1、第二章 化学反应速率与化学平衡 第三节 化学反应的方向 1有的反应瞬间即可完成，有的反应非常缓慢？ 化学反应的方向问题 化学反应的限度问题化学平衡 化学反应的速率问题 3判定一个化学反应在指定条件下能否发生，以及在什么条件下可能发生？ 新课导入新课导入 2一个可能发生的反应进行的程度如何？在允许的情况下如何通过改变条件 获得尽可能高的转化率？ 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？ 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。 红墨水扩散 铁生锈 Cu和AgNO3反应 NaOH和HCl
2、反应 这些过程都是自发的，其逆过程就是非自发的。 学习目标学习目标 1知道化学反应是有方向的，了解焓变和熵变的概念。 2知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关。 3能用焓变、熵变判断化学反应进行的方向。 核心素养核心素养 证据推理与模型认知证据推理与模型认知： 能从焓变、熵变和自由能角度建立判断化学反应自发进行方向的思维模型，能 通过定性分析和定量计算推出合理的结论。 变化变化观念和平衡思想观念和平衡思想： 认识反应条件对化学反应的影响，能根据实验现象和数据概括自发反应的条件、 特征和规律。 知识梳理知识梳理 一一、自发过程自发过程与自发反应与自发反应 自发过程 自发反应 含义 在一定条件下
3、， 就 能自发进行的过程 在给定的条件下，可以 进行到 显著程度的化学反应 特征 具有 ，即某个方向在一定条件下是自发的，而其逆方向在该条件 下肯定是 的。 1自发过程与自发反应的比较自发过程与自发反应的比较 不需要借助外力 自发 方向性 不能自发进行 自发过程 自发反应 举例 高山流水，自由落体运动 钢铁生锈 应用 (1)可被用来完成有用功，如水力发电 (2)可用来实现化学能转化为电能，如H2燃烧可设计成原电池 (3)非自发过程要想发生，必须对它做功。如通电将水分解为H2和O2 (1)体系趋向于从 状态转变为 状态。 (2)体系趋向于从 体系转变为 体系。 2自发过程的特点自发过程的特点 高
4、能 低能 有序 无序 100 的沸水 室温的凉水 名师点拨 (1)一定条件下，如果一个过程是自发的，则其逆过程在相同条件下就是非自发的。 (2)自发过程可以是物理过程，不一定是自发反应，而自发反应一定是自发过程。 巩固练习巩固练习 1下列过程是非自发的是 ( ) A水由高处向低处流 B天然气的燃烧 C铁在潮湿空气中生锈 D室温下水结成冰 D 【解析】自然界中水由高处向低处流，天然气的燃烧，铁在潮湿空气中生锈， 室温下冰的融化，都是自发过程，其逆向都是非自发的。 2下列说法中正确的是 ( ) A能自发进行的反应一定能迅速发生反应 B非自发进行的反应一定不可能发生反应 C能自发进行的反应实际可能没
5、有发生反应 D常温下，2H2O= 通电 2H2O2，即常温下水的分解反应是自发反应 C 【解析】在温度、压强一定的条件下，化学反应自动发生的趋势，即反应发生的 可能性，它并不能说明在该条件下一个可能自发进行的化学反应能否实际发生， 因为化学反应能否实际发生还涉及到反应速率问题，所以A不正确；非自发不含 有“不可能”之意，例如，水的分解在常温常压下是非自发的，但在通直流电条件 下，电解生成氢气和氧气，只不过消耗了其他功，所以B不正确；水在常温常压 下电解才发生分解，即环境对它做电功才能使它发生，所以是非自发反应，所以 D不正确。 联想质疑联想质疑 以下过程均为自发反应或自发过程： 甲烷燃烧：CH
6、4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(g) H802.3 kJ mol1 氢气和氧气反应：2H2(g)O2(g)=2H2O(l) H571.6 kJ mol1 钠与水反应：2Na(s)2H2O(l)=2NaOH(aq)H2(g) H368 kJ mol1 硝酸铵溶于水要吸热。 冰融化要吸热。 两种或两种以上互不反应的气体通入一密闭容器中，最终会混合均匀。 二二、判断化学反应方向的依据判断化学反应方向的依据 思考交流 1对于自发反应，从能量角度分析它们为什么可以自发进行？ 提示：反应的H均小于0，体系从高能态变为低能态，反应为自发反应。 2对于自发过程，这些过程都是自发的，与焓变有关吗？是
7、什么因素决 定它们能自发进行？ 提示：自发过程与焓变无关，但它们都是熵增的过程，属于自发过程。 3合成氨反应N2(g)3H2(g) 2NH3(g) H92.2 kJ mol1，S198.2 J mol1 K1。根据焓判据分析298 K下该反应是否能自发进行？根据熵判据呢？ 提示：根据焓判据，因其H0，故反应能自发进行；但该反应的S0，根据 熵判据可知，该反应不能自发进行。 归纳总结归纳总结 1化学反应进行的方向与焓变的关系化学反应进行的方向与焓变的关系 (1)分析下列反应进行的方向与H之间的关系 H2(g)1 2O2(g)=H2O(l)，燃烧反应是放热反应，H0，常温下能自发进行。 Zn(s)
8、CuSO4(aq)=ZnSO4(aq)Cu(s)，该反应是放热反应，HS(l)S(s)。 熵值与物质的量的关系： 物质的量越大，分子数越多，熵值越大。 (3)熵变 概念：发生化学反应时物质熵的变化称为熵变，符号为S。 熵变规律 a物质由固态液态气态的过程为熵增的过程，S0，反之为熵减的过 程，S0；气体物质的量减小的反应 是熵减小的反应，S0的自发进行的反应。 因此，熵增(S0)的反应具有自发进行的倾向，可以用熵变来判断反应进行的方向。 有些熵减(S0)的反应也可以自发进行。 a实例：乙烯聚合生成聚乙烯反应的S0，该反应能够自发进行。 b2NO(g)2CO(g)=N2(g)2CO2(g) c4
9、Fe(OH)2(s)O2(g)2H2O(l)=4Fe(OH)3(s) 以上反应的S0，但有些熵减(S0，S0 BH0，S0 CH0，S0 DH0 巩固练习巩固练习 C 【解析】由图可知，反应物总能量高于生成物总能量，正反应为放热反应， 正反应为气体物质的量减小的反应，则为熵减的反应，即H0，S0，故 答案选C。 2下列说法不正确的是 ( ) A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 B反应NH4HCO3(s)=NH3(g)H2O(g)CO2(g) H185.57 kJ mol1能自 发进行，原因是体系有自发地向混乱度增加的方向进行的倾向 CH0、S0
10、的反应在任何温度下都能自发进行 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速率 A 【解析】化学反应的焓变和熵变共同决定反应自发进行的方向，A项错误；该 反应的焓变大于0、熵变大于0，根据GHTS0能自发进行可判断，自 发进行的原因是体系有自发地向混乱度增大的方向转变的倾向，B项正确；根 据GHTS0能自发进行可判断，H0、S0的反应在任何温度下都 能自发进行，C项正确；在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂可以改变 反应的活化能从而改变化学反应速率，D项正确。 当堂检测当堂检测 1下列有关化学反应方向的描述中正确的是 ( ) A放热反应都能自发进行 B冰融化为水的过程中：S0，
11、该反应能否自发进行与温度无关 D硝酸铵溶于水可自发进行，因为该过程的S0 D 【解析】反应的自发性由焓变和熵变共同决定，所以放热反应不是都能自发进行， A项错误；同一物质固体的能量小于液态，液态的熵大于固态，所以冰融化为水 的过程中S0，B项错误；由反应可知S0，又因该分解反应为吸热反应H0， 则该反应在高温下才能自发进行，反应能否自发进行与温度有关，C项错误；硝 酸铵溶于水发生电离，固体变成自由移动的离子形式，熵增加S0，D项正确。 2下列有关自发反应的说法错误的是 ( ) A自发反应可能放热也可能吸热 B熵增的反应不一定为自发反应 C自发反应可能需要一定条件引发才能发生 D焓增的同时熵减的
12、反应一定是自发反应 D 【解析】根据GHTS0，自发反应可能放热也可能吸热，故A正确；根 据GHTS0，熵增的反应，若H很大，也可能是非自发反应，故B正确； 自发反应需要达到一定条件(温度、压强等)，使化学键断裂达到中间态，故C正 确；H0，S0，则GHTS0，该反应一定是非自发反应，故D错 误。 3金属锡的冶炼常用焦炭作还原剂：SnO2(s)2C(s)=Sn(s)2CO(g)，反应过 程中能量的变化如图所示。下列有关该反应的H、S的说法中正确的是 ( ) AH0，S0，S0 CH0 DH0，S0 D 【解析】 SnO2(s)2C(s)=Sn(s)2CO(g)，该反应生成物气体化学计量数大，
13、混乱度大，所以是熵增加的反应，故S0；从图中可知，反应物能量低，生成物 能量高，该反应是吸热反应，故H0。 4已如(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)NH3(g) H74.9 kJ mol1。下列说 法中正确的是 ( ) A该反应中S0，H0 B该反应是吸热反应，因此一定不能自发进行 C判断反应能否自发进行需要根据H与S综合考虑 D碳酸盐分解反应中熵增加，因此所有碳酸盐的分解一定都能自发进行 C 【解析】根据反应的特征可知，该反应是熵增大的吸热反应，S0，H0， 故A错误；该反应是吸热反应，H0，S0，由HTS0可知，高温下 该反应可以自发进行，故B错误；判断反应能否自发进行需要根据
14、H与S综合 考虑，HTS0的反应能自发进行，故C正确；碳酸盐分解反应中熵增加， S0，反应是吸热反应，H0，反应自发进行的判断依据是HTS0， 因此低温下碳酸盐分解是非自发进行的，故D错误。 5下列有关化学反应方向及其判据的说法中错误的是 ( ) ACaCO3(s) CaO(s)CO2(g) H0，能否自发进行与温度有关 B1 mol H2O在不同状态时的熵值：SH2O(s)SH2O(g) C放热过程(H0)的过程一定是自发的 D常温下，反应C(s)CO2(g)=2CO(g)不能自发进行，则可推知该反应的H0 C 【解析】CaCO3(s) CaO(s)CO2(g) H0，S0，HTSS(液体)
15、 S(固体)，1 mol H2O在不同状态时的熵值：SH2O(s)SH2O(g)，故B正确；如 能自发进行，应满足HTS0，且该反应的S0，故H0，故D正确。 6回答下列问题： (1)汽车燃油不完全燃烧时产生CO，有人设想按下列反应除去CO： 2CO(g)=2C(s)O2(g)。已知该反应的H0，简述该设想能否实现的依据： _。 (2)下列反应中，在高温下不能自发进行的是_(填字母)。 aCO(g)=C(s)1 2O2(g) b2N2O5(g)=4NO2(g)O2(g) c(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)NH3(g) dMgCO3(s)=MgO(s)CO2(g) 该反应是H0、S0、S0，故不能实现该反 应。(2)a、b、c、d的H0，b、c、d反应的S0，HTS0时，反应才能自 发进行。a项S0，所以在高温时该反应不能自发进行。