高中化学 第2章 化学反应速率和化学平衡 2.4 化学反应进行的方向学案新人教版选修

1、第四节 化学反应进行的方向【学习目标】: 1.了解反应的自发性与反应过程中能量变化及熵值变化的关系；2.能够用焓减与熵增原理判断化学反应进行的方向。【重、难点】: 能够用焓减与熵增原理判断化学反应进行的方向【知识梳理】: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自动进行的过程。如：水由高处往低处流，自由落体，电流由电位高的地方向电位低的地方流，铁器暴露于潮湿的空气中会生锈，室温下冰块会融化，这些都是自发过程。2、自发反应：在给定条件下，能自发地进行到显著程度的反应。3、非自发反应：不能自发地进行，必须借助某种外力才能进行的反应。 4、自发过程 和自发反应的应用自发过

2、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，甲烷燃烧可在内燃机中被利用来做功，锌与CuSO4溶液的反应可被设计成原电池。非自发的过程要想发生，则必须对它做功，如利用水泵可将水从低处流向高处，通电可将水分解生成氢气和氧气。二、反应方向的焓判据。经验表明，那些不用借助外力就可以自动进行的自发过程的共同特点是：体系能量趋向于从高能态转变为低能状态，这时体系会对外部做功或者释放能量，由此总结而得的经验规律就是所谓的焓判据。也称能量判据。1.焓判据：若H0，正向反应能自发进行；若H0，正向反应不能自发进行，而逆向反应能自发进行。2.焓判据的局限性:多数自发进行的化学反应是放热反应，但也有

3、不少吸热反应也能自发进行。而且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：N2O5（g）= 4NO2（g）+ O2（g） H = 56.7KJ/mol；NH4HCO3（s）+ CH3COOH（aq）= CO2（g）+CH3COONH4（aq）+ H2O（l） H = 37.3KJ/mol； 因此，反应焓变是与反应能否自发进行有关的一个因素，但不是唯一因素。三、反应方向的熵判椐密闭容器中的气态物质或液态物质蒸汽（包括挥发性固体），会通过分子扩散自发形成均匀混合物。物质溶于水自发地向水中扩散，形成均匀的溶液等。为解释这一类与能量无关的过程的自发性，科学家提出了另一推动体

4、系变化的因素：在密闭条件下，体系有由有序自发地变为无序的倾向的熵判据。1、混乱度：表示体系的不规则或无序状态。混乱度的增加意味着体系变得更加无序。2、熵： 用来表示混乱度大小的物理量 符号：S ；单位：Jmol-1K-1体系的有序性越高，即混乱度越低，熵值就越小。有序变为无序熵增的过程。3、熵的大小判断： （1）气态 液态 固态 （2）与物质的量成正比4、反应熵变S = 反应产物总熵 反应物总熵产生气体的反应，或气体物质的量增大的反应，S通常为正值，为熵增加反应，反应自发进行。 注意：两种气体的混合也是熵增加的过程。5、熵判椐： 在于外界隔离体系中，自发过程将导致体系的熵增大，即S 0。称为熵

5、增原理。6、熵判椐的局限性 有些熵减小的反应在一定条件下也可以自发进行，如：-10的液态水会自动结冰成为固态，氨气与氯化氢气体反应生成氯化铵固体等。因此，反应熵变是与反应能否自发进行有关的又一个因素，但也不是唯一因素。四、焓变与熵变对反应方向的共同影响。在一定条件下，一个化学反应能否自发进行，既与反应焓变有关，又与反应熵变有关。研究表明，在恒温、恒压下，判断化学反应自发性的判据是：体系自由能变化（G、单位：KJ/mol）：G = H TS（注意：T的单位是“K”,不是“”） G = H TS 0 反应不能自发进行。总结：类型HSHTS反应的自发性1永远是在任何温度下都是自发反应2永远是+在任何

6、温度下都是非自发反应3在高温+在低温在低温是自发反应在高温是非自发反应4+在高温在低温+在低温是非自发反应在高温是自发反应注意 ：1、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的速率；2、在讨论过程的方向时，我们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。例题： 已知101kPa、298.15K时石灰石分解反应：CaCO3(s) =CaO(s)+CO2(g) H（298 .15K）= +178.3 kJ moL-1，S（298 .15K）= +160.4 J moL-1K-1 试判断在此条件时反应的自发性及自发进行的最低温度(

7、焓变H及熵变S受温度的影响可忽略) 。解：G = H TS = 178.3 kJ moL-1 298.15 K 160.4 J moL-1K-11/1000 kJ/J =178.3 kJ moL-1 47.82 kJ moL-1=130.48kJ moL-10 为非自发反应；设：自发进行的最低温度为T则：H TS=178.3 kJ moL-1 T160.4 J moL-1K-11/1000 kJ/J0解之：T1112K答：在100kPa、298.15K时石灰石分解反应为非自发反应，自发进行的最低温度为1112K。巩 固 练 习1、下列过程是非自发的是 ( )A. 水由高处向低处流 B. 天然气

8、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，根据焓判据不能自发分解 D.碳酸盐都不稳定，都能自发分解 3、下列说法正确的是 ( )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4、以下自发反应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) H= +

9、56.7kJ/molC. (NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g) H= +74.9 kJ/molD. 2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) H= 571.6 kJ/mol5、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6、下列过程属于熵增加的是 （ ）A. 一定条件下，水由气态变为液态 B. 2H2(g)+O2(g) =2H2O(

10、g)C. 散落的火柴的无序排列 D. NH4HCO3(s) =NH3(g)+H2O(g)+CO2(g)7、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)8、某化学反应其H= 122 kJmol-1，S= +231 Jmol-1K-1，则此反应在下列哪种情况下可自发进行 ( ) A在任何温度下都能自发进行 B在任何温度下都不能自发进行 C仅在高温下自发进行 D仅在低温下自发进行9、下列关于化学反应的熵变的叙述中正确

11、的是 （ ）A. 化学反应的熵变与反应的方向无关 B. 化学反应的熵变直接决定了反应的方向C. 熵值增大的反应都是混乱度增大的反应 D. 熵值增大的反应都能自发进行10、下列有关说法中正确的是 （ ）A. 焓变大于零的反应一定不能自发进行 B. 焓变小于零的反应一定能自发进行C. 焓变小于零且熵增加的过程对应的反应能自发进行D. 对于同一物质来讲，熵值的大小与其状态有关，固态物质的熵值最大11、对于化学反应能否自发进行，下列说法中错误的是 ( )A若H0，S0，任何温度下都能自发进行B若H0，S0，任何温度下都不能自发进行C若H0，S0，低温时可自发进行D若H0，S0，低温时可自发进行12、自

12、发进行的反应是 （ ）A. 吸热反应 B. 放热反应 C. 熵增加反应 D. 熵增加或者放热反应 13、25和1.01105Pa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14、下列叙述中，不正确的是 （ ）A某特定反应的平衡常数仅是温度的函数B焓变小于0而熵变大于0的反应肯定是自发的C平衡常数发生变化，化学平衡必定发生移动，达到新的平衡D化学平衡发生移动，平衡常数必发生变化15、下列说法错误的是 （ ）A. NH4NO3 溶于水吸热，说明其溶于水不是自发过程 B. 同一种物质气态时熵值最大，液态时次之，而固态时熵值最小C. 借助于外力