专题2第二单元第1课时.docx
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专题2第二单元第1课时
第二单元 化学反应的方向和限度
第1课时 化学反应的方向
[学习目标定位]
知识内容
必考要求
加试要求
1.自发反应的概念。
2.熵变的概念。
3.用熵变、焓变判断化学反应的方向。
a
a
c
课时要求
1.了解自发过程和自发反应的主要特点。
2.了解焓判据、熵判据的含义,会用焓变和熵变判断反应进行的方向。
一 自发过程和自发反应
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________。
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
①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)。
②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①③④⑤。
自发反应
二 化学反应的方向与焓变的关系
1.根据下图,回答有关问题。
(1)图1表示的反应释放能量,为放热反应,体系能量由高到低,趋向稳定,该过程一般能自发进行。
(2)图2表示的反应吸收能量,为吸热反应,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ΔH之间的关系:
(1)NaOH(aq)+HCl(aq)===NaCl(aq)+H2O(l),酸碱中和反应是放热反应,ΔH<0,常温下能自发进行。
(2)2Na(s)+2H2O(l)===2NaOH(aq)+H2(g),该反应是放热反应,ΔH<0,常温下能自发进行。
(3)NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)===CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l) ΔH>0,该反应在常温下能自发进行。
(4)CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g) ΔH>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一,但不是决定反应能否自发进行的唯一因素。
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
C.反应焓变为正值时不利于反应自发进行
D.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,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,吸收热量,体系能量升高,不利于反应自发进行,C项正确。
2.下列自发反应可用焓判据来解释的是( )
A.2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g)ΔH=56.7kJ·mol-1
B.(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)+NH3(g)ΔH=74.9kJ·mol-1
C.2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)ΔH=-571.6kJ·mol-1
D.CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g)ΔH=178.2kJ·mol-1
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,使体系能量降低的趋势,表现为放热反应较易进行。
三 化学反应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,熵的概念是衡量一个体系混乱度的物理量,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
(1)同一条件下,不同的物质熵值不同。
(2)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(s)。
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,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。
(1)当ΔS>0时,反应为熵增反应,在一定条件下能自发进行。
(2)当ΔS<0时,反应为熵减反应,在一定条件下不能自发进行。
1.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。
2.从能量角度(即焓变)看,化学反应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,ΔH与ΔS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。
3.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( )
A.该反应是熵增大的反应
B.该反应不能自发进行,因此需要合适的催化剂
C.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
D.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。
1.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.ΔS为正值的反应均能自发进行
C.物质的量增加的反应,ΔS为正值
D.CaCO3(s)受热分解为CaO(s)和CO2(g):
ΔS>0
答案 D
2.下列关于化学反应的自发性叙述正确的是( )
A.焓变小于0而熵变大于0的反应肯定是自发的
B.焓变和熵变都小于0的反应肯定是自发的
C.焓变和熵变都大于0的反应肯定是自发的
D.熵变小于0而焓变大于0的反应肯定是自发的
答案 A
解析 ①当ΔH>0、ΔS>0时,高温能自发进行。
②当ΔH>0、ΔS<0时,是非自发反应。
③当ΔH<0、ΔS>0时,能自发进行。
④当ΔH<0,ΔS<0时,低温能自发进行。
3.(2016·余姚中学月考)已知:
(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)+NH3(g) ΔH=74.9kJ·mol-1,下列说法中正确的是( )
A.该反应中熵变、焓变皆大于0
B.该反应是吸热反应,因此一定不能自发进行
C.碳酸盐分解反应中熵增加,因此任何条件下所有碳酸盐分解一定自发进行
D.能自发进行的反应一定是放热反应,不能自发进行的反应一定是吸热反应
答案 A
解析 A项,依据反应的特征分析(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)+NH3(g) ΔH=74.9kJ·mol-1,反应是熵变增大的反应,ΔS>0;反应是吸热反应焓变大于0,ΔH>0,正确;B项,该反应是吸热反应,ΔH>0,ΔS>0;反应自发进行的判断依据是ΔH-TΔS<0,高温下反应可以自发进行,错误;C项,碳酸盐分解反应中熵增加,ΔS>0,反应是吸热反应,ΔH>0,反应自发进行的判断依据是ΔH-TΔS<0,反应自发进行,因此低温下碳酸盐分解是非自发进行的,错误;D项,能自发进行的反应不一定是放热反应,不能自发进行的反应不一定是吸热反应,判断依据是ΔH-TΔS<0,错误。
4.回答下列问题:
(1)汽车燃油不完全燃烧时产生CO,有人设想按下列反应除去CO:
2CO(g)===2C(s)+O2(g)。
已知该反应的ΔH>0,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)。
a.CO(g)===C(s)+
O2(g)
b.2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g)
c.(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)+NH3(g)
d.MgCO3(s)===MgO(s)+CO2(g)
答案
(1)该反应是ΔH>0、ΔS<0的反应,任何温度下均不能自发进行
(2)a
解析
(1)该反应ΔH>0、ΔS<0,根据ΔG=ΔH-TΔS,ΔG>0,故不能实现该反应。
(2)a、b、c、d的ΔH>0,b、c、d反应的ΔS>0,高温下能自发进行。
a项ΔS<0,ΔH>0,所任何条件下均不能自发进行。
40分钟课时作业
[基础过关]
题组1 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,ΔH-TΔS<0,一定能自发进行,B项正确;放热及熵减小的反应,不一定能自发进行。
2.下列反应中,一定不能自发进行的是( )
A.2KClO3(s)===2KCl(s)+3O2(g)ΔH=-78.03kJ·mol-1 ΔS=1110J·mol-1·K-1
B.CO(g)===C(s,石墨)+
O2(g) ΔH=110.5kJ·mol-1 ΔS=-89.36J·mol-1·K-1
C.4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)===4Fe(OH)3(s)
ΔH=-444.3kJ·mol-1 ΔS=-280.1J·mol-1·K-1
D.NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)===CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l)
ΔH=37.30kJ·mol-1 ΔS=184.0J·mol-1·K-1
答案 B
解析 根据ΔH-TΔS<0能发生自发反应来解答。
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
B.NH4HCO3(s)===NH3(g)+H2O(g)+CO2(g)ΔH=185.57kJ·mol-1,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,不能改变反应的方向。
题组2 化学反应方向的判断
4.已知反应FeO(s)+C(s)===CO(g)+Fe(s)的ΔH>0(假定ΔH、ΔS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
5.下列内容与结论相对应的是( )
选项
内容
结论
A
H2O(g)变成H2O(l)
ΔS>0
B
硝酸铵溶于水可自发进行
因为ΔS>0
C
一个反应的ΔH>0,ΔS>0
宋以后,京师所设小学馆和武学堂中的教师称谓皆称之为“教谕”。
至元明清之县学一律循之不变。
明朝入选翰林院的进士之师称“教习”。
到清末,学堂兴起,各科教师仍沿用“教习”一称。
其实“教谕”在明清时还有学官一意,即主管县一级的教育生员。
而相应府和州掌管教育生员者则谓“教授”和“学正”。
“教授”“学正”和“教谕”的副手一律称“训导”。
于民间,特别是汉代以后,对于在“校”或“学”中传授经学者也称为“经师”。
在一些特定的讲学场合,比如书院、皇室,也称教师为“院长、西席、讲席”等。
反应一定不自发进行
D
H2(g)+F2(g)===2HF(g)
ΔH=-271kJ·mol-1
ΔS=8J·mol-1·K-1
反应在任意外界条件下均可自发进行
答案 B
解析 物质由气态变为液态,ΔS<0,A错误;NH4NO3溶于水是吸热的熵增加过程,正是因为ΔS>0,使过程可自发进行,B正确;ΔH>0,ΔS>0时,在高温下能自发进行,C错误;因反应的ΔH、ΔS均是在标准状况下测定的,故反应能否自发进行与外界条件有关,D错误。
6.在图Ⅰ中A、B两容器里,分别收集着两种互不作用的理想气体。
若将中间活塞打开,如图Ⅱ,两种气体分子立即都占有了两个容器。
这是一个不伴随能量变化的自发过程。
关于此过程的下列说法不正确的是( )
理想气体的自发混合
A.此过程是从混乱程度小的状态向混乱程度大的状态变化过程,即熵增大的过程
B.此过程为自发过程,而且没有热量的吸收或放出
C.此过程是自发可逆的
D.此过程从有序到无序,混乱度增大
答案 C
解析 气体扩散过程是熵增加的过程,A、D正确;该过程不伴随能量变化,B正确;两种气体混合后,不会再自发地分开,所以逆过程不能自发进行,C不正确。
7.下列说法正确的是( )
A.2NO(g)+2CO(g)===N2(g)+2CO2(g)在常温下能自发进行,则该反应的ΔH>0
B.反应NH3(g)+HCl(g)===NH4Cl(s)在室温下可自发进行,则该反应的ΔH<0
C.CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g)室温下不能自发进行,说明该反应的ΔH<0
D.常温下,反应C(s)+CO2(g)===2CO(g)不能自发进行,则该反应的ΔH<0
答案 B
解析 A项,ΔS<0,若ΔH>0,则一定不能自发进行,A项不正确;B项,ΔS<0(气体化学计量),则ΔH<0,可自发进行,B项正确;C、D项,ΔS>0,若ΔH<0,则一定能自发进行,C、D错误。
8.下列有关说法正确的是( )
A.SO2(g)+H2O(g)===H2SO3(l),该过程熵值增大
B.SO2(g)===S(s)+O2(g),ΔH>0,ΔS<0该反应能自发进行
C.SO2(g)+2H2S(g)===3S(s)+2H2O(l),该过程熵值增大
D.Ba(OH)2(s)+2NH4Cl(s)===2BaCl2(s)+2NH3(g)+2H2O(l) ΔH>0,ΔS>0该反应能自发进行
答案 D
解析 熵值大小与物质的状态、物质的量等有关,生成物中出现气体或气态物质变多,ΔS>0,混乱度增加。
A中反应,气体的物质的量减少,ΔS<0,错误;B项中ΔH>0,ΔS<0,反应不能自发进行,错误;C中反应物为气体,生成物无气体,ΔS<0,错误;D中ΔH>0,ΔS>0,反应能自发,正确。
[能力提升]
9.试判断下列体系的熵变(填“>0”或“<0”)。
(1)溶解少量蔗糖于水中,ΔS__________。
(2)乙烯聚合成聚乙烯,ΔS__________。
(3)CaCO3(s)加热分解成CaO(s)和CO2(g),ΔS____________________________。
(4)水蒸气凝结成水,ΔS__________。
(5)25℃和1.01×105Pa时,反应2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g) ΔH=56.76kJ·mol-1能自发进行的原因是___________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案
(1)>0
(2)<0 (3)>0 (4)<0 (5)该反应是熵增反应,且常温下熵变ΔS对反应的方向性起决定作用
解析
(1)蔗糖溶于水,混乱度增大,属于熵增过程,ΔS>0。
(2)乙烯聚合成聚乙烯由气态转化为固态,混乱度减小,ΔS<0。
(3)CaCO3(s)加热分解成CaO(s)和CO2(g),物质的量增多且有气体产生,混乱度增大,属于熵增过程,ΔS>0。
(4)水蒸气凝结成水,由气态转化为液态,混乱度减小,ΔS<0。
(5)因ΔH>0,ΔS>0,ΔG=ΔH-TΔS<0时自发反应,因此ΔS>0对自发反应起决定作用。
10.ΔH-TΔS是过程自发性进行的判据,ΔH-TΔS<0的过程能自发进行。
(1)在298K时,NaCl在水中的溶解度为26g,如将1molNaCl溶解在1L水中,此溶解过程中,体系的ΔH-TΔS和熵的变化情况是________(填字母)。
A.ΔH-TΔS>0,ΔS<0
B.ΔH-TΔS<0,ΔS>0
C.ΔH-TΔS>0,ΔS>0
D.ΔH-TΔS<0,ΔS<0
(2)已知在100kPa时,石灰石分解反应的有关数据如下:
CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g) ΔH=178.3kJ·mol-1 ΔS=160.4J·mol-1·K-1
试判断在298.15K时反应的自发性及能自发进行的最低温度:
______________________。
答案
(1)B
(2)298.15K时,反应不能自发进行。
能自发进行的最低温度为1112K
解析
(1)NaCl能自发溶解在水中,即ΔH-TΔS<0;NaCl固体溶于水后,电离成离子,体系的熵值增大,ΔS>0,B符合题意。
唐宋或更早之前,针对“经学”“律学”“算学”和“书学”各科目,其相应传授者称为“博士”,这与当今“博士”含义已经相去甚远。
而对那些特别讲授“武事”或讲解“经籍”者,又称“讲师”。
“教授”和“助教”均原为学官称谓。
前者始于宋,乃“宗学”“律学”“医学”“武学”等科目的讲授者;而后者则于西晋武帝时代即已设立了,主要协助国子、博士培养生徒。
“助教”在古代不仅要作入流的学问,其教书育人的职责也十分明晰。
唐代国子学、太学等所设之“助教”一席,也是当朝打眼的学官。
至明清两代,只设国子监(国子学)一科的“助教”,其身价不谓显赫,也称得上朝廷要员。
至此,无论是“博士”“讲师”,还是“教授”“助教”,其今日教师应具有的基本概念都具有了。
(2)ΔH-TΔS=178.3kJ·mol-1-298.15K×160.4×10-3kJ·mol-1·K-1≈130.5kJ·mol-1>0,该反应为非自发反应。
若使反应能自发进行,则ΔH-TΔS<0,即:
T>
=
≈1112K。
11.回答下列问题:
课本、报刊杂志中的成语、名言警句等俯首皆是,但学生写作文运用到文章中的甚少,即使运用也很难做到恰如其分。
为什么?
还是没有彻底“记死”的缘故。
要解决这个问题,方法很简单,每天花3-5分钟左右的时间记一条成语、一则名言警句即可。
可以写在后黑板的“积累专栏”上每日一换,可以在每天课前的3分钟让学生轮流讲解,也可让学生个人搜集,每天往笔记本上抄写,教师定期检查等等。
这样,一年就可记300多条成语、300多则名言警句,日积月累,终究会成为一笔不小的财富。
这些成语典故“贮藏”在学生脑中,自然会出口成章,写作时便会随心所欲地“提取”出来,使文章增色添辉。
(1)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2NO+2CO2CO2+N2。
反应在常温下能够自发进行,则反应的ΔH________(填“>”“<”或“=”)0。
教师范读的是阅读教学中不可缺少的部分,我常采用范读,让幼儿学习、模仿。
如领读,我读一句,让幼儿读一句,边读边记;第二通读,我大声读,我大声读,幼儿小声读,边学边仿;第三赏读,我借用录好配朗读磁带,一边放录音,一边幼儿反复倾听,在反复倾听中体验、品味。
(2)已知在100kPa、298.15K时石灰石分解反应CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g)的ΔH>0,ΔS>0,则:
①该反应常温下________(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”)成为反应方向的决定因素。
(3)已知CaSO4(s)+CO(g)CaO(s)+SO2(g)+CO2(g) ΔH=218kJ·mol-1,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ΔS________(填“>”或“<”)0。
答案
(1)<
(2)①不能 ②能 (3)高温 (4)>
解析
(1)因为ΔS<0,故ΔH<0。
(2)①常温下石灰石不分解。
②该反应的ΔH>0,ΔS>0,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)该反应ΔS>0,ΔH>0应在高温下进行。
(4)吸热反应能自发进行,须ΔS>0。
12.某化学兴趣小组专门研究了氧族元素及其某些化合物的部分性质。
所查资料信息如下:
①酸性:
H2SO4>H2SeO4>H2TeO4
②氧、硫、硒与氢气化合越来越难,碲与氢气不能直接化合
③由元素的单质生成等物质的量的氢化物的焓变情况如图
请回答下列问题:
(1)H2与硫化合的反应________(填“放出”或“吸收”)热量。
(2)已知H2Te分解反应的ΔS>0,请解释为什么Te和H2不能直接化合:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案
(1)放出
(2)因为化合时ΔH>0、ΔS<0,反应不能自发进行
解析
(1)由图示可知H2与硫化合的反应ΔH<0,故为放热反应。
(2)由图示可知H2与Te化合的反应ΔH>0,由H2Te分解时ΔS>0知,化合时ΔS<0,反应不能自发进行。