人教版 (2019)选择性必修1化学反应的方向导学案

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一、知识目标
1.理解自发过程和自发反应的概念，能区分自发反应和非自发反应。
2.了解焓变和熵变对化学反应方向的影响，知道焓判据和熵判据的适用范围。
3.掌握吉布斯公式，能根据该公式判断化学反应自发进行的方向。
二、核心素养目标
1.宏观辨识与微观探析：从宏观现象出发，认识自发过程和自发反应的特点；从微观角度理解焓变、熵变对化学反应方向的影响。
2.证据推理与模型认知：通过对化学反应实例的分析，建立判断化学反应方向的思维模型，培养逻辑推理能力。
3.科学态度与社会责任：了解化学反应方向的判断在化工生产中的应用，认识化学对社会发展的重要贡献。
一、学习重点
1.自发过程、自发反应的概念。
2.焓变和熵变对化学反应方向的影响。
3.吉布斯公式的应用。
二、学习难点
1.焓判据和熵判据的局限性。
2.综合运用焓变和熵变判断化学反应的方向。
一、自发过程与自发反应
1．自发过程
（1）含义：在一定条件下，_______________就可以自发进行的过程。例如高山流水、自由落体。
（2）特点
①体系趋向于从_______状态转变为_______状态(体系对外部做功或释放热量)。
②在密闭条件下，体系有从_______自发转变为_______的倾向(无序体系更加稳定)。
（3）非自发过程：在一定条件下，_______借助外力才能进行的过程。
2．自发反应
（1）含义：在给定的条件下，无需外界帮助，一经引发即能自动进行的反应，称为自发反应。例如钢铁生锈。
（2）非自发反应：不能自发进行，必须借助某种外力才能进行的反应。
3．应用
（1）自发反应可被用来做“有用功”。例如H2的燃烧可设计成燃料电池。
（2）非自发过程要想发生，必须对它做功。例如通电将水分解为H2和O2。
二、化学反应进行方向的判据
1．焓变与化学反应的方向
（1）放热反应过程中体系能量_______，因此具有_______进行的倾向，科学家提出用焓变(能量变化)来判断反应进行的方向，这就是焓判据(能量判据)。
（2）焓变与化学反应进行方向的关系
①大多数放热反应是可以自发进行的。例如燃烧反应、中和反应等。
②有些吸热反应也可以自发进行，如：2N2O5(g)==4NO2(g)＋O2(g) ΔH＝＋109.8 kJ·ml－1。
（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，但不是唯一因素。
2．熵变与化学反应的方向
（1）熵、熵变的概念
（2）熵值大小
①体系的熵值：体系的______________越大，体系的熵值就_______。
②物质的熵值：同一种物质的熵值S(g)_______S(l)_______S(s)，且物质的量越大，熵值越大，同一条件下，不同物质的熵值不同。
③反应前后熵值变化：虽然不同物质熵值不同，但气体物质的熵值最大，一般情况下，可以根据反应前后气体物质的量的变化大体判断熵值增大或减小。
（3）熵判据
体系有自发地向混乱度_______(即_______)的方向转变的倾向，因此可用熵变来判断反应进行的方向。
（4）熵变与化学反应进行方向的关系
①许多熵增的反应是自发的(多是气体分子数目增多的反应)，如：
Zn(s)＋H2SO4(aq)===ZnSO4(aq)＋H2(g)；2KClO3(s)===2KCl(s)＋3O2(g)。
②有些熵减的反应也可以自发进行，如：
2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)；4Fe(OH)2(s)＋O2(g)＋2H2O(l)===4Fe(OH)3(s)。
（5）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。
3．自由能与化学反应的方向
（1）自由能
ΔG＝______________。ΔG不仅与焓变和熵变有关，还与_______有关。
ΔG单位：_______。T：开尔文温度，单位K。
（2）反应方向与自由能的关系
化学反应总是向着______________的方向进行，直到体系______________。
①当ΔG＜0时，反应_______自发进行；
②当ΔG＝0时，反应处于_______；
③当ΔG＞0时，反应_______自发进行。
（一）课堂导入
问题思考
1.观看视频后，思考视频中展示的水从高处流向低处、墨水滴入清水中扩散的过程有什么共同特点？
答案：
2.在日常生活和化学世界里，还有哪些类似自发进行且有方向的过程或者反应？
答案：
问题探究
如何判断一个化学反应能否自发进行，它自发进行的方向又是由什么决定的呢？
答案：
（二）自发过程与自发反应
活动一：认识自发过程与自发反应
问题思考
1.结合生活经验和已学知识，举例说明什么是自发过程和自发反应？
答案：
2.判断下列过程或反应是自发过程、自发反应还是非自发反应：
水从低处往高处流；
氢气在氧气中燃烧；
石灰石在常温下分解。
答案：
3.下列关于自发过程的说法中正确的是（ ）
A. 只有不需要任何条件就能够自动进行的过程才是自发过程
B. 需要加热才能进行的过程肯定不是自发过程
C. 同一可逆反应的正、逆反应在不同条件下都有自发的可能
D. 非自发过程在任何条件下都不可能变为自发过程
4.下列反应中，属于自发反应的是（ ）
A. N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)
B. 2CO(g)⇌2C(s)+O2(g)
C. 2H2O(l)⇌2H2(g)+O2(g)
D. 2HgO(s)⇌2Hg(l)+O2(g)
活动二：探究化学反应方向与焓变的关系
问题思考
1.观察一些能够自发进行的化学反应，分析它们的共同特征是什么，为什么能够自发进行呢？
答案：
2.所有自发进行的化学反应都是放热吗？什么因素促使了吸热反应的自发进行呢？
答案：
3.下列过程的方向可用焓判据判断的是（ ）
A. 硝酸铵溶于水
B. 2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g) ΔH=+56.7kJ⋅ml−1
C. (NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g) ΔH=+74.9kJ⋅ml−1
D. 2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) ΔH=−572kJ⋅ml−1
4.下列说法正确的是（ ）
A. 自发进行的反应均是ΔH0的反应一定不能自发进行
C. 焓变是影响反应是否具有自发性的一个重要因素
D. 焓变是决定反应是否具有自发性的唯一判据
活动三：探究化学反应方向与熵变的关系
问题思考
1.观察两瓶中气体自发混合均匀的实验现象，这说明了什么？
答案：
2.分析影响熵大小的因素有哪些，并举例说明。
答案：
3. 什么是熵变？如何计算熵变？
答案：
4.熵变与反应方向有什么关系？
答案：
5.“熵”表示体系的混乱度，符号是S。下列变化中，ΔS0
D. ΔH 0，该温度下ΔH - TΔS < 0
B. ΔH < 0，该温度下ΔH - TΔS > 0
C. ΔH > 0，该温度下ΔH - TΔS > 0
D. ΔH < 0，该温度下ΔH - TΔS < 0
5.焦炭常用于冶炼工业。已知反应①：2C(s) + O₂(g) = 2CO(g)；反应②：2CO(g) + O₂(g) = 2CO₂(g)。反应①、②的反应趋势与温度关系如图所示，下列说法错误的是（ ）
A. 反应②2CO(g) + O₂(g) = 2CO₂(g)的ΔS < 0，ΔH < 0
B. 983 K是两个反应主次趋势变化的转折点
C. L₁对应反应①
D. 当温度低于983 K时，过量焦炭的氧化产物以反应②生成CO₂为主
一、自发过程和自发反应
1.自发过程和自发反应的比较
2．自发过程的特点
（1）体系趋向于从高能状态转变为低能状态。
（2）体系趋向于从有序体系转变为无序体系。
二、焓判据、熵判据与自由能判据
1.判据
2.温度对反应方向的影响
三、反应自发进行的最低或最高温度的计算
（1）计算依据：△H－T△S≤0
①若△S＞0，则T≥，为最低温度
②若△S＜0，则T≤，为最高温度
（2）注意单位的换算
①△S的单位为：J·ml－1·K－1
②△H的单位为：kJ·ml－1
③T的单位为：K
考点一 自发过程和自发反应
1．下列关于自发过程的叙述中，正确的是( )
A．只有不需要任何条件就能够自动进行的过程才是自发过程
B．需要加热才能进行的过程肯定不是自发过程
C．同一可逆反应的正、逆反应在不同条件下都有自发的可能
D．非自发过程在任何条件下都不可能变为自发过程
2．下列反应属于非自发反应的是( )
A．钠与水反应B．氢气在氧气中燃烧生成水
C．水分解变成氢气和氧气D．氨气和氯化氢相遇变成氯化铵
3．下列说法正确的是( )
A．凡是放热反应都是自发的，因为吸热反应都是非自发的
B．自发反应的现象一定非常明显，非自发反应的熵一定减小
C．常温下，反应C(s)＋CO2(g) ⇌2CO(g)不能自发进行，则该反应的ΔH＞0
D．反应2Mg(s)＋CO2(g)=C(s)＋2MgO(s)能自发进行，则该反应的ΔH＞0
4．下列反应属于非自发反应的是( )
A．铁与稀盐酸反应
B．氢气在氧气中燃烧生成水
C．水分解变成氢气和氧气
D．氨气和氯化氢相遇变成氯化铵
5．下列说法不正确的是( )
A．Na与H2O的反应是熵增的放热反应，该反应能自发进行
B．某吸热反应能自发进行，则该反应是熵增反应
C．碳酸铵[eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(NH4))2CO3]在室温下就能自发地分解产生氨气是因为外界给予了能量
D．CO(g)＋2H2(g)==CH3OH(l)是一个熵减反应
考点二 焓变和熵变与反应进行方向的判断
1．对于化学反应方向的判断，下列说法中正确的是( )
A．温度、压强一定时，放热的熵减小的反应一定能自发进行
B．温度、压强一定时，焓因素和熵因素共同决定一个化学反应的方向
C．反应焓变是决定反应能否自发进行的唯一因素
D．固体的溶解过程与熵变无关
2．已知：(NH4)2CO3(s)==NH4HCO3(s)＋NH3(g) ΔH＝＋74.9 kJ·ml－1，下列说法正确的是( )
A．该反应中熵变、焓变皆大于0
B．该反应是吸热反应，因此一定不能自发进行
C．碳酸盐分解反应中熵增加，因此任何条件下所有碳酸盐分解一定能自发进行
D．能自发进行的反应一定是放热反应，不能自发进行的反应一定是吸热反应
3．下列对熵的理解不正确的是( )
A．同种物质气态时熵值最大，固态时熵值最小
B．体系越有序，熵值越小；越混乱，熵值越大
C．与外界隔离的体系，自发过程将导致体系的熵减小
D．25 ℃、1.01×105 Pa时，2N2O5(g)=4NO2(g)＋O2(g)是熵增反应
考点三 自由能(复合判据)与反应进行方向的判断
1．反应：CH3OH(l)＋NH3(g)=CH3NH2(g)＋H2O(g)在某温度下才能自发向右进行，若反应的|ΔH|＝17 kJ·ml－1，该温度下|ΔH－TΔS|＝17 kJ·ml－1，则下列选项正确的是( )
A．ΔH＞0，ΔH－TΔS