化学同步人教选修4第二章 化学反应速率和化学平衡第四节 化学反应进行的方向.docx

1、化学同步人教选修4第二章 化学反应速率和化学平衡第四节 化学反应进行的方向1.了解自发过程和化学反应的自发性。2通过“有序”和“无序”的对比，了解熵和熵变的概念。3初步了解焓变和熵变对化学反应方向的影响，能用焓变和熵变解释化学反应的方向。1自发过程不用借助外力就可以自动进行的过程，如高山流水、自由落体。2化学反应进行的方向(1)焓判据：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)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。新知探究1自发过程(1)含义：在一定条件下，不用借助外力就可以自动进行的过程。(

2、2)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(无序体系更加稳定)。2自发反应在一定条件下，有可以发生反应的趋势的一类反应，就称为自发反应。3非自发反应不能自发进行，必须借助某种外力才能进行的反应。对点演练1下列过程是非自发的是()A水由高处向低处流B天然气的燃烧C整齐火柴的散落 D室温下水结成冰解析自然界中水由高处向低处流，天然气的燃烧，火柴的散落，室温下冰的融化，都是自发过程，其逆向都是非自发的。答案D新知探究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)焓判据

3、的局限性：放热反应有利于反应自发进行，但有些吸热反应也能自发进行，所以焓变是反应能否自发进行的一个因素，但不是唯一因素。 2.熵判据(1)熵：用来量度体系混乱程度的物理量。熵值越大，混乱程度越大。符号为S。(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S)大于零。(4)熵判据：体系有自发地向混乱度增大(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。熵增有利于反应自发进行，但有些熵值减小的反应，在一定条件下也能自发进行。少数熵减小的反应，它在一定条件下也可以自发进行。如：N

4、H3(g)HCl(g)=NH4Cl(s)S0。所以熵变是反应能否自发进行的一个因素，但不是唯一因素。名师点拨(1)焓变和熵变都是与反应能否自发进行有关的因素，但都不能独立作为反应自发性的判据；要判断反应进行的方向，必须综合考虑体系的焓变和熵变对反应方向的综合影响。(2)判断过程自发性的目的是判断反应进行的方向，并不能判断反应的快慢和热效应，也不能确定反应是否一定能发生。对点演练2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BNH4HCO3(s)=NH3(g)H2O(g)CO2(g)H185.7 kJmol1，能自发进行，原因是体系有自发地向混乱度增加的方向转变

5、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解析有些熵增大的吸热反应可以自发进行，如NH4HCO3的分解，A项错误，B项正确；分析一个化学反应的自发性要将焓变和熵变综合起来，即利用复合判据进行判断，C项错误；D项中使用催化剂只能改变化学反应的速率，不能改变化学反应进行的方向。答案B 新知探究在一定条件下，一个化学反应能否自发进行，既与反应焓变有关，又与反应熵变有关。研究表明，在恒温、恒压下，判断化学反应自发性的判据是：体系自由能变化(G、单位：kJmol1)：GHTS(注意：T的单位是

6、“K”，不是“”)。(1)GHTS0，反应不能自发进行。名师点拨在一定条件下，一个化学反应能否自发进行，既与焓变有关，又与熵变有关。(1)在恒温、恒压条件下，反应是否是自发反应，由GHTS的值来决定，即存在如下坐标关系：(2)复合判据只适用于判断恒温、恒压条件下的反应能否自发进行，不适用于判断其他条件。(3)反应的自发性只能用于判断反应的方向性，反应是否能实现，还要看具体的条件。过程的自发性只是一种趋势，过程要发生，必须具备一定的条件。对点演练3试判断用于汽车净化的一个反应2NO(g)2CO(g)=N2(g)2CO2(g)在298 K、100 kPa下能否自发进行？已知：在298 K、100

7、kPa下该反应的H113.0 kJmol1，S145.3 Jmol1K1。解析HTS113.0 kJmol1298 K(145.3 Jmol1K1)10369.7 kJmol10，可以自发进行。答案可以自发进行1下列说法不正确的是()A铁生锈和氢气燃烧均为自发放热过程B冰融化的过程中，熵值增大C无热效应的自发过程是不存在的D同一物质固态时熵值最小解析：选C铁生锈和氢气燃烧均为放出热量的自发过程，A项正确；冰融化时有序性减弱，混乱度增加，即熵值增大，B项正确；物质由有序转化为无序时，不一定发生热效应，如分子的扩散现象，C项错误；同一物质在固态时有序性最高，熵值最小，D项正确。2以下自发反应能用焓

8、判据来解释的是()A硝酸铵自发地溶于水BH2O(l)=H2O(g)H44.0 kJmol1C(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)NH3(g) H74.9 kJmol1D2H2(g)O2(g)=2H2O(l) H571.6 kJmol1解析：选DA项可用熵的增加来解释其自发过程；B、C两项反应后气体体积增大，其自发过程可结合熵的增加来解释；D项是放热反应，由于反应放热有利于反应的自发进行，故可用焓判据来解释说明。3金属锡的冶炼常用焦炭作还原剂：SnO22C=Sn2CO，反应过程中能量的变化如图所示。下列有关该反应的H、S的说法中正确的是()AH0S0S0CH0 DH0S0解析：选D根据

9、图像可知该反应是吸热反应，H0；根据反应方程式可知该反应是熵增反应，S0，故应选D。4下列对熵的理解不正确的是()A同种物质气态时熵值最大，固态时熵值最小B体系越有序，熵值越小；越混乱，熵值越大C与外界隔离的体系，自发过程将导致体系的熵减小D298 K、1.01105 Pa时，2N2O5(g)=4NO2(g)O2(g)是熵增的反应解析：选C体系都有从有序自发转变为无序的倾向，此过程为熵增过程，故C错误。5二氧化碳的捕集、存储和转化是当今化学研究的热点问题之一。(1)用钌的配合物作催化剂，一定条件下可直接光催化分解CO2，发生反应：2CO2(g)=2CO(g)O2(g)，该反应的H_(填“”“0

10、，因气体的物质的量增多，所以S0。GHTS不能(2)ab一、选择题1下列说法正确的是()A凡是放热反应都是自发的，凡是吸热反应都是非自发的B自发反应熵一定增大，非自发反应熵一定减小或不变C自发反应在适当条件下才能实现D自发反应在任何条件下都能实现解析：选C放热反应大多是能够自发进行的过程，而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，反应是否能实现还要看具体的条件。2下列反应中，在高温下不能自发进行的是()ACO(g)=C(s)O2(g)B2N2O5(g)=4NO2(g)O2(g)C(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)N

11、H3(g)DMgCO3(s)=MgO(s)CO2(g)解析：选A在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵增大，这个原理叫熵增原理，在用来判断过程的方向时，称为熵判据。本题中A、B、C、D都是吸热反应，其中B、C、D三个反应又都是熵增加的反应，在高温条件下能自发进行；A反应是熵减少的反应，在高温下不能自发进行。3下列有关说法正确的是()ASO2(g)H2O(g)=H2SO3(l)，该过程熵值增大BSO2(g)=S(s)O2(g)H0，S0，该反应能自发进行CSO2(g)2H2S(g)=3S(s)2H2O(l) H0，S0，反应不能自发进行，B项不正确；C项中是一个H0，S0的反应，由HTS可

12、知，反应在低温下能自发进行，C项正确；D项中K。4在图中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，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()A此过程是从混乱程度小的向混乱程度大的变化过程，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，混乱度增大解析：选C气体混合后，不可能分开，所以此过程不可逆。5二氧化碳的捕捉与封存是实现温室气体减排的重要途径之一，也是未来实现低碳经济转型的重要环节。一些科学家利用太阳能加热反应器来“捕捉”空气中的CO2(如图所示)

13、。下列说法中正确的是()A步骤一中将反应器加热到400，可提高CaCO3的生成速率B步骤一中生成CaCO3的反应为吸热反应C步骤一与步骤二中的反应互为可逆反应D步骤二中反应的S0，D项错误。6下列反应过程中，H0且S0的是()ANH3(g)HCl(g)=NH4Cl(s)BCaCO3(s)=CaO(s)CO2(g)C4Al(s)3O2(g)=2Al2O3(s)DHCl(aq)NaOH(aq)=NaCl(aq)H2O(l)解析：选BA是熵减的放热反应；C是熵减的放热反应；D是放热反应。7250 和1.01105 Pa时，反应2N2O5(g)= 4NO2(g)O2(g)H56.76 kJmol1，自

14、发进行的原因是()A是吸热反应B是放热反应C是熵减反应 D熵增效应大于能量效应解析：选D由所给的热化学方程式可知，该反应为吸热、熵增加的反应，由HTS0B炭和氧气反应生成CO(g)：S0C气态水变成液态水：S0DCaCO3(s)受热分解为CaO(s)和CO2(g)：S0解析：选C食盐溶于水是典型的熵增加过程；2C(s)O2(g)=2CO(g)，气体的物质的量增大，为熵增加的反应；气态水变成液态水是体系混乱度减小的过程，为熵减小的过程；CaCO3(s)的分解产生了气体，为熵增加反应。9已知反应2CO(g)=2C(s)O2(g)的H为正值，S为负值。设H和S不随温度而变，下列说法中正确的是()A低

15、温下能自发进行B高温下能自发进行C低温下不能自发进行，高温下能自发进行D任何温度下都不能自发进行解析：选D根据复合判据HTS0时反应非自发进行，又因为H0，S0，故HTS0，此反应为非自发进行的反应。10反应CH3OH(l)NH3(g)=CH3NH2(g)H2O(g)在某温度下自发向右进行，若反应|H|17 kJmol1，|HTS|17 kJmol1，则下列正确的是()AH0，HTS0BH0，HTS0CH0，HTS0DH0，HTS0解析：选A该反应在某温度下自发向右进行，说明HTS17 kJmol1；又由于该反应气态物质的物质的量增大，是熵增大的反应，其熵变S是正值，只有H17 kJmol1，

16、才有HTS17 kJmol1。11下列关于化学反应的自发性叙述中正确的是()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解析：选A用复合判据GHTS判断：当H0，S0时，不能判断GHTS正负。当 H0，S0，反应为非自发反应。当H0时，GHTS0，反应一定是自发反应。当H0，S0它是非自发反应BW(s)xG(g)=2Q(g)H0解析：选B根据复合判据：GHTS，M(s)=X(g)Y(s)，固体分解生成气体，为熵增反应，H0时，在高温下能自发进行，A错误；W(s)xG(g)=2Q(

17、g)H0时，在高温下能自发进行，C错误；4M(s)N(g)2W(l)=4Q(s)为熵减反应，常温下能自发进行，说明该反应一定是放热反应，D错误。二、非选择题13在化学反应A(g)B(g)2C(g)D(g)HQ kJmol1过程中的能量变化如图所示，回答下列问题。(1)Q_0 (填“”“”“”或“”)。(3)该反应_自发进行(填“能”或“不能”)。(4)升高温度平衡常数K_(填“增大”“减小”或“不变”)，平衡向_方向移动。解析：据图像可知，该反应是放热反应，故Q0；据此可知该反应能自发进行；升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小。答案：(1)(3)能(4)减小逆反应14某化学科研小组研究

18、在其他条件不变时，改变某一条件对反应可用aA(g)bB(g) cC(g)表示化学平衡的影响，得到如图所示图像(p表示压强，T表示温度，n表示物质的量，表示平衡转化率)。分析图像，回答下列问题：(1)在图像反应中，若p1p2，则此反应的正反应为_(填“吸热”或“放热”)反应，也是一个气体分子数_(填“减少”或“增多”)的反应。由此判断，此反应自发进行，必须满足的条件是_。(2)在图像反应中，T1_T2(填“”“T2，则该反应能否自发进行？_。解析：(1)反应中恒压下，温度升高，(A)减小，即升高温度平衡逆向移动，则正反应为放热反应，Hp2知相同温度时，压强增大，(A)增大，即增大压强平衡正向移动

19、，说明此反应为气体分子数减少的反应(abc)，即为熵减反应，ST2；温度越高，平衡时C的物质的量越小，即升高温度平衡逆向移动，则正反应为放热反应，HT2，恒压下，温度越高，(A)越小，说明升高温度平衡逆向移动，正反应为放热反应，H0，则HTS放热 (3)能自发进行15已知一个可逆反应，若正反应可自发过程，则其逆反应为非自发过程，反之，亦然。(1)已知2CO(g)CO2(g)C(s)，T980 K时HTS0。当体系温度低于980 K时，估计HTS_0(填“大于”“小于”或“等于”，下同)；当体系温度高于980 K时，估计HTS_0。(2)电子工业中清洗硅片上的SiO2(s)的反应为SiO2(s)

20、4HF(g)=SiF4(g)2H2O(g)H(298.15 K)94.0 kJmol1S(298.15 K)75.8 Jmol1K1，设H和S不随温度而变化，则此反应自发进行的温度是_。解析：(1)C(s)CO2(g)2CO(g)的反应为吸热反应，H0，则2CO(g)CO2(g)C(s)为放热反应，H0，且该反应S0，则当T980 K时，HTS980 K时，HTS0。(2)由题给信息可知，要使反应能自发进行，应有HTS0，即94.0 kJmol1T(75.8103 kJmol1K1)0，则T0，所以该反应不能自发进行。(2)因为该反应H0、S0，所以根据HTS可知在温度较高的时候，HTS0，反

21、应可自发进行。(3)根据HTS1 111.6 K。答案：(1)不能(2)能(3)1 111.6 K17有A、B、C、D四反应：反应ABCDH(kJmol1)10.51.8012611.7S (Jmol1K1)30.0113.084.0105.0则在任何温度下都能自发进行的反应是_；(填反应字母，下同)任何温度下都不能自发进行的反应是_；另两个反应中，在温度高于_时可自发进行的反应是_；在温度低于_时可自发进行的反应是_。解析：在任何温度下都能自发进行的反应中HTS恒小于0，即H0，S0，满足此条件的为反应C。任何温度下都不能自发进行的反应中HTS恒大于0，即H0，S0，满足此条件的为反应B。反应A的复合判据HTS10 500 Jmol1T30.0 Jmol1K1，当T350 K，即t76.85 时，HTS0，反应能自发进行。反应D的复合判据HTS11 700 Jmol1T105.0 Jmol1K1，当T111.43 K，即t161.72 时，HTS0，反应能自发进行。答案：CB76.85A161.72D