2020-2021學(xué)年高中化學(xué)人教版選修4學(xué)案：2.4 化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向 Word版含解析

1、第四節(jié)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向?qū)W習(xí)目標(biāo)核心素養(yǎng)1.了解自發(fā)過程和化學(xué)反應(yīng)的自發(fā)性。2通過“有序”和“無序”的對(duì)比，了解熵和熵變的概念。3初步了解焓變和熵變對(duì)化學(xué)反應(yīng)方向的影響，能用焓變和熵變解釋化學(xué)反應(yīng)的方向。1.證據(jù)推理與模型認(rèn)知：了解判斷化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的三個(gè)判據(jù)，構(gòu)建判斷化學(xué)反應(yīng)自發(fā)性的模型。2科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任：了解三個(gè)判據(jù)的發(fā)展變化過程，理解科學(xué)知識(shí)的曲折發(fā)展歷程，了解化學(xué)反應(yīng)自發(fā)性的研究對(duì)生產(chǎn)的重要作用。一、自發(fā)過程與自發(fā)反應(yīng)1自發(fā)過程(1)含義：在一定條件下，不用借助于外力就可以自動(dòng)進(jìn)行的過程。(2)特點(diǎn)體系趨向于從高能狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軤顟B(tài)(體系對(duì)外部做功或者釋放熱量)。在密閉條件下，體

2、系有從有序自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序的傾向。2自發(fā)反應(yīng)在給定的一組條件下，可以自發(fā)地進(jìn)行到顯著程度的反應(yīng)。二、化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的判據(jù)1焓判據(jù)放熱反應(yīng)過程中體系能量降低，具有自發(fā)進(jìn)行的傾向，因此可用焓變來判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向。2熵判據(jù)(1)熵用來度量體系混亂程度的物理量。熵值越大，混亂程度越大。符號(hào)為s。單位：j·mol1·k1。(2)熵值大小的比較同一種物質(zhì)不同狀態(tài)時(shí)熵值大小為s(g)>s(l)>s(s)。(3)熵增原理在與外界隔絕的體系中，自發(fā)過程將導(dǎo)致體系的熵增大，即熵變(符號(hào)s)大于零。(4)熵判據(jù)體系有自發(fā)地向混亂度增加(即熵增)的方向轉(zhuǎn)變的傾向，因此可用熵變來判斷反

3、應(yīng)進(jìn)行的方向。3復(fù)合判據(jù)過程的自發(fā)性只能用于判斷過程的方向，不能確定過程是否一定會(huì)發(fā)生和過程發(fā)生的速率，若允許外界對(duì)體系施加某種作用，就可能出現(xiàn)相反的結(jié)果。綜合考慮焓判據(jù)和熵判據(jù)的復(fù)合判據(jù)，將更適合于所有的過程，只根據(jù)一個(gè)方面來判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向是不全面的。研究表明，在溫度、壓力一定的條件下，化學(xué)反應(yīng)的方向是反應(yīng)的焓變和熵變共同影響的結(jié)果，反應(yīng)方向的判據(jù)為hts：hts<0反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行hts0反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)hts>0反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行探究點(diǎn)一化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的判據(jù)1焓判據(jù)定義放熱反應(yīng)過程中體系能量降低，具有自發(fā)進(jìn)行的傾向自發(fā)反應(yīng)與焓變的關(guān)系多數(shù)放熱反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行(h<0)n

4、aoh(aq)hcl(aq)=nacl(aq)h2o(l)2na(s)2h2o(l)=2naoh(aq)h2(g)cao(s)h2o(l)=ca(oh)2(aq)很多吸熱反應(yīng)也能自發(fā)進(jìn)行(h>0)2n2o5(g)=4no2(g)o2(g)nh4hco3(s)ch3cooh(aq)=co2(g)ch3coonh4(aq)h2o(l)有一些吸熱反應(yīng)常溫下不能自發(fā)進(jìn)行，但在較高溫度下則能自發(fā)進(jìn)行(h>0)caco3(s)=cao(s)co2(g)結(jié)論多數(shù)自發(fā)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)是放熱反應(yīng)，但也有很多吸熱反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，因此，反應(yīng)焓變是與反應(yīng)進(jìn)行的方向有關(guān)的因素之一，但不是決定反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的

5、唯一因素2.熵判據(jù)混亂度表示體系的不規(guī)則或無序狀態(tài)，混亂度增加意味著體系變得更加無序熵?zé)崃W(xué)上用來表示混亂度的狀態(tài)函數(shù)。體系的有序性越高，即混亂度越低，熵值就越小熵判據(jù)體系有自發(fā)地向混亂度增加(即熵增)的方向轉(zhuǎn)變的傾向熵值大小的判斷反應(yīng)熵變s生成總熵反應(yīng)總熵；s氣態(tài)>s液態(tài)>s固態(tài)；與物質(zhì)的量成正比自發(fā)反應(yīng)與熵變的關(guān)系許多熵增的反應(yīng)在常溫、常壓下可以自發(fā)進(jìn)行。產(chǎn)生氣體的反應(yīng)，氣體的物質(zhì)的量增大，熵變?yōu)檎?，為熵增反?yīng)2h2o2(aq)=2h2o(l)o2(g)nh4hco3(s)ch3cooh(aq)=co2(g)ch3coonh4(aq)h2o(l)有些熵增的反應(yīng)在常溫、常壓下不

6、能自發(fā)進(jìn)行，但在較高溫度下可以自發(fā)進(jìn)行caco3(s)=cao(s)co2(g)c(s，石墨)h2o(g)=co(g)h2(g)少數(shù)熵減的反應(yīng)，在一定條件下也可以自發(fā)進(jìn)行2al(s)fe2o3(s)=al2o3(s)2fe(s)結(jié)論反應(yīng)熵變是與反應(yīng)進(jìn)行的方向有關(guān)的因素之一，但不是決定反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的唯一因素3.用焓變和熵變的復(fù)合判據(jù)判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向體系的自由能變化(化學(xué)符號(hào)g)綜合考慮了焓變和熵變對(duì)體系的影響，可用于化學(xué)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的方向的判斷，ghts。當(dāng)h<0，s>0，即g<0，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行。當(dāng)h>0，s<0，即g>0，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。當(dāng)h>

7、0，s>0，或h<0，s<0時(shí)，反應(yīng)是否自發(fā)進(jìn)行與溫度有關(guān)，在一定溫度下，可使g0，即反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。1有人說自發(fā)過程就是自發(fā)反應(yīng)，你認(rèn)為這種說法正確嗎？為什么？提示：不正確。因?yàn)樽园l(fā)過程是指在一定條件下，不用借助外力就可以自動(dòng)進(jìn)行的過程；自發(fā)反應(yīng)是指在一定條件下，可以自發(fā)進(jìn)行到顯著程度的化學(xué)反應(yīng)。自發(fā)過程可以是物理過程，不一定是自發(fā)反應(yīng)；而自發(fā)反應(yīng)一定是自發(fā)過程。2發(fā)生離子反應(yīng)的條件之一是生成氣體，試?yán)蒙厦嬷v的熵判據(jù)加以解釋，由此你對(duì)于理論的指導(dǎo)作用是否有新的體會(huì)？提示：由于反應(yīng)中生成氣體是熵增加的過程，所以增大了反應(yīng)的自發(fā)性。與之相似的如用濃磷酸與食鹽固體反應(yīng)制取hc

8、l氣體，對(duì)復(fù)分解反應(yīng)來說看似矛盾，但生成了hcl氣體，是熵增加的過程，hcl氣體脫離反應(yīng)體系，使得反應(yīng)得以正常進(jìn)行。在熔融態(tài)，用金屬鈉與kcl反應(yīng)制取鉀，把反應(yīng)溫度控制在金屬鉀的沸點(diǎn)以上，使鉀以氣體形式產(chǎn)生，既是熵增加的過程，同時(shí)又是減少生成物濃度使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)的過程，這些都是利用理論知識(shí)使看似不能發(fā)生的反應(yīng)得以進(jìn)行?！纠肯铝袑?duì)化學(xué)反應(yīng)方向的說法正確的是()a反應(yīng)2a(g)b(g)=3c(s)d(g)在一定條件下能自發(fā)進(jìn)行，說明該反應(yīng)的h>0b常溫下，反應(yīng)2na2so3(s)o2(g)=2na2so4(s)能自發(fā)進(jìn)行，則h<0c反應(yīng)2mg(s)co2(g)=c(s)2mg

9、o(s)能自發(fā)進(jìn)行，則該反應(yīng)的h>0d一定溫度下，反應(yīng)2nacl(s)=2na(s)cl2(g)的h<0，s>0【解析】hts<0，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。若反應(yīng)的s<0，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，則h<0，a、c項(xiàng)錯(cuò)誤，b項(xiàng)正確；2nacl(s)=2na(s)cl2(g)屬于分解反應(yīng)，為吸熱反應(yīng)，h>0，d項(xiàng)錯(cuò)誤。【答案】b下列反應(yīng)中在高溫下不能自發(fā)進(jìn)行的是(b)amgco3(s)=mgo(s)co2(g)bco(g)=c(s)1/2o2(g)cnh4cl(s)=nh3(g)hcl(g)d2n2o5(g)=4no2(g)o2(g)解析：已知在與外界隔離的體系中，自發(fā)過

10、程將導(dǎo)致體系的熵增大；a、b、c、d中的反應(yīng)均為分解反應(yīng)且都為吸熱反應(yīng)，即h>0；a、c、d三個(gè)反應(yīng)又是熵增的反應(yīng)，所以在高溫下能自發(fā)進(jìn)行，b不是熵增的反應(yīng)，在高溫下不能自發(fā)進(jìn)行。1下列關(guān)于自發(fā)過程的敘述正確的是(c)a只有不需要任何條件就能夠自動(dòng)進(jìn)行的過程才是自發(fā)過程b需要加熱才能夠進(jìn)行的過程肯定不是自發(fā)過程c同一可逆反應(yīng)的正、逆反應(yīng)在不同條件下都有自發(fā)的可能d非自發(fā)過程在任何條件下都不可能變?yōu)樽园l(fā)過程解析：在溫度和壓強(qiáng)一定的條件下，不借助光、電等外部力量就能自動(dòng)進(jìn)行的過程為自發(fā)過程，a項(xiàng)錯(cuò)誤；有的自發(fā)反應(yīng)需要加熱才能進(jìn)行，如高溫自發(fā)反應(yīng)，b項(xiàng)錯(cuò)誤；同一可逆反應(yīng)的正、逆反應(yīng)在不同條件下

11、都有自發(fā)的可能，c項(xiàng)正確；非自發(fā)過程在一定條件下可能變?yōu)樽园l(fā)過程，d項(xiàng)錯(cuò)誤。2下列說法完全正確的是(d)a自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)均是h<0的反應(yīng)bs為正值的反應(yīng)均能自發(fā)進(jìn)行c物質(zhì)的量增加的反應(yīng)，s為正值dcaco3(s)受熱分解為cao(s)和co2(g)s>03下列有關(guān)反應(yīng)進(jìn)行的方向說法正確的是(b)a常溫下，放熱反應(yīng)一般能自發(fā)進(jìn)行，吸熱反應(yīng)都不能自發(fā)進(jìn)行bnh4hco3(s)=nh3(g)h2o(g)co2(g)h185.57 kj·mol1，能自發(fā)進(jìn)行，原因是體系有自發(fā)向混亂度增加的方向轉(zhuǎn)變的傾向c因?yàn)殪首兒挽刈兌寂c反應(yīng)的自發(fā)性有關(guān)，因此焓變或熵變均可以單獨(dú)作為反應(yīng)自發(fā)性的

12、判據(jù)d在其他條件不變的情況下，使用催化劑，可以改變化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向解析：有些熵值增大的吸熱反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)行，如碳酸氫銨的分解反應(yīng)，a項(xiàng)錯(cuò)誤；碳酸氫銨分解雖是吸熱反應(yīng)，但生成氣體，屬于熵增反應(yīng)，b項(xiàng)正確；將熵值和焓變二者綜合起來(即利用復(fù)合判據(jù))可以判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向，c項(xiàng)錯(cuò)誤；使用催化劑只能降低反應(yīng)的活化能，不能改變反應(yīng)的方向，d項(xiàng)錯(cuò)誤。4已知：(nh4)2co3(s)=nh4hco3(s)nh3(g)h74.9 kj·mol1，下列說法正確的是(a)a該反應(yīng)中熵變、焓變皆大于0b該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，因此一定不能自發(fā)進(jìn)行c碳酸鹽分解反應(yīng)中熵增加，因此任何條件下所有碳酸鹽分解一定能自發(fā)

13、進(jìn)行d能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)一定是放熱反應(yīng)，不能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)一定是吸熱反應(yīng)解析：根據(jù)反應(yīng)方程式可知該反應(yīng)中熵變、焓變都大于0，a項(xiàng)正確；該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，但也是熵增大的反應(yīng)，所以也可能自發(fā)進(jìn)行，b項(xiàng)錯(cuò)誤；碳酸鹽分解反應(yīng)中熵增加，但不是在任何條件下碳酸鹽分解都能夠自發(fā)進(jìn)行，如caco3的分解僅在高溫下自發(fā)，c項(xiàng)錯(cuò)誤；能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)不一定是放熱反應(yīng)，不能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)也不一定是吸熱反應(yīng)，d項(xiàng)錯(cuò)誤。5下列有關(guān)說法不正確的是(b)a反應(yīng)nh3(g)hcl(g)=nh4cl(s)在室溫下可自發(fā)進(jìn)行，則該反應(yīng)的h<0bcaco3(s)=cao(s)co2(g)室溫下不能自發(fā)進(jìn)行，說明該反應(yīng)的h<

14、0c一定溫度下，反應(yīng)mgcl2(l)=mg(l)cl2(g)的h>0、s>0d常溫下，反應(yīng)c(s)co2(g)=2co(g)不能自發(fā)進(jìn)行，則該反應(yīng)的h>0解析：a中反應(yīng)消耗氣體，s<0，因其室溫自發(fā)，則h<0(正確)。b中反應(yīng)生成氣體，s>0，因其室溫不自發(fā)(高溫自發(fā))，則h>0(不正確)。因鎂與氯氣反應(yīng)放熱，其逆反應(yīng)(c中反應(yīng))吸熱，即h>0；又反應(yīng)生成氣體，即s>0(正確)。d中反應(yīng)生成氣體，s>0，因其常溫不自發(fā)(高溫自發(fā))，則h>0(正確)。6判斷下列反應(yīng)的熵值的變化，在每小題后面的橫線上填上“增加”、“減小”或“無明顯變化”。(1)2h2(g)o2(g)2h2o(l)減小。(2)h2(g)cl2(g)2hcl(g)無明顯變化。(3)(nh4)2co3(s)=nh4hco3(s)nh3(g)增加。(4)cu(s)cl2(g)cucl2(s)減小。解析：判斷熵值變化的依據(jù)是同溫同壓下，氣態(tài)熵值>液態(tài)熵值>固態(tài)熵值，狀態(tài)都是氣態(tài)時(shí)，看物質(zhì)的量的多少，物質(zhì)的量越多，熵值越大。故(1)減小，(2)無明顯變化，(3)增加，(4)減小。7已知反應(yīng)：2no(g)2co(g)=n2(g)2co2(g)在298 k、100 kpa的條件下，其h113.0 kj·mol1，