考点15 化学反应的方向及判据.doc

考点十五 化学反应的方向及判据.课标要求能用焓变和熵变说明化学反应的方向。.考纲要求暂未作要求.教材精讲共同 影响化学反应的方向反应焓变反应熵变放热吸热熵增熵减1.本考点知识结构:2.反应焓变与反应方向（1）多数能自发进行的化学反应是放热反应。如氢氧化亚铁的水溶液在空气中被氧化为氢氧化铁的反应是自发的，其H（298K）=444.3kJmol1（2）部分吸热反应也能自发进行。如NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)=CH3COONH4(aq)+CO2(g)+H2O(l)，其H（298K）= +37.30kJmol1。（3）有一些吸热反应在常温下不能自发进行，在较高温度下则能自发进行。如碳酸钙的分解。因此，反应焓变不是决定反应能否自发进行的唯一依据。3.反应熵变与反应方向（1）熵：描述大量粒子混乱度的物理量，符号为S，单位Jmol1K1，熵值越大，体系的混乱度越大。（2）化学反应的熵变（S）：反应产物的总熵与反应物总熵之差。（3）反应熵变与反应方向的关系多数熵增加的反应在常温常压下均可自发进行。产生气体的反应、气体物质的量增加的反应，熵变都是正值，为熵增加反应。有些熵增加的反应在常温下不能自发进行，但在较高温度下则可自发进行。如碳酸钙的分解。个别熵减少的反应，在一定条件下也可自发进行。如铝热反应的S= 133.8 Jmol1K1，在点燃的条件下即可自发进行。4.焓变和熵变对反应方向的共同影响“四象限法”判断化学反应的方向。在二维平面内建立坐标系，第象限的符号为“、”，第象限的符号为“、”，第象限的符号为“、”，第象限的符号为“、”。借肋于数学坐标系四个象限的符号，联系焓变与熵变对反应方向的共同影响，可以从热力学的角度快速判断化学反应的方向。在温度、压强一定的条件下，化学反应的方向的判据为：HTS0反应能自发进行HTS=0反应达到平衡状态HTS0反应不能自发进行S0H0所有温度下反应均不能自发进行S0H0所有温度下均可自发进行S0H0高温下反应自发进行S0H0低温下反应自发进行反应放热和熵增加都有利于反应自发进行。该判据指出的是化学反应自发进行的趋势。yx、.典型例题.第象限符号为“、”（S0、H0）时化学反应的方向高温下反应自发进行例.石灰石的分解反应为：CaCO3(s)=CaO(s) +CO2(g)其H（298K）=178.2kJmol，S（298K）=169.6Jmol1K1试根据以上数据判断该反应在常温下是否自发进行？其分解温度是多少？【解析】HS178.2kJmol103169.6kJmol1K1 =128kJmol10298K时，反应不能自发进行。即常温下该反应不能自发进行。由于该反应是吸热的熵增加反应，升高温度可使HS0，假设反应焓变和熵变不随温度变化而变化，据HS0可知，H/S =178.2kJmol/103169.6kJmol1K1=1051K，即温度高于时反应可自发进行。.第象限符号为“、”（S0、H0）时化学反应的方向所有温度下反应均能自发进行例.已知双氧水、水在、kPa时的标准摩尔生成焓的数据如下：物 质fH/kJmolH2O(l).H2O2(l).O2（g）0（）试由以上数据计算双氧水发生分解反应的热效应。（）若双氧水发生分解反应生成液态水和氧气时，其S=57.16Jmol1K1试判断该反应在常温下能否自发进行。若温度达到时，反应能否自发进行。【解析】（）根据H =H（产物）H（反应物）得，H =（.kJmol）+02（.kJmol）=.kJmol。（2）在时，HS.kJmol(298K10357.16kJmol1K1) =152.23 kJmol0该反应在常温下可自发进行。温度达到，且假定焓变和熵变不随温度变化而变化，HS.kJmol(K10357.16kJmol1K1)=.kJmol0故S0、H0时，仅从符号上进行分析，无论温度如何变化，恒有HS0，故化学反应的方向所有温度下反应均能自发进行。.第象限符号为“、”（S0、H0）时化学反应的方向低温下反应可以自发进行例.常温下氢氧化亚铁与空气中的氧气及水有可能发生反应，即：Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)=4Fe(OH)3(s)，已知该反应在时的H= 444.3 kJmol，S=.1 Jmol1K1试问该反应在常温下是否自发进行？【解析】根据HS444.3 kJmol103（.1 kJmol1K1）= 360.83 kJmol0，故时反应可自发进行。由于焓变和熵变的作用相反，且二者相差悬殊，焓变对反应的方向起决定性作用，故反应可自发进行。假定温度达到，则HS444.3 kJmol103（.1 kJmol1K1）.9 kJmol0，反应不能自发行。即高温下反应不能自发进行。.第象限符号为“、”（S0、H0）时化学反应的方向所有温度下反应均不能自发进行例.(g)（s，石墨）/（g），其H.5 kJmolS=.Jmol1K1，试判断该反应在和时反应是否自发进行？【解析】时，HS.5 kJmol103（.kJmol1K1) =137.13 kJmol0，故时反应不能自发进行。时，HS.5 kJmol103（.kJmol1K1) =. kJmol0，故时，反应也不能自发进行。事实上，S0、H0时，仅从符号上进行分析，无论温度如何变化，恒有HS，故化学反应的方向所有温度下反应均不能自发进行。从以上四个象限的情况来看，交叉象限的情况相反相成，第象限（高温下反应自发进行）和第象限（低温下反应自发进行）相反相成，第象限（所有温度下均可自发进行）和第象限（所有温度下反应均不能自发进行）相反相成。分析化学反应的方向的热力学判据是HTS0，而这个判据是温度、压强一定的条件下反应自发进行的趋势，并不能说明反应能否实际发生，因为反应能否实际发生还涉及动力学问题。.跟踪训练一、选择题（下列各题均只有一个合理答案，请将合理答案的序号填在第卷题首的答案栏内，填在其它地方无效）1.下列过程放出热量的是高温A.H22H B.C（s）+CO2（g） 2CO（g）点燃C.C+O2 CO2 D.硝酸铵溶于水2. 过程自发性的作用是A.判断过程的方向 B.确定过程是否一定会发生C.判断过程发生的速率 D.判断过程的热效应3. 能用能量判据判断下列过程的方向的是A.水总是自发地由高处往低处流B.放热反应容易自发进行，吸热反应不能自发进行C.有序排列的火柴散落时成为无序排列D.多次洗牌以后，扑克牌毫无规律的混乱排列的几率增大4. 下列反应中，在高温下不能自发进行的是A.CO（g）=C（s）+1/2O2（g） B.2N2O5（g）=4NO2（g）+O2（g）C.(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g) D.MgCO3(s)=MgO(s) +CO2(g)5. 下列关于判断过程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.高温高压下可以使石墨转化为金刚石是自发的化学反应C.由能量判据和熵判据组合而成的复合判据，将更适合于所有的过程D.同一物质的固、液、气三种状态的熵值相同二、选择题（下列各题均12个合理答案，请将合理答案的序号填在第卷题首的答案栏内，填在其它地方无效）6. 下列固体的溶解有明显的放热过程的是A.硝酸铵 B.氯化钠 C.氢氧化钠 D.生石灰7. 水的三态的熵值大小关系正确的是A.Sm(s) Sm(l) Sm(g)B. Sm(l) Sm(s) Sm(g)C.Sm(g) Sm(l) Sm(s) D. Sm(g) Sm(s) Sm(l)8. 对反应方向起决定作用的因素的判断不正确的是A.有时焓变对反应方向起决定性作用B.有时熵变对反应方向起决定性作用C.焓变和熵变是判断反应方向的两个主要因素D.任何情况下，温度都不可能对反应的方向起决定作用9. 对温度与反应方向的关系，下列判断不正确的是A.H0，S0，所有温度下反应自发进行B.H0，S0，所有温度下反应自发进行C.H0，S0，低温下反应自发进行D.H0，S0，所有温度下反应不能自发进行10. 对于化学反应的方向的确定，下列说法正确的是A.在温度、压力一定的条件下，焓因素和熵因素共同决定一个化学反应的方向B.温度、压力一定时，放热的熵增加反应一定能自发进行C.反应焓变是决定反应能否进行的唯一因素D.固体的溶解过程与焓变有关11.已知石墨和金刚石燃烧的热化学方程式分别为：C（石墨s）+O2(g)=CO2(g)；H= 393.5kJmol1C（金刚石s）+O2(g)=CO2(g)；H= 395.4kJmol1关于金刚石和石墨的相互转化，下列说法正确的是A.石墨转化为金刚石是自发进行的过程B.金刚石转化成石墨是自发进行的过程C.石墨比金刚石能量低D.金刚石比石墨能量低12.下列反应中，熵显著增加的反应是A. CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) B.CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2C. C（s）+O2（g）=CO2（g） D.2HgO(s)=2Hg(l)+O2(g)13. HTS0作为化学反应方向的判据，它适用的条件是A.温度、压强一定 B.压强一定 C.温度、体积一定 D.体系中物质的状态一定14.对于反应4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)=4Fe(OH)3(s)； H= 444.3kJmol1 ；S= 280.1Jmol1k1。在常温常压下反应能自发进行，能反应方向起决定性作用的是A.熵变 B.温度 C.压强 D.焓变三.计算题15.水银的沸点是630K，它的蒸发热是296.2Jg，在沸点时，水银变化的熵变S是 Jmol1k1。16.高炉炼铁中常用焦炭还原Fe2O3。请运用所学知识判断用焦炭还原Al2O3炼制金属铝的可能性。已知298K时反应：3C（s）+2Al2O3(s)=4Al(s)+3CO2(g)；其H=217 kJmol1 ；S=635.5 Jmol1k1。17.电子工业中清冼硅片上的二氧化硅的反应是：SiO2(s)+4HF(g)=SiF4(g)+2H2O(g)其H（298K）= 94.0kJmol1 S(298K)= 75.8Jmol1K1设H和S不随温度变化而变化，试求此反应自发进行的温度条件。18.对于汽车尾气的净化反应：2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)，在298K、100kPa下，H（298K）= 113.0kJmol1 S(298K)= 145.3Jmol1K1，通过计算说明该反应在室温下能否自发进行？19.碱土金属的碳酸盐热分解反应的模式如下：MCO3（s）=MO（s）+CO2（g）。已知碱土金属碳酸盐在标准状态下的的热力学数据（见下表）MgCO3CaCO3SrCO3BaCO3H/kJmol1117175238268S/Jmol1K1167154167167试求标准状态下各碳酸盐的热分解温度。一、选择题 1.C 2.A 3.A 4.A 5.C 二、选择题 6