化学学案课堂探究第二章第四节化学反应进行的方向

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精课堂探究探究一自发过程和自发反应·问题导引·如图打开活塞,左侧水会自发地流向右侧，直到两边水面相平。1．下列反应可以自发进行：NaOH(aq)＋HCl(aq)=NaCl(aq)＋H2O（l)；2Na(s)＋2H2O（l）=2NaOH（aq)＋H2(g)；2Al(s）＋6HCl(aq)=2AlCl3（aq)＋3H2(g）；CaO(s）＋H2O(l）=Ca（OH）2（aq）。上述反应是吸热反应还是放热反应？试从能量角度归纳自发反应的特征.提示:这些反应都是放热反应，即体系趋向于从高能状态变为低能状态，这是自发反应的特征之一。2．我们知道，固体硝酸铵溶于水要吸热,室温下冰块的溶解过程要吸热，Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应要吸热，这些过程或反应都是自发的，是什么因素决定它们能自发进行？试归纳自发反应的另一特征.提示：上述自发过程或反应与能量状态的高低无关，受另一种能够推动体系变化的因素的影响，即体系有从有序自发地转变为无序的倾向,这是自发反应的特征之一。3．为什么日常用的铁器会生锈,铜会长出铜绿,而铁锈不会变为铁，铜绿不会变为铜呢？试归纳自发反应的另一特征。提示:金属腐蚀是一个放热的自发过程，而金属化合物变为单质是一个非自发过程.即反应的某个方向在一定条件下是自发的，则其逆反应的方向在该条件下肯定不自发.即自发反应具有方向性，这是自发反应的特征之一。·名师精讲·自发反应的特征（1)自发反应是自发过程的一种.自发过程不用借助于外力就能自发进行。(2）自发反应的特征是:体系趋向于由高能状态转变为低能状态；在密闭条件下,体系从有序自发转变为无序；具有方向性.【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方法技巧在一定条件下，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。变式训练1吸热反应一定是（）A．非自发的化学反应 B．释放能量C．储存能量 D．反应需要加热解析：吸热反应有的是自发的,有的也不需要加热，如Ba(OH）2·8H2O与NH4Cl的反应是自发的吸热反应.答案:C探究二化学反应进行方向的判据·问题导引·一盒火柴散落在地上，会发现原先排列规则的火柴变得混乱不堪，其混乱的程度增大.那么它能再自动规则排列吗？NH4HCO3在室温下会自动分解生成NH3、CO2和H2O，那么NH3、CO2和H2O能自动合成NH4HCO3吗？怎样判断某一过程能否自动发生呢，请结合所学知识探究下列问题。1．合成氨反应是一个可逆反应：N2（g）＋3H2（g）2NH3（g)ΔH＝－92。2kJ·mol－1，ΔS＝－198。2J·mol－1·K－1。(1)请你根据正反应的焓变分析298K下合成氨反应能否自发进行？（2）请你根据正反应的熵变分析298K下合成氨反应能否自发进行？(3）请你根据正反应的焓变和熵变分析298K下合成氨反应能否自发进行？提示：（1）能。正反应为放热反应，由高能状态到低能状态,可自发进行。(2)不能。正反应为气体体积减小的反应，ΔS＜0,混乱度减小，不能自发.(3)能。ΔG＝ΔH－TΔS＝－92.2kJ·mol－1－298K×（－198.2)×10－3kJ·mol－1·K－1＝－33.1364kJ·mol－1＜0,反应在298K时可以自发向正反应方向进行。2．试判断下列反应在一定条件下能否自发进行。若能进行，需控制什么条件？（1）Mg(s)＋2HCl（aq）=MgCl2（aq)＋H2(g)（2)CO(g)=C（石墨,s)＋O2（g）ΔH＝＋110。5kJ·mol－1,ΔS＝－89.36J·mol－1·K－1（3）CaCO3（s)=CaO(s）＋CO2(g）ΔH＝＋178。2kJ·mol－1，ΔS＝＋169。6J·mol－1·K－1提示:（1)该反应的ΔH＜0，ΔS＞0，则ΔG＝ΔH－TΔS＜0，故不论在什么温度下，该反应都能自发进行.（2)ΔG＝ΔH－TΔS＝＋110。5kJ·mol－1＋T×89。36×10－3kJ·mol－1·K－1＞0,故不论在什么温度下，该反应都不能自发进行。（3)室温下，ΔG＝ΔH－TΔS＝178.2kJ·mol－1－298K×169。6×10－3kJ·mol－1·K－1≈128kJ·mol－1＞0，因此，室温下该反应不能自发进行；如要使反应自发进行，则应使ΔH－TΔS＜0,则T＞ΔH/ΔS＝178。2kJ·mol－1/0。1696kJ·mol－1·K－1≈1051K.·名师精讲·自发反应的判断(1）利用焓判据或熵判据单独判断化学反应的方向时，都有一定的局限性。在判断反应进行的方向时要综合考虑焓判据和熵判据，不能简单地单一使用。（2）过程的自发性只是一种趋势,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。(3）化学反应进行的方向与自由能变化的关系:焓变和熵变判断化学反应方向的复合判据称为体系的自由能，用G表示。自由能的变化（符号ΔG,单位kJ·mol－1）综合考虑了焓变和熵变对体系的影响ΔG＝ΔH－TΔS。用自由能的变化判断化学反应自发性的判据，它不仅与焓变和熵变有关，还与温度有关。用自由能的变化判断反应的方向规律如下：ΔG＝ΔH－TΔS＜0反应能自发进行ΔG＝ΔH－TΔS＝0反应达到平衡状态ΔG＝ΔH－TΔS＞0反应不能自发进行【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B．NH4HCO3（s）=NH3(g)＋H2O(g)＋CO2（g）ΔH＝＋185。57kJ·mol－1，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：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借题发挥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2分析下列反应在任何温度下均能自发进行的是（)A．2N2(g）＋O2(g）=2N2O(g)ΔH＝＋163kJ·mol－1B．Ag（s）＋Cl2（g)=AgCl（s）ΔH＝－127kJ·mol－1C．HgO（s）=Hg（l）＋O2（g)ΔH＝＋91kJ·mol－1D．H2O2(l）=O2(g)＋H2O(l)ΔH＝－98kJ·mol－1解析：对于A项，ΔH＞0，ΔS＜0，ΔH－TΔS＞0,即任何温度下，反应