1、化学反应的方向 教学目标1.证据推理与模型认知：了解判断化学反应进行方向的三个判据，构建判断化学反应自发性的思维模型。2.科学态度与社会责任：根据三个判据的发展过程，理解科学知识的曲折发展历程，增强对化学反应自发性研究重要意义的认识。 教学重难点重点：焓变和熵变对化学反应自发性的影响难点：自发和非自发过程的概念；熵的概念 教学过程【导入新课】【视频】如需使用此资源，请插入资源 “【情境素材】化学反应的方向”。【讲授新课】一、反应焓变、熵变与反应方向1.反应焓变与反应方向(1)自发反应：在一定条件(温度、压强)下，具有自动发生倾向的化学反应。(2)自发反应与吸热反应、放热反应的关系能自发进行的化
2、学反应多数是放热反应。有些吸热反应也能自发进行。举例：4Fe(OH)2(s)2H2O(l)O2(g)=4Fe(OH)3(s)H444.3 kJmol1NH4HCO3(s)CH3COOH(aq)=CO2(g)CH3COONH4(aq)H2O(l)H37.30 kJmol1上述反应均能自发进行。结论：不能仅用反应焓变来判断反应能否自发进行。2.反应熵变与反应方向(1)熵、熵变的概念(2)影响熵值大小的因素体系的熵值：体系的无序程度越大，体系的熵值就越大。纯物质的熵值纯物质熵值的大小与物质的种类、数量、聚集状态以及温度、压强等因素有关。例如对同一物质来说，S(g)S(l)S(s)。在同一条件下，不同
3、物质的熵不同。(3)熵变与反应方向熵增加有利于反应的自发进行。某些熵减小的反应在一定条件下也能自发进行。举例：C(s，石墨)H2O(g)=CO(g)H2(g)S133.8 Jmol1K12Al(s)Fe2O3(s)=Al2O3(s)2Fe(s)S39.4 Jmol1K1上述反应均能自发进行。结论：不能仅用反应熵变来判断反应能否自发进行。(1)放热反应一定能自发进行()(2)同种物质不同状态时熵值不同，气态时最大()(3)熵增加的反应一定能自发进行()(4)自发反应在任何条件下均可发生()(5)焓变与熵变均不是决定一个反应是否自发进行的唯一因素()答案(1)(2)(3)(4)(5)1已知以下五个
4、化学反应在常温下均能自发进行，2N2O5(g)=4NO2(g)O2(g)H56.7 kJmol12Na(s)Cl2(g)=2NaCl(s)H822 kJmol14Fe(s)3O2(g)=2Fe2O3(s)H1 648.4 kJmol1H2(g)F2(g)=2HF(g)H546.6 kJmol1(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)NH3(g)H74.9 kJmol1其中不能用焓变作为判断反应是否自发进行依据的是_(填序号)。答案2下列过程属于熵增加过程的是_(填序号)，判断的理由是_。硝酸铵固体溶于水水的汽化墨水在水中扩散氨气在空气中扩散答案这些过程均是无序程度增大的过程3观察下列两个
5、化学反应2H2O2(aq)=2H2O(l)O2(g)S57.2 Jmol1K1NH4HCO3(s)CH3COOH(aq)=CO2(g)CH3COONH4(aq)H2O(l)S184.0 Jmol1K1解释它们S0的原因：_。答案它们均产生气体，体系的无序程度增大4已知碳酸钙在常温下不能分解，但在高温下可以分解，观察碳酸钙分解在常温和高温下的焓变，CaCO3(s)=CaO(s)CO2(g)H(298 K)178.2 kJmol1H(1 200 K)176.5 kJmol1由此可见，对于焓变不大的_反应，反应能否自发进行，不仅与焓变、熵变有关，还与反应的_有关。答案吸热温度(1)一般产生气体或气体
6、物质的量增多的化学反应，体系的无序程度会增加，反应的熵值增加，有利于反应的自发进行。(2)H0，有利于反应自发进行，S0也有利于反应自发进行；不能只简单地用焓变和熵变中的一个来判断同一个化学反应的方向。二、用焓变与熵变综合判断反应方向1.化学反应方向的判据在一定条件下，一个化学反应能否自发进行，既与反应焓变有关，又与反应熵变有关。研究表明，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。HTS0反应正向不能自发进行。2.文字表述在等温、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HTS0的方向进行，直至达到平衡状态。3.反
7、应方向判据的相关规律(1)放热的熵增加反应一定能自发进行。(2)吸热的熵减小反应一定不能自发进行。(3)当反应的焓变和熵变的影响相反时，如果二者大小相差悬殊，某一因素可能占主导地位。常温下的放热反应，焓变对反应方向起决定性作用。常温下的吸热反应，熵变对反应方向起决定性作用。(4)如果反应的焓变和熵变的影响相反且相差不大时，温度可能对反应的方向起决定性作用。(1)H0，S0的反应在温度低时不能自发进行()(2)一定温度下NH4HCO3(g)=NH3(g)H2O(g)CO2(g)H185.57 kJmol1能自发进行，原因是体系有自发地向无序程度增加的方向转变的倾向()(3)一定温度下，反应MgC
8、l2(l) Mg(l)Cl2(g)的H0，S0()(4)反应NH3(g)HCl(g)=NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的H0()(5)反应CO2(g)C(s)=2CO(g)的S0，H0()答案(1)(2)(3)(4)(5)1反应的焓变、熵变随温度的变化较小，假设它们不随温度变化，根据下表数据，思考回答下列问题：化学反应H/ kJmol1S/ Jmol1K12H2O2(aq)=2H2O(l)O2(g)9857.2CO2(g)=C(s，石墨)O2(g)393.52.86HCl(g)NH3(g)=NH4Cl(s)176285CaCO3(s)=CaO(s)CO2(g)178.2169.6(
9、1)根据表中数据可知：反应在_温度下，_正向自发进行。答案任何都能(2)有人提出采用适当的催化剂，用热分解法分解CO2，以减少CO2的排放，你认为是否可行？阐述判断的理由。答案不可行，该反应为吸热、熵减的化学反应，在任何温度下都不能正向自发进行。(3)利用综合判据，计算反应能正向自发进行的温度范围。答案HTS0，则1760.285T0T617.5 K344.5 ，即低于344.5 时反应能正向自发进行。(4)利用综合判据，计算CaCO3分解的温度条件。答案CaCO3分解的条件是HTS0，代入数据，178.20.169 6T0解得T1 051 K778 ，即当温度高于778 时，CaCO3开始分
10、解。22NO(g)2CO(g)=N2(g)2CO2(g)在298 K、100 kPa下，该反应的H746.8 kJmol1、S197.5 Jmol1K1，在通常条件下，用上述化学反应处理汽车尾气是否具有可行性，阐述判断的理由。答案HTS746.8 kJmol1298 K(197.5 103)kJmol1K1687.9 kJmol10。该反应能自发进行，利用此反应解决汽车污染问题可行。(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，可以避开计算。(3)HTS0，只能说明反
11、应有发生的可能性，但它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，这是因为反应能否实际发生还涉及反应速率问题。如第2题中，清除汽车尾气，需要用贵金属做催化剂，才能有效地除去尾气中的NO(g)和CO(g)。【课堂小结】【课堂检测】1不能用焓判据解释的自发进行的反应过程是()A铁在潮湿空气中生锈B天然气的燃烧C铜在潮湿空气中产生铜绿DNH4Cl与Ba(OH)28H2O反应产生NH3答案D解析铁在潮湿空气中能自发产生铁锈、能量降低，是能用焓判据解释的自发过程；天然气燃烧生成CO2和水时放热、能量降低，是能用焓判据解释的自发过程；铜在潮湿空气中能自发产生铜绿，能量降低，是能用焓判据解释的自
12、发过程；NH4Cl与Ba(OH)28H2O反应产生NH3，可以产生结冰现象，是一个吸热的自发过程，不能用焓判据解释，故选D。2在图中A、B两个容器里，分别收集着两种作用不同的理想气体。若将中间活塞打开，两种气体分子立即充满了两个容器(如图)。关于此过程下列说法不正确的是()A此过程是体系从混乱程度小向混乱程度大变化的过程，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此过程是自发可逆的答案D解析由题意可知，此过程为不伴随能量变化的自发过程，是体系混乱程度增大的过程。而自发过程是不可逆的。3下列说法正确的是()A反应2NO2(g)=N2O4(l)的S
13、0BH0，S0的反应在温度低时不能自发进行C因为焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓变或熵变均可以单独作为反应自发性的判据D反应NH4HCO3(g)=NH3(g)H2O(g)CO2(g) H185.57 kJmol1能自发进行，原因是熵增效应大于焓增效应答案D解析由气体转化为液体，体系混乱度减小，S0，A项错误；H0、S0的反应在任何温度下均可自发进行，B项错误；分别用焓判据、熵判据判定同一个反应的自发性，可能会出现相反的判断结果，二者均不能单独作为反应的自发性判据，C项错误；该反应是吸热反应，根据焓判据是不能判断反应是自发进行的，说明该反应之所以能够自发进行是由于熵增效应，并且熵增效应大于
14、焓增效应，D项正确。4(2019浙江十校联合体联考)某反应2AB(g) C(g)3D(g)在高温时能自发进行，其逆反应在低温时能自发进行，则该反应的正反应的H、S应为()AH0、S0 BH0、S0CH0、S0 DH0、S0答案C解析由GHTS0能自发知，高温自发，低温不自发的为H0、S0。5根据所学知识和已有生活经验，分析以下反应在给定温度下能否正向自发进行，将这些反应的焓变和熵变“0”或“0”填入表格。化学反应正向是否自发HS常温Zn(s)2HCl(aq)=ZnCl2(aq)H2(g)常温6CO2(g)6H2O(l)=C6H12O6(s)6O2(g)00常温NH3(g)HCl(g)=NH4Cl(s)常温C(s)CO2(g)=2CO(g)答案化学反应正向是否自发HS常温Zn(s)2HCl(aq)=ZnCl2(aq)H2(g)自发00常温6CO2(g)6H2O(l)=C6H12O6(s)6O2(g)非自发00常温NH3(g)HCl(g)=NH4Cl(s)自发00常温C(s)CO2(g)=2CO(g)非自发00 9 / 9
