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。