1、第1节化学反应的方向基础课时8化学反应的方向学习任务1.通过对日常生活中自发进行的过程的认知，知道化学反应是有方向的，知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关。培养宏观辨识与微观探析的化学核心素养。2认识焓判据和熵判据的局限性，会用HTS判断反应正向自发进行的趋势。培养科学探究与创新意识的化学核心素养。一、反应焓变与反应方向1自发过程与自发反应自发过程自发反应含义在一定条件下，不借助外部力量就能自发进行的过程在给定的条件下，可以自发进行到显著程度的化学反应特征具有方向性，即过程的某个方向在一定条件下自发进行，而该过程逆方向在该条件下肯定不能自发进行举例高山流水，自由落体，冰雪融化钢铁生锈应用(
2、1)可被用来完成有用功。如H2燃烧可设计成原电池(2)非自发过程要想发生，必须对它做功。如通电将水分解为H2和O22.反应焓变与反应方向的关系(1)多数能自发进行的化学反应是H0的反应也能自发进行。(3)不能仅用反应焓变来判断反应能否自发进行。(正确的打“”，错误的打“”)(1)焓变H0的反应，一定不能自发进行。()(2)能够自发进行的反应不一定都是放热反应。()提示：(1)有些吸热反应在一定条件下也能自发进行。(2)有些吸热反应也能够自发进行。二、反应熵变与反应方向1熵(1)概念：描述体系无序程度的一个物理量，符号为S，单位是Jmol1K1。(2)特点：体系无序程度越大，体系的熵值就越大。(
3、3)影响因素同一物质：S(高温)S(低温)，S(g)S(l)S(s)。不同物质：相同条件下不同物质具有不同的熵值，分子结构越复杂，熵值越大。S(混合物)S(纯净物)。2反应熵变3反应熵变与反应方向(1)二者关系(2)结论：不能仅用反应熵变来判断反应能否自发进行。微点拨：熵变正负的判断(1)物质由固态到液态、由液态到气态或由固态到气态的过程，熵变为正值，是熵增加的过程。(2)气体体积增大的反应，熵变通常都是正值，是熵增加的反应。(3)气体体积减小的反应，熵变通常都是负值，是熵减小的反应。(正确的打“”，错误的打“”)(1)O2转化变为O3时，熵增加。()(2)同种物质气态时熵值最大。()提示(1
4、)O2转化变为O3的化学方程式为3O2=2O3，气体的体积减小，故体系的熵减少。(2)同种物质的三态的熵大小顺序为气态液态固态。化肥碳铵(NH4HCO3)可以促进植物茎叶茂盛、叶色浓绿。碳铵(NH4HCO3)在室温下就能自发地分解产生氨气，从熵变的角度分析原因。提示：碳铵(NH4HCO3)分解的化学方程式为NH4HCO3=NH3CO2H2O，这是一个气体体积增大的化学反应，因此是一个熵增过程，而熵增有利于反应的自发进行。三、用焓变与熵变综合判断反应方向1综合判断在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下，化学反应的方向可以用反应的焓变和熵变来综合判断，判据为HTS。(1)判断方法(2)文字
5、表述在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下，自发反应总是向着HTS0的方向进行，直至达到平衡状态。2用GHTS判断反应自发进行的可能性化学反应H/(kJmol1)S/(Jmol1K1)G的大小(与0比较)能否正向自发进行2KClO3(s)=2KCl(s)3O2(g)78.03494.4G一定小于0任何温度下都能正向自发进行CO(g)=C(s，石墨)O2(g)110.589.4G一定大于0任何温度下都不能正向自发进行4Fe(OH)2(s)2H2O(l)O2(g)=4Fe(OH)3(s)444.3280.1低温时G0低温下能正向自发进行CaCO3(s)=CaO(s)CO2(g)178.21
6、69.6高温时G0高温下能正向自发进行注：假设反应的焓变、熵变不随温度的改变而变化。3HTS判据的局限性(1)只能用于判断等温、等压条件下的反应，不能用于判断其他条件(如等温、等容)下的反应。(2)只能用于判断等温、等压及除了体积功以外不做其他功条件下反应正向自发进行的趋势，并不能说明在该条件下可能正向自发进行的反应能否实际发生。微点拨：在H和S确定的情况下，温度有可能对反应的方向起决定作用。(正确的打“”，错误的打“”)(1)自发反应一定很容易发生。()(2)合成氨反应N23H22NH3H0，高温有利于其自发进行。()(3)能自发进行的反应不一定真的能发生。()提示：(1)反应的自发进行与反
7、应能否容易发生没有必然的联系。(2)此反应气体的体积减小，即S0，而此反应H0，故要使HTS0成立，T应较小，即低温有利于反应的进行。(3)反应的自发性只是表明反应进行的趋势，至于能否发生取决于反应的条件等诸多因素。化学反应方向的判断1在冶金工业中，常以焦炭(C)作为还原剂。(1)已知298 K下反应2Al2O3(s)3C(s)=4Al(s)3CO2(g)H2 171.0 kJmol1，S635.5 Jmol1K1，判断此反应在20 下能否自发进行，并计算此反应自发进行的最低温度。(2)用焦炭作还原剂冶炼金属锡的反应方程式为SnO2(s)2C(s)=Sn(s)2CO(g)，反应过程中能量的变化
8、如图所示。判断此反应是在低温下还是在高温下自发进行？提示：(1)在20 时HTS217 1.0 kJmol10.6 355 kJmol1K1293 K1 984.8 kJmol10，因此在20 下此反应不能自发进行。若要使本反应自发进行，需使HTS0；根据方程式可知正反应是气体体积增大的反应，所以S0，所以要使HTS0，需要较高的温度。2超音速飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2，化学方程式为2NO2CO2CO2N2。已知反应在常温下能够自发进行，判断此反应是放热反应还是吸热反应。提示：放热反应。因为此反应常温下能够自发
9、进行，即在常温下HTS0，此反应为气体体积减小的反应，即反应的S0，所以该反应常温下不能自发进行。(3)裂解为炭黑和H2时，HTS74.848 kJmol180.674103 kJmol1K1T0，得T927.8 K，即裂解为炭黑的最低温度为927.8 K。裂解为乙炔时，HTS376.42 6 kJmol1220.211103 kJmol1K1T1 709.4 K，即温度高于1 709.4 K时自发裂解为乙炔和氢气。所以要制取炭黑，温度须控制为927.8 KT1 709.4 K。(4)为了提高甲烷的炭化程度，应满足两方面要求：温度应控制在927.81 709.4 K；温度越高，HTS越小，越有
10、利于自发进行，所以选用1 273 K最好。答案(1)高温(2)不能自发进行(3)927.8 KT1 709.4 K(4)C1下列反应中，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)CH3COONH4(aq)H2O(l)H37.301 kJmo
11、l1S184.05 Jmol1K1BA项为放热的熵增加反应，在任何温度下都有HTS0，因此该反应一定能自发进行；B项为吸热的熵减小反应，在任何温度下都有HTS0，故该反应一定不能自发进行；C项为放热的熵减小反应，在低温时可能有HTS0，因此该反应在低温下能自发进行；D项为吸热的熵增加反应，在高温时可能有HTS0，因此该反应在高温下能自发进行。2已知，凡是气体分子总数增多的反应一定是熵增大的反应。根据所学知识判断，下列反应中，在较高温度下才能自发进行的是()A2O3(g)=3O2(g)H0B2CO(g)=2C(s)O2(g)H0CN2(g)3H2(g)2NH3(g)H0DCaCO3(s)=CaO
12、(s)CO2(g)H0DA项，该反应的H0，任何温度下都能满足HTS0，根据热化学方程式可知S0，反应都不能自发进行，故B不符合题意；C项，该反应的H0，根据热化学方程式可知S0，则在较低温度下，可满足HTS0，根据热化学方程式可知S0，所以在较高温度下，可满足HTS0，反应可自发进行，故D符合题意。(1)在利用HTS作为判据判断反应方向时，给出H的单位通常为kJmol1，S的单位通常是Jmol1K1，进行计算时应将二者的单位统一。(2)利用H、S的符号和HTS进行推理，可以减少计算量。1以下说法中正确的是()AH0的反应均是自发反应BS为负值的反应均不能自发进行C冰在室温下自动融化成水，是熵
13、增的重要结果D高锰酸钾加热分解是一个熵减小的过程CA项，H0(放热)的反应有的是非自发反应，如合成氨；B项，S为负值(熵减小)的反应有的也能自发进行，如NH3HCl=NH4Cl；C项、D项都是体系无序程度增大的过程，都属于熵增加的过程。2下列反应的自发性可用焓变来解释的是()A氢氧化钡与氯化铵反应B2N2O5(g)=4NO2(g)O2(g)H56.7 kJmol1C(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)NH3(g)H74.9 kJmol1D2H2(g)O2(g)=2H2O(l)H571.6 kJmol1D焓变可以用来解释放热过程的自发性，A、B、C三项中的反应均为吸热反应，因此反应的自
14、发性不能用焓变来解释。3某反应：AB=C在室温下能自发进行，在高温下不能自发进行，对该反应过程H、S的判断正确的是()AH0、S0BH0、S0CH0、S0 DH0、S0A由GHTS0反应自发进行知：H0、S0的反应在低温时自发进行；H0、S0的反应一定不能自发进行；H0、S0的反应一定能自发进行；H0、S0的反应在高温时自发进行。4下列有关化学反应方向及其判据的说法中错误的是()A1 mol H2O在不同状态时的熵值：SH2O(s)0，反应能否自发进行与温度有关D常温下，反应C(s)CO2(g)=2CO(g)不能自发进行，则该反应的H0B相同物质的量的同种物质在不同状态下的熵值，固态最小，气态最大，所以1 mol H2O 在不同状态时的熵值SH2O(s)0，反应能否自发进行与温度有关，因为S0，在高温下可以自发进行，C正确；常温下，反应C(s)CO2(g)=2CO(g)不能自发进行，因为其S0具备自发进行的条件，若其H0，D正确。
