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第四节化学反应进行的方向学习目标核心素养脉络1.了解放热反应的自发性和某些吸热反应的自发性2.通过“有序”和“无序”的对比,理解熵的概念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、认真阅读教材第34页的内容,思考回答下列问题:1.不需要借助于外力就可以自动进行的自发过程(如高山流水,自由落体运动等)有何共同特点?提示体系趋向于从高能状态转变为低能状态(这时体系会对外部做功或者释放能量)。2.从能量变化的角度来看,化学反应进行的倾向是什么?提示放热过程体系能量降低,具有自发进行的倾向。任务二、认真阅读教材第35页的内容,思考回答下列问题:1.科学家引入熵这一物理量的目的是什么?同一物质的不同聚集状态,熵的大小有何不同?提示科学家用熵来量度体系的混乱(或无序)的程度。同一种物质,气态时熵值最大,液态次之,固态时最小。阅读思考自主检测2.从熵变的角度来看,化学反应的倾向是什么?提示反应体系有自发地向混乱度增加(即熵增)的方向转变的倾向。3.利用熵变和焓变判断反应方向时,应注意什么问题?提示①判断反应方向,必须综合考虑体系的熵变和焓变,因为熵变和焓变都与反应的方向有关。②在讨论过程的方向问题时,我们指的是没有外界干扰时体系的性质。③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。阅读思考自主检测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.自发反应一定是放热反应,非自发反应一定是吸热反应C.自发反应在恰当条件下才能实现D.自发反应在任何条件下都能实现答案:C2.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.与外界隔绝的体系,自发过程将导致体系的熵减小D.一定条件下水由气态变为液态是熵减小的过程答案:C重点难点探究重要考向探究随堂检测探究问题以下过程均为自发反应或自发过程:④硝酸铵溶于水要吸热。⑤冰融化要吸热。⑥两种或两种以上互不反应的气体通入一密闭容器中,最终会混合均匀。①甲烷燃烧:CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g)ΔH=-802.31kJ·mol-1②氢气与氧气反应:2H2(g)+O2(g)2H2O(l)ΔH=-571.6kJ·mol-1③钠与水反应:2Na(s)+2H2O(l)2NaOH(aq)+H2(g)ΔH=-368kJ·mol-1重点难点探究重要考向探究随堂检测1.对于自发反应①②③,从能量角度分析它们为什么可以自发?提示①②③这三个化学反应都是放热反应,ΔH0。2.对于自发过程④⑤⑥,这些过程都是自发的,与焓有关吗?是什么因素决定它们能自发进行?提示熵是用于描述体系混乱度的物理量,熵变是用来描述混乱度变化的物理量,④⑤⑥与熵变有关,体系由有序转变为无序,ΔS0。3.综合分析上述反应,得出判断化学反应方向的依据是什么?提示判断化学反应的方向,需综合考虑焓变和熵变。重点难点探究重要考向探究随堂检测知识点拨一、自发过程和自发反应1.自发过程:在一定条件下,不需要外力作用就能自动进行的过程。2.自发反应是自发过程的一种,在给定的一组条件下,一个反应可以自发地进行到显著程度。3.非自发过程:在一定条件下,需持续借助人为作用才能进行的过程。重点难点探究重要考向探究随堂检测二、化学反应方向的复合判据体系的自由能变化(符号为ΔG,单位为kJ·mol-1)综合考虑了焓变和熵变对体系的影响,可用于判断化学反应自发进行的方向,表达式为ΔG=ΔH-TΔS。在温度、压强一定的条件下,自发反应总是向ΔG=ΔH-TΔS0的方向进行,直至达到平衡状态。(1)ΔH0、ΔS0时,则ΔH-TΔS0,任何温度下反应均能自发进行。(2)ΔH0、ΔS0时,则ΔH-TΔS0,任何温度下反应均不能自发进行。Δ𝐻-𝑇Δ𝑆0反应能自发进行Δ𝐻-𝑇Δ𝑆=0反应达到平衡状态Δ𝐻-𝑇Δ𝑆0反应不能自发进行重点难点探究重要考向探究随堂检测(3)ΔH0、ΔS0时,则ΔH-TΔS在较高温度时可能小于零,所以高温下反应能自发进行。(4)ΔH0、ΔS0时,则ΔH-TΔS在较低温度时可能小于零,所以低温下反应能自发进行。图解如下:重点难点探究重要考向探究随堂检测考向一自发过程和自发反应【例题1】下列过程是非自发的是()A.水由高处向低处流B.煤炭的燃烧C.铁在潮湿空气中生锈D.室温下水结成冰解析:自然界中水由高处向低处流、煤炭的燃烧、铁在潮湿空气中生锈、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重点难点探究重要考向探究随堂检测规律方法点拨自发过程的特征是:体系趋向于由高能状态转变为低能状态;在密闭条件下,体系从有序自发转变为无序;具有方向性。判断某过程是否自发,不是看是否需要条件,而是看是否需要持续施加外力(如加热等)。判断某过程是否自发,也可以根据其逆向过程是否自发来判断:若逆向过程自发,则正向过程一定不自发,若逆过程不自发,则正向过程一定自发。重点难点探究重要考向探究随堂检测成功体验1下列反应属于非自发反应的是()A.钠与水反应B.氢气在氧气中燃烧生成水C.水分解变成氢气和氧气D.氨气和氯化氢相遇变成氯化铵解析:水分解变成氢气和氧气需要持续不断的通电,所以水分解变成氢气和氧气是非自发的反应。答案:C重点难点探究重要考向探究随堂检测考向二化学反应进行方向的判据题型一判断化学反应或变化过程的熵变【例题2】对下列过程中熵变的判断不正确的是()A.溶解少量食盐于水中:ΔS0B.碳和氧气反应生成CO(g):ΔS0C.H2O由气态变成液态:ΔS0D.CaCO3(s)高温分解为CaO(s)和CO2(g):ΔS0解析:A项食盐晶体中Na+、Cl-不能自由运动,但食盐溶于水后,电离出自由移动的Na+、Cl-,则ΔS0;B项2C(s)+O2(g)2CO(g),注意C是固体,n(CO)n(O2),则ΔS0;C项H2O由气态变为液态,则ΔS0;D项CaCO3(s)在高温下分解为CaO(s)和CO2(g),CaCO3和CaO均是固体,ΔS0。答案:C重点难点探究重要考向探究随堂检测规律方法点拨熵变正负的判断方法(1)对于产生气体的反应,气体物质的量增大的反应,ΔS0,是熵增大的反应。气体物质的量减小的反应,ΔS0,是熵减小的反应。(2)对于同一种物质,S(g)S(l)S(s)。重点难点探究重要考向探究随堂检测成功体验2下列反应或过程的ΔS0的是()答案:AA.4HNO3(l)4NO2(g)+O2(g)+2H2O(l)B.工业上用N2与H2合成氨C.Cl2(g)Cl2(l)D.2H2(g)+O2(g)2H2O(l)重点难点探究重要考向探究随堂检测题型二化学反应方向判据的应用【例题3】下列关于化学反应的熵变的叙述正确的是()A.化学反应的熵变与反应的方向无关B.化学反应的熵变直接决定了反应的方向C.熵值增大的反应都是混乱度增大的反应D.熵值增大的反应都能自发进行解析:熵值增大的反应,即ΔS0的反应容易自发进行,所以熵变与反应的方向有关;熵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,所以B项错误;自发反应不一定ΔS0,故D项错误。答案:C重点难点探究重要考向探究随堂检测成功体验3下列说法中正确的是()A.凡是放热反应都能自发进行B.所有的自发反应都是放热的C.焓变是决定反应是否具有自发性的判据D.焓变是影响反应是否具有自发性的一种重要因素解析:多数能够自发进行的反应都是放热反应,但也有些自发进行的反应是吸热反应。反应的自发性与焓变并不严格一致,焓变是影响反应自发进行的重要因素,但不是唯一因素。答案:D重点难点探究重要考向探究随堂检测成功体验4对于化学反应能否自发进行,下列说法中错误的是()A.若ΔH0,ΔS0,任何温度下都能自发进行B.若ΔH0,ΔS0,任何温度下都不能自发进行C.若ΔH0,ΔS0,低温时可自发进行D.若ΔH0,ΔS0,低温时可自发进行选项内容分析结论AΔH0,ΔS0⇒ΔH-TΔS0,任何温度下都能自发进行正确BΔH0,ΔS0⇒ΔH-TΔS0,任何温度下都不能自发进行正确CΔH0,ΔS0,高温时能保证ΔH-TΔS0错误DΔH0,ΔS0,低温时能保证ΔH-TΔS0正确重点难点探究重要考向探究随堂检测解析:答案:C重点难点探究重要考向探究随堂检测1.研究过程自发性的目的是()A.判断过程的方向B.确定过程是否一定发生C.判断过程发生的速率D.判断过程的热效应解析:研究过程的自发性用于判断过程的方向,不能确定过程是否一定会发生、过程发生的速率、过程的热效应等。答案:A重点难点探究重要考向探究随堂检测2.下列反应中,在一定温度下,属于自发进行的吸热反应的是()A.NaOH与HCl反应B.CO与O2点燃C.Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应D.SO3与H2O反应解析:选项中4个反应都可自发进行,但只有C项是吸热反应。答案:C重点难点探究重要考向探究随堂检测3.下列反应中,熵增加的是()解析:对于同种物质,S(g)S(l)S(s)。一般地,有气体生成的反应、气体分子数增加的反应是熵增大的反应。B中有气体生成,故熵增大。A、D中气体分子数减少,C中气体分子数不变。答案:BA.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)B.CaCO3(s)+2HCl(aq)CaCl2(aq)+CO2(g)+H2O(l)C.C(s)+O2(g)CO2(g)D.2Hg(l)+O2(g)2HgO(s)重点难点探究重要考向探究随堂检测4.反应CH3OH(l)+NH3(g)CH3NH2(g)+H2O(g)在某温度下自发向右进行,若反应的|ΔH|=17kJ·mol-1,|ΔH-TΔS|=17kJ·mol-1,则下列选项中正确的是()A.ΔH0,ΔH-TΔS0B.ΔH0,ΔH-TΔS0C.ΔH0,ΔH-TΔS0D.ΔH0,ΔH-TΔS0解析:某温度下反应自发向右进行,说明ΔH-TΔS0,即ΔH-TΔS=-17kJ·mol-1,若ΔH=-17kJ·mol-1,则ΔS=0,不符合事实,故ΔH=17kJ·mol-10,所以选A项。答案:A重点难点探究重要考向探究随堂检测5.某化学反应的ΔH=-122kJ·mol-1,ΔS=231J·mol-1·K-1,则此反应在下列哪种情况下可自发进行()A.在任何温度下都能自发进行B.在任何温度下都不能自发进行C.仅在高温下自发进行D.仅在低温下自发进行解析:题中ΔH0、ΔS0,故必有ΔH-TΔS0,故在任何温度下都能自发进行。答案:A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.仅从焓变、熵变单一判据,判断反应的自发性具有局限性,而应从ΔH-TΔS综合判断2.自发反应并不一定能“自发”进行,往往也需要一定条件“引发”3.相同物质的量的同一种物质,S(g)S(l)S(s)大显身手(请你结合你的学习实际进行补充整理)