高中化学 2.4 化学反应进行的方向知识导学素材 新人教版选修4（通用）

第四节 化学反应进行的方向案例探究 我们知道，水往低处流，而不会自发地从低处流向高处。因为根据能量最低原理，流向低处，水所具有的势能越小，它的存在状态就越稳定；反之，如果要把水从低处抽向高处，必须用外力做功(如抽水泵)，提高水的势能。换言之，能量越低，物体所处的状态就越稳定。 这就是我们常说的能量最低原理。 问题与讨论： 1.把水从低处抽到高处，能量是如何转化的？ 2.水从高处流向低处，水所具有的总能量减小，存在状态越稳定，试分析水减少的能量究竟到哪里去了？还符合能量转化和守恒定律吗？ 我们知道，把棉花和铁装到同一辆汽车上，把铁装在下层，棉花装在上部。因为这样做体系的重心降低，系统更稳定，也不容易翻车。还有一例，炸药内存在大量的化学能，很容易发生爆炸，产生大量的气体，释放出巨大的能量。当爆炸完成后整个体系(生成的气体)所具有的能量较少，体系趋于稳定状态。 这都符合能量最低原理。自学导引1.能量判据经验表明，自发过程的共同点是_(这时_或者_)。由此总结出的经验规律就是能量判据。答案:体系趋于从高能量状态转向低能量状态 体系会对外部做功 释放热量2.熵判据 在密闭条件下，体系有_的倾向。因为与有序体系相比，_ “更加稳定”，可以采取更多的_。科学家把这种因素称作熵。 在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵_，这叫做熵增原理。在用来判断_，就称为熵判据。对于同一种物质，气态时_，液态时_，固态时_。答案:由有序自发地转向无序 无序体系 存在方式 增大 过程的方向 熵值最大 次之 熵值最小3.化学反应进行的方向 事实告诉我们，过程的自发性只能用于_，不能确定过程_和过程_。由_和_组合而成的复合判据，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。答案:判断过程的方向 是否一定会发生 发生的速率 能量判据 熵判据疑难剖析一、能量判据 任何体系都有取得最低能量的倾向。自发反应在一定条件下不需外力作用能自动进行，而非自发反应需要不断地施于外力作用，脱离外力作用自身不能进行。【例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.室温下水结成冰解析：自然界中水由高处向低处流、天然气的燃烧、铁在潮湿空气中的生锈、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友情提示：自然界和日常生活中的一些自发过程需总结了解。二、熵判据 任何一个体系都有混乱度增大的倾向，化学反应也如此，即反应会向熵增大的方向变化。【例2】 碳酸铵(NH4)2CO3在室温下就能自发地分解产生氨气，对其说法正确的是( )A.碳酸铵分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增大B.碳酸铵分解是因为外界给予了能量C.碳酸铵分解是吸热反应，根据能量判据不能自发分解D.碳酸盐都不稳定，都能自发分解解析：碳酸铵自发分解，是因为体系由于氨气的生成而使熵增大。答案：A友情提示：熵增原理是解释部分自发过程的判据。三、化学反应进行的方向【例3】 下列说法正确的是( )A.凡是放热反应都是自发的，由于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解析：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；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。答案：C友情提示：能量判据和熵判据要综合考虑利用，不能简单地单一使用。拓展迁移拓展点一：化学反应进行方向的判据吉布斯自由能变G 科学家根据体系存在着力图使自身能量趋于“最低”和由“有序”变为“无序”的自然现象，对于化学反应进行的方向，提出了互相关联的能量判据和熵判据，即凡是能够使反应体系能量降低、熵增大的反应方向，就是化学反应容易进行的方向。但对于一个具体反应，需应用两个判据综合进行分析，不可片面地做出结论。 为了更准确判断化学反应进行的方向，把能量判据和熵判据结合起来组成复合判断吉布斯自由能变(G)判据，更适合于对所有过程的判断。 G=H-ST(T为开尔文温度) 在等温等压、不做有用功的条件下： (1)若G0，过程是非自发的；(3)若G=0，体系处于平衡状态。拓展点二：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。 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。 说明：(1)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；铁器暴露在潮湿空气中会生锈；甲烷与氧气混合遇火就燃烧；锌与CuSO4溶液会自动反应生成Cu和ZnSO4等等都是自发过程，其逆向都是非自发过程。其中都是自发反应，其逆向都是非自发反应。 (2)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