优化方案人教化学选修4全册课件-2章第四节

第四节化学反应进行的方向思考感悟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。

课堂互动讲练探究整合应用知能优化训练基础自主学案第四节化学反应进行的方向基础自主学案自主学习一、自发过程和自发反应有关化学反应进行的方向、快慢和限度是化学反应原理的三个重要组成部分。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，提出了互相关联的焓判据和熵判据，为最终解决反应方向问题提供了必要的依据。1．自发过程(1)含义：在一定条件下，不用借助于外力就可以__________的过程。(2)特点：①体系趋向于从_____状态转变为_____状态(体系对外部做功或者______能量)。②在密闭条件下，体系有从有序自发转变为无序的倾向，即______原理。2．自发反应在给定的一组条件下，可以_______地进行到显著程度的化学反应。自动进行高能低能释放熵增自发思考感悟1．自发反应一定能发生反应，而非自发反应一定不能发生反应吗？【提示】自发反应、非自发反应是指该反应过程是否有自发进行的倾向，而这个过程是否一定会发生则不能确定。如C的燃烧是一个自发反应，但要想发生反应，需借助外界条件点燃才能发生。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：在密闭条件下，体系有从_____自发地转变为_____的倾向。因为与有序体系相比，_____体系“更加稳定”，可以采取更多的存在方式。科学家用___(符号为S)来量度这种混乱(或无序)的程度。降低焓变有序无序无序熵(2)熵增原理在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵_______，即熵变(符号ΔS)_____零。(3)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)(填“>”、“<”或“＝”)。(4)熵判据体系有自发地向混乱度____(即熵增)的方向转变的倾向，因此可用_____来判断反应进行的方向。增大大于>>增加熵变3．复合判据过程的自发性只能用于判断过程的方向，不能确定过程是否一定会发生和过程发生的速率，若允许外界对体系施加某种作用，就可能出现相反的结果。综合考虑焓判据和熵判据的复合判据，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。思考感悟2．熵增加的反应一定能自发进行吗？自主体验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：选D。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，其逆过程都是非自发的。2．以下自发过程可用焓判据来解释的是(

)A．硝酸铵自发地溶于水B．2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)

ΔH＝＋56.7kJ/molC．(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g)

ΔH＝＋74.9kJ/molD．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)

ΔH＝－572kJ/mol解析：选D。焓判据能够说明放热反应为自发反应，而A、B、C三个自发过程均为吸热过程，显然不能用焓判据来解释，只有D项可以用焓判据解释。3．(2011年河南驻马店高二检测)水的三态的熵值的大小关系正确的是(Sm表示1mol物质的熵值)(

)A．Sm(s)>Sm(l)>Sm(g)B．Sm(l)>Sm(s)>Sm(g)C．Sm(g)>Sm(l)>Sm(s)D．Sm(s)＝Sm(l)＝Sm(g)解析：选C。同一种物质处于气态时熵值最大，液态次之，固态时熵值最小。课堂互动讲练要点一判断化学反应进行方向的判据1．焓判据(化学反应能否自发进行与吸热、放热的关系)(1)多数能自发进行的化学反应都是放热反应。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)＋O2(g)＋2H2O(l)===4Fe(OH)3(s)ΔH(298K)＝－444.3kJ·mol－1(2)有不少吸热反应也能自发进行，如：NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)===CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l)

ΔH(298K)＝＋37.30kJ/mol(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。如在室温下和较高温度下均为吸热过程的CaCO3分解反应。CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)

ΔH＝＋176.5kJ/mol所以焓变不是决定反应能否自发进行的惟一因素。特别提醒：自发进行的反应不一定都是由高能状态到低能状态的过程，如NH4NO3溶于水是吸热过程，由低能状态到高能状态。因此焓判据只是判断反应方向的一个依据。2．熵判据(熵变与反应方向的关系)化学反应中要发生物质的变化或物质状态的变化，因此存在着熵变。反应的熵变ΔS为生成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。例如：2H2O2(l)===2H2O(l)＋O2(g)ΔS＝＋467.4J·mol－1·K－1NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)===CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l)ΔS＝＋184.05J·mol－1·K－1(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)ΔS＝＋169.6J·mol－1·K－1C(石墨，s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)ΔS＝＋133.8J·mol－1·K－1(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)ΔS＝－39.35J·mol－1·K－1事实证明熵变是与反应能否自发进行有关的另一个因素。例1 (2011年湖北武汉调研)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B．NH4HCO3(s)===NH3(g)＋H2O(g)＋CO2(g)

ΔH＝＋185.57kJ/mol，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，有些能使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【规律方法】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。变式训练1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，扑克牌的毫无规律的混乱排列的几率大解析：选A。A项，水总是自发由高处往低处流，有趋向于最低能量状态的倾向。B项，吸热反应也可以自发进行。C项，有序排列的火柴散落时成为无序排列，有趋向于最大混乱度的倾向，应用熵判据。D项，扑克牌的无序排列也应用熵判据。要点二焓变和熵变对反应方向的共同影响由焓判据知放热反应是易进行的；由熵判据知熵值增加是自发的。很多情况下用不同的判据判定同一个反应，可能会出现相反的判断结果。因此，必须综合焓判据和熵判据来判定某一反应的过程。1．复合判据(自由能判据)在温度、压强一定的条件下，自发反应总是向ΔG＝ΔH－TΔS<0的方向进行，直到达平衡状态。2．复合判据与反应能否自发进行的关系ΔG＝ΔH－TΔS<0反应能自发进行ΔG＝ΔH－TΔS＝0反应达到化学平衡状态ΔG＝ΔH－TΔS>0反应不能自发进行3．应用例2

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℃、100kPa的室内存放，它会不会变成灰锡而不能再继续使用(已知在0℃、100kPa条件下白锡转化为灰锡的反应焓变和熵变分别为ΔH＝－2180.9J·mol－1，ΔS＝－6.61J·mol－1·K－1)(

)A．会变 B．不会变C．不能确定 D．升高温度才会变【解析】在等温、等压条件下，自发反应总是向着ΔH－TΔS<0的方向进行，直至达到平衡状态。因此，在0℃、100kPa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ΔH－TΔS值的问题。ΔH－TΔS＝－2180.9J·mol－1－273K×(－6.61J·mol－1·K－1)＝－376.37J·mol－1<0，因此在该条件下白锡会变为灰锡。【答案】A【规律方法】判断一个化学反应在一定温度下能否自发进行，应综合考虑焓变和熵变，根据复合判据ΔG＝ΔH－TΔS判断。互动探究试从化学反应进行的方向分析这个变化的原因。【提示】

由题目信息：灰锡结构松散，白锡结构坚固，可知：灰锡晶体中的原子会重新排列，体积增大，也就是锡原子的活动范围增大，熵增大，也就是说白锡变成灰锡的过程是熵增的过程，根据熵判据可知，此过程是自发的。变式训练2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)ΔH(298.15K)＝－94.0kJ/molΔS(298.15K)＝－75.8J/(mol·K)设ΔH和ΔS不随温度变化而变化，试求此反应自发进行的温度条件。答案：T<1240K探究整合应用自由能的变化对反应方向的影响体系自由能变化(ΔG单位：kJ/mol)，综合考虑了焓变和熵变对体系的影响：ΔG＝ΔH－TΔS。(1)ΔG＝ΔH－TΔS<0反应能自发进行；(2)ΔG＝ΔH－TΔS＝0反应达到平衡状态；(3)ΔG＝ΔH－TΔS>0反应不能自发进行。例

已知在100kPa、298.15K时石灰石分解反应：CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)ΔH＝＋178.3kJ/mol

ΔS＝＋160.4J/(mol·K)，则：(1)该反应________(填“能”或“不能”)自发进行；(2)据本题反应数据分析，温度________(填“能”或“不能”)成为反应方向的决定因素；(3)若温度能决定反应方向，则该反应自发进行的最低温度为________。【