1、第1节 化学反应的方向学业要求 素养对接 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。模型认知：能从焓变和熵变的角度认识反应的方向。知 识 梳 理 知识点一、反应焓变与反应方向 1.自发过程(1)含义：在温度和压强一定的条件下，不借助光、电等_就能_的过程。外力自动进行(2)特点：体系趋向于从_状态转变为_状态(体系对外部_或者_热量)。在密闭条件下，体系有从_自发转变为_的倾向。(3)自然界中的自发过程：自然界中的水由高处往低处流。日常生活中，气温升高，冰雪自动融化。铁器暴露于潮湿的空气中会生锈。高能低能做功释放有序无序2.反应焓变与反应方向的关系(1)能自发进行的化学
2、反应多数是H_0的反应。(2)有些H0的反应也能自发进行。结论：反应焓变与反应能否自发进行有关，但_决定反应能否自发进行的唯一因素。越大2.反应熵变(1)概念：_与_之差。(2)计算式：S_。(3)正负判断依据 物质由固态到液态、由液态到气态或由固态到气态的过程，S_0，是熵_的过程。气体体积增大的反应，熵变通常都是S_0，是熵_的反应。气体体积减小的反应，熵变通常都是S_0，是熵_的反应。反应产物总熵反应物总熵S(反应产物)S(反应物)增加增加减小3.熵变与反应方向(1)熵_有利于反应的自发进行。(2)某些熵_的反应在一定条件下也能自发进行。结论：反应熵变是与反应能否自发进行有关的一个因素，
3、但_唯一因素。增加减小不是知识点三、焓变与熵变对反应方向的共同影响 1.反应方向的判据2.文字表述(1)HTS_0 反应能自发进行。(2)HTS0 反应达到平衡状态。(3)HTS_0 反应不能自发进行。在_、_一定的条件下，自发反应总是向HTS_的方向进行，直至达到_状态。温度压强0()自 我 检 测 2.下列关于焓变和熵变的说法正确的是()A.化学反应的焓变与反应的方向有关，化学反应的熵变与反应的方向无关 B.化学反应的焓变直接决定了化学反应的方向，化学反应的熵变不能决定化学反应的方向 C.焓变为负的反应都能自发进行，熵变为正的反应也都能自发进行 D.化学反应的焓变和熵变都不是决定化学反应能
4、否自发进行的唯一因素 解析 一个反应的HTS0”或“0(2)0(3)0(4)0 学习任务一、化学反应进行方向的判断方法【交流思考】自然界中的水总是从高处流向低处；室温下，冰块会自动融化，这些都是自发的过程，那么，对于一个化学反应能不能自发进行呢？用什么来判断一个化学反应能否自发进行？提示 略【名师点拨】1.利用化学反应原理判断的几种方法(1)相对强酸(碱)生成相对弱酸(碱)。(2)氧化性强还原性强的物质反应向氧化性弱还原性弱的物质的转化。(3)不稳定性物质向稳定性物质的转化。(4)符合复分解反应条件下的溶液中的反应。2.用焓变和熵变判断反应的方向 判断一定温度、压强条件下反应的方向时，应同时考
5、虑焓变与熵变两个因素，用HTS作为判据。在温度、压强一定的条件下，自发反应总是向HTS0，表明反应不能自发进行。【典例1】下列反应在任意温度下一定能自发进行的是_(填序号)。2NaCl=通电 2NaCl22KClO3(s)=2KCl(s)3O2(g)H78.03 kJ mol1 CaCO3(s)=CaO(s)CO2(g)H178.2 kJ mol1 4Fe(OH)2(s)2H2O(l)O2(g)=4Fe(OH)3(s)H444.3 kJ mol1CO(g)=C(s，石墨)12O2(g)H110.5 kJ mol1 答案 解析 反应需要通电才能进行，故该反应为非自发反应；H0，任意温度下都有 H
6、TS0，S0，在高温下(THS)时，HTS0，反应能自发进行，THS时反应不能自发进行；H0，S0，在低温下(THS)时，HTS0，S0，该反应任意温度下都不能自发反应。变式训练1 下列说法中正确的是()A.能自发进行的反应一定能迅速发生反应B.非自发进行的反应一定不可能发生反应C.能自发进行的反应实际可能没有发生反应D.常温下，2H2O=电解 2H2O2，即常温下水的分解反应是自发反应 解析 HTS这个判据指的是在温度、压强一定的条件下，化学反应自动发生的趋势，即反应发生的可能性，它并不能说明在该条件下一个可能自发进行的化学反应能否实际发生，因为化学反应能否实际发生还涉及到反应速率问题，所以
7、A不正确；非自发不含有“不可能”之意。例如，水的分解在常温常压下是非自发的，但在通直流电条件下，电解生成氢气和氧气，只不过消耗了其他能量，所以选项B不正确；水在常温常压下通电才发生分解，即借助于外力才能使它发生，所以是非自发反应，所以D不正确。答案 C 学习任务二、化学反应的方向与HTS的关系【合作交流】合成氨反应是一个可逆反应：N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92.2 kJmol1，S198.2 Jmol1K1。(1)请你根据正反应的焓变分析 298 K 下合成氨反应能否自发进行？(2)请你根据正反应的熵变分析 298 K 下合成氨反应能否自发进行？(3)请你根据正反应的焓变和熵变分析
8、 298 K 下合成氨反应能否自发进行？提示(1)能。正反应为放热反应，由高能状态到低能状态，可自发进行。(2)不能。正反应为气体体积减小的反应，S0，混乱度减小，不能自发。(3)能。GHTS92.2 kJmol1298 K(198.2)103 kJmol1，K133.136 4 kJmol10，反应在298 K时可以自发向正反应方向进行。【名师点拨】1.若H0，即放热的熵增加的反应，所有温度下，反应一定能自发进行。2.若H0、S0，即吸热的熵减小的反应，所有温度下，反应一定不能自发进行。3.若H0、S0、S0，即吸热和熵增加的反应，高温下反应能自发进行。【关键提醒】1.当焓变和熵变的作用相反
9、且二者大小相差悬殊时，其中的某一因素占主导地位。2.当焓变和熵变的作用相反且二者相差不大时，温度对反应方向起决定作用。例如：有些反应常温下不能自发进行，在高温下能自发进行；有些反应高温下不能自发进行，在低温下能自发进行。【典 例 2】已 知 甲 烷 隔 绝 空 气 在 不 同 温 度 下 有 可 能 发 生 如 下 两 个 反 应：CH4(g)=C(s)2H2(g)，2CH4(g)=C2H2(g)3H2(g)。某同学为了得到用天然气制取炭黑的允许温度范围和最佳温度，在图书馆查到了如下热力学数据：的H(298 K)74.848 kJ mol1，S(298 K)80.674 J mol1K1 的H
10、(298 K)376.426 kJ mol1，S(298 K)220.211 J mol1K1 已知焓变和熵变随温度变化很小。请帮助这位同学考虑如下问题：(1)判断反应高温自发还是低温自发：_(填“高温”或“低温”)。(2)通过计算判断反应在常温下能否自发进行_。(3)求算制取炭黑的允许温度范围_。(4)为了提高甲烷的碳化程度，你认为下面四个温度中最合适的是_(填字母编号)。A.905.2 KB.927 KC.1 273 KD.2 000 K 解析(1)反应的 HTS0，S0，所以该反应自发进行所需要的温度条件为 THS376.426 kJmol1220.211103 kJmol1K11 70
11、9.4K。所以反应应在高温下才能自发进行。(2)反应在常温下时，HTS74.848 kJ mol180.674103 kJ mol1K1298 K50.807 kJ mol10，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 kJ mol180.674103kJ mol1K1T927.8 K，即裂解为炭黑的最低温度为 927.8 K。裂解为乙炔时，HTS376.426 kJ mol1220.211103 J mol1K1T1 709.4 K，即温度高于 1 709.4 K 自发裂解为乙炔和氢气。所以要制取炭黑，温度须控制在 927.81 709.4 K。(4)为
12、了提高甲烷的碳化程度，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)927.81 709.4 K(4)C 变式训练2 灰锡结构松散，不能用于制造器皿；而白锡结构坚固，可以制造器皿。现把白锡制造的器皿放在0、100 kPa的室内存放，它会变成灰锡而不能继续使用(已知在0、100 kPa条件下白锡转化为灰锡的反应，焓变和熵变分别为H2 180.9 Jmol1；S6.61 Jmol1K1)()A.会变 B.不会变 C.不能确定 D.升高温度才会变 解析 在等温、等压条件下，自发反应总是向着HTS0的方向进行，直至达到平衡状态。因此，在0、100 kPa条件下，白锡会不会变为灰锡的问题就转化为求算反应白锡灰锡的HTS的问题HTS2 180.9 Jmol1273 K(6.61 Jmol1K1)376.37 kJmol10，因此在该条件下白锡会变为灰锡。答案 A