自学05 化学反应的方向（人教版2019）(解析版)

自学05化学反应的方向自学目录：【核心素养分析】【知识导图】【目标导航】【自学内容】【自学检测】【核心素养分析】1.证据推理与模型认知：了解到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。【知识导图】【目标导航】1.了解自发反应的焓判据2.了解混乱度熵的概念及嫡增原理3.根据反应的焓变和熵变两个判据，判断反应自发进行的可能性：4.了解根据吉布斯自由能变判定化学反应的方向。【自学内容】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，就能自发进行的过程。（2）特征：具有方向性，即过程的某个方向在一定条件下自发进行，而该过程逆方向在该条件下肯定不能自发进行。（3）举例：高山流水，自由落体，冰雪融化，电流总是从电势高的地方向电电势低的地方流动，钢铁生锈。2．自发反应（1）含义：在温度和压强一定的条件下无需借助外力就能自发进行的反应称为自发反应。（2）特点：①体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系释放热量)。②在密闭条件下，体系有从有序转变为无序的倾向性(无序体系更加稳定)。（3）举例：钢铁生锈，Zn与CuSO4溶液反应生成Cu。3、自发过程和自发反应的比较自发过程自发反应含义在一定条件下，不用借助外力，就能自发进行的过程。在给定的条件下，可以自发进行到显著程度的化学反应。特征具有方向性，即过程的某个方向在一定条件下自发进行，而该过程逆方向在该条件下肯定不能自发进行。举例高山流水，自由落体，冰雪融化钢铁生锈应用可被用来完成有用功。如H2燃烧可设计成原电池。非自发过程要想发生，必须对它做功。如通电将水分解为H2和O2。【易错提醒】①自发过程可以是物理过程，不一定是处自发反应，而自发反应一定是自发过程。②某些自发反应需要在一定条件下才能自发进行，非自发反应具备一定条件下也能自发进行。③一般地，如果一个过程是自发的，其逆过程在相同条件下就是非自发的。二、化学反应方向与焓变的关系放热反应过程中体系能量降低，因此具有自发进行的倾向，科学家提出用焓变来判断反应进行的方向，这就是焓判据。①多数放热反应是自发进行的。例如燃烧反应、中和反应等。②有些吸热反应也可以自发进行，如：2N2O5(g)⇄4NO2(g)＋O2(g)ΔH＝＋109.8kJ·mol－1，故不能根据放热或吸热来判断反应方向。③有些吸热反应在常温下不能自发进行，但在较高温度能自发进行，如碳酸钙在高温下就能自发进行。④只用焓判据判断反应是否自发不全面。【易错提醒】自发反应与反应条件没有必然联系。如许多自发反应在常温常压下就能进行，但有些自发反应在常温常压下就不能进行，如酒精的燃烧就要点燃。三、化学反应方向与熵变的关系1．熵、熵变的概念（1）熵：衡量体系混乱和度的物理量，符号为S,单位为：J·mol－1·K－1。（2）熵变：生成物与反应物熵值之差，符号为△S。2．熵值大小（1）同一条件下，不同的物质熵值不同。（2）体系的熵值：体系的混乱程度越大，体系的熵值就越大。（3）同一物质的熵值：S（g）＞S（l）＞S（s），同一物质的物质的量越大，分子数越多，熵值越大；同一条件下，不同物质的熵值不同。（4）物质的复杂程度：一般组成物质的原子种类相同时，分子中的原子数目越多，其混乱度越大，熵值越大（5）对于一个特定的气相反应,熵变的大小取决于反应前后的气体物质的化学计量数大小。3．熵变与反应的方向①反应熵变的计算式：△S＝S（生成物）－S（反应物）变化过程熵变反应类型增体反应△S＞0熵增反应减体反应△S＜0熵减反应盐的溶解△S＞0熵增反应电离过程△S＞0熵增反应②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。③有些熵减的反应也能自发进行，如铝热反应，故只用熵变来判断反应方向也不全面，只有孤立体系或绝热体系，才能用熵增来判断反应方向。四、化学反应方向与自由能1．自由能变化：符号为ΔG，单位为kJ·mol－1。2．自由能变化与焓变、熵变的关系：ΔG＝ΔH－TΔS。ΔG不仅与焓变有关，还与温度有关。3．反应方向与自由能的关系（1）化学反应总是向着自由能减小的方向进行，直到体系达到平衡。①当ΔG＜0时，反应能自发进行；②当ΔG＝0时，反应处于平衡状态；③当ΔG＞0时，反应不能自发进行。【易错提醒】①适用条件：恒温恒压；②局限性：只能判断反应发生的可能性，不能判断反应是否实际发生。（2）温度对化学反应自发性的影响①△H＜0，△S＞0：在任何温度时都能够自发进行②△H＞0，△S＜0：在任何温度时都不能自发进行③△H＜0，△S＜0：低温自发④△H＞0，△S＞0：高温自发4．反应自发进行的最低或最高温度的计算（1）计算依据：△H－T△S≤0①若△S＞0，则T≥，为最低温度②若△S＜0，则T≤，为最高温度（2）注意单位的换算①△S的单位为：J·mol－1·K－1②△H的单位为：kJ·mol－1③T的单位为：K【自学检测】一、正确的打“√”，错误的打“×”。(1)凡是放热反应都是自发的,吸热反应都是非自发的。(×)(2)Na与H2O的反应是熵增的放热反应,该反应能自发进行。(√)(3)放热过程有自发进行的倾向,但不一定能自发进行,吸热过程没有自发进行的倾向,但在一定条件下也可自发进行。(√)(4)-10℃的水结成冰,可用熵判据来解释反应的自发性。(×)(5)ΔH<0、ΔS>0的反应在低温时不能自发进行。(×)(6)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。(×)(7)能自发进行的反应一定能迅速发生。(×)(8)因为焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓变或熵变均可以单独作为判断反应能否自发进行的判据。(×)二、选择题1．奥地利物理学家Boltzmann首次将熵与混乱度定量地联系起来，即S=klnΩ(k为Boltzmann常数，Ω为混乱度，也即微观状态数，也粗略地看作空间排列的可能性数目)。在相同的温度和压强下，下列有关熵大小比较正确的是A．1mol正戊烷＜1mol新戊烷B．1molFeSO4·7H2O(s)<1molFeSO4(s)C．1molNa2SO4(1)<1rnolNa2SO4(s)D．3molCH4(g)<1molCH3CH2CH3(g)【答案】A【解析】A．正戊烷即CH3CH2CH2CH2CH3不带支链，新戊烷即C(CH3)4分子带支链，分子数相同时新戊烷的混乱度较大，熵较大，A正确；B．FeSO4⋅7H2O含粒子数大于FeSO4，等物质的量，FeSO4⋅7H2O的熵较大，B错误；C．相等物质的量时，同物质液态微观状态数较多，熵较大，C错误；D．气体分子数越多，熵越大，D错误；故答案为：A。2．下列说法中正确的是A．某吸热反应能自发进行，因此该反应是熵增反应B．需要加热才能发生的反应，一定是吸热反应C．SO2(g)+2H2S(g)=3S(s)+2H2O(1)

ΔH<0，高温下能自发进行D．当其他外界条件保持不变时，汽车排气管中使用催化剂可改变产生尾气的反应方向【答案】A【解析】A．反应自发进行需满足∆G=∆H-T∆S<0，若∆H>0的反应自发进行，则∆S>0，所以吸热反应能自发进行，此反应是熵增反应，A正确；B．许多放热反应需要加热才能发生，某些吸热反应常温下也能进行，B错误；C．∆G=∆H-T∆S<0反应能自发进行，若反应ΔH<0，ΔS<0，则低温下能自发进行，C错误；D．催化剂只能改变反应历程，改变化学反应速率，无法改变反应方向，D错误；故答案选A。3．对于反应2H2O2⇌2H2O+O2，在任何温度下可自发进行的原因是A． B．C． D．【答案】C【解析】根据，反应能自发进行，故在任何温度下可自发进行的原因是、；故选C。4．下列说法正确的是A．凡是放热反应都是自发反应上 B．自发反应都是熵增大的反应C．吸热反应可能是自发反应 D．凡是需要加热才能发生的反应都是非自发进行的【答案】C【解析】A．反应的自发性是由熵变和焓变共同决定的，若，，反应能否自发，和温度有关，与反应是否放热无关，A项错误；B．自发反应不一定是熵增大的反应，比如氨气和氯化氢反应生成氯化铵能自发进行，该反应是熵减反应，B项错误；C．吸热反应可能会自发进行，氯化铵与氯氧化钡晶体为吸热反应，常温下就能进行，C项正确；D．燃料的燃烧需要点燃，是自发进行的反应，需要加热才能发生的反应不一定都是非自发进行的，D项错误；故答案为：C。5．下列说法正确的是A．常温下反应2K(s)+2H2O(l)=2KOH(aq)+H2(g)可自发进行，则该反应为吸热反应B．反应SO3(g)+H2O(l)=H2SO4(l)的△H>0C．所有自发过程都将导致体系的熵值增大D．已知2H2(g)+O(g)=2H2O(l)为自发反应，可通过焓判据来解释该反应能自发进行【答案】D【解析】A．常温下反应2K(s)+2H2O(l)=2KOH(aq)+H2(g)反应为熵增的反应，根据反应可自发进行，不能判断该反应为吸热反应，实际活泼金属和水的反应为放热反应，故A错误；B．反应SO3(g)+H2O(l)=H2SO4(l)的反应为放热反应，焓变小于零，故B错误；C．反应可自发进行，部分自发反应也可以是熵减反应，故C错误；D．已知2H2(g)+O(g)=2H2O(l)为自发反应，反应为熵减反应，则反应自发焓变起主要作用，可通过焓判据来解释该反应能自发进行，故D正确；故选D。三、填空题1．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，发生反应：，该反应的∆H(填“>”或“<”，下同)0，∆S0，在低温下，该反应(填“能”或“不能”)自发进行。(2)超音速飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2，化学方程式为。反应在常温下能够自发进行，则反应的∆H(填“>”或“<”)0。(3)已知在、时石灰石分解反应的、。①常温下，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“不能”)成为反应进行方向的决定因素。(4)已知，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“<”)0。【答案】(1)>>不能(2)<(3)①不能②能(4)高温(5)>【解析】(1)由于在中燃烧生成为放热反应，则二氧化碳分解生成和氧气的反应为吸热反应，，根据化学方程式可知，反应后气体的化学计量数之和增加，，故低温下，反应不能自发进行。(2)时反应自发进行，通过化学方程式可知常温下，常温下反应能够自发进行，则。(3)①根据时反应自发进行，已知，，则常温下不能自发进行；②该反应的、，高温条件下能使，而常温条件下，则该反应中温度能成为决定反应进行方向的因素。(4)该反应的、，则高温时，反应能自发进行。(5)已知某吸热反应能自发进行，即，，则。2．回答下列问题：(1)甲烷是重要的气体燃料和化工原料，由CH4制取合成气(CO、H2)的反应原理为CH4(g)＋H2O(g)⇌CO(g)＋3H2(g)

ΔH>0。当体系温度等于TK时ΔH−TΔS=0，温度大于T时ΔH−TΔS(填“>”“<”或“=”)0。(2)反应I(2NH3(g)＋CO2(g)⇌H2NCOONH4ΔH1<0)在(填“高温”、“低温”或“任何温度”)下能自发进行。(3)已知：H2(g)＋C2H4(g)⇌C2H6(g)

ΔH=-137kJ·mol-1。该反应在(填“低温”、“高温”或“任何温度”)下能自发进行。【答案】(1)＜(2)低温(3)低温【解析】（1）该反应ΔH＞0，并且该反应是一个气体体积增大、熵增大的反应，可知ΔS＞0，当体系温度等于