1、第四节 化学反应进行的方向,第二章 化学反应速率和化学平衡,学习目标定位 了解自发过程和自发反应的主要特点，了解焓判据、熵判据的含义，会用焓变和熵变判断反应进行的方向。,一 自发过程和自发反应,达标检测 提升技能,二 化学反应进行的方向与焓变、熵变的关系,内容索引,三 化学反应进行的方向与自由能变化的关系,一 自发过程和自发反应,1.根据是否有外力作用，过程可分为自发过程和非自发过程。自发过程是在一定条件下，不借助外力而自发进行的过程。回答下列问题： (1)下列现象的发生，你认为是自发过程的是_(填字母)。 A.水由高处往低处流 B.气温升高冰雪融化 C.室温下，水自动结成冰 D.生锈的铁变光
2、亮,新知导学,答案,(2)自发过程具有的特点 能量角度 体系趋向于从 状态转变为 状态(体系对外部做功或者 热量)。 混乱度角度 体系趋向于从 状态转变为 状态。 2.有下列化学反应：白磷自燃、氯化氢分解、煤燃烧、钠与水反应、酸碱中和反应，其中属于能自发进行的化学反应(简称自发反应)的是 ，属于放热反应的是 。,低能,释放,无序,高能,有序,自发反应可被用来完成有用功；非自发反应要想发生，必须对它做功,关于自发反应的理解,不能,自发反应,含义,在给定条件下可以自发进行的反应,特征,具有方向性。即反应的某个方向在一定条件下是自发的，而其逆方向在该条件下是肯定 自发进行的,应用,二 化学反应进行的
3、方向与焓变、熵变的关系,1.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： NaOH(aq)HCl(aq)=NaCl(aq)H2O(l)，酸碱中和反应是 热反应，H 0，常温下 自发进行。 2Na(s)2H2O(l)=2NaOH(aq)H2(g)，该反应是 热反应，H 0，常温下 自发进行。,新知导学,放,放,0，该反应在常温下能自发进行。 CaCO3(s)=CaO(s)CO2(g) H0，该反应在常温下 自发进行，但在较高温度下 自发进行。 (2)自发反应与焓变的关系 多数自发进行的化学反应是放热反应，但也有很多吸热反应能自发进行，因此，反应焓变是与反应进行的方
4、向有关的因素之一，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素。,不能,能,2.化学反应进行的方向与熵变的关系 (1)熵的概念 自发过程的体系趋向于由 转变为 ，体系的混乱度 。体系的混乱度常用熵来描述，熵的概念是表示体系的 程度的物理量，其符号为S。熵值越大，体系的 越大。 (2)影响熵大小的因素 同一条件下，不同的物质熵值 。 同一物质的熵与其聚集状态及外界条件有关，如对同一种物质不同状态时熵值大小为S(g) S(l) S(s)。 物质的量越大，分子数越多，熵值越 。,增大,有序,无序,混乱或无序,混乱度,不同,大,(3)熵判据 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S)零，
5、这个原理叫做 。在用 来判断过程的方向时，就称为熵判据。 当S0时，反应为 反应，在一定条件下 自发进行。 当S0时，反应为 反应，在一定条件下 自发进行。,增大,熵增原理,熵增,熵减,能,不能,大于,熵变,(4)反应熵变是与反应进行的方向有关的因素之一，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素。如：2Al(s)Fe2O3(s)=Al2O3(s)2Fe(s) S39.35 Jmol1K1，上述反应为熵减少的反应，但在一定条件下，该反应也能自发进行。说明“熵判据”也具有一定的局限性。,化学反应进行的方向与焓变、熵变的关系 (1)从焓变(能量)角度：H0，有利于反应自发进行。 (3)在实际的化学反应中
6、，若H与S符号相同时，对化学反应的方向的影响作用出现矛盾，因此，在分析一个具体化学反应自发进行的方向时，不能孤立地使用焓判据或熵判据来分析，否则，可能会得出错误的结论。,1.下列自发反应可用焓判据来解释的是 A.2N2O5(g)=4NO2(g)O2(g) H56.7 kJmol1 B.(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)NH3(g) H74.9 kJmol1 C.2H2(g)O2(g)=2H2O(l) H571.6 kJmol1 D.CaCO3(s)=CaO(s)CO2(g) H178.2 kJmol1,活学活用,答案,解析,从焓变的角度分析，化学反应由高能状态向低能状态转化，使体系
7、能量降低的趋势，表现为放热反应较易进行。,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) H185.57 kJmol1，能自发进行，原因是体系有自发地向混乱度增加的倾向 C.因为焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓变和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,答案,解析,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，焓变和熵变均不能单独作为反应自发性的判据； D项中使用催化剂只能降低反应的活化能，增大反应速率，不
8、能改变反应的方向。,三 化学反应进行的方向与自由能变化的关系,1.用焓变和熵变的复合判据判断反应的方向 (1)由焓判据知 反应是易进行的；由熵判据知熵值 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。 (2)体系的自由能变化(符号为G，单位为kJmol1)综合考虑了焓变和熵变对体系的影响，可用于化学反应自发进行的方向的判断，G_。,新知导学,放热,增加,H,S,(3)在温度、压强一定的条件下，自发反应总是向GHTS 0的方向进行，直到达平衡状态。 HTS 0 反应能自发进行 HTS 0 反应达到平衡状态 HTS 0 反应不能自发进行,2.已知反应：2NO(g)2CO
9、(g)=N2(g)2CO2(g)在298 K、101 kPa的条件下，其H113.0 kJmol1，S145.3 Jmol1K1。 该反应_(填“能”或“不能”)用于消除汽车尾气中的NO，理由为_ _。,能,该反应的HTS69.7 kJmol10，说明该反应在理论上是可行的，所以能用于消除汽车尾气中的NO,GHTS113.0 kJmol1298 K(145.3103 kJmol1K1)69.7 kJmol10，S0或H0，S0时，反应能否自发进行与温度有关，一般低温时焓变影响为主，高温时熵变影响为主。,(2)反应发生的条件有多种，GHTS这个判据只能用于温度、压强一定条件下的反应，不能用于其他
10、条件(如温度、体积一定)下的反应。 (3)反应的自发性只能判断方向性，反应能否实现，还要看具体的反应条件。,3.下列判断错误的是 反应NH3(g)HCl(g)=NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的H0 CaCO3(s)=CaO(s)CO2(g)室温下不能自发进行，说明该反应的H”“”“,不能,该反应为吸热反应，化学反应后气体的化学计量数之和增加，所以H0，S0，故低温下GHTS0，反应不能自发进行。,答案,解析,(2)超音速飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2，化学方程式为2NO2CO=2CO2N2。反应在常温
11、下能够自发进行，则反应的H_(填“”“”或“”)0。,因为S0，且GHTS0，故H0，S0，则： 该反应常温下_(填“能”或“不能”)自发进行。 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。,不能,能,常温下石灰石不分解。 该反应的H0，S0，属于熵增加的吸热反应，故在高温下该反应能够自发进行。,答案,解析,(4)已知CaSO4(s)CO(g) =CaO(s)SO2(g)CO2(g) H218 kJmol1，该反应能够自发进行的反应条件是_。,高温,自发反应的条件是HTS0，故T ，即T值较大，该反应应在高温下进行。,答案,解析,(5)某吸热反应能自发进行，则该反应
12、的S_(填“”或“,吸热反应能自发进行，即H0，HTS0，故S0。,答案,解析,达标检测 提升技能,1.下列关于焓变与反应方向的叙述中正确的是 A.化学反应的焓变与其反应的方向无关 B.化学反应的焓变直接决定了反应的方向 C.反应焓变为正值时不利于反应自发进行 D.焓变为负值的反应都能自发进行,1,2,3,4,5,答案,解析,1,2,3,4,5,可逆反应的两个反应其焓变的数值相等，但是符号(变化趋势)相反，故A项错误； 焓变对反应方向有直接影响，但不能决定反应进行的方向，B项错误； 焓变为负值的反应多数能自发进行，但有的也不是自发反应，D项错误； 焓变为正值，吸收热量，体系能量升高，不利于反应
13、自发进行，C项正确。,2.下列说法完全正确的是 A.自发进行的反应均是放热反应 B.S为正值的反应均能自发进行 C.物质的量增加的反应，S为正值 D.CaCO3(s)受热分解为CaO(s)和CO2(g)：S0,答案,解析,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,有些吸热反应也可以自发进行，如(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)NH3(g)，故A错； 熵变与反应的自发性有关，但不能独立地作为反应是否自发的判据，故B错； 物质的量增加的反应，其混乱度不一定增加，即S不一定为正值，如2H2S(g)O2(g)=2H2O(l)2S(s)，故C错； CaCO3(s)的分解产生了气体，为熵增加反应
14、，故D正确。,要防止反应发生需满足HTS0的条件，解不等式得T409 K，故A正确。,3.已知在等温等压条件下，化学反应方向的判据为 HTS0 反应不能自发进行 设反应A=DE HTS(4 50011T) Jmol1，要防止反应发生，温度必须 A.高于409 K B.低于136 K C.高于136 K而低于409 K D.低于409 K,答案,解析,1,2,3,4,5,4.在25 、1.01105 Pa下，反应2N2O5(g) =4NO2(g)O2(g) H56.7 kJmol1能自发进行的合理解释是 A.该反应是分解反应 B.该反应的熵增效应大于焓变效应 C.该反应是熵减反应 D.该反应是放
15、热反应,答案,解析,该反应是吸热反应，不能只用焓判据来判断反应进行的方向，该反应过程中熵增大，是熵增反应。该反应能够自发进行，说明该反应的熵增效应大于焓变效应。,1,2,3,4,5,5.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： _。,答案,解析,1,2,3,4,5,该反应H0、S0，故不能实现该反应。,该反应是H0、S0，b、c、d反应的S0，HTS0，所以在高温时该反应不能自发进行。,a,(3)运用化学反应原理研究合成氨反应有重要意义，请完成下列探究。 生产氢气：将水蒸气通过红热的炭即产生水煤气。C(s) H2O(g) =H2(g)CO(g) H131.3 kJmol1，S133.7 Jmol1K1，该反应在低温下_(填“能”或“不能”)自发进行。,答案,解析,1,2,3,4,5,根据GHTS0为自发反应知，现H131.3 kJmol1，S 133.7 Jmol1K10.133 7 kJmol1K1，解得在T982.0 K时该反应能自发进行，由此可知该反应在低温下不能自发进行。,不能,本课结束,