时，不能判断GHTS的正负，与T有关；当H0，S0，非自发反应；当H0时，GHTS0，一定是自发反应；当H0，S0时，不能判断H的正负，与T有关。考点化学反应进行的方向及其判断题点化学反应进行方向的复合判据7.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)H37.30 kJmol1S184.0 Jmol1K1答案B解析根据HTS0它是非自发反应BW(s)xG(g)=2Q(g)H0答案B解析M(s)=X(g)Y(s)，为熵增大的反应，S0，H0，在高温条件下能自发进行，A项错误；4X(g)5Y(g)=4W(g)6G(g)反应为气体体积增大的反应，S0，所以当H0时，一定满足HTS0，反应一定能够自发进行，当H0时，当高温时，HTS0成立，可以自发进行，C项错误；4M(s)N(g)2W(l)=4Q(s)为气体体积减小的反应，S0，当H0时，HTS0，一定不能自发进行，D项错误。考点化学反应进行的方向及其判断题点化学反应进行方向的复合判据9.已知反应FeO(s)C(s)=CO(g)Fe(s)的H0(假定H、S不随温度而变化)，下列叙述中正确的是()A.低温下为自发过程，高温下为非自发过程B.高温下为自发过程，低温下为非自发过程C.任何温度下均为非自发过程D.任何温度下均为自发过程答案B解析由反应能否自发进行的判据HTS知：H0、S0时，HTS的值的正、负不能确定，此时将由温度T决定。当处于低温时，HTS0，反应非自发进行；当温度升高，TS的值增大，当TSH，即HTS0时，反应自发进行，所以该反应高温下自发进行，低温下非自发进行。考点化学反应进行的方向及其判断题点化学反应进行方向的复合判据10.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。现把白锡制成的器皿放在0 、100 kPa的室内存放，它会不会变成灰锡而不能再继续使用(已知：在0 、100 kPa条件下白锡转化为灰锡的反应焓变和熵变分别为H2 180.9 Jmol1，S6.61 Jmol1K1)()A.会变成灰锡 B.不会变成灰锡C.不能确定 D.升高温度才会变成灰锡答案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。因此，在0 、100 kPa条件下，白锡会不会变为灰锡的问题就转化为求算反应：白锡灰锡的HTS值的问题。HTS2 180.9 Jmol1273 K(6.61 Jmol1K1)376.37 Jmol10，因此在该条件下白锡会变为灰锡。考点化学反应进行的方向及其判断题点化学反应进行方向的复合判据11.反应CH3OH(l)NH3(g)=CH3NH2(g)H2O(g)在某温度自发向右进行，若反应的|H|17 kJmol1，|HTS|17 kJmol1，则下列正确的是()A.H0，HTS0B.H0，HTS0C.H0，HTS0D.H0，HTS0B.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，A项不正确；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，C项不正确；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，D项不正确。考点化学反应进行的方向及其判断题点化学反应进行方向的复合判据综合强化13.请按要求回答下列各题。(1)溶解少量蔗糖于水中，S_0(填“”或“(2)(4)0。(2)乙烯聚合成聚乙烯由气态转化为固态，混乱度减小，S0。(4)水蒸气凝结成水，由气态转化为液态，混乱度减小，S0，S0，GHTS0对自发反应起决定作用。考点化学反应进行的方向及其判断题点反应熵变与反应方向14.有A、B、C、D四个反应反应ABCDH/kJmol110.51.8012611.7S/Jmol1K130.0113.084.0105.0则在任何温度下都能自发进行的反应是_(填反应字母，下同)；任何温度下都不能自发进行的反应是_；在温度高于_ 时可自发进行的反应是_；在温度低于_ 时可自发进行的反应是_。(T273.15t)答案CB76.85A161.72D解析在任何温度下都能自发进行的反应满足HTS恒小于0，即H0，S0，满足此条件的为反应C。任何温度下都不能自发进行的反应满足HTS恒大于0，即H0，S0，满足此条件的为反应B。反应A的复合判据HTS10 500 Jmol1T30.0 Jmol1K1，当T350 K，即t76.85 时，HTS0，反应能自发进行。反应D的复合判据HTS11 700 Jmol1T105.0 Jmol1K1，当T111.43 K，即t161.72 时，HTS0，反应能自发进行。考点化学反应进行的方向及其判断题点化学反应进行方向的复合判据15.已知一个可逆反应，若正反应为自发过程，则其逆反应为非自发过程，反之，亦然。(1)已知2CO(g)CO2(g)C(s)，T980 K时，HTS0。当体系温度低于980 K时，估计HTS_0(填“大于”“小于”或“等于”，下同)；当体系温度高于980 K时，估计HTS_0。(2)电子工业中清洗硅片上的SiO2(s)的反应为SiO2(s)4HF(g)=SiF4(g)2H2O(g)H(298.15 K)94.0 kJmol1、S(298.15 K)75.8 Jmol1K1，设H和S不随温度而变化，则此反应自发进行的温度范围是_。答案(1)小于大于(2)小于T1 240 K解析(1)C(s)CO2(g)2CO(g)的反应为吸热反应，H0，则2CO(g)CO2(g)C(s)为放热反应，H0，且该反应S0，则当T980 K时，HTS0，T980 K时，HTS0。(2)由题给信息可知，要使反应能自发进行，应有HTS0，即94.0 kJmol1T(75.8103 kJmol1K1)0，则T1 240 K。考点化学反应进行的方向及其判断题点化学反应进行方向的复合判据