資源簡介

2.2 第1課時　化學(xué)反應(yīng)的方向
【學(xué)習(xí)目標】
1.能結(jié)合實驗現(xiàn)象,認識自發(fā)反應(yīng)的概念,了解熵變的含義,理解焓變、熵變與反應(yīng)方向的關(guān)系,能舉出反應(yīng)的實例,體會反應(yīng)的特點。
2.能綜合考慮反應(yīng)的焓變和熵變,據(jù)此判斷簡單反應(yīng)的方向。
【合作探究】
任務(wù)1　反應(yīng)焓變、熵變與反應(yīng)方向
【新知生成】
1.自發(fā)反應(yīng)
(1)概念:在一定條件下能　　　　進行的反應(yīng)。
(2)反應(yīng)傾向:自發(fā)反應(yīng)傾向于反應(yīng)　　熱的方向,但有些吸熱反應(yīng)也能自發(fā)進行;自發(fā)反應(yīng)有趨于體系混亂度　　　的傾向。
2.熵
(1)概念:用來衡量體系　　　　的物理量,符號為　　　　。熵值越大,混亂度越　　　　。
(2)比較:同一物質(zhì):氣態(tài)熵值　　　　液態(tài)熵值　　　　固態(tài)熵值。
(3)熵變:反應(yīng)前后體系熵值的變化,用　　表示。如果發(fā)生變化后體系的混亂度增大,那么該過程的ΔS　　0。
【答案】1.(1)自發(fā)　(2)放　增大　2.(1)混亂度　S 大　(2)>　>　(3)ΔS　>
【核心突破】
典例1　有關(guān)化學(xué)反應(yīng)的說法,正確的是(　　)
A.自發(fā)反應(yīng)都是放熱反應(yīng)
B.自發(fā)反應(yīng)都是熵增大的反應(yīng)
C.非自發(fā)反應(yīng)在一定條件下能實現(xiàn)
D.自發(fā)反應(yīng)常溫下一定能實現(xiàn)
【解析】焓變不是影響反應(yīng)方向的唯一因素,有些吸熱反應(yīng)也能自發(fā)進行,A項錯誤;熵變不是影響反應(yīng)方向的唯一因素,有些熵減小的反應(yīng)也能自發(fā)進行,B項錯誤;非自發(fā)反應(yīng)在一定條件下也可以發(fā)生,C項正確;ΔH>0、ΔS>0的反應(yīng),需在高溫下才能自發(fā)進行,D項錯誤。
【答案】C
典例2　水受熱變成水蒸氣的過程中,其焓變和熵變正確的是(　　)
A.ΔH>0,ΔS<0 B.ΔH>0,ΔS>0 C.ΔH<0,ΔS<0 D.ΔH<0,ΔS>0
【解析】E(液態(tài)水)0。同一種物質(zhì),氣態(tài)時的熵值最大,液態(tài)時的次之,所以ΔS>0。
【答案】B
歸納總結(jié)：
(1)同一物質(zhì)在三態(tài)時的熵值大小順序一般為氣態(tài)>液態(tài)>固態(tài)。
(2)對于一個特定的氣相反應(yīng),熵變的大小取決于反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)大小。
訓(xùn)練1　下列反應(yīng)在常溫下能自發(fā)進行,且既能用焓判據(jù)又能用熵判據(jù)解釋的是(　　)
A.HCl(g)+NH3(g)NH4Cl(s)
B.C(s)+CO2(g)2CO(g)
C.2Na2O2+2H2O4NaOH+O2↑
D.Ba(OH)2·8H2O+2NH4ClBaCl2+2NH3↑+10H2O
【解析】A項,該反應(yīng)中熵減小,不能用熵判據(jù)解釋;B項,該反應(yīng)是吸熱反應(yīng),ΔH>0,且常溫下不能自發(fā)進行,不能用焓判據(jù)解釋;C項,該反應(yīng)是放熱的熵增反應(yīng),既能用焓判據(jù)又能用熵判據(jù)解釋;D項,該反應(yīng)是吸熱的熵增反應(yīng),不能用焓判據(jù)解釋。
【答案】C
訓(xùn)練2　化學(xué)反應(yīng)A(g)+B(g)2C(g)+D(g)　ΔH=Q kJ·mol-1的能量變化如圖所示,回答下列問題:
(1)Q　　　　0(填“>”、“<”或“=”,下同)。
(2)ΔS　　　　0。
(3)該反應(yīng)　　　　(填“能”或“不能”)自發(fā)進行。
【解析】(1)由圖像可知,反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量,該反應(yīng)為放熱反應(yīng),即Q<0。(2)因為該反應(yīng)為反應(yīng)前后氣體體積增大的反應(yīng),所以ΔS>0。(3)該反應(yīng)為放熱反應(yīng),即ΔH<0,又ΔS>0,故該反應(yīng)能自發(fā)進行。
【答案】(1)<　(2)>　(3)能
任務(wù)2　綜合應(yīng)用焓判據(jù)和熵判據(jù)判斷反應(yīng)方向
【學(xué)習(xí)情境】
一定條件下,一個化學(xué)反應(yīng)能否進行既與反應(yīng)的焓變有關(guān),也與反應(yīng)的熵變有關(guān)。自發(fā)進行的反應(yīng)不一定都是由高能狀態(tài)到低能狀態(tài)的過程,如NH4Cl與Ca(OH)2的反應(yīng)是吸熱過程,由低能狀態(tài)到高能狀態(tài),因此焓判據(jù)只是判斷反應(yīng)方向的依據(jù)之一。如何判斷反應(yīng)能否自發(fā)進行呢
【新知生成】
化學(xué)反應(yīng)方向的判斷方法
(1)ΔH<0,ΔS>0時,　　　　自發(fā)進行。
(2)ΔH>0,ΔS<0時,　　　　自發(fā)進行。
(3)ΔH<0,ΔS<0時,　　　　下反應(yīng)能自發(fā)進行。
(4)ΔH>0,ΔS>0時,　　　　下反應(yīng)能自發(fā)進行。
【答案】(1)一定能　(2)一定不能　(3)較低溫度　(4)較高溫度
【核心突破】
典例3　下列說法不正確的是(　　)
A.反應(yīng)4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)4Fe(OH)3(s)在常溫下能自發(fā)進行,該反應(yīng)的ΔH<0
B.反應(yīng)H2S(g)+ZnO(s)H2O(g)+ZnS(s)在一定條件下可自發(fā)進行,且ΔS<0,則ΔH>0
C.反應(yīng)3C(s)+CaO(s)CaC2(s)+CO(g)在常溫下不能自發(fā)進行,說明該反應(yīng)的ΔH>0
D.反應(yīng)SiO2(s)+2C(s)Si(s)+2CO(g)必須在高溫下反應(yīng)才能自發(fā)進行,則ΔH>0
【解析】反應(yīng)4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)4Fe(OH)3(s),ΔS<0,常溫下能自發(fā)進行,因此ΔH<0,A項正確;反應(yīng)3C(s)+CaO(s)CaC2(s)+CO(g)的ΔS>0,常溫下不能自發(fā)進行,因此ΔH>0,C項正確;反應(yīng)SiO2(s)+2C(s)Si(s)+2CO(g)的ΔS>0,高溫下才能自發(fā)進行,因此ΔH>0,D項正確。
【答案】B
訓(xùn)練3　下列反應(yīng)在任何溫度下均能自發(fā)進行的是(　　)
A.2N2(g)+O2(g)2N2O(g) ΔH=+163kJ·mol-1
B.H2O2(l)O2(g)+H2O(l) ΔH=-98kJ·mol-1
C.HgO(s)Hg(l)+O2(g) ΔH=+91kJ·mol-1
D.Ag(s)+Cl2(g)AgCl(s) ΔH=-127kJ·mol-1
【解析】該反應(yīng)是熵減的吸熱反應(yīng),ΔH>0,ΔS<0,在任何溫度下都不能自發(fā)進行,A項錯誤;反應(yīng)是熵增的放熱反應(yīng),ΔH<0,ΔS>0,在任何溫度下均能自發(fā)進行,B項正確;該反應(yīng)是熵增的吸熱反應(yīng),ΔH>0,ΔS>0,在低溫下不能自發(fā)進行,C項錯誤;該反應(yīng)是熵減的放熱反應(yīng),ΔH<0,ΔS<0,在高溫下不能自發(fā)進行,D項錯誤。
【答案】B
訓(xùn)練4　下列反應(yīng)在任何溫度下均能自發(fā)進行的是(　　)
A.N2H4(l)+N2O4(l)N2(g)+2H2O(l)　ΔH=-546.45 kJ·mol-1
B.Mg2Ni(s)+2H2(g)Mg2NiH4(s)　ΔH=-64.4 kJ·mol-1
C.CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)　ΔH=+206.4 kJ·mol-1
D.2N2(g)+O2(g)2N2O(g)　ΔH=+163 kJ·mol-1
【解析】當(dāng)ΔH-TΔS<0時,反應(yīng)能自發(fā)進行。N2H4(l)+N2O4(l)N2(g)+2H2O(l)是熵增且放熱的反應(yīng),在任何溫度下都能自發(fā)進行,A項符合題意;Mg2Ni(s)+2H2(g)Mg2NiH4(s)是熵減且放熱的反應(yīng),在低溫下可自發(fā)進行,B項不符合題意;CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)是熵增且吸熱的反應(yīng),在較高溫度下可自發(fā)進行,C項不符合題意;2N2(g)+O2(g)2N2O(g)是熵減且吸熱的反應(yīng),在任何溫度下都不能自發(fā)進行,D項不符合題意。
【答案】A
課堂小結(jié)
【隨堂檢測】
1.25 ℃和1.01×105 Pa時,反應(yīng)2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)　ΔH=+109.8 kJ·mol-1,能自發(fā)進行的原因是(　　)
A.吸熱反應(yīng)
B.放熱反應(yīng)
C.熵減少的反應(yīng)
D.熵增大效應(yīng)大于熱效應(yīng)
【解析】反應(yīng)能否自發(fā)進行取決于焓變和熵變的綜合判據(jù),該反應(yīng)吸熱,且熵值增大,D項正確。
【答案】D
2.已知反應(yīng)2C(s)+O2(g)2CO(g)的ΔH<0、ΔS>0。設(shè)ΔH和ΔS不隨溫度而變,下列說法正確的是(　　)
A.低溫下才能自發(fā)進行
B.高溫下才能自發(fā)進行
C.任何溫度下都能自發(fā)進行
D.任何溫度下都不能自發(fā)進行
【解析】ΔH<0,ΔS>0,故該反應(yīng)在任何溫度下都能自發(fā)進行。
【答案】C
3.下列反應(yīng)在任何溫度下均能自發(fā)進行的是(　　)
A.2N2(g)+O2(g)2N2O(g)　ΔH>0
B.3SiCl4(g)+2H2(g)+Si(s)4SiHCl3(g)　ΔH<0
C.COCl2(g)CO(g)+Cl2(g)　ΔH>0
D.2H2O2(l)2H2O(l)+O2(g)　ΔH<0
【答案】D
4.已知298 K、101 kPa時,下列說法錯誤的是(　　)
反應(yīng)1:4Fe(s)+3O2(g)2Fe2O3(s)　ΔH1=-1648 kJ·mol-1
反應(yīng)2:C(s)+O2(g)CO2(g)　ΔH2=-393 kJ·mol-1
反應(yīng)3:2Fe(s)+2C(s)+3O2(g)2FeCO3(s)ΔH3=-1480 kJ·mol-1
反應(yīng)4:2FeCO3(s)+O2(g)2CO2(g)+Fe2O3(s)　ΔH4
A.上述反應(yīng)1、2、3、4在熱力學(xué)上自發(fā)進行的趨勢都很大
B.反應(yīng)1和3在較低溫度下能自發(fā)進行,反應(yīng)4是熵增反應(yīng)
C.反應(yīng)的自發(fā)性可以用于判斷反應(yīng)的方向,但不能確定反應(yīng)發(fā)生的速率
D.反應(yīng)1表示鐵在氧氣中燃燒的熱化學(xué)方程式
【解析】根據(jù)蓋斯定律可知,ΔH4=ΔH1×+ΔH2×2-ΔH3=[(-1648)×-393×2+1480]kJ·mol-1=-130 kJ·mol-1,則反應(yīng)1、2、3、4均為放熱反應(yīng),且放出的熱量較多,在熱力學(xué)上自發(fā)進行的趨勢很大,A項正確;反應(yīng)1和3都是放熱的熵減反應(yīng),根據(jù)復(fù)合判據(jù)ΔH-TΔS<0知,在較低溫度下能自發(fā)進行,反應(yīng)4是氣體分子數(shù)增大的反應(yīng),為熵增反應(yīng),B項正確;化學(xué)反應(yīng)的自發(fā)性只能用于判斷反應(yīng)的方向,不能確定反應(yīng)是否一定發(fā)生和反應(yīng)發(fā)生的速率,C項正確;鐵在氧氣中燃燒時生成四氧化三鐵,不是氧化鐵,D項錯誤。
【答案】D
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