人教版高中化学选修4导学案24化学反应进行的方向 化学反应进行的方向 含答案.docx

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人教版高中化学选修4导学案24化学反应进行的方向化学反应进行的方向含答案

第四节　化学反应进行的方向

　1.能够理解熵的概念与自发反应。

　2.能初步利用ΔH、ΔS及ΔG来说明化学反应进行的方向。

3．通过联系生活及自然界的普遍变化规律来理解影响反应自发性的两个因素。

　自发过程与自发反应

1．自发过程

（1）含义：

在一定条件下，不用借助于外力就可以自动进行的过程。

（2）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。

（3）自然界中的自发过程

①自然界中的水由高处往低处流。

②日常生活中，气温升高，冰雪自动融化。

③铁器暴露于潮湿的空气中会生锈。

2．自发反应

在一定条件下无需外界帮助就能自发进行的反应。

1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。

（1）自发过程不需任何条件就能发生。

（　　）

（2）水由高处向低处流属于自发过程。

（　　）

（3）铁在潮湿空气中生锈属于非自发过程。

（　　）

（4）从高能转变为低能的过程，一定是自发过程。

（　　）

答案：

（1）×　

（2）√　（3）×　（4）×

2．下列过程是非自发过程的是（　　）

A．自由落体运动　　　　　B．煤炭的燃烧

C．铜在潮湿空气中生锈D．室温下水结成冰

答案：

D

1．自发反应不一定能发生，非自发反应不一定不能发生。

自发反应和非自发反应是指该反应过程是否有自发进行的倾向，而这个过程是否一定会发生则不能确定。

例如：

碳的燃烧是一个自发反应，但需要借助外界条件“点燃”，反应才能发生。

因此，自发反应与反应条件无必然联系。

2．自发过程与非自发过程，自发反应与非自发反应的关系

（1）一般来说，如果一个过程是自发的，则其逆过程往往是非自发的。

非自发过程要想发生，则必须对它做功，如利用水泵将水从低处抽向高处，通电使水分解成氢气和氧气等。

（2）自发反应和非自发反应是可能相互转化的，某一条件下的自发反应可能在另一条件下就是非自发反应，如2NO（g）＋O2（g）===2NO2（g）是常温下的自发反应，而在高温条件下其逆反应是自发反应。

总之：

①过程的自发性只能用于判断过程的方向，不能确定过程是否一定会发生以及过程发生的速率。

②某些自发反应需要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。

　过程的自发性的作用是（　　）

A．判断过程的方向

B．确定过程是否一定会发生

C．判断过程发生的速率

D．判断过程的热效应

[解析]　大量事实告诉我们，过程的自发性只能用于判断过程的方向，不能确定过程是否一定会发生和过程发生的速率，所以A正确，B、C错误。

放热反应常常能自发进行，但有些吸热反应也能自发进行，D错误。

[答案]　A

过程的自发性只是一种趋势，如高处的水有自发向低处流的趋势，但未必就一定流下；过程要发生，则必须具备一定的条件才可以，如手中拿着的一个球，它有下落的自发性，但要让球落下，则必须具备“松开手”这一条件才可以。

　自发过程与自发反应的理解与判断

1．下列过程均为自发过程的是（　　）

①铵盐的溶解　②烧碱与盐酸反应　③Zn与稀H2SO4反应　④氢气在氧气中燃烧　⑤Mg在空气中燃烧⑥铝热反应　⑦墨水在水中的扩散　⑧电解熔融的氯化钠

A．①②③④　　　　　　B．⑤⑥⑦⑧

C．②④⑥⑧D．①②③④⑤⑥⑦

答案：

D

2．下列说法中正确的是（　　）

A．能自发进行的反应一定能迅速发生

B．非自发进行的反应一定不能发生

C．能自发进行的反应也可能没有发生

D．常温下，2H2O2H2↑＋O2↑，即常温下水的分解反应是自发反应

答案：

C

　化学反应进行的方向

1．焓判据

（1）放热反应过程中体系能量降低，具有自发进行的倾向，因此可用焓变来判断反应进行的方向。

（2）局限性

有些吸热反应，也能自发进行。

例如：

①2N2O5（g）===4NO2（g）＋O2（g）ΔH＝＋56.7kJ/mol

②（NH4）2CO3（s）===NH4HCO3（s）＋NH3（g）ΔH＝＋74.9kJ/mol

2．熵判据

（1）熵

用来度量体系混乱（或无序）程度的物理量。

熵值越大，混乱程度越大，符号为S，单位为J/（mol·K）。

（2）熵值大小的比较

同一种物质不同状态时熵值大小为S（g）＞S（l）＞S（s）。

（3）熵增原理

在与外界隔绝的体系中，自发过程将导致体系的熵增大，即熵变（符号ΔS）大于零。

（4）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。

（5）局限性

有些熵值减小的反应，在一定条件下也能自发进行。

例如：

2Al（s）＋Fe2O3（s）===Al2O3（s）＋2Fe（s）

ΔS＝－39.35J/（mol·K）

该反应是熵减过程，但在高温下能自发进行。

3．复合判据

过程的自发性只能用于判断过程的方向，不能确定过程是否一定发生和过程发生的速率，若允许外界对体系施加某种作用，就可能出现相反的结果。

综合考虑焓判据和熵判据的复合判据，将更适合于所有的过程，只根据一个方面来判断反应进行的方向是不全面的。

1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。

（1）体系有序性越高，熵值就越大。

（　　）

（2）自发过程将导致体系的熵增大。

（　　）

（3）吸热反应不可以自发进行。

（　　）

（4）同种物质气态时熵值最大。

（　　）

（5）合成氨反应N2＋3H22NH3　ΔH＜0，高温有利于其自发进行。

（　　）

答案：

（1）×　

（2）√　（3）×　（4）√　（5）×

2．以下自发过程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）ΔH＝＋56.7kJ/mol

C．（NH4）2CO3（s）===NH4HCO3（s）＋NH3（g）ΔH＝＋74.9kJ/mol

D．2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH＝－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，不能单用焓判据来解释。

影响化学反应进行方向的因素

1．焓变对化学反应的影响

（1）多数能自发进行的化学反应是放热反应。

例如：

NaOH（aq）＋HCl（aq）===NaCl（aq）＋H2O（l）　ΔH<0。

（2）有不少吸热反应也能自发进行。

例如：

NH4HCO3（s）＋CH3COOH（aq）===CO2（g）＋CH3COONH4（aq）＋H2O（l）　ΔH>0。

（3）还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：

CaCO3（s）CaO（s）＋CO2（g）　ΔH>0。

（4）结论

焓变是一个与反应能否自发进行有关的因素，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素。

2．熵变对化学反应的影响

（1）许多熵增加的反应在常温、常压下可以自发进行。

例如：

2H2O2（aq）===2H2O（l）＋O2（g）　ΔS＞0。

（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）　ΔS＞0。

（3）少数熵减少的反应，在一定条件下也可以自发进行。

例如：

NH3（g）＋HCl（g）===NH4Cl（s）　ΔS＜0。

（4）结论

熵变是与反应能否自发进行有关的另一个因素，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素。

3．复合判据对化学反应的影响

由焓判据知放热过程常常是自发的；由熵判据知熵增的过程常常是自发的。

很多情况下，用不同的判据判断同一个反应，可能会出现相反的判断结果，所以应兼顾两个判据。

为了更准确判断化学反应进行的方向，把焓判据和熵判据结合起来组成复合判据——体系自由能变化（ΔG）判据，更适合于对所有过程的判断。

ΔG＝ΔH－TΔS（T为开尔文温度），ΔG的正、负决定着反应的自发与否。

ΔH－TΔS＜0，反应能自发进行；

ΔH－TΔS＝0，反应达到平衡状态；

ΔH－TΔS＞0，反应不能自发进行。

　下列说法正确的是（　　）

A．能自发进行的反应在任何条件下都能发生

B．反应NH4HCO3（s）===NH3（g）＋H2O（g）＋CO2（g）　ΔH＝＋185.57kJ·mol－1能自发进行，是因为体系有自发地向混乱度增大的方向转变的倾向

C．因为焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓变或熵变均可以单独作为判断反应能否自发进行的判据

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

[解析]　能自发进行的反应并不一定能迅速发生，A项错误；应将焓变和熵变二者综合起来即利用复合判据进行反应自发性的判断，C项错误；使用催化剂能改变反应的活化能，但不能改变反应进行的方向，D项错误。

[答案]　B

（1）若将B项改为“反应Ca（OH）2（aq）＋CO2（g）===CaCO3（s）＋H2O（l）能自发进行，是因为该反应是放热反应”，对吗？

说明理由。

（2）若将D项改为“在其他外界条件不变的情况下，改变体系的温度，可以改变化学反应进行的方向”，对吗？

举例说明。

答案：

（1）对。

因为该反应是熵减的反应，因此该反应能自发进行是因为其是放热反应。

（2）对。

如常温下氨气和氯化氢生成氯化铵，而加热时氯化铵会分解。

温度对反应能否自发进行的影响

　ΔH和ΔS与反应方向

1．碳铵（NH4HCO3）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（　　）

A．碳铵分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增大

B．碳铵分解是因为外界给予了能量

C．碳铵分解是吸热反应，根据焓判据，不能自发分解

D．碳酸盐都不稳定，都能自发分解

解析：

选A。

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。

　复合判据与反应方向

2．某化学反应在较低温度下能自发进行，较高温度下不能自发进行。

下列有关该反应的说法正确的是（　　）

A．ΔH>0，ΔS>0　　　　　B．ΔH>0，ΔS<0

C．ΔH<0，ΔS>0D．ΔH<0，ΔS<0

解析：

选D。

ΔH>0，ΔS>0，要使ΔH－TΔS<0，T值应较大，即应该在高温下才能自发进行，A错误；ΔH>0，ΔS<0，ΔH－TΔS>0，任何温度下都不能自发进行，B错误；ΔH<0，ΔS>0，ΔH－TΔS<0一定成立，任何温度下都能自发进行，C错误；ΔH<0，ΔS<0，要使ΔH－TΔS<0，T值应较小，即应该在低温下才能自发进行，D正确。

3．某化学反应其ΔH＝－122kJ/mol，ΔS＝－431J/（mol·K），则以下关于此反应的自发性描述中正确的是（　　）

A．在任何温度下都能自发进行

B．仅在低温下能自发进行

C．仅在高温下能自发进行

D．在任何温度下都不能自发进行

解析：

选B。

因ΔH<0，ΔS<0，由ΔG＝ΔH－TΔS<0判断，只有低温时反应才能自发进行。

重难易错提炼

1.焓判据：

放热过程中体系能量降低，ΔH＜0，反应具有自发进行的倾向。

2.熵判据：

在密闭条件下，体系有自发地向混乱度增加（ΔS＞0）的方向转变的倾向。

3.同一物质由固态（s）→液态（l）→气态（g）的过程为熵值增大的过程，ΔS＞0；反之，为熵值减小的过程，ΔS＜0。

4.利用熵变判断反应能否自发进行时，要注意其中的反例，如铝热反应是熵减小的反应，它在一定条件下也能自发进行。

课后达标检测

[基础巩固]

1．下列说法中正确的是（　　）

A．凡是放热反应都是自发的，吸热反应都是非自发的

B．自发反应一定熵增大，非自发反应一定熵减小或不变

C．熵增加且放热的反应一定是自发反应

D．非自发