化學(xué)反應(yīng)的方向【核心素養(yǎng)提升+備課精講精研】高二上學(xué)期化學(xué)魯科版（2019）選擇性必修1

化學(xué)反應(yīng)的方向、限度與速率第2章第2章第1節(jié)化學(xué)反應(yīng)的方向核心素養(yǎng)發(fā)展目標(biāo)1.證據(jù)推理與模型認(rèn)知：了解判斷化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的三個(gè)判據(jù)，構(gòu)建判斷化學(xué)反應(yīng)自發(fā)性的思維模型。2.科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任：根據(jù)三個(gè)判據(jù)的發(fā)展過(guò)程，理解科學(xué)知識(shí)的曲折發(fā)展歷程，增強(qiáng)對(duì)化學(xué)反應(yīng)自發(fā)性研究重要意義的認(rèn)識(shí)。常見(jiàn)的自發(fā)過(guò)程問(wèn)題?引入在等溫、等壓條件下，不借助光、電等外部力量就能自動(dòng)進(jìn)行的過(guò)程為自發(fā)過(guò)程。

汽車尾氣中主要污染物是NO和CO，它們是現(xiàn)代城市中的重要大氣污染物。

為了減輕大氣污染，人們提出通過(guò)以下反應(yīng)來(lái)處理汽車尾氣的想法。2NO(g)+2CO(g)===

N2(g)+2CO2(g)你能否判斷這一方案是否可行？理論依據(jù)是什么？聯(lián)想?質(zhì)疑一.反應(yīng)焓變與反應(yīng)方向觀察以下能自發(fā)進(jìn)行的熱化學(xué)方程式，體會(huì)并總結(jié)這些自發(fā)反應(yīng)的共同點(diǎn)是什么?2H2O2(aq)===O2(g)+2H2O(l)ΔH=－189.3kJ·mol-12Na(s)+Cl2(g)===2NaCl(s)

ΔH=－822kJ·mol-1H2(g)+F2(g)===2HF(g)ΔH=－546.6kJ·mol-119世紀(jì)，一些化學(xué)家曾認(rèn)為決定化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的因素是反應(yīng)熱：放熱反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)行，而吸熱反應(yīng)則不能自發(fā)進(jìn)行。你同意這種觀點(diǎn)嗎？請(qǐng)舉例說(shuō)明。NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)

===CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l)ΔH=+37.30

kJ·mol-1

(例：2N2O5(g)===4NO2(g)+O2

(g)

；(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)+NH3(g)

ΔH>0)一.反應(yīng)焓變與反應(yīng)方向有不少吸熱反應(yīng)也能自發(fā)進(jìn)行。有一些焓變不大的吸熱反應(yīng)，在室溫下不能自發(fā)進(jìn)行，但是在高溫條件下其焓變并沒(méi)有顯著減小，但反應(yīng)卻能自發(fā)進(jìn)行。CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g)ΔH(298K)=+178.2

kJ·mol-1

ΔH(1200K)=+176.5kJ·mol-1一.反應(yīng)焓變與反應(yīng)方向結(jié)論：

ΔH

<0有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，但自發(fā)反應(yīng)不一定要ΔH

<0焓變只是反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的一個(gè)因素，但不是唯一因素。只根據(jù)焓變來(lái)判斷反應(yīng)方向是不全面的。歸納總結(jié)二.反應(yīng)熵變與反應(yīng)方向固體硝酸銨、氫氧化鈉、氯化鈉和蔗糖都能溶于水，是什么因素決定它們的溶解過(guò)程能自發(fā)進(jìn)行？硝酸銨的溶解氫氧化鈉的溶解蔗糖的溶解氯化鈉的溶解ΔH>0ΔH<0焓變微乎其微是熱效應(yīng)嗎？顯然決定因素不是熱效應(yīng)二.反應(yīng)熵變與反應(yīng)方向固體溶解過(guò)程的一個(gè)共同點(diǎn)是固體中整齊排列的離子或分子進(jìn)入溶劑，溶質(zhì)的離子或分子由有序變?yōu)闊o(wú)序，形成均勻溶液。這一過(guò)程中體系的有序程度降低，無(wú)序程度增大。歸納總結(jié)二.反應(yīng)熵變與反應(yīng)方向用什么物理量來(lái)描述體系的無(wú)序程度？有序混亂二.反應(yīng)熵變與反應(yīng)方向1.熵：用來(lái)度量體系混亂程度的物理量。2.符號(hào)：S

單位：J·mol-1·K-13.體系混亂度越大，熵值越大。

純物質(zhì)的熵值的大小與物質(zhì)的種類、數(shù)量、聚集狀態(tài)以及溫度、壓強(qiáng)等因素有關(guān)。例如，同一條件下，不同物質(zhì)的熵不同；同一物質(zhì)，S(g)>S(l)>S(s)。二.反應(yīng)熵變與反應(yīng)方向4.熵變(ΔS)和熵增原理常見(jiàn)熵ΔS>0

增加的物理過(guò)程固體的溶解水的汽化墨水在水中的擴(kuò)散氣體的擴(kuò)散化學(xué)反應(yīng)存在著熵變（ΔS）ΔS=反應(yīng)產(chǎn)物的總熵－反應(yīng)物的總熵對(duì)于確定的化學(xué)反應(yīng)，在一定條件下具有確定的熵變。ΔS>0反應(yīng)體系混亂度增大ΔS<0反應(yīng)體系混亂度減小二.反應(yīng)熵變與反應(yīng)方向思考：下述過(guò)程的方向性，體會(huì)熵變與反應(yīng)的自發(fā)性有何關(guān)系?2H2O2(aq)===2H2O(l)+O2(g)

ΔS=+57.2J·mol-1·K-1NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)===CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l)ΔS=+184.0J·mol-1·K-1

熵增加的反應(yīng)，在常溫、常壓下可以自發(fā)進(jìn)行CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g)

ΔS=+169.6J·mol-1·K-1C(s,石墨)+H2O(g)===CO(g)+H2(g)ΔS=+133.8J·mol-1·K-1

熵增加的反應(yīng)，在常溫、常壓下不能自發(fā)進(jìn)行，但在較高溫度下可以自發(fā)進(jìn)行。2Al(s)+Fe2O3(s)===Al2O3(s)+2Fe(s)

ΔS=－39.4J·mol-1·K-1熵減少的反應(yīng)，在一定條件下也可以自發(fā)進(jìn)行二.反應(yīng)熵變與反應(yīng)方向歸納總結(jié)ΔS＞0的反應(yīng)，其數(shù)值越大越有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，但不絕對(duì)，熵減小的反應(yīng)也有能自發(fā)進(jìn)行的。反應(yīng)熵變是制約化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的因素之一，也不是唯一的因素。三.用焓變與熵變綜合判斷反應(yīng)方向1.分析下列過(guò)程的焓變、熵變與反應(yīng)方向

焓變熵變能否自發(fā)(1)NH3(g)+HCl(g)===

NH4Cl(s)(2)NH4Cl(s)===NH3(g)+HCl(g)(3)NH4Cl(s)===

NH3(g)+HCl(g)加熱反應(yīng)能否自發(fā)還與溫度有關(guān)﹤0<0能>0>0不能>0>0能交流討論三.用焓變與熵變綜合判斷反應(yīng)方向交流討論放熱熵增吸熱熵增ΔS=+169.6J·mol-1·K-1(2)CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g)ΔH=+178.2kJ·mol-1ΔH=－57.3kJ·mol-1自發(fā)高溫自發(fā)，低溫不自發(fā)(1)H+(aq)+OH-(aq)===H2O

(l)ΔS=+80.7J·mol-1·K-12.分析下列過(guò)程的焓變、熵變與反應(yīng)方向三.用焓變與熵變綜合判斷反應(yīng)方向研究表明，在等溫、等壓及除了體積功以外不做其他功的條件下，化學(xué)反應(yīng)的方向可以用反應(yīng)的焓變和熵變來(lái)綜合判斷，判據(jù)為ΔH

－TΔS。在等溫、等壓及除了體積功以外不做其他功的條件下，自發(fā)反應(yīng)總是向著ΔH－TΔS<0的方向進(jìn)行，直到達(dá)到平衡狀態(tài)。該判據(jù)指出的是化學(xué)反應(yīng)正向進(jìn)行的趨勢(shì)。ΔH

－

TΔS<0反應(yīng)正向能自發(fā)進(jìn)行ΔH

－TΔS=0反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)ΔH－TΔS

>

0反應(yīng)正向不能自發(fā)進(jìn)行拓展?視野

吉布斯自由能（符號(hào)G）的定義式為G=H

－

TS。ΔG為反應(yīng)的吉布斯自由能變?chǔ)＝ΔH－TΔS，表示的是一個(gè)封閉體系在等溫、等壓條件下做最大非體積功的能力。在等溫、等壓及除了體積功以外不做其他功的條件下，反應(yīng)的方向可依據(jù)ΔG來(lái)判斷。在以上條件下，自發(fā)反應(yīng)總是朝著吉布斯自由能減小的方向進(jìn)行，直至達(dá)到平衡狀態(tài)。ΔG<0，反應(yīng)正向能自發(fā)進(jìn)行ΔG=0，反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)ΔG>0，反應(yīng)正向不能自發(fā)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)ΔHΔS能否正向自發(fā)進(jìn)行2KClO3(s)===2KCl(s)+3O2(g)－78.03kJ·mol－1

+494.4J·mol-1·K-1CO(g)===C(s,石墨)+O2(g)+110.5kJ·mol－1

－89.4J·mol-1·K-14Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)===

4Fe(OH)3(s)－444.3kJ·mol－1－280.1J·mol-1·K-1CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g)+178.2kJ·mol－1+169.6J·mol-1·K-1請(qǐng)判斷下列反應(yīng)是否能夠自發(fā)進(jìn)行。放熱熵增加一定能正向自發(fā)進(jìn)行吸熱熵減小一定不能正向進(jìn)行任何溫度下都能正向自發(fā)進(jìn)行任何溫度下都不能正向自發(fā)進(jìn)行低溫下能正向自發(fā)進(jìn)行高溫下能正向自發(fā)進(jìn)行測(cè)當(dāng)堂測(cè)試追根?尋源為了減輕大氣污染，人們提出通過(guò)以下反應(yīng)來(lái)處理汽車尾氣的想法。2NO(g)+2CO(g)===

N2(g)+2CO2(g)已知在298K、100kPa下，ΔH＝－746.8kJ·mol－1，ΔS＝－197.5J·mol－1·K－1。ΔH－TΔS＝－746.8kJ·mol－1－298K×(－197.5×10－3kJ·mol－1