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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核心素养脉络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,能用焓变和熵变说明化学反应的方向阅读思考自主检测任务一、快速阅读课本第42页至第43页,回答下列问题:1.什么是“自发反应”“非自发反应”?提示:在一定温度和压强下,不需外界帮助就能自动进行的反应为自发反应。在一定温度和压强下,需要外界做功才能进行的反应为非自发反应。2.自发过程与体系的能量有什么关系?提示:自然界中的很多自发过程,无论是物理过程还是化学过程,都有由能量较高状态向较低状态转化的倾向。3.焓变与反应的自发性有什么关系?该关系适应于所有的化学反应吗?提示:对于化学反应,绝大多数放热反应(ΔH0)都能自发进行。并非所有的自发反应都是放热(ΔH0)的,有些吸热反应(ΔH0)也能自发进行。阅读思考自主检测任务二、认真阅读教材第44页到第46页第1段的内容,分别完成下列任务:1.什么是熵?什么是熵变?熵变的符号是什么?熵变的正负有何含义?提示:熵是衡量体系混乱度的物理量,反应前后体系熵的变化叫做反应的熵变,符号是ΔS。如果发生变化后体系的混乱度增大,该过程ΔS0,反之ΔS0。2.自发过程与体系的混乱度有什么关系?试举例说明。提示:变化过程中,体系的混乱度增大,有利于反应自发进行。例如:碳酸钙分解生成二氧化碳气体,氯化铵与氢氧化钡晶体反应生成氨气,这些反应都是混乱度增大的自发反应。阅读思考自主检测3.如何利用焓变和熵变判断反应能否自发进行?提示:(1)ΔH0、ΔS0的反应,任何时候反应都能自发进行。(2)ΔH0、ΔS0的反应,任何时候反应都不能自发进行。(3)ΔH0、ΔS0或ΔH0、ΔS0的反应能否自发进行,与温度有关。阅读思考自主检测1.下列过程属于非自发的是()A.水由高处向低处流B.室温下水结成冰C.气体从高密度向低密度扩散D.煤气的燃烧答案:B2.下列有利于反应自发进行的是()①反应吸热②反应放热③反应后熵增加④反应后熵减小A.①③B.②③C.②④D.①④答案:B探究问题知识点拨重点难点重要考向1.如果某反应具有自发性,该反应就一定会发生吗?提示:反应的自发性只能用于判断反应发生的方向,不能确定反应是否一定会发生和反应发生的快慢。如涂有防锈漆和未涂防锈漆的钢制器件,其发生腐蚀过程的自发性是相同的,但只有后者可以实现。2.对于有气体参与的化学反应,其熵变与反应前后气态物质的物质的量有何关系?提示:对于有气体参与的化学反应,气态物质的物质的量增大的化学反应,其熵变通常是正值,是熵增大的反应;反之,气态物质的物质的量减小的化学反应通常是负值,是熵减小的反应。3.如何来判断化学反应的方向?提示:从能量最低原理、熵增原理、温度影响等方面研究。探究问题知识点拨重点难点重要考向1.化学反应的方向与能量的关系(1)多数自发进行的化学反应是放热反应。例如:在常温、常压下,氢氧化亚铁被氧化为氢氧化铁的反应是自发的,反应放热:4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g4Fe(OH)3(s)ΔH(298K)=-444.3kJ·mol-1(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(298K)=+37.30kJ·mol-1;氯化铵固体与氢氧化钡晶体反应等。(3)有一些吸热反应在室温条件下不能自发进行,但在较高温度下能自发进行,如碳酸钙受热分解。因此,反应焓变是与反应能否自发进行有关的一个因素,但不是唯一因素。探究问题知识点拨重点难点重要考向2.反应熵变与反应方向的关系(1)许多熵增加的反应在常温、常压下可以自发进行。产生气体的反应,气体物质的物质的量增大的反应,熵变通常都是正值,为熵增反应。(2)有些熵增的反应在常温、常压下不能自发进行,但在较高温度下可以自发进行。(3)有些熵值减小的过程在一定条件下也可以自发进行,如:-10℃的液态水会自动结冰成为固态,这是熵减的过程;铝热反应在一定条件下可以自发进行,这是熵减的反应。因此反应熵变是与反应能否自发进行有关的又一个因素,但也不是唯一因素。例如:2H2O2(aq)2H2O(l)+O2(g)如:CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)探究问题知识点拨重点难点重要考向3.焓变和熵变对反应方向的共同影响焓变和熵变都与反应自发性有关,又都不能独立地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。可以利用自由能的变化进行判断,即ΔG=ΔH-TΔS。(1)ΔG0,反应自发进行。若ΔH0,ΔS0,反应一定能自发进行。若ΔH0,ΔS0,低温下可自发进行。若ΔH0,ΔS0,高温下可自发进行。(2)ΔG0,反应不能自发进行。(3)ΔG=0,反应处于平衡状态。重点难点重要考向考向一考向二考向一化学反应进行的方向与焓变、熵变的关系【例题1】(2016南京测试)碳酸铵[(NH4)2CO3]在室温下就能自发地分解产生氨气,对其说法正确的是()A.碳酸铵分解是因为生成了易挥发的气体,使体系的熵增大B.碳酸铵分解是因为外界给予了能量C.碳酸铵分解是吸热反应,根据能量判据也能说明它能自发分解D.碳酸盐都不稳定,都能自发分解解析:碳酸铵分解是吸热反应,所以根据能量判据它是不能自发分解的,其自发分解能够发生主要是因为体系中氨气、二氧化碳气体和水的生成使熵增大的缘故。答案:A规律方法点拨ΔS0的自发反应适合于用熵判据来解释其自发性,而能量判据更适合于解释ΔH0的自发反应。重点难点重要考向考向一考向二成功体验1下列说法不正确的是()A.体系有序性越高,熵值就越低B.自发过程可能导致体系的熵增大C.吸热反应不可以自发进行D.同种物质气态时熵值最大解析:反应的焓变不是决定反应能否自发进行的唯一因素,有些熵增的吸热反应也可以自发进行。答案:C重点难点重要考向考向一考向二考向二反应方向判断的复合判据【例题2】下列反应中,在高温下不能自发进行的是()A.(NH4)2CO3(s)NH4HCO3(s)+NH3(g)B.2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)C.MgCO3(s)MgO(s)+CO2(g)D.CO(g)C(s)+12O2(g)解析:根据题意,A、B、C中的三个反应虽然是吸热反应,但均是熵增加的过程,在高温下可能自发进行。而D中的反应是一个熵减小的吸热反应,高温时ΔH-TΔS0,故不能自发进行。答案:D重点难点重要考向考向一考向二规律方法点拨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。例如金刚石有向石墨转化的倾向,但是能否发生、什么时候发生、多长时间才能完成,这便不是能量判据和熵判据能解决的问题了。重点难点重要考向考向一考向二成功体验2导学号22014027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0B.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能自发进行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解析:该反应ΔH0,ΔS0,高温下能自发进行;ΔS0的反应不一定能自发进行;反应放热有利于反应自发进行,但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也不一定是吸热反应。答案:A12341.实验证明,多数能自发进行的反应都是放热反应。对此说法的理解,正确的是()A.所有的放热反应都是自发进行的B.所有的自发反应都是放热的C.焓变是影响反应是否具有自发性的一种重要因素D.焓变是决定反应是否具有自发性的判据解析:多数能自发进行的反应都是放热反应,并不是所有自发进行的反应都是放热反应,既然说“多数”,必定存在特例。答案:C12342.下列过程不能用熵判据判断的是()A.氯化铵与结晶氢氧化钡混合研磨,很快会闻到刺激性气味B.冬天一杯热水很快变冷C.有序排列的火柴散落时成为无序排列D.多次洗牌以后,扑克牌毫无规律地混乱排列的概率大解析:热水变冷能自发进行,但这个过程是熵减的过程。答案:B12343.下列反应在一定条件下不能自发进行的是()A.Cl2+2NaBr2NaCl+Br2B.ZnCl2+FeFeCl2+ZnC.CH2CH2+Br2CH2BrCH2BrD.N2+O22NO答案:B12344.(2016江苏徐州模拟)(1)用催化技术将汽车尾气中的NO和CO转变成CO2和N2的反应在一定条件下能自发进行:2NO+2CO2CO2+N2,则反应的ΔH0(填“”“”或“=”)。(2)常温下,反应C(s)+CO2(g)2CO(g)不能自发进行,则该反应的ΔH0(填“”“”或“=”)。解析:(1)反应2NO+2CO2CO2+N2的ΔS0,能自发进行(ΔH-TΔS0),则ΔH0(因为ΔS0、ΔH0的反应不能自发进行)。(2)反应C(s)+CO2(g)2CO(g)的ΔS0,而常温下不能自发进行,所以ΔH0(因为ΔS0、ΔH0的反应在所有温度下都能自发进行)。答案:(1)(2)高考考点易错点抛砖引玉(老师教你如何整理)化学反应的方向1.化学反应的自发性与非自发性是可以相互转化的,某一条件下的自发反应可能在另一条件下是非自发反应2.化学反应的方向、速率(大、小)和限度是化学反应原理的三个重要组成部分。能自发进行的反应不一定速率快或限度大3.要综合考虑反应的焓变和熵变判断反应能否自发进行。当焓变和熵变对反应方向的决定作用相反且相差不大时,温度有可能对反应方向起决定性作用4.依据ΔH-TΔS0计算TΔH/ΔS,从而确定反应自发进行的温度范围。应注意,温度是热力学温度(K)而不是摄氏温度(℃)大显身手(请你结合你的学习实际进行补充整理)