1、化学反应的方向

第1节化学反应的方向 水总是自发地由高处往低处流 自然界中有许多自然而然发生的现象 请同学们联系生活知识 列举一些能自动发生的例子 自然界中水总是从高处往低处流 电流总是从电位高的地方向电位低的地方流动 室温下冰块自动融化 墨水扩散 食盐溶解于水 火柴棒散落等 镁条燃烧 酸碱中和 铁器暴露在潮湿空气中会生锈 甲烷和氧气的混合气体遇明火就燃烧 锌与CuSO4溶液会自动反应生成Cu和ZnSO4等 这些过程都是自发的 其逆过程就是非自发的 1 自发过程 在一定条件下 不借助外部力量就能自动进行的过程 2 自发反应 在给定的一组条件下 一个反应可以自发地进行到显著程度 就称为自发反应 归纳小结 如何判断一个过程 一个反应能否自发进行 探究 以 物体由高处自由下落 为代表 探究自发过程中有哪些变化趋势 自然界中水总是从高处往地处流 电流总是从电位高的地方向电位低的地方流动 共同点 高能向低能转化 观察下列几个自发进行的化学反应 找出它们的共同之处钠与水反应2Na s 2H2O l 2NaOH aq H2 g H 368kJ mol铁生锈 3Fe s 3 2O2 g Fe2O3 s H 824kJ mol氢气和氧气反应 2H2 g O2 g 2H2O l H 571 6kJ mol 共同点 H 0 放热反应 高能向低能转化 思考与交流 共同特点 H 0即放热反应放热反应使体系能量降低 能量越低越稳定 H 0有利于反应自发进行 一般情况下 H 0即放热反应 易发生自发反应 日常生活中长期积累的经验而总结得到一条经验规律 能量判据 焓判据 体系趋向于从高能状态转变为低能状态 这时体系会对外做功或者释放热量 H 0 归纳与总结 二 反应焓变与反应方向 焓判据 NH4HCO3 s CH3COOH aq CO2 g CH3COONH4 aq H2O l H 37 30kJ mol 自发反应一定要 H 0 结论 H 0有利于反应自发进行 自发反应不一定要 H 0焓变是反应能否自发进行的一个因素 但不是唯一因素 思考与交流 H 56 7kJ mol H 74 9kJ mol H 37 3kJ mol 墨水 气体扩散 固体的溶解 下课铃一响教室里会怎样 你能发现这些看似不相干的事件之间的联系吗 食盐溶于水 红墨水滴到水中扩散 香水扩散 这些过程都是自发过程 这一类自发过程与能量状态的高低无关 思考与交流 熵 S 1 描述体系混乱度的物理量2 符号 S单位 J mol 1 K 1 3 大小判据 1 物质的混乱度 体系混乱度越大 熵值越大 2 同一条件 不同物质的熵值不同 3 物质的存在状态 S g S l S s 4 反应熵变 1 符号 S 2 表达式 S S总和 生成物 S总和 反应物 3 正负判断 气体体积增大的反应 S 0 熵增加反应 气体体积减小的反应 S 0 熵减小反应 1 冰 液态水 水蒸气2 氯化钠晶体溶于水3 自发进行的吸热反应 N2O5分解 2N2O5 g 4NO2 g O2 g H 56 7kJ mol碳酸铵的分解 NH4 2CO3 s NH4HCO3 s NH3 g H 74 9kJ mol 共同点 熵 S 增加 探究 下列自发过程熵变的特点 注意 1 熵变只是反应能否自发进行的一种因素 2 熵变 S 只决定于体系的始态和终态 与变化的途径无关 3 熵判据只判断一定条件化学反应能否自发进行 与化学反应速率无关 自发过程的两大变化趋势 1 能量趋于减小 焓减 2 混乱度趋于增大 熵增 三 反应熵变与反应方向 在与外界隔离的体系中 自发过程将导致体系的熵增大 这一经验规律叫做熵增原理 是在用来判断化学反应方向时就称为熵判据 自发反应一定是熵增加的反应吗 2Al s Fe2O3 s Al2O3 s 2Fe s S 39 35J mol 1 K 1 结论 S 0有利于反应自发进行 自发反应不一定要 S 0 思考与交流 熵变也是反应能否自发进行一个因素 但也不是唯一因素 化学反应的最终判据到底是什么呢 H T S 四 焓变与熵变对反应方向的共同影响复合判据 当 H T S 0时 反应自发进行 当 H T S 0时 反应不自发进行 当 H T S 0时 平衡状态 需要注意 1 很多情况下 简单地只用其中一个判据判断同一个反应 可能会出现相反的判断结果 所以应两个判据兼顾 由能量判据 以焓变为基础 和熵判据组合成的复合判据将更适合于所有的过程 2 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发生的速率 例如 涂有防锈漆和未涂防锈漆的钢制器件 其发生腐蚀过程的自发性是相同的 但只有后者可以实现 3 在讨论过程的方向时 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 如 水泵可以把水从低水位升至高水位 用高温可使石灰石分解 高温高压石墨转化为金刚石的例子 实现后者的先决条件是要向体系中输入能量 该过程的本质仍然是非自发性的 课堂达标测试 1下列过程是非自发的是 A 水由高处向低处流B 天然气的燃烧C 铁在潮湿空气中生锈D 室温下水结成冰2碳酸铵 NH4 2CO3 在室温下就能自发地分解产生氨气 对其说法中正确的是 A 其分解是因为生成了易挥发的气体 使体系的熵增大B 其分解是因为外界给予了能量C 其分解是吸热反应 据能量判据不能自发分解D 碳酸盐都不稳定 都能自发分解 D A 5 25 和1 01 105Pa时 反应2N2O5 g 4NO2 g O2 g H 56 76kJ mol 自发进行的原因是 A 是吸热反应 B 是放热反应 C 是熵减少的反应 D 熵增大效应大于能量效应 D 6 下列说法不正确的是 A 焓变是一个与反应能否自发进行有关的因素 多数的能自发进行的反应都是放热反应B 在同一条件下不同物质有不同的熵值 其体系的混乱程度越大 熵值越大C 一个反应能否自发进行取决于该反应放热还是吸热D 一个反应能否自发进行 与焓变和熵变的共同影响有关 C D 8 下列反应中 熵减小的是 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 7 以下自发反应可用能量判据来解释的是 A 硝酸铵自发地溶于水B 2N2O5 g 4NO2 g O2 g H 56 7kJ molC NH4 2CO3 s NH4HCO3 s NH3 g H 74 9kJ molD 2H2 g O2 g 2H2O l H 571 6kJ mol D 影响因素 小结 焓减小有利于反应自发 熵增大有利于反应自发 规律方法总结 自发反应中的焓变和熵变的关系 1 在温度 压力一定的条件下 放热的熵增加的反应一定能自发进行2 在温度 压力一定的条件下 吸热的熵减少的反应一定不能自发进行3 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4 当焓变和熵变的作用相反且二者相差不大 温度可能对反应的方向起决定性作用5 无热效应的自发过程是熵增加的过程 如两种理想气