1、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目标要求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。一、化学反应的方向1化学反应具有方向性，许多化学反应的正反应能自发进行，而其逆反应无法自发进行。2自发反应：在一定条件下无需外界帮助就能自动进行的反应。二、判断化学反应方向的依据1能量判据自然界中的自发过程，都有由能量较高状态向能量较低状态转化的倾向；绝大多数放热反应都能自发进行，且反应放出的热量越多，体系能量降低得也越多，反应越完全。反应的焓变是制约化学反应能否自发
2、进行的因素之一。2熵判据(1)熵用来度量体系混乱程度的物理量。熵值越大，混乱程度越大。符号为S。单位：Jmol1K1。(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)熵变：反应前后体系熵的变化，符号为S。若发生变化后体系的混乱度增大，该过程的S0，反之，S0，反应自发进行；S0，反应不能进行。化学反应的S越大，越有利于反应自发进行。3复合判据体系能量降低(H0)都有促使反应自发进行的倾向，判断反应的自发性必须综合考虑反应的焓变和熵变。在恒温、恒压时：(1)当H0时，反应自发进行。(2)当H0，S0时，反应不能自发进行。(3)当H0，S0，S0时，反应在较高温度
3、下自发进行。知识点一能量判据1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个重要因素D焓变是决定反应是否具有自发性的惟一判据答案C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，所以只能说“焓变是影响反应是否具有自发性的一个重要因素，但不是唯一因素”。2下列自发反应可用焓判据来解释的是()A2N2O5(g)=4NO2(g)O2(g) H56.7 kJmol1B(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)NH3(g) H7
4、4.9 kJmol1C2H2(g)O2(g)=2H2O(l) H286 kJmol1DCaCO3(s)=CaO(s)CO2(g) H178.2 kJmol1答案C解析从焓变的角度分析，化学反应有由高能状态向低能状态转化、使体系能量降低的趋势，表现为放热反应较易进行。知识点二熵判据3碳酸铵(NH4)2CO3在室温下就能自发的分解产生氨气，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，根据能量判据不能自发分解D碳酸盐都不稳定，都能自发分解答案A解析(NH4)2CO3的分解为吸热反应，而吸热反应不易自发进行；根据焓变与
5、熵变对化学反应的共同影响，该反应熵值一定增大。4摩尔熵是单位物质的量的物质在一定条件下所具有的熵。试比较下列两组物质摩尔熵的大小顺序。(1)相同条件下的气态甲醇、乙醇、丙醇。(2)气态苯、液态苯、固态苯。答案(1)S(气态甲醇)S(气态乙醇)S(液态苯)S(固态苯)解析一般来讲，组成物质的原子种类相同时，一个分子中的原子数目越多，其混乱度就越大，熵值也越大；对于同一种物质，S(g)S(l)S(s)。根据以上的规律可知，对于(1)，S(气态甲醇)S(气态乙醇)S(液态苯)S(固态苯)。知识点三复合判据5某反应：A=BC在室温下不能自发进行，在高温下能自发进行，对该反应过程H、S的判断正确的是()
6、AH0、S0 BH0、S0CH0、S0 DH0、S0答案D解析由题意知：该反应在室温下不能自发反应，而高温下能自发进行。根据H和S对反应方向的共同影响可推知：H0，S0。6下列反应中，常温常压下一定不能自发进行的是()A2KClO3(s)=2KCl(s)3O2(g) H78.03 kJmol1S1 110 Jmol1K1BCO(g)=C(s，石墨)O2(g)H110.5 kJmol1S89.36 Jmol1K1C4Fe(OH)2(s)2H2O(l)O2(g)=4Fe(OH)3(s)H444.3 kJmol1S280.1 Jmol1K1DNH4HCO3(s)CH3COOH(aq)=CO2(g)C
7、H3COONH4(aq)H2O(l)H37.30 kJmol1S184.05 Jmol1K1答案B练基础落实1下列说法中正确的是()A凡是放热反应都是自发的，吸热反应都是非自发的B自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是熵减小或不变的反应C自发反应在恰当的条件下才能实现D自发反应在任何条件下都能实现答案C解析放热反应常常是容易进行的过程，吸热反应有些也是自发的；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，是否能实现还要看具体的条件，能量判据和熵判据要综合考虑利用，不能简单地单一使用。故选C。2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
8、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D25 、1.01105 Pa时，2N2O5(g)=4NO2(g)O2(g)是熵增的反应答案C解析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。3.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(如图所示)，两种气体分子立即都分布在两个容器中。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此过程为混乱程度小的向混乱程度大的方向变化的过程，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此过程从有序到无序，混乱度增大D此过程是自
9、发可逆的答案D解析根据题意H0，S0，由HTS推知该过程能自发进行，气体扩散为熵增过程，而其逆过程不能自发进行。4已知在等温条件下，化学反应方向的判据为：HTS0，反应能逆向自发进行。(其中H为焓变，S为熵变，T为热力学温度，单位为K)设反应A(s)=D(g)E(g)HTS(4 50011T)Jmol1，要防止反应发生，温度必须()A高于409 KB低于136 KC高于136 K而且低于409 KD低于409 K答案A525 和1.01105 Pa时，反应2N2O5(g)=4NO2(g)O2(g)H56.7 kJ/mol，自发进行的原因是()A是吸热反应 B是放热反应C是熵减少的反应 D熵增大
10、效应大于能量效应答案D练方法技巧6石墨、金刚石燃烧的热化学方程式分别为C(石墨)O2(g)=CO2(g) H393.51 kJmol1C(金刚石)O2(g)=CO2(g) H395.41 kJmol1关于金刚石和石墨的相互转化，下列说法正确的是()A石墨转化成金刚石是自发进行的过程B金刚石转化成石墨是自发进行的过程C金刚石比石墨更稳定D金刚石比石墨能量低答案B解析由热化学方程式可知，石墨比金刚石能量低，1 mol石墨转化为1 mol金刚石需吸收1.9 kJ的热量，金刚石转化为石墨是放热反应，因此金刚石转化为石墨是自发进行的过程。物质所具有的能量越低越稳定。点拨：那些不用借助外力就可以自动进行的
11、自发过程的共同特点是：体系趋于从高能状态转变为低能状态(这时体系会对外部做功或释放热量)，这就是所谓的能量判据。但是自动进行的自发反应不一定都是由高能状态到低能状态的过程，例如，硝酸铵溶于水。因而只使用能量判据来确定变化过程的方向是片面的。对具体反应需应用能量判据和熵判据综合进行分析，即凡是能够使体系能量降低、熵增大的方向就是化学反应容易进行的方向。7汽车尾气(含烃类、CO、NO与SO2等)是城市主要污染源之一，治理的办法之一是在汽车排气管上装催化转化器，它使NO与CO反应生成可参与大气生态循环的无毒气体，其反应原理是：2NO(g)2CO(g)=N2(g)2CO2(g)，在298 K、100
12、kPa下，H113 kJmol1，S145 Jmol1K1。下列说法中错误的是()A该反应中反应物总能量高于生成物的总能量B该反应常温下不能自发进行，因此需要高温和催化剂条件C该反应常温下能自发进行，高温和催化剂条件只是加快反应的速率D汽车尾气中的这两种气体会与人体血红蛋白结合而使人中毒思路点拨：解答本题要注意以下两点：(1)利用GHTS判断反应的方向。(2)注意反应发生的条件。答案B解析因为2NO(g)2CO(g)=N2(g)2CO2(g)，298 K时，H113 kJ/mol，S145 Jmol1K1，说明该反应为放热反应，且是熵减的反应，生成物的总能量低于反应物的总能量。常温时GHTS1
13、13 kJmol1298 K(145103 kJmol1K1)69.79 kJmol1p2，则此正反应为_(填“吸热”或“放热”)反应，也是一个气体分子数_(填“减少”或“增大”)的反应，由此判断，此反应自发进行，必须满足的条件是_。(2)在图象反应中，T1_T2(填“”、“T2，则该反应能否自发进行？答案(1)放热减少低温(2)放热(3)能自发进行解析本题涉及图象的分析及化学平衡的移动和反应进行的方向等知识点。反应中恒压下温度升高，(A)减小，即升高温度平衡向左移动，则正反应为放热反应，Hp2知恒定温度时压强越大，(A)越大，即增大压强平衡向右移动，说明此反应为气体分子数减少的反应(abc)
14、，即为熵减反应，ST2；温度越高，平衡时C的物质的量越小，即升高温度平衡向左移动，则正反应为放热反应，HT2，恒压下温度越高(A)越小，说明升高温度平衡向左移动，正反应为放热反应，H0，则HTS0，反应能自发进行。9已知，一个可逆反应，若正反应为自发过程，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)4HF(g)=SiF4(g)2H2O(g)H(2
15、98.15 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_。答案(1)小于大于(2)小于1 240 K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，HTS0，T980 K时，HTS0。(2)由题给信息，要使反应能自发进行，须有HTS0，即94.0 kJmol1T(75.8 Jmol1K1)103 kJJ10则T1.24103 K。10在298 K时，下列反应的H依次为：C2H5OH(l)3O2(g)=2CO2(g
16、)3H2O(l) H11 366.8 kJmol1C(石墨)O2(g)=CO2(g)H2393.5 kJmol1H2(g)1/2O2(g)=H2O(l)H3285.8 kJmol1乙醇(C2H5OH)、氢气、石墨和氧气的熵值分别为：1610 Jmol1K1、130.6 Jmol1K1、5.74 Jmol1K1、205.3 Jmol1K1，则298 K时，由单质生成1 mol乙醇的H、S及HTS分别为多少？答案277.6 kJmol1344.93 JmolL1K1174.8 kJmol1解析H2H23H3H12(393.5 kJmol1)3(285.8 kJmol1)(1 366.8 kJmol1)277.6 kJmol1S161.0 Jmol1K1 3130.6 Jmol1K1 25.74 Jmol1K1 1/2205.3 Jmol1K1344.93 J/(molK)GHTS277.6 kJmol1298 K(344.93103 kJmol1K1)174.8 kJmol1