苏教版选修4 化学反应原理第二单元 化学反应的方向和限度第1课时随堂练习题

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

目标与素养：1.了解自发过程和化学反应的自发性。(宏观辨识与微观探析)2.知道焓判据、熵判据的涵义，会用焓变和熵变判断反应进行的方向。(宏观辨识与微观探析)

一、反应焓变与反应方向

1．根据是否有外力作用，过程可分为自发过程和非自发过程。自发过程是在一定条件下，不借助外力而自发进行的过程。

自发过程具有的特点：

(1)体系趋向于从能量较高状态转变为能量较低状态(体系对外部做功或者释放热量)。

(2)在密闭条件下，体系有从有序自发转变为无序的倾向。

2．化学反应的自发性与反应焓变的关系

(1)放热反应：绝大多数都能自发进行，且反应放出的热量越多，体系能量降低得越多，反应越完全。

(2)吸热反应：有些也能自发进行。

(3)结论：反应的焓变是制约化学反应能否自发进行的因素之一。

微点拨：(1)非自发反应在一定条件下也能够进行。

(2)自发反应只说明了反应的方向性，不能说明反应实际是否发生，也不能说明反应的快慢。

二、反应熵变与反应方向

1．熵

(1)概念：衡量体系混乱度的物理量，其符号为S，单位为J·mol－1·K－1。

(2)特点：混乱度越大，体系越无序，体系的熵值就越大。

(3)影响因素

①同一物质：S(高温)＞S(低温)；S(g)＞S(l)＞S(s)。

②相同条件下的不同物质：分子结构越复杂，熵值越大。

③S(混合物)＞S(纯净物)。

2．熵变

(1)概念：反应产物总熵与反应物总熵之差。

(2)计算式：ΔS＝S(反应产物)－S(反应物)。

(3)正负判断依据

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，ΔS＞0，是熵增加的过程。

②气体体积增大的反应，熵变通常都是ΔS＞0，是熵增加的反应。

③气体体积减小的反应，熵变通常都是ΔS＜0，是熵减小的反应。

3．熵变与反应方向

(1)含义：大多数自发反应有趋向于体系混乱度增大的倾向，导致体系的熵增大。

(2)规律：大多数熵增加的反应都能自发进行。

(3)局限性：少数熵减少的反应在一定条件下也可以自发进行，如－10 ℃的液态水自动结冰、NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)。

(4)结论：熵变是影响反应自发进行的因素之一，但不是唯一因素。

　熵增加的反应在常温、常压下一定能自发进行吗？而熵减小的反应是不是一定不能自发进行？试举例说明。

提示：不一定。碳酸钙分解为氧化钙和二氧化碳是熵增加的反应，但该反应需要高温才能自发进行。氯化氢与氨的化合反应是熵减小的反应，但该反应可以自发进行。

三、焓变与熵变对反应方向的共同影响

体系能量降低和混乱度增大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)ΔH<0、ΔS>0，则反应一定能自发进行；

(2)ΔH>0、ΔS<0，则反应一定不能自发进行；

(3)ΔH<0、ΔS<0或ΔH>0，ΔS>0，反应可能自发进行，也可能不自发进行，与反应的温度有关。

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。

(1)能够自发进行的反应一定容易发生，也一定能反应完全。 (　　)

(2)C(s)＋CO2(g)===2CO(g)，室温下不能自发进行，说明该反应的ΔH＞0。  (　　)

(3)一定条件下能正向自发进行的反应，其逆向必定不能自发进行。 (　　)

(4)对于ΔS＞0的反应，若在任何温度下均能自发进行说明ΔH＞0。 (　　)

答案：(1)×　(2)√　(3)√　(4)×

2．下列关于判断反应的方向的说法正确的是(　　)

A．所有自发进行的化学反应都是放热反应

B．自发反应在任何条件下都能发生

C．由焓判据和熵判据组合而成的复合判据，将更适合于所有的反应

D．同一物质的固、液、气三种状态的熵值相同

C　[焓判据与熵判据都不能单独作为反应自发性的判据，二者组合而成的复合判据，更适合于所有的反应，A项错误，C项正确；在一定条件下能自发进行的反应，改变条件可能不能自发进行，B项错误；同一物质S(s)＜S(l)＜S(g)，D项错误。]

3．(1)少量蔗糖溶解于水中，ΔS________0(填“>”或“<”，下同)。

(2)纯碳和氧气反应生成CO(g)，ΔS________0。

(3)液态水蒸发变成水蒸气，ΔS________0。

答案：(1)＞　(2)＞　(3)＞

1.焓变和熵变都与反应自发性有关，又都不能独立地作为反应自发性的判据，要判断反应进行的方向，必须综合考虑体系的焓变和熵变。可以利用以下公式进行判断，ΔH－TΔS。

ΔH－TΔS<0，反应能自发进行；

ΔH－TΔS＝0，反应达到平衡状态；

ΔH－TΔS＞0，反应不能自发进行。

2．四象限

【例】　下列反应在任意温度下一定能自发进行的是______(填序号)。

(1)2NaCl2Na＋Cl2↑

(2)2KClO3(s)===2KCl(s)＋3O2(g)

ΔH＝－78.03 kJ·mol－1

(3)CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)

ΔH＝178.2 kJ·mol－1

(4)4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)===4Fe(OH)3(s)

ΔH＝－444.3 kJ·mol－1

(5)CO(g)===C(s，石墨)＋O2(g)

ΔH＝110.5 kJ·mol－1

解析：(1)反应需要通电才能进行，故该反应为非自发反应。(2)ΔH＜0、ΔS＞0，任意温度下都有ΔH－TΔS＜0，故该反应任意温度下都能自发进行。(3)ΔH＞0、ΔS＞0，在高温下(T＞)时，ΔH－TΔS＜0，反应能自发进行；而低温下(T＜)时，反应不能自发进行。(4)ΔH＜0，ΔS＜0，在低温下(T＜)时，ΔH－TΔS＜0，反应能自发进行。(5)ΔH＞0、ΔS＜0，ΔH－TΔS＞0，该反应任意温度下都不能自发反应。

答案：(2)

在化学反应A(g)＋B(g)2C(g)＋D(g)　ΔH＝Q kJ·mol－1过程中的能量变化如图所示，回答下列问题。

(1)Q________0(填“>”“<”或“＝”)。

(2)熵变ΔS________0(填“>”“<”或“＝”)。

(3)该反应________自发进行(填“能”或“不能”)。

解析：据图象可知，该反应是放热反应，故Q<0。据反应特点可知，该反应是熵增大的反应；据此可知该反应能自发进行。

答案：(1)<　(2)>　(3)能

1．下列过程是非自发的是(　　)

A．水由高处向低处流　 B．煤炭的燃烧

C．铁在潮湿空气中生锈 D．室温下水结成冰

D　[自然界中水由高处向低处流、煤炭的燃烧、铁在潮湿空气中生锈，都是自发过程，室温下，水结成冰是非自发的。]

2．水结冰的过程的焓变和熵变正确的是(　　)

A．ΔH＞0、ΔS＜0 B．ΔH＜0、ΔS＞0

C．ΔH＞0、ΔS＞0 D．ΔH＜0、ΔS＜0

D　[H2O(l)===H2O(s)为ΔS<0的放热(ΔH<0)过程。]

3．下列说法完全正确的是(　　)

A．自发进行的反应均是ΔH<0的反应

B．ΔS为正值的反应均能自发进行

C．物质的量增加的反应，ΔS为正值

D．CaCO3(s)受热分解为CaO(s)和CO2(g)　ΔS>0

D　[有些吸热反应也可以自发进行，如(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g)，故A错；熵变与反应的自发性有关，但不能独立地作为自发性的判据，故B错；物质的量增加的反应，其混乱度不一定增加，即ΔS不一定为正值，如2H2S(g)＋O2(g)===2H2O(g)＋2S(s)，故C错；CaCO3(s)的分解产生了气体，为熵增反应，故D对。]

4．在25 ℃，1.01×105 Pa条件下，反应2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)　ΔH＝56.7 kJ·mol－1能自发进行的合理解释是(　　)

A．该反应是熵减反应

B．该反应是分解反应

C．该反应的焓变效应大于熵变效应

D．该反应的熵变效应大于焓变效应

D　[反应能否自发进行取决于焓变和熵变的复合判据，由题给内容可知该反应吸热，且熵增大，根据ΔG＝ΔH－TΔS判断，反应能自发进行，必须满足ΔH－TΔS<0才可，即熵变效应大于焓变效应。]

5．判断下列反应的熵值的变化，在每小题后面的横线上填上“增加”“减小”或“无明显变化”。

(1)2H2(g)＋O2(g)2H2O(l)________。

(2)H2(g)＋Cl2(g)2HCl(g)________。

(3)(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g)________________。

(4)Cu(s)＋Cl2(g)CuCl2(s)________。

解析：判断熵值变化的依据是同温同压下，气态熵值>液态熵值>固态熵值，状态都是气态时，看物质的量的多少，物质的量越多，熵值越大。

答案：(1)减小　(2)无明显变化　(3)增加　(4)减小