第四節(jié) 化學反應進行的方向

第四節(jié)化學反應進行的方向11.初步了解焓變、熵變與化學反應進行的方向的關系。2.應用焓變和熵變解釋日常生產(chǎn)生活中的現(xiàn)象。

231.自然界中水總是從高處往低處流；2.墨水擴散，食鹽溶解于水；生活中的自發(fā)過程3.生活中，一般在室溫下，冰塊會融化；鐵器暴露在潮濕的空氣中會生銹；甲烷和氧氣的混合氣體遇明火就燃燒，這些過程都是自發(fā)的，其逆過程就是非自發(fā)的。4在一定條件下不需外力作用就能自動進行的過程。自發(fā)過程的特征：在一定條件下無需外界幫助就能自動進行的反應。有明確的方向性，具有做功的本領。要逆轉必須借助外界做功。1.自發(fā)過程:2.自發(fā)反應:5一、自發(fā)過程的能量判據(jù)能量判據(jù)：自發(fā)過程的體系傾向于從高能狀態(tài)轉變?yōu)榈湍軤顟B(tài)(這時體系會對外部做功或釋放熱量)。能量判據(jù)又稱焓判據(jù)，即△H﹤0的反應有自發(fā)進行的傾向，焓判據(jù)是判斷化學反應進行方向的判據(jù)之一。6(1)甲烷燃燒：CH4(g)+2O2(g)====CO2(g)+2H2O(g)ΔH=-802.3kJ/mol(2)鐵生銹：2Fe(s)+3/2O2(g)====Fe2O3(s)ΔH=-824kJ/mol(3)氫氣和氧氣反應：2H2(g)+O2(g)====2H2O(l)ΔH=-571.6kJ/mol放熱的自發(fā)反應7二、自發(fā)過程的熵判據(jù)1.混亂度和熵表示體系的不規(guī)則或無序狀態(tài)。

混亂度的增加意味著體系變得更加無序?？茖W家常用熵來度量這種混亂（或有序）的程度。

注意同一物質，在氣態(tài)時熵最大，液態(tài)時次之，固態(tài)時最小。82.熵判據(jù)在與外界隔離的體系中，自發(fā)過程將導致體系的熵增大，這一經(jīng)驗規(guī)律叫做熵增原理，是判斷化學反應方向的另一判據(jù)——熵判據(jù)。有序排列的火柴變?yōu)闊o序的排列.9下列過程吸熱，為什么可以自發(fā)進行？(1)室溫下冰塊的融化，硝酸鹽類的溶解等都是自發(fā)的吸熱過程。(2)N2O5分解：2N2O5(g)====4NO2(g)+O2(g)ΔH=+56.7kJ/mol(3)碳酸銨的分解：(NH4)2CO3(s)====NH4HCO3(s)+NH3(g)ΔH=+74.9kJ/mol上述過程都是熵增過程，故可以自發(fā)進行。10焓判據(jù)和熵判據(jù)的應用1.由焓判據(jù)知：放熱過程（?H﹤0）常常是容易自發(fā)進行的；2.由熵判據(jù)知：熵增加（?S﹥0）的過程是自發(fā)進行的；3.很多情況下，簡單地只用其中一個判據(jù)去判斷同一個反應，可能會出現(xiàn)相反的判斷結果，所以我們應兼顧兩個判據(jù)。由能量判據(jù)（以焓變?yōu)榛A）和熵判據(jù)組合成的復合判據(jù)——自由能將更適合于所有的反應過程。111.體系自由能變化（符號?G，單位為kJ/mol）

?G=?H-T?S2.反應進行方向的判斷方法（恒溫、恒壓）?G=?H-T?S﹤0(即?H﹤0,?S﹥0)反應能自發(fā)進行。?G=?H-T?S=0反應達到平衡狀態(tài)。?G=?H-T?S﹥0(即?H﹥0,?S﹤0)反應不能自發(fā)進行。三、焓變與熵變對反應方向的共同影響12當?H﹥0,?S﹥0,或?H﹤0,?S﹤0時,反應是否自發(fā)進行與溫度有關，一般低溫時以焓變影響為主，高溫時，以熵變影響為主，而溫度影響的大小要依據(jù)?H、?S的具體數(shù)值而定。NH3(g)+HCl(g)====NH4Cl(s)?H﹤0?S﹤0CaCO3(s)====CaO(s)+CO2(g)?H﹥0?S﹥0低溫可行高溫可行判斷這兩個反應什么條件下能自發(fā)進行131.自發(fā)反應一定能發(fā)生反應，而非自發(fā)反應一定不能發(fā)生反應嗎？提示：自發(fā)反應、非自發(fā)反應是指該反應過程是否有自發(fā)進行的傾向，而這個過程是否一定會發(fā)生則不能確定。如碳的燃燒是一個自發(fā)反應，但要想發(fā)生反應，需借助外界條件點燃才能發(fā)生。142.放熱反應是否都能自發(fā)進行？吸熱反應是否都不能自發(fā)進行？提示：（1）多數(shù)能自發(fā)進行的化學反應是放熱反應。例如：酸堿中和反應。(2)有些吸熱反應也能自發(fā)進行。例如：NH4HCO3(s)====NH3(g)+H2O(g)+CO2(g)ΔH=+185.57kJ·mol-1。（3）有一些吸熱反應在室溫條件下不能自發(fā)進行，但在較高溫度下則能自發(fā)進行。例如：CaCO3的分解反應。153.熵增的反應是否都能自發(fā)進行？熵減的反應是否都不能自發(fā)進行？提示：（1）許多熵增的反應在常溫、常壓下可以自發(fā)進行。例如：2H2O2(aq)====2H2O(l)+O2(g)。（2）有些熵增的反應在常溫、常壓下不能自發(fā)進行，但在較高溫度下可以自發(fā)進行。例如：CaCO3（s）====CaO（s）+CO2（g）。（3）鋁熱反應是熵減的反應，它在一定條件下也可以自發(fā)進行。例如：2Al(s)+Fe2O3(s)====Al2O3(s)+2Fe(s)。164.試比較H2O（s）、H2O（l）、H2O（g）的熵的大小。提示：同種物質不同狀態(tài)時，體系的混亂度越大，其熵也越大，因此水的三種狀態(tài)的熵的大小為S［H2O(g)］＞S［H2O(l)］＞S［H2O(s)］。17【典例1】（雙選）下列說法不正確的是()A.體系有序性越高，熵值就越低B.自發(fā)過程將導致體系的熵增大C.吸熱反應不可以自發(fā)進行D.同種物質氣態(tài)時熵值最大【自主解答】選B、C。18【典例2】（2010·廣州高二檢測）下列關于判斷過程的方向的說法正確的是()A.所有自發(fā)進行的化學反應都是放熱反應B.高溫高壓下可以使石墨轉化為金剛石的過程是自發(fā)過程C.由焓判據(jù)和熵判據(jù)組合而成的復合判據(jù)，將更適合于所有的過程D.同一物質的固、液、氣三種狀態(tài)的熵值相同【自主解答】選C。191.在討論過程的方向時，指的是沒有外界干擾時體系的性質。如果允許外界對體系施加某種作用，就可能出現(xiàn)相反的結果。2.過程的自發(fā)性只能用于判斷過程的方向，不能確定過程是否一定發(fā)生和過程發(fā)生的速率。注意2021知識點一：自發(fā)過程和自發(fā)反應1.下列過程是非自發(fā)的是()A.水由高處向低處流B.天然氣的燃燒C.鐵在潮濕空氣中生銹D.室溫下水結成冰【解析】選D。自然界中水由高處向低處流；天然氣的燃燒；鐵在潮濕空氣中生銹；室溫下冰的融化，都是自發(fā)過程，其逆反應都是非自發(fā)的。222.下列對熵的理解不正確的是()A.同種物質氣態(tài)時熵值最大，固態(tài)時熵值最小B.體系越有序，熵值越??；越混亂，熵值越大C.與外界隔離的體系，自發(fā)過程將導致體系的熵減小D.25℃、1.01×105Pa時，2N2O5(g)====4NO2(g)+O2(g)是熵增的反應【解析】選C。熵指的是混亂程度，越混亂其熵值越大；對于同一物質，固→液→氣三態(tài)熵值逐漸增大，故A、B正確；自發(fā)過程是熵增的過程，故C錯誤；對于D選項中的反應，由于反應后分子數(shù)增多，故熵值增大。233.(2010·杭州高二檢測)下列說法不正確的是()A.焓變是一個反應能否自發(fā)進行的相關因素，多數(shù)放熱反應能自發(fā)進行B.自發(fā)進行的反應一定能迅速進行C.在同一條件下不同物質有不同的熵值，其體系的混亂程度越大，熵值越大D.一個反應能否自發(fā)進行，由焓變和熵變共同決定【解析】選B。反應能否迅速進行是反應速率問題，反應能否自發(fā)進行是化學反應進行的方向問題，二者無必然聯(lián)系。24知識點二：化學反應方向的判斷4.自發(fā)進行的反應不可能是（）A.吸熱反應B.放熱反應C.熵增加反應D.熵減少且吸熱的反應【解析】選D。當ΔH

＜0，ΔS＞0，反應一定能自發(fā)進行；ΔH＞0，ΔS＞0或ΔH＜0，ΔS＜0，反應可能自發(fā)進行；ΔH＞0，ΔS＜0，反應不能自發(fā)進行。255.反應CH3OH（l）+NH3(g)CH3NH2(g)+H2O(g)在某溫度時能自發(fā)向正反應方向進行，若該反應的ΔH=+17kJ·mol-1,|ΔH-ΤΔS|=17kJ·mol-1，則下列關系中正確的是（）A.ΔH>0,ΔH-TΔS<0B.ΔH<0,ΔH-TΔS>0C.ΔH>0,ΔH-TΔS>0D.ΔH<0,ΔH-TΔS<0【解析】選A。由題意知：CH3OH(l)+NH3(g)CH3NH2(g)+H2O(g),ΔH=+17kJ·mol-1,所以ΔH>0,又因為該反應在某溫度時能自發(fā)向正反應方向進行，說明ΔH-TΔS<0,即選A。26271.（2010·宿遷高二檢測）下列說法中正確的是（）A.凡是放熱反應都是自發(fā)的，吸熱反應都是非自發(fā)的B.自發(fā)反應一定是熵增大，非自發(fā)反應一定是熵減小或不變C.熵增加且放熱的反應一定是自發(fā)反應D.非自發(fā)反應在任何條件下都不能實現(xiàn)【解析】選C。282.能用焓判據(jù)判斷下列過程的方向的是（）A.水總是自發(fā)地由高處往低處流B.放熱反應容易自發(fā)進行，吸熱反應不能自發(fā)進行C.有序排列的火柴散落時成為無序排列D.多次洗牌以后，撲克牌毫無規(guī)律混亂排列的幾率大【解析】選A。A中水總是自發(fā)地由高處往低處流，有趨于向最低能量狀態(tài)轉變的傾向。B中有些吸熱反應也可以自發(fā)進行。C中有序排列的火柴散落時成為無序排列，有趨于最大混亂度的傾向，屬于熵判據(jù)。D項也屬于熵判據(jù)。293.（2010·鞍山高二檢測）下列反應中，熵減小的反應是（）A.（NH4）2CO3（s）====NH4HCO3（s）+NH3（g）B.2N2O5（g）====4NO2（g）+O2（g）C.MgCO3（s）====MgO（s）+CO2（g）D.2CO（g）====2C（s）+O2（g）【解析】選D。固體變?yōu)槿芤夯蚍磻蓺怏w的過程都是熵增加的過程，反應過程中氣體物質的量增加的過程也是熵增加的過程，故A、B、C為熵增加的反應，D為熵減小的反應。30314.（2010·寧波高二檢測）某化學反應其ΔH=-122kJ·mol-1，ΔS=231kJ·mol-1·K-1，則此反應在下列哪種情況下可自發(fā)進行（）A.在任何溫度下都能自發(fā)進行B.在任何溫度下都不能自發(fā)進行C.僅在高溫下自發(fā)進行D.僅在低溫下自發(fā)進行【解析】選A。當ΔG=ΔH-TΔS＜0時反應自發(fā)進行，所以該反應在任何溫度下都能自發(fā)進行。325.石墨、金剛石燃燒的熱化學方程式分別為C（石墨）+O2（g）====CO2(g)ΔH=-393.51kJ·mol-1C（金剛石）+O2（g）====CO2(g)ΔH=-395.41kJ·mol-1關于金剛石和石墨的相互轉化，下列說法正確的是（）A.石墨轉化成金剛石是自發(fā)進行的過程B.金剛石轉化成石墨是自發(fā)進行的過程C.金剛石比石墨更穩(wěn)定D.金剛石比石墨能量低【解析】選B。336.判斷下列反應的熵值的變化，在每小題后面的橫線上填上“增加”、“減小”或“無明顯變化”。（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)_____。（5）將少量KNO3晶體溶解水中_____。點燃====點燃====點燃====答案：（1）減?。?）無明顯變化（3）增加（4）減小（5）增加341.(5分)灰錫結構松散，不能用于制造器皿，而白錫結構堅固可以制造器皿?，F(xiàn)把白錫制造的器皿放在0℃、100kPa的室內存放，它會不會變成灰錫而不能繼續(xù)使用（已知在0℃、100kPa條件下白錫轉化為灰錫的反應，焓變和熵變分別為ΔH=-2180.9J·mol-1，ΔS=-6.61J·mol-1·K-1）（）A.會變B.不會變C.不能確定D.升高溫度才會變【解析】選A。352.（5分）（2010·大慶高二檢測）對于化學反應能否自發(fā)進行，下列說法中錯誤的是（）A.若ΔH<0,ΔS<0低溫時可自發(fā)進行B.若ΔH>0,ΔS>0低溫時可自發(fā)進行C.若ΔH>0,ΔS<0任何溫度下都不能自發(fā)進行D.若ΔH<0,ΔS>0任何溫度下都能自發(fā)進行【解析】選B。36化學反應進行的方向一、能量判據(jù)二、熵判據(jù)三、