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四川省宣汉中学化学导学案 2.4化学反应进行的方向 导学案 (人教版选修4）作者： 冉红 学科 小组 一、自发过程 和自发反应1、自发过程：在一定条件下，不需要外力作用就能自动进行的过程。如：水由高处往低处流，自由落体，电流由电位高的地方向电位低的地方流，铁器暴露于潮湿的空气中会生锈，室温下冰块会融化，这些都是自发过程。2、自发反应：在给定条件下，能自发地进行到显著程度的反应。3、非自发反应：不能自发地进行，必须借助某种外力才能进行的反应。 4、自发过程 和自发反应的应用自发过程和自发反应可被利用来完成有用功。如向下流动的水可推动机器，甲烷燃烧可在内燃机中被利用来做功，锌与CuSO4溶液的反应可被设计成原电池。非自发的过程要想发生，则必须对它做功，如利用水泵可将水从低处流向高处，通电可将水分解生成氢气和氧气。二、反应方向的焓判据。经验表明，那些不用借助外力就可以自动进行的自发过程的共同特点是：体系能量趋向于从高能态转变为低能状态，这时体系会对外部做功或者释放能量，由此总结而得的经验规律就是所谓的焓判据。也称能量判据。1.焓判据：若H0，正向反应能自发进行；若H0，正向反应不能自发进行，而逆向反应能自发进行。2.焓判据的局限性:多数自发进行的化学反应是放热反应，但也有不少吸热反应也能自发进行。而且有一些吸热反应在室温条件下不能自发进行，但在较高温度下则能自发进行，如：N2O5（g）= 4NO2（g）+ O2（g） H = 56.7KJ/mol；NH4HCO3（s）+ CH3COOH（aq）= CO2（g）+CH3COONH4（aq）+ H2O（l） H = 37.3KJ/mol； 因此，反应焓变是与反应能否自发进行有关的一个因素，但不是唯一因素。三、反应方向的熵判椐密闭容器中的气态物质或液态物质蒸汽（包括挥发性固体），会通过分子扩散自发形成均匀混合物。物质溶于水自发地向水中扩散，形成均匀的溶液等。为解释这一类与能量无关的过程的自发性，科学家提出了另一推动体系变化的因素：在密闭条件下，体系有由有序自发地变为无序的倾向的熵判据。1、混乱度：表示体系的不规则或无序状态。混乱度的增加意味着体系变得更加无序。2、熵： 用来表示混乱度大小的物理量 符号：S ；单位：Jmol-1K-1体系的有序性越高，即混乱度越低，熵值就越小。有序变为无序熵增的过程。3、熵的大小判断： （1）气态 液态 固态 （2）与物质的量成正比4、反应熵变S = 反应产物总熵 反应物总熵产生气体的反应，或气体物质的量增大的反应，S通常为正值，为熵增加反应，反应自发进行。 注意：两种气体的混合也是熵增加的过程。5、熵判椐： 在于外界隔离体系中，自发过程将导致体系的熵增大，即S 0。称为熵增原理。6、熵判椐的局限性 有些熵减小的反应在一定条件下也可以自发进行，如：-10的液态水会自动结冰成为固态，氨气与氯化氢气体反应生成氯化铵固体等。因此，反应熵变是与反应能否自发进行有关的又一个因素，但也不是唯一因素。四、焓变与熵变对反应方向的共同影响。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，在恒温、恒压下，判断化学反应自发性的判据是：体系自由能变化（G、单位：KJ/mol）：G = H TS（注意：T的单位是“K”,不是“”） G = H TS 0 反应不能自发进行。总结：类型HSHTS反应的自发性1永远是在任何温度下都是自发反应2永远是+在任何温度下都是非自发反应3在高温+在低温在低温是自发反应在高温是非自发反应4+在高温在低温+在低温是非自发反应在高温是自发反应注意 ：1、过程的自发性只能用于判断过程的方向，不能确定过程是否一定会发生和过程的速率；2、在讨论过程的方向时，我们指的是没有外界干扰时体系的性质。如果允许外界对体系施加某种作用，就可能出现相反的结果。例题： 已知101kPa、298.15K时石灰石分解反应：CaCO3(s) =CaO(s)+CO2(g) H（298 .15K）= +178.3 kJ moL-1，S（298 .15K）= +160.4 J moL-1K-1 试判断在此条件时反应的自发性及自发进行的最低温度(焓变H及熵变S受温度的影响可忽略) 。解：G = H TS = 178.3 kJ moL-1 298.15 K 160.4 J moL-1K-11/1000 kJ/J =178.3 kJ moL-1 47.82 kJ moL-1=130.48kJ moL-10 为非自发反应；设：自发进行的最低温度为T则：H TS=178.3 kJ moL-1 T160.4 J moL-1K-11/1000 kJ/J0解之：T1112K答：在100kPa、298.15K时石灰石分解反应为非自发反应，自发进行的最低温度为1112K。【疑点反馈】：（通过本课学习、作业后你还有哪些没有搞懂的知识，请记录下来） 【基础达标】1下列说法正确的是()A凡是放热反应都是自发的，凡是吸热反应都是非自发的B自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是熵减小或不变C自发反应在恰当条件下才能实现D自发反应在任何条件下都能实现2下列说法正确的是()铁在潮湿空气中生锈是自发过程NH4HCO3受热分解是由于由不稳定物质生成了稳定物质反应焓变是决定反应能否自发进行的惟一因素自发过程中，熵值都是增大的温度、压强一定时，放热且熵增加的反应一定能自发进行把CO2通入到Na2SiO3溶液中之所以生成白色沉淀是因为由强酸能制取弱酸A BC D3以下自发反应可用焓判据来解释的是()A硝酸铵自发的溶于水B2N2O5(g)=4NO2(g)O2(g)H56.7 kJmol1C(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)NH3(g)H74.9 kJmol1D2H2(g)O2(g)=2H2O(l)H571.6 kJmol14下列反应在任意温度下一定能自发进行的是()A2NaCl2H2O2NaOHCl2H2BNH3(g)HCl(g)=NH4Cl(s)H0CCaCO3(s)=CaO(s)CO2(g)H0DX2Y2(g)=X2(g)Y2(g)H05汽车尾气(含烃类、CO、NO与SO2等)是城市主要污染源之一，治理的办法之一是在汽车排气管上装催化转化器，它使NO与CO反应生成可参与大气生态循环的无毒气体，反应原理：2NO(g)2CO(g)=N2(g)2CO2(g)，在298 K、100 kPa下，H113 kJmol1，S145 Jmol1K1。下列说法中错误的是()A该反应中反应物的总能量高于反应产物的总能量B该反应常温下不能自发进行，因此需要高温和催化剂C该反应常温下能自发进行，高温和催化剂只是加快反应的速率D汽车尾气中的这两种气体会与血红蛋白结合而使人中毒6已知某反应2C(g)A(g)2B(g)H0，下列说法正确的是()A仅常温下反应可以自发进行B仅高温下反应可以自发进行C任何温度下反应均可以自发进行D任何温度下反应均难以自发进行7在图中A、B两容器里，分别收集着两种互不作用的理想气体。若将中间活塞打开，如图，两种气体分子立即都占有了两个容器。这是一个不伴随能量变化的自发过程。关于此过程的下列说法不正确的是()理想气体的自发混合A此过程是从混乱程度小的向混乱程度大的变化过程，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此过程是自发可逆的D此过程从有序到无序，混乱度增大8灰锡结构松散，不能用于制造器皿；而白锡结构坚固，可以制造器皿。现把白锡制造的器皿放在0、101 kPa的室内存放，它会不会变成灰锡而不能继续使用()(已知在0、101 kPa条件下白锡转化为灰锡的反应，焓变和熵变分别为H2 180.9 Jmol1，S6.61 Jmol1K1A会变 B不会变C不能确定 D升高温度才会变9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D298 K、1.01105 Pa时，2N2O5(g)=4NO2(g)O2(g)是熵增的反应10下列说法中正确的是()A能自发进行的反应一定能迅速发生反应B非自发进行的反应一定不可能发生反应C能自发进行的反应实际可能没有发生反应D常温下，2H2O2H2O2，即常温下水的分解反应是自发反应11某反应：A=BC在室温下不能自发进行，在高温下能自发进行，对该反应过程H、S的判断正确的是()AH0、S0 BH0、S0CH0、S0 DH0、S0【拓展提升】12反应CH3OH(l)NH3(g)=CH3NH2(g)H2O(g)在某温度下自发向右进行，若反应|H|17 kJmol1，|HTS|17 kJmol1，则下列正确的是()AH0，HTS0BH0，HTS0CH0，HTS0DH0，HTS013.试判断下列体系的熵变是大于0，还是小于0。(1)水蒸气冷凝成水_；(2)CaCO3(s)=CaO(s)CO2(g)_；(3)乙烯聚合成聚乙烯_；(4)N2O4(g)=2NO2(g)_。14电子工业中清洗硅片上的SiO2(s)的反应是SiO2(s)4HF(g)=SiF4(g)2H2O(g)H(298.15 K)94.0 kJmol1S(298.15 K)75.8 Jmol1K1设H和S不随温度而变化，试求此反应自发进行的温度条件。15试判断用于汽车净化的一个反应2NO(g)2CO(g)=N2(g)2CO2(g)在298 K、100 kPa下能否自发进行？已知在298K、100 kPa下，该反应的H113.0 kJmol1，S145.3 Jmol1K1。16有A、B、C、D四个反应。反应ABCDH/kJmol110.51.8012611.7S/Jmol1K130.0113.084.0105.0则在任何温度下都能自发进行的反应是_；任何温度下都不能自发进行的反应是_；另两个反应中，在温度高于_时可自发进行的反应是_；在温度低于_时可自发进行的反应是_。【参考答案】1C放热反应常常是容易进行的过程，吸热反应有些也是自发反应；自发反应的熵不一定增大，可能减小，也可能不变；反应的自发性只能用于判断反应的方向，反应是否能实现还要看具体的条件。2B3.D4DA项需通电才能进行，为非自发反应；B项H0、S0，在低温下HTS0，反应能自发进行；C项H0，S0，在高温下HTS0，反应能自发进行；D项H0，S0，在任何温度下HTS0，反应一定能自发进行，故选D。5B该反应是放热反应，反应物总能量高于生成物的总能量，A项正确；常温下，HTS113 kJmol1298 K145103 kJmol1K10，故常温下该反应可自发进行，高温和催化剂只是加快反应速率，B项错误，C项正确；CO和NO均会与血红蛋白结合而使人中毒，D项正确。6C该反应是气体物质的量增多的反应，故反应后体系的熵值增大。又知反应的H0，故HTS0，所以该反应在任何温度下均能自发进行。7C8A在等温等压条件下，自发反应总是向着HTS0的方向进行，直至平衡状态。在0、100 kPa条件下，白锡会不会变为灰锡就转化为求算反应白锡灰锡HTS的问题。HTS2 180.9 Jmol1273 K(6.61 Jmol1K1376.4 Jmol10，因此在此温度和压强下白锡会变为灰锡。9C体系都有从有序自发转变为无序的倾向，此过程为熵增过程，故C错误。10C11D由题意知：该反应在室温下不能自发进行，根据复合判据，即HT低S0(1)，而高温下能自发进行，即HT高S0(2)，综合(1)(2)可确定H0，S0。12A该反应在某温度下自发向右进行，说明HTS17 kJmol1；又由于该反应气态物质的物质的量增大，是熵增大的反应，其熵变S是正值，只有H17 kJmol1，才有HTS17 kJmol1。13(1)S0(2)S0(3)S0(4)S0解析