人教版选修4 第二章第四节　化学反应进行的方向 学案.doc

第四节化学反应进行的方向1了解放热反应的自发性和某些吸热反应的自发性。2通过“有序”和“无序”的对比，理解熵的概念。3初步了解焓变和熵变对化学反应方向的影响，能用焓变和熵变说明化学反应的方向。小时候在玩玩具时，你是否有将所有玩具到处乱丢，使其乱七八糟的行为呢？就像“水往低处流”一样，化学反应也存在内能降低(焓减小)，混乱度增大(熵增加)的趋势。那么如何判断一个化学反应能否自发进行呢？提示：判断一个化学反应能否自发进行的依据通常有能量判据和熵判据，其中放热的熵增加的反应一定能自发进行。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_。2自发反应：在给定的一组条件下，一个反应可以_进行到显著程度，就称为自发反应。自主思考1：“自发反应一定能自动进行，而非自发反应一定不能发生”，这句话对吗？说明理由。二、化学反应进行方向的判据1焓判据。放热反应过程中体系能量_，具有自发进行的倾向，因此可用_来判断反应进行的方向。2熵判据。(1)熵：用来度量体系_程度的物理量。熵值越大，_程度越大。符号：_。单位：jmol1k1。(2)熵值大小的比较。同一种物质不同状态时熵值大小为s(g)_s(l)_s(s)。(3)熵增原理。在与外界隔绝的体系中，自发过程将导致体系的熵_，即熵变(符号s)_零。(4)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_来判断反应进行的方向。3复合判据。过程的自发性只能用于判断过程的方向，不能确定过程_和过程_，若允许外界对体系施加某种作用，就可能出现相反的结果。综合考虑_和_的复合判据，将更适合于所有的过程，只根据一个方面来判断反应进行的方向是不全面的。自主思考2：是否s0的过程一定能自发进行，s0的过程一定不能自发进行？答案：一、1.自动进行的过程2自发地自主思考1提示：不对。某些自发反应需在一定条件下才能自动进行，非自发反应具备了一定条件也能发生。如甲烷燃烧是自发反应，但需点燃或加热才能反应；石灰石分解为氧化钙和二氧化碳为非自发反应，在高温下可以发生。二、1.降低焓变2(1)混乱混乱s(2)(3)增大大于(4)增加熵增熵变3是否一定会发生发生的速率焓判据熵判据自主思考2提示：不是。一个过程的s0，只能说明该过程有自发进行的倾向，而这个过程是否一定会发生则不能确定；s0的过程也能自发进行，如10 的液态水会自动结冰成为固态。一、决定和影响化学反应进行方向的因素1化学反应的方向与焓变的关系。(1)多数能自发进行的化学反应是放热反应。例如：在常温、常压下，氢氧化亚铁被氧化为氢氧化铁的反应是自发的，反应放热：4fe(oh)2(s)2h2o(l)o2(g)=4fe(oh)3(s)h(298 k)444.3 kjmol1。(2)有些吸热反应也能自发进行。例如：nh4hco3(s)ch3cooh(aq)=co2(g)ch3coonh4(aq)h2o(l)h(298 k)37.30 kjmol1(3)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。例如：在室温下和较高温度下均为吸热过程的caco3的分解反应。caco3(s)=cao(s)co2(g)h(298 k)178.2 kjmol1h(1 200 k)176.5 kjmol12化学反应的方向与熵变的关系。反应的熵变(s)为反应产物总熵与反应物总熵之差。对于确定的化学反应，在一定条件下具有确定的熵变。(1)许多熵增加的反应在常温、常压下可以自发进行。产生气体的反应，气体物质的物质的量增大的反应，熵变通常都是正值，为熵增加反应。例如：2h2o2(aq)=2h2o(l)o2(g)。(2)有些熵增加的反应在常温、常压下不能自发进行，但在较高温度下可以自发进行。例如：caco3(s)=cao(s)co2(g)；c(石墨，s)h2o(g)=co(g)h2(g)。(3)铝热反应是熵减小的反应，它在一定条件下也可以自发进行：2al(s)fe2o3(s)=al2o3(s)2fe(s)。任何反应体系都有趋向于从高能状态转变为低能状态和从有序自发地转变为无序的倾向。因此影响和决定化学反应进行方向的因素是焓变和熵变。二、焓变与熵变对反应方向的共同影响1用焓变和熵变的复合判据判断反应的方向。体系的自由能变化(符号为g，单位为kjmol1)综合考虑了焓变和熵变对体系的影响，可用于化学反应自发进行方向的判断，ghts。(1)当h0，s0时，g0，反应自发进行。(2)当h0，s0时，g0，反应不能自发进行。(3)当h0，s0或h0，s0时，反应是否自发进行与温度有关，在一定温度下可使g0，即反应达平衡状态。2用复合判据判断反应方向的有关规律。(1)放热的熵增加反应一定能自发进行，放热的熵减小反应或熵无明显变化的反应，也可能自发进行，如氢气燃烧、甲烷燃烧等。(2)吸热的熵减小反应一定不能自发进行，而吸热的自发过程一定是熵增加的过程，如：冰的融化。(3)无热效应的自发过程是熵增加的过程。如两种理想气体的混合。(4)当焓变和熵变的作用相反时，如果二者大小相差悬殊，可能某一因素占主导地位。(5)此外，如果焓变和熵变的作用相反且相差不大时，温度有可能对反应的方向起决定性作用。焓变和熵变都与反应的自发性有关，又都不能独立地作为自发性的判据，要判断反应进行的方向，必须综合考虑体系的焓变和熵变。根据hts0判断的只是反应能否自发进行的可能性，具体的反应能否实际发生，还涉及化学反应速率的问题。知识点1 自发过程与自发反应【例题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室温下水结成冰解析：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、室温下冰的融化，都是自发过程，其逆向都是非自发的。答案：d点拨：在一定条件下，不需要外力作用就能自动进行的过程是自发过程；在给定的一组条件下，一个反应可以自发进行达到显著程度的反应是自发反应。在一定条件下，需持续借助人为作用才能进行的过程是非自发过程。知识点2 焓判据与熵判据【例题2】 下列说法正确的是()。a在常温下，放热反应一般能自发进行，吸热反应都不能自发进行bnh4hco3(s)=nh3(g)h2o(g)co2(g)h185.57 kjmol1，能自发进行，原因是体系有自发地向混乱度增加的方向转变的倾向c因为焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓变或熵变均可以单独作为反应自发性的判据d在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂，可以改变化学反应进行的方向解析：正确解答本题，首先要明确焓判据和熵判据对化学反应方向的影响，然后利用自由能变化(复合判据)进行综合分析判断，同时要注意催化剂在化学反应中的作用。a项错误，有些熵值增大的吸热反应可以自发进行；c项错误的原因是要将二者综合起来即利用复合判据进行判断；d项中使用催化剂只能降低反应的活化能，不能改变反应的方向。答案：b点拨：焓变和熵变都是与反应能否自发进行有关的因素，但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对反应方向的综合影响。知识点3 复合判据【例题3】 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。现把白锡制成的器皿放在0 、100 kpa 的室内存放，它()变成灰锡而不能再继续使用。(已知在0 、100 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 jmol1k1，当hts0时能自发反应)a会b不会c不能确定 d升高温度才会解析：在等温、等压条件下，自发反应总是向着hts0的方向进行，直至达到平衡状态。因此，在0 、100 kpa条件下，白锡会不会变为灰锡的问题就转化为求算反应：白锡灰锡的“hts”值的问题。hts2 180.9 jmol1273 k(6.61 jmol1k1)376.37 jmol10，因此在该条件下白锡会变为灰锡。答案：a点拨：一个化学反应能否自发进行，既与反应的焓变有关，又与反应的熵变有关。1实验证明，多数能自发进行的反应都是放热反应。对此说法的理解正确的是()。a所有的放热反应都是自发进行的b所有的自发反应都是放热的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2下列说法中正确的是()。a凡是放热反应都是自发的，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3下列反应中，在高温下不能自发进行的是()。aco(g)=c(s)o2(g)b2n2o5(g)=4no2(g)o2(g)c(nh4)2co3(s)=nh4hco3(s)nh3(g)dmgco3(s)=mgo(s)co2(g)4能用能量判据判断下列过程方向的是()。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大5下列反应中，一定不能自发进行的是()。a2kclo3(s)=2kcl(s)3o2(g)h78.03 kjmol1s1 110 jmol1k1bco(g)=c(石墨，s)o2(g)h110.5 kjmol1s89.36 jmol1k1c4fe(oh)2(s)2h2o(l)o2(g)=4fe(oh)3(s)h444.3 kjmol1s280.1 jmol1k1dnh4hco3(s)ch3cooh(aq)=co2(g)ch3coonh4(aq)h2o(l)h37.3 kjmol1s184.0 jmol1k1答案：1c多数能自发进行的反应都是放热反应，并不是所有自发进行的反应都是放热反应，既然说“多数”，必定存在特例，所以只能说“焓变是影响反应是否具有自发性的一个重要因素，但不是唯一因素”。2c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，可能减少，也可能不变。过程的自发性只能用于判断过程的方向，是否能实现还要看具体的条件。3aa、b、c、d都是分解反应，都是吸热反应。b、c、d三个反应又都是熵增的反应，所以在高温下能自发进行，a不是熵增的反应，在高温下不能自发进行。4a水总是自发地由高处往低处流，有趋向于最低能量状态的倾向；吸热反应也可以自发进行，例如，在25 和1.01105 pa时，(nh4)2co3(s)=nh4hco3(s)