高中化学选修四2-1 化学反应的方向学案教师版

2-1化学反应的方向学习目标：1、了解焓变、熵变与反应方向的关系。2、能综合运用焓变与熵变判断反应进行的方向。学习重难点：综合运用焓变与熵变判断反应进行的方向。自主学习【知识回顾】1．根据是否有外力作用，过程可分为自发过程和非自发过程。自发过程是在一定条件下，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(AB)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．生锈的铁变光亮自发过程具有的特点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)。在密闭条件下，体系有从有序自发转变为无序的倾向。2•有下列化学反应：①白磷自燃、②氯化氢分解、③煤燃烧、④钠与水反应、⑤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①④⑤，属于放热反应的是①③④⑤3.自发过程和自发反应自发过程自发反应含义在温度和压强一定的条件下.不用借助外力作用就能自发进行的过程在给定的一组条件下，可以自发进行到显著程度的化学反应特征具有方向性，即反应的某个方向在一定条件下是自发的，而其逆方向在该条件下是肯定不能自发进行的举例高山流水，自由落体运动钢铁生锈(1)可被用来完成有用功。如H2燃烧可设计成原电池(2：非自发过程要想发生，必须对它做功。如通电将水应用的举例高山流水，自由落体运动钢铁生锈(1)可被用来完成有用功。如H2燃烧可设计成原电池(2：非自发过程要想发生，必须对它做功。如通电将水应用分解为H2和O2学习•探究区基础自学落实重点互动探究探究点一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根据下图，回答有关问题。f能量热地反应物生成物热量1反应物能量生成物根据下图，回答有关问题。f能量热地反应物生成物热量1反应物能量生成物反应过程反应过程图1图1表示的反应释放能量，为放热反应,—般能自发进行。图2表示的反应吸收能量，为吸热反应,图2体系能量由高到低，趋向稳定，该过程体系能量由低到高，趋向不稳定，根据自发过程的特点，该反应一般不能自发进行。(2分析下列反应进行的方向与俎之间的关系:①NaOH(aq)+HCl(aq)二二二NaCl(aq)+H20(l),酸碱中和反应是放热反应，俎J0,常温下能自发进行。②2Na(s)+2H2O(l)===2NaOH(aq)+H2(g),该反应是放热反应，俎<0,常温下能自发进行。NH4HC03(s)+CH3COOH(aq)===CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l)俎>0，该反应在常温下能自发进行。CaCO3(s)===CaO(s>CO2(g)俎>0，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。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—，但不是决定反应能否自发进行的唯—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不规则或无序状态程度的物理量，其符号为S。熵值越大，体系的混乱度越大。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，如对同一种物质不同状态时熵值大小为S(g)S(l)>(s)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，这个原理叫做熵增原理在用熵变来判断反应进行的方向时，就称为熵判据。当&>0时，反应为熵增反应，在一定条件下能自发进行。当&<0时，反应为熵减反应，在一定条件下不能自发进行。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。^口：2Al(s)+Fe2O3(s)===AlO3(s)+2Fe(s)&=—39.35Jn"-i•-i，该反应为熵减小的反应，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。归纳总结］从能量角度(即焓变)看，化学反应有趋向于最低能量状态的倾向，而从熵变角度看，化学反应呈现最大混乱度的倾向，在实际的化学变化中，俎与&倾向有时会出现矛盾，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。活学活用］1•下列关于焓变与反应方向的叙述中正确的是()A•化学反应的焓变与其反应的方向无关B•化学反应的焓变直接决定了反应的方向反应焓变为正值时不利于反应自发进行焓变为负值的反应都能自发进行【答案】C【解析】可逆反应的两个反应其焓变的数值相等，但是符号(变化趋势)相反，故A项错误；焓变对反应方向有直接影响，但不能决定反应进行的方向，B项错误；焓变为负值的反应多数能自发进行，但有的也不是自发反应，D项错误；焓变为正值，其内能增加，体系能量升高，不利于反应自发进行，C项正确。2•汽车尾气含烃类、CO、NO与SO2等)是城市主要污染源之一，治理的办法之一是在汽车排气管上装催化转化器，它使NO与CO反应生成可参与大气生态循环的无毒气体，其反应原理是2NO(g)+2CO(g)===N2(g)+2CO2(g)由此可知，下列说法中正确的是()该反应是熵增大的反应该反应不能自发进行，因此需要合适的催化剂该反应常温下能自发进行，高温和催化剂条件只是加快反应的速率该反应常温下能自发进行，因为正反应是吸热反应【答案】C【解析】只使用催化剂便可使尾气发生转化，故此反应能自发进行；因反应是气体物质的量减小的反应，故熵减小；因熵减小不利于反应自发，故自发进行的原因是反应放热。探究点二焓变与熵变对反应方向的共同影响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有利于反应的自发进行。很多情况下用不同的判据判定同一个反应时，可能会出现相反的判断结果。(2复合判据是俎-TAS。即综合考虑焓变和熵变对体系的影响，判断反应进行的方向。(3在温度、压强一定的条件下，自发反应总是向俎-T&<0的方向进行，直至达到平衡状态。俎-T&<0反应能自发进行俎-T&=0反应达到平衡状态俎-T&>0反应不能自发进行下列反应在常温常压下能自发进行的是___2KClO3(s)===2KCl(s＋)3O2(g)俎=_78.03kJn^l-i&=494.4Jn^l-i«-iCO(g)===C(s石墨)+l1O2(g)俎=110.5kJn^l-i&=—89.36Jn^l-1«-14Fe(0H)(s)十2H2O(l)+O2(g)===4Fe(0H)(s)俎=—444.3kJn“-i&=—280.1Jnfl-i«-iCaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)俎=178.2kJn^l-1&=169.6Jn“-1•-1【答案】(1)(3)【解析】⑴俎一T&=—78.03kJn^l-1—298K>494.4%0-3kjmol-1M-1^—225.36kJnfl-1<0。常温常压下该反应能自发进行。凰一T&=110.5kJn^l-1—298Kx(—89.36%0-3kJnftl-1•-1)^137.13kj・mol1>0。常温常压下该反应不能自发进行。凰一T&=—444.3kJnfl-1—298Kx(—280.1%0-3kJnftl-1•-1)^—360.83kj«ol-1<0o此时焓变对反应的方向起决定性作用，常温常压下该反应能自发进行。凰一T&=178.2kJnfl-1—298KXL69.6X0-3kjmol-1•-10127.7kj・m>0o常温常压下该反应不能自发进行。归纳总结］1．复合判据判断反应方向的有关规律(1若俎<0,&>0，则反应一定能自发进行。(2若俎>0,&<0，则反应一定不能自发进行。(3当俎>0,&>0或旳<0,&<0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，俎-T&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。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。活学活用］3.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NH4HCO3(s)===NH3(g)+H2O(g)+CO2(g)俎=185.57kjn^l-1，能自发进行，原因是体系有自发地向混乱度增大的方向转变的倾向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，但不能改变反应进行的方向。学习小结】化学反应进行的方向化学反应进行的类型化学反应方向的判据—自发反应-[^睿-非自发反应化学反应进行的方向化学反应进行的类型化学反应方向的判据—自发反应-[^睿-非自发反应—焙判据—爛判据【自我检测】1．下列说法中不正确的是()体系有序性越高，熵值就越低自发过程可以导致体系的熵增大吸热反应不可以自发进行同种物质气态时熵值最大【答案】C碳铵(NH4HC03)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()碳铵分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增大碳铵分解是因为外界给予了能量碳铵分解是吸热反应，根据焓判据，不能自发分解碳酸盐都不稳定，都能自发分解【答案】A【解析】本题考查化学反应进行方向的判据，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。故选A。已知石墨、金刚石燃烧的热化学方程式分别为①C(s,石墨)十O2(g)===CO2(g)俎=—393.5kJn^l-i②C(s,金刚石)十O2(g)===CO2(g)俎=—395.4kJn^l-1关于金刚石和石墨的相互转化，下列说法正确的是()A．石墨转化成金刚石是自发的过程B．金刚石转化成石墨是自发的过程C．石墨比金刚石能量高D．金刚石比石墨稳定【答案】B【解析】由①—②得C(s,石墨)===C(s金刚石)俎=1.9逓"^，根据焓判据,则说明金刚石变成石墨是自发的，B正确；俎>0，说明石墨变成金刚石需吸收能量，则说明金刚石比石墨能