（浙江专用版）2019_2020学年高中化学专题2化学反应速率与化学平衡第二单元第1课时化学反应的方向学案.docx

化学反应的方向核心素养发展目标1.证据推理与模型认知：了解判断化学反应进行方向的三个判据，构建判断化学反应自发性的思维方法模型。2.科学态度与社会责任：根据三个判据的发展过程，理解科学知识的曲折发展历程，增强对化学反应自发性研究重要意义的认识。一、自发过程和自发反应1自发过程(1)含义：在一定条件下，不用借助外力就可以自发进行的过程。(2)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：在密闭条件下，体系有从有序自发转变为无序的倾向。2自发反应(1)定义：在一定温度和压强下，无需外界帮助就能自动进行的化学反应。(2)自发反应的特征具有方向性，即反应的某个方向在一定条件下是自发的，则其逆反应在该条件下肯定不自发。体系趋向于从高能量状态转变为低能量状态。体系趋向于从有序体系转变为无序体系。自发过程的判断(1)根据条件判断：不是看是否需要条件，而是看是否需要持续施加外力(如加热等)。(2)根据其逆向过程是否自发判断：若逆向过程自发，则正向过程一定不自发；若逆向过程不自发，则正向过程一定自发。例1下列不属于自发进行的变化是()A红墨水加到清水中使整杯水变红B冰在室温下融化成水C水电解生成氢气和氧气D铁器在潮湿的空气中生锈答案C解析红墨水滴入清水中能使整杯水变红、冰在室温下融化为水、铁器在潮湿空气中生锈等过程都是自发进行的，A、B、D属于自发进行的变化，而水电解生成氢气和氧气的反应必须通电电解才可以进行，不属于自发过程，C项不属于自发进行的变化。考点自发过程和自发反应题点自发过程的判断例2知道了某过程有自发性之后，则()A可判断出过程的方向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，与是否会发生、反应的快慢、反应的热效应无关。考点自发过程和自发反应题点自发过程(或反应)的理解二、化学反应进行方向的判据1焓判据(能量判据)(1)放热反应过程中体系能量降低，因此具有自发进行的倾向，科学家提出用焓变(能量变化)来判断反应进行的方向，这就是焓判据(能量判据)。(2)焓变与化学反应进行方向的关系多数放热反应是自发进行的。例如燃烧反应、中和反应等。有不少吸热的反应也能自发进行。如NH4HCO3(s)CH3COOH(aq)=CO2(g)CH3COONH4(aq)H2O(l)H0还有一些吸热反应在室温条件下不能自发进行，但在较高温度下则能自发进行。如CaCO3(g)CaO(s)CO2(g)H02熵判据(1)熵：用来量度体系混乱程度的物理量。熵值越大，混乱程度越大。符号为S。(2)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S)零。(3)熵判据：体系有自发地向混乱度增加(即熵增)的方向转变的倾向，因此可用熵变来判断反应进行的方向。(4)熵变与化学反应进行方向的关系许多熵增的反应是自发的，如：2KClO32KCl3O2；CaCO32HCl=CaCl2H2OCO2等。有些熵减的反应也可以自发进行，如：Ca(OH)2(aq)CO2(g)=CaCO3(s)H2O(l)。3复合判据(1)复合判据为体系的自由能变化(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方向的判断，GHTS。(2)在温度、压强一定的条件下，自发反应总是向GHTS0的方向进行，直到达平衡状态。当H0，S0时，G0，反应能自发进行。当H0，S0时，G0，反应不能自发进行。当H0，S0或H0，S0时，反应是否自发进行与温度有关，在一定温度下可使G0，即反应达到平衡状态。(1)焓变和熵变都与反应的自发性有关，又都不能独立地作为自发性的判据，要判断反应进行的方向，必须综合考虑体系的焓变和熵变。(2)根据HTS0判断的只是反应自发进行的可能性，具体的反应能否实际发生，还涉及化学反应速率的问题。例3下列关于焓判据和熵判据的说法中，不正确的是()A放热的自发过程可能是熵减小的过程，吸热的自发过程一定为熵增加的过程B4Fe(OH)2(s)2H2O(l)O2(g)=4Fe(OH)3(s)H444.3kJmol1S280.1Jmol1K1在常温常压下能自发进行C在室温下碳酸钙的分解反应不能自发进行，但同样是这个吸热反应在较高温度(1200K)下则能自发进行D放热过程(H0)或熵增加(S0)的过程一定是自发的答案D解析放热的自发过程可能熵减小，吸热的自发过程是熵增加的过程，A项正确；根据GHTS444.3 kJmol1298 K(280.1103 kJmol1K1)360.83 kJmol10，此时焓变对反应的方向起决定性作用，常温常压下能自发进行，B项正确；碳酸钙分解反应的H0且S0，同样根据GHTS0可知在高温下可自发进行，C项正确；焓减小或熵增的过程不一定都是自发进行的，有的反应需在外力作用下才能进行，D项错误。考点焓变和熵变与反应进行方向的判断题点由焓变、熵变判断反应进行的方向例4已知吸热反应：2CO(g)=2C(s)O2(g) ，设H和S不随温度而变，下列说法中正确的是()A低温下能自发进行B高温下能自发进行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答案D解析已知反应：2CO(g)=2C(s)O2(g)的H0，S0，所以HTS0，在任何温度下反应都是不能自发进行的，A、B、C错误，D正确。考点自由能(复合判据)与反应进行方向的判断题点自发反应进行适宜温度的选择例5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。(4)已知：CaSO4(s)CO(g)CaO(s)SO2(g)CO2(g)H218kJmol1，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)解析(2)因为S0，且GHTS0，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，该反应应在高温下进行。(5)吸热反应能自发进行，即H0，HTS0，故S0。考点自由能(复合判据)与反应进行方向的判断题点反应进行方向判断的相关综合相关链接(1)对反应进行方向判断的讨论类型HS反应的自发性100HTS0，一定能自发进行200HTS0，一定不能自发进行300(HTS)因温度的变化而可能大于0或小于0，反应自发性也因温度变化而改变。一般来说，低温时焓变影响为主，高温时熵变影响为主，H0，S0的反应在较低温度下能自发进行；H0，S0的反应在较高温度下能自发进行400(2)温度对反应进行的方向的影响根据复合判据HTS可知，反应熵变S对化学反应方向的影响是与温度相关联的，因此温度也可以影响反应进行的方向。严格来讲，温度对反应的焓变与熵变都有影响，但是在焓变与熵变随温度变化不大的范围内，可以认为它们是定值。温度与反应进行方向的关系如图所示：1下列关于焓变和熵变的说法正确的是()A化学反应的焓变与反应的方向有关，化学反应的熵变与反应的方向无关B化学反应的焓变直接决定了化学反应的方向，化学反应的熵变不能决定化学反应的方向C焓变为负的反应都能自发进行，熵变为正的反应也都能自发进行D化学反应的焓变和熵变都不是决定化学反应能否自发进行的唯一因素答案D解析一个反应的HTS0，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)。aCO(g)=C(s)O2(g)b2N2O5(g)=4NO2(g)O2(g)c(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)NH3(g)dMgCO3(s)=MgO(s)CO2(g)(3)运用化学反应原理研究合成氨反应有重要意义，请完成下列探究。生产氢气：将水蒸气通过红热的炭即产生水煤气。C(s)H2O(g)H2(g)CO(g)H131.3kJmol1，S133.7Jmol1K1，该反应在低温下_(填“能”或“不能”)自发进行。答案(1)该反应是H0，S0、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。a的S0，所以在高温时该反应不能自发进行。(3)根据GHTS0为自发反应知，H131.3 kJmol1，S133.7 Jmol1K10.133 7kJmol1K1，解得在T982.0K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。考点自由能(复合判据)与反应进行方向的判断题点反应进行方向判断的相关综合题组一自发过程和自发反应1下列关于自发过程的叙述中，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答案C解析在一定条件下，不用借助外力即可自发进行的过程为自发过程，所以自发过程也是需要特定的条件，A、B项错误；可逆反应在不同的条件下，可以向不同方向自发进行，C项正确；改变条件，可以使非自发过程转变为自发过程，D项错误。考点自发过程和自发反应题点自发过程(或反应)的理解2下列反应属于非自发反应的是()A钠与水反应B氢气在氧气中燃烧生成水C水分解变成氢气和氧气D氨气和氯化氢相遇变成氯化铵答案C考点自发过程和自发反应题点自发过程的判断题组二焓变和熵变与反应进行方向的判断3下列关于焓变的叙述中正确的是()A化学反应的焓变与反应的方向无关B化学反应的焓变直接决定了反应的方向C焓变为正值的反应都是吸热反应D焓变为正值的反应都能自发进行答案C解析H0，说明反应为吸热反应，C项正确；焓判据只是判断反应方向的一个依据，所以A、B、D项不正确。考点焓变和熵变与反应进行方向的判断题点焓变与反应进行方向的关系4对于化学反应方向的判断，下列说法中正确的是()A温度、压强一定时，放热的熵减小的反应一定能自发进行B温度、压强一定时，焓因素和熵因素共同决定一个化学反应的方向C反应焓变是决定反应能否自发进行的唯一因素D固体的溶解过程与熵变无关答案B解析化学反应的方向由焓变和熵变共同决定，不能仅用焓变或熵变判断反应的方向。考点焓变和熵变与反应进行方向的判断题点焓变与反应进行方向的关系5(2018台州市书生中学月考)下列说法正确的是()A一定温度下，反应MgCl2(l)=Mg(l)Cl2(g)的H0，S0，A错误；有些吸热反应也可以自发进行，如氢氧化钡晶体和氯化铵常温下发生反应，H0，B错误；水在常温常压下电解才能发生分解，即环境对它做功，才能使它发生反应，所以是非自发反应，C错误。6已知下列过程都能自发进行，其中不能用“焓判据”解释的是()A2Na(s)Cl2(g)=2NaCl(s)H0BC3H8(g)5O2(g)=3CO2(g)4H2O(l)H0D2Mg(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。考点焓变和熵变与反应进行方向的判断题点由焓变、熵变判断反应进行的方向7实现“节能减排”和“低碳经济”的一个重要课题就是如何将CO2转化为可利用的资源。目前工业上有一种方法是用CO2来生产燃料甲醇。一定条件下发生反应：CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g)，如图表示该反应过程中能量(单位为kJmol1)的变化。关于该反应的下列说法中，正确的是()AH0，S0BH0，S0CH0，S0DH0，S0答案C解析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生成物的总能量，反应放热，H0；该反应发生后气体的物质的量减小，S0。考点焓变和熵变与反应进行方向的判断题点反应中焓变、熵变大小的判断8(2018宜昌高二月考)“熵”表示体系的混乱度，它的符号是“S”。下列变化中，S0的是()A3Fe(s)4H2O(g)=Fe3O4(s)4H2(g)B2NO2(g)=N2O4(l)C2IBr(l)=I2(s)Br2(g)D(NH4)2CO3(s)=2NH3(g)CO2(g)H2O(g)答案B解析选项B中的反应是由气体转化为液体，混乱度减小，S0。考点焓变和熵变与反应进行方向的判断题点反应中焓变、熵变大小的判断题组三自由能(复合判据)与反应进行方向的判断9(2018杭州市西湖高级中学月考)等温等压过程在低温下不能自发进行，而在高温下可自发进行的条件是()AH0，S0，S0CH0DH0，S0答案D解析化学反应能否自发进行，取决于焓变和熵变的综合判据，当GHTS0时，反应能自发进行；当H0，S0时，GHTS0，一定能自发进行；而H0，S0时一定不能自发进行；H0，S0时，在低温下不能自发进行，在高温下能自发进行。答案选D。10下列反应在任何温度下均能自发进行的是()A2N2(g)O2(g)=2N2O(g)H163kJmol1BAg(s)Cl2(g)=AgCl(s)H127kJmol1CHgO(s)=Hg(l)O2(g)H91kJmol1DH2O2(l)=O2(g)H2O(l)H98kJmol1答案D解析反应能自发进行的前提条件是反应的HTS0，S0，即任何温度下，反应都不能自发进行；对于B项，H0，S0，在较低温度下，HTS0，S0，若使反应自发进行，即HTS0，必须提高温度，即反应只有在较高温度时能自发进行；对于D项，H0，在任何温度下，HTS0，即在任何温度下反应均能自发进行。考点自由能(复合判据)与反应进行方向的判断题点由自由能判断反应进行的方向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。现把白锡制成的器皿放在0、100kPa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、100kPa条件下白锡转化为灰锡的反应焓变和熵变分别为H2180.9Jmol1，S6.61Jmol1K1)()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、100kPa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)376.37Jmol10B硝酸铵溶于水可自发进行因为该反应的S0C一个反应的H0，S0反应一定不能自发进行DH2(g)F2(g)=2HF(g)的H271kJmol1S8Jmol1K1反应在任意温度下都不能自发进行答案B解析物质由气态变为液态，混乱度减小，即S0，A项不符合题意；硝酸铵溶于水是吸热的熵增加过程，S0，反应可自发进行，B项符合题意；H0，S0，根据复合判据可知，高温时HTS0，即高温条件下，反应能自发进行，C项不符合题意；由H0，S0知，HTS0，故该反应在任意温度下都能自发进行，D项不符合题意。考点自由能(复合判据)与反应进行方向的判断题点反应进行方向判断的相关综合13运用相关化学知识进行判断，下列结论错误的是()A某吸热反应能自发进行，因此该反应是熵增反应BNH4F水溶液中含有HF，因此NH4F溶液不能存放于玻璃试剂瓶中C可燃冰主要是甲烷与水在低温高压下形成的水合物晶体，因此可存在于海底D增大反应物浓度可加快反应速率，因此用浓硫酸与铁反应能增大生成H2的速率答案D解析吸热反应能自发进行，则有HTS0，从而可知S0，即该反应为熵增反应，A正确；NH4F溶液中，NH和F均能发生水解反应，而F水解生成HF，可与玻璃中的SiO2发生反应，易腐蚀玻璃试剂瓶，因此NH4F溶液不能存放于玻璃试剂瓶中，B正确；可燃冰是CH4与H2O形成的水合物晶体，属于分子晶体，存在于海底低温、高压的环境下，C正确；常温下，Fe在浓硫酸中发生钝化，可适当增大稀硫酸的浓度来加快制取H2的速率，但不能用浓硫酸代替稀硫酸，D错误。考点自由能(复合判据)与反应进行方向的判断题点反应进行方向判断的相关综合14(2018黑龙江绥化青冈校级期末)氨的工业合成工艺的成熟推动了人类文明的进步，不少科技工作者为了寻找廉价的氨的制备方法，进行了前赴后继的探索性工作。用氢气和氮气合成氨是一个可逆反应，化学方程式为N23H22NH3。已知，在常温下，1gH2完全转化为NH3，放出的热量为15.4kJ。(1)请写出该反应的热化学方程式：_。(2)如果一个反应的HTS0，则该反应能够自发进行。已知上述氨的合成反应的S198.2Jmol1K1，则其在常温下_(填“能”或“不能”)自发进行。答案(1)N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92.4kJmol1(2)能解析(2)HTS92.4 kJmol1298 K(0.198 2 kJmol1K1)0，所以常温下该反应可以自发进行。考点自由能(复合判据)与反应进行方向的判断题点由自由能判断反应进行的方向15已知在100kPa、298.15K时石灰石分解的反应为CaCO3(s)=CaO(s)CO2(g)H178.3kJmol1、S160.4Jmol1K1，回答下列问题。(1)该反应_(填“能”或“不能”)自发进行。(2)据本题反应数据分析，温度_(填“能”或“否”)成为反应方向的决定因素。(3)若温度能决定反应方向，则该反应自发进行的最低温度为_。答案