专题2第2单元课时1

第2单元化学反应的方向和限度 课标要求1 了解焓和熵的概念 能够体会到化学反应进行的方向有规律性 2 理解焓变与熵变对化学反应方向的共同影响 3 学会应用能量判据和熵判据分析化学反应进行的方向性 4 掌握化学平衡状态和化学平衡常数的概念 理解化学平衡状态的特征 学习重点1 判断化学反应进行方向的两个相关联的判据 能量判据 熵判据 联系日常生活中的实例 理解熵的含义 结合可逆反应的特点及所学化学平衡理论 了解化学反应进行的方向的判断方法 2 化学平衡状态的建立 课时1化学反应的方向及判断 1 在一定温度和压强下 就能 的反应叫做自发反应 2 自然界中的许多自发过程 无论是过程和过程 都有由状态向状态转化的倾向 无需外界帮助 自动进行 物理 化学 能量较高 能量较低 3 对于化学反应而言 绝大多数放热反应都能进行 且反应放出的热量越多 体系 反应越完全 可见 反应的是制约化学反应能否自发进行的因素之一 4 并非所有自发进行的化学反应都是 例如 硝酸铵溶于水是一个 但常温下能 碳酸钙的分解反应需 但在高温下也能自发进行 自发 能量降低 得也越多 焓变 放热的 吸热过程 自发进行 吸收大量的热 1 自发反应一定能自动进行 而非自发反应一定不能发生 这句话对吗 说明理由 思考 提示 不对 某些自发反应需在一定条件下才能自动进行 非自发反应具备了一定条件也能发生 如甲烷燃烧是自发反应 但需点燃或加热才能反应 石灰石分解为氧化钙和二氧化碳为非自发反应 但在高温下可以发生 思考 5 除热效应外 决定化学反应能否自发进行的另一个因素是 大多数自发反应有趋向于体系 的倾向 衡量一个体系混乱度的物理量叫做 用符号表示 一个由大量微粒构成的体系中 微粒之间无规则排列的程度越大 体系的熵 6 反应前后体系叫做反应的熵变 用 表示 如果发生变化后体系的混乱度增大 该过程的 反之 化学反应的 S越大 越 反应自发进行 体系的混乱度 混乱度增大 熵 S 越大 S S 0 S 0 有利于 熵的变化 2 是否 S 0的过程一定能自发进行 S0 只能说明该过程有自发进行的倾向 而这个过程是否一定会发生则不能确定 S 0的过程也能自发进行 如 10 的液态水会自动结冰成为固态 思考 7 体系能量降低和混乱度增大都有促使反应自发进行的倾向 因此 要正确判断一个化学反应是否能自发进行 必须综合考虑反应的 H 和 S 焓变 熵变 1 多数能自发进行的化学反应是放热反应 例如 在常温 常压下 氢氧化亚铁被氧化为氢氧化铁的反应是自发的 反应放热 4Fe OH 2 s 2H2O l O2 g 4Fe OH 3 s H 298K 444 3kJ mol 2 有些吸热反应也能自发进行 例如 NH4HCO3 s CH3COOH aq CO2 g CH3COONH4 aq H2O l H 298K 37 30kJ mol3 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 例如 在室温下和较高温度下均为吸热过程的CaCO3的分解反应 CaCO3 s CaO s CO2 g H 298K 178 2kJ mol H 1200K 176 5kJ mol 实验证明 多数能自发进行的反应都是放热反应 对此说法理解的叙述中 正确的是 A 所有的放热反应都是自发进行的B 所有的自发反应都是放热的C 焓变是影响反应是否具有自发性的一种重要因素D 焓变是决定反应是否具有自发性的判据 例1 解析 多数能自发进行的反应都是放热反应 并不是所有自发进行的反应都是放热反应 既然说 多数 必定存在特例 焓变是表示化学反应能量变化的一个物理量 只能说 焓变是影响反应是否具有自发性的一种重要因素 但不是惟一因素 答案 C 1 以下自发反应可用焓判据来解释的是 A 硝酸铵自发地溶于水B 2N2O5 g 4NO2 g O2 g H 56 7kJ molC NH4 2CO3 s NH4HCO3 s NH3 g H 74 9kJ molD 2H2 g O2 g 2H2O l H 571 6kJ mol 解析 选D 焓判据能够说明放热反应为自发反应 而A B C三个自发过程均为吸热过程 显然不能单用焓判据来解释 只有D项可以用焓判据解释 反应的熵变 S为生成物总熵与反应物总熵之差 对于确定的化学反应 在一定条件下具有确定的熵变 1 许多熵增加的反应在常温 常压下可以自发进行 产生气体的反应 气体物质的物质的量增大的反应 熵变通常都是正值 为熵增加反应 例如 2H2O2 aq 2H2O l O2 g 2 有些熵增加的反应在常温 常压下不能自发进行 但在较高温度下可以自发进行 例如 CaCO3 s CaO s CO2 g C s 石墨 H2O g CO g H2 g 3 铝热反应是熵减小的反应 它在一定条件下也可以自发进行 2Al s Fe2O3 s Al2O3 s 2Fe s 任何反应体系都有趋向于从高能状态转变为低能状态和从有序自发地转变为无序的倾向 因此影响和决定化学反应进行方向的因素是焓变和熵变 下列过程属于熵增过程的是 A 硝酸钾溶解在水里面B 氨气和氯化氢反应生成氯化铵晶体C 水蒸气凝结为液态的水D NH4 2CO3分解生成二氧化碳 氨气和水 例2 解析 在与外界隔离的体系中 自发过程将导致体系的熵增大 如硝酸钾溶解在水里面 对于同一种物质 Sm g Sm l Sm s 所以水蒸气凝结为液态的水为熵减过程 对于有气体参与的化学反应 气体参与反应时气体既可以是反应物也可以是产物 气态物质的物质的量增大的化学反应 其熵变通常是正值 是熵增大的反应 反之 气态物质的物质的量减小的化学反应 其熵变通常是负值 是熵减小的反应 因此氨气和氯化氢反应生成氯化铵晶体为熵减过程 而固体 NH4 2CO3分解生成二氧化碳 氨气和水为熵增过程 答案 AD 规律方法 除自发的化学反应外 还有一类自发过程 例如放在同一密闭容器中的气体或液体物质 也包括能够挥发的固态物质 的蒸气 不需要外界的任何作用 气态物质会通过分子的扩散自发地形成均匀混合物 这种现象可以推广到相互接触的固体物质体系 经过长期放置后 人们能够找到通过扩散而进入另一种固体中的原子或分子 这种现象可以作为纯物质难以保存的最本质的解释 为了解释这样一类与能量状态的高低无关过程的自发性 人们提出在自然界还存在另一种能够推动体系变化的因素 即在密闭条件下 体系有由有序自发地转变为无序的倾向 科学家把这种因素称作熵 2 下列说法不正确的是 A 体系有序性越高 熵值就越低B 自发过程将导致体系的熵增大C 吸热反应不可以自发进行D 同种物质气态时熵值最大 解析 选BC 熵表示的是物质的混乱度 混乱度越大 相应熵值越高 所以体系有序性越高 熵值就越低 A正确 有些熵减小的过程也能自发进行 B不正确 吸热反应有的也可以自发进行 如碳酸钙在较高温度下的分解就是一个典型的吸热反应 但是由于产生了气体 所以熵值增大 可以自发进行 C错误 同种物质气态时 混乱程度最大 所以熵值也最大 D正确 1 用焓变和熵变的复合判据判断反应的方向体系的自由能变化 符号为 G 单位为kJ mol 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 G H T S 1 当 H0时 G0 S0 反应不能自发进行 3 当 H 0 S 0或 H 0 S 0时 反应是否自发进行与温度有关 在一定温度下可使 G 0 即反应达平衡状态 2 用复合判据判断反应方向的有关规律 1 放热的熵增加反应一定能自发进行 放热的熵减小反应或熵无明显变化的反应 也可能自发进行 如氢气燃烧 甲烷燃烧等 2 吸热的熵减小反应一定不能自发进行 而吸热的自发过程一定是熵增加的过程 如冰的融化 3 无热效应的自发过程是熵增加的过程 如两种理想气体的混合 4 当焓变和熵变的作用相反时 如果二者大小相差悬殊 可能某一因素占主导地位 5 此外 如果焓变和熵变的作用相反且相差不大时 温度有可能对反应的方向起决定性作用 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 H T S 0判断的只是反应能否自发进行的可能性 具体的反应能否实际发生 还涉及到化学反应速率的问题 已知在100kPa 298 15K时石灰石的分解反应 CaCO3 s CaO s CO2 g H 178 3kJ mol 1 S 160 4J mol 1 K 1 试判断该反应能否自发进行 思路点拨 解答本题要注意以下两点 1 焓变和熵变共同决定反应方向 2 焓变和熵变影响方向相反时 利用自由能变化来判断 例3 解析 因为 H T S 178 3kJ mol 298 15K 160 4 10 3kJ mol K 130 5kJ mol 0 所以该反应不能自发进行 答案 在100kPa 298 15K时石灰石的分解反应为非自发反应 不能自发进行 1 据本题反应提供的数据分析 温度能否成为反应方向的决定因素 2 温度若能决定反应方向 则该反应自发进行的最低温度是多少 提示 1 因该反应 H 0 S 0 且焓变和熵变的数值相差不大 故温度能影响反应进行的方向 2 据 G H T S 178 3kJ mol 1 160 4 10 3kJ mol 1 K 1 1111 6K 所以CaCO3自发进行分解的最低温度为1111 6K 1 下列有关自发反应的说法正确的是 A 自发反应一定是 S 0的反应B 自发反应一定是 H0的反应一定是自发反应 解析 选D 反应能否自发进行的判据是 H T S 只单独用 S或 H的大小无法判断反应能否自发进行 A B错误 当 H T S 0时 反应一定自发进行 D正确 过程的自发性只能用于判断过程的方向 自发反应是否一定能进行还要看具体的条件 若改变某种条件 可能出现相反的结果 2 能用焓判据判断下列过程方向的是 A 湿的衣服经过晾晒变干B 硝酸铵溶于水C 100 时的水蒸气凝结成水D 25 101kPa时 2N2O5 g 4NO2 g O2 g H 56 7kJ mol能自发进行 解析 选C 湿衣服经过晾晒变干和硝酸铵溶于水都是自发过程 该过程虽然吸收热量 但熵值增大 熵增效应超过了能量效应 100 时水蒸气凝结成水是自发过程 因为该过程释放了能量 使体系能量降低 符合题意 D项中反应是吸热反应 同时又是熵增反应 熵增效应同样超过了能量效应 不能只根据焓变来判断反应进行的方向 3 已知 凡气体分子总数增多的反应一定是熵增大的反应 根据所学知识判断 下列反应中 在任何温度下都不自发进行的是 A 2O3 g 3O2 g H0C N2 g 3H2 g 2NH3 g H0 解析 选B 放热反应 熵增加的反应有利于自发进行 即 H T S0的反应一定非自发 即吸热反应 熵减小的反应一定非自发 4 已知在等温条件下 化学反应方向的判据为 H T S0 反应能逆向自发进行 其中 H为焓变 S为熵变 T为热力学温度 单位为K 设反应A s D g E g H T S 4500 11T J mol 要防止反应发生 温度必须 A 高于409KB 低于136KC 高于136K而且低于409KD 低于409K解析 选A 要防止反应的发生 只要使 H T S 0即可 所以T 409K A正确 5 已知298K时由石墨生成金刚石反应的 H 1 895kJ mol 1 H T S 2 866kJ mol 1 又知石墨的熵S石 5 694J mol 1 K 1 求金刚石的熵S金 这两种碳的同素异形体哪种更有序 化学反应的熵变是产物的总熵与反应物的总熵之差