第四節(jié)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向,第二章化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡,學(xué)習(xí)目標(biāo)定位 了解自發(fā)過程和自發(fā)反應(yīng)的主要特點(diǎn)，了解焓判據(jù)、熵判據(jù)的含義，會用焓變和熵變判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向。,新知導(dǎo)學(xué),達(dá)標(biāo)檢測,內(nèi)容索引,新知導(dǎo)學(xué),1.自發(fā)過程：在一定條件下，不借助外力而自發(fā)進(jìn)行的過程?；卮鹣铝袉栴}： (1)下列現(xiàn)象的發(fā)生，你認(rèn)為是自發(fā)過程的是_(填字母)。 A.水由高處往低處流 B.氣溫升高冰雪融化 C.室溫下，水自動結(jié)成冰 D.生銹的鐵變光亮,一、自發(fā)過程和自發(fā)反應(yīng),答案,(2)自發(fā)過程具有的特點(diǎn) 能量角度 體系趨向于從 狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)?狀態(tài)(體系對外部做功或者 熱量)。 混亂度角度 體系趨向于從 狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)?狀態(tài)。,高能,低能,釋放,有序,無序,2.有下列化學(xué)反應(yīng)： 白磷自燃、氯化氫分解、煤燃燒、鈉與水反應(yīng)、酸堿中和反應(yīng)，其中屬于能自發(fā)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)(簡稱自發(fā)反應(yīng))的是 ，屬于放熱反應(yīng)的是 。,1.化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向與焓變的關(guān)系 (1)分析下列反應(yīng)進(jìn)行的方向與H之間的關(guān)系： NaOH(aq)HCl(aq)=NaCl(aq)H2O(l)，酸堿中和反應(yīng)是 熱反應(yīng)，H 0，常溫下 自發(fā)進(jìn)行。 2Na(s)2H2O(l)=2NaOH(aq)H2(g)，該反應(yīng)是 熱反應(yīng)，H 0，常溫下 自發(fā)進(jìn)行。 NH4HCO3(s)CH3COOH(aq)=CO2(g)CH3COONH4(aq)H2O(l) H0，該反應(yīng)在常溫下 自發(fā)進(jìn)行。 CaCO3(s)=CaO(s)CO2(g)H0，該反應(yīng)在常溫下 自發(fā)進(jìn)行，但在較高溫度下 自發(fā)進(jìn)行。,二、化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向與焓變、熵變的關(guān)系,放,<,能,放,<,能,能,不能,能,(2)自發(fā)反應(yīng)與焓變的關(guān)系 多數(shù)自發(fā)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)是放熱反應(yīng)，但也有很多吸熱反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，因此，反應(yīng)焓變是與反應(yīng)進(jìn)行的方向有關(guān)的因素之一，但不是決定反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的唯一因素。,2.化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向與熵變的關(guān)系 (1)熵的概念 自發(fā)過程的體系趨向于由 轉(zhuǎn)變?yōu)?，體系的混亂度 。體系的混亂度常用熵來描述，熵的概念是表示體系的 程度的物理量，其符號為S。熵值越大，體系的 越大。 (2)影響熵大小的因素 同一條件下，不同的物質(zhì)熵值 。 同一物質(zhì)的熵與其聚集狀態(tài)及外界條件有關(guān)，如對同一種物質(zhì)不同狀態(tài)時熵值大小為S(g) S(l) S(s)。 氣體物質(zhì)的物質(zhì)的量越大，分子數(shù)越多，熵值越 。,有序,無序,增大,混亂或無序,混亂度,不同,大,(3)熵判據(jù) 在與外界隔離的體系中，自發(fā)過程將導(dǎo)致體系的熵 ，即熵變(符號S) 零，這個原理叫做 。在用 來判斷過程的方向時，就稱為熵判據(jù)。 當(dāng)S0時，反應(yīng)為 反應(yīng)，在一定條件下 自發(fā)進(jìn)行。 當(dāng)S<0時，反應(yīng)為 反應(yīng)，在一定條件下 自發(fā)進(jìn)行。 (4)反應(yīng)熵變是與反應(yīng)進(jìn)行的方向有關(guān)的因素之一，但不是決定反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的唯一因素。如：2Al(s)Fe2O3(s)=Al2O3(s)2Fe(s)S39.35 Jmol1K1，上述反應(yīng)為熵減少的反應(yīng)，但在一定條件下，該反應(yīng)也能自發(fā)進(jìn)行。說明“熵判據(jù)”也具有一定的局限性。,增大,大于,熵增原理,熵變,熵增,能,熵減,不能,(1)從焓變(能量)角度：H0，有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行。 (3)在實(shí)際的化學(xué)反應(yīng)中，若H與S符號相同時，對化學(xué)反應(yīng)的方向的影響作用出現(xiàn)矛盾，因此，在分析一個具體化學(xué)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的方向時，不能孤立地使用焓判據(jù)或熵判據(jù)來分析，否則，可能會得出錯誤的結(jié)論。,例1下列自發(fā)反應(yīng)可用焓判據(jù)來解釋的是 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,答案,解析,解析從焓變的角度分析，化學(xué)反應(yīng)由高能狀態(tài)向低能狀態(tài)轉(zhuǎn)化，使體系能量降低，表現(xiàn)為放熱反應(yīng)較易進(jìn)行。,例2下列說法正確的是 A.在常溫下，放熱反應(yīng)一般能自發(fā)進(jìn)行，吸熱反應(yīng)都不能自發(fā)進(jìn)行 B.NH4HCO3(s)=NH3(g)H2O(g)CO2(g)H185.57 kJmol1， 能自發(fā)進(jìn)行，原因是體系有自發(fā)地向混亂度增加的傾向 C.因?yàn)殪首兒挽刈兌寂c反應(yīng)的自發(fā)性有關(guān)，因此焓變和熵變均可以單獨(dú) 作為反應(yīng)自發(fā)性的判據(jù) D.在其他外界條件不變的情況下，使用催化劑，可以改變化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行 的方向,答案,解析,解析A項(xiàng)錯誤，有些能使熵值增大的吸熱反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)行； C項(xiàng)錯誤，焓變和熵變均不能單獨(dú)作為反應(yīng)自發(fā)性的判據(jù)； D項(xiàng)中使用催化劑只能降低反應(yīng)的活化能，增大反應(yīng)速率，不能改變反應(yīng)的方向。,1.用焓變和熵變的復(fù)合判據(jù)判斷反應(yīng)的方向 (1)由焓判據(jù)知 反應(yīng)是易進(jìn)行的；由熵判據(jù)知熵值 是自發(fā)的。很多情況下用不同的判據(jù)判定同一個反應(yīng)，可能會出現(xiàn)相反的判斷結(jié)果。 (2)體系的自由能變化(符號為G，單位為kJmol1)綜合考慮了焓變和熵變對體系的影響，可用于化學(xué)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的方向的判斷，G 。,三、化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向與自由能變化的關(guān)系,放熱,增加,H,TS,2.已知反應(yīng)：2NO(g)2CO(g)=N2(g)2CO2(g)在298 K、101 kPa的條件下，其H113.0 kJmol1，S145.3 Jmol1K1。 該反應(yīng)_(填“能”或“不能”)用于消除汽車尾氣中的NO，理由為_。,能,該反應(yīng)的HTS69.7 kJmol1<0，說明該反應(yīng)在理論上是可行的，所以能用于消除汽車尾氣中的NO,解析GHTS113.0 kJmol1298 K(145.3103 kJmol1K1) 69.7 kJmol1<0，故理論上該反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。,答案,解析,(1)復(fù)合判據(jù)判斷反應(yīng)方向的有關(guān)規(guī)律 當(dāng)H0，則G0，S0，反應(yīng)一定不能自發(fā)進(jìn)行。 當(dāng)H0，S0或H<0，S<0時，反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行與溫度有關(guān)，一般低溫時焓變影響為主，高溫時熵變影響為主。 (2)反應(yīng)發(fā)生的條件有多種，GHTS這個判據(jù)只能用于溫度、壓強(qiáng)一定條件下的反應(yīng)，不能用于其他條件(如溫度、體積一定)下的反應(yīng)。 (3)反應(yīng)的自發(fā)性只能判斷方向性，反應(yīng)能否實(shí)現(xiàn)，還要看具體的反應(yīng)條件。,例3已知吸熱反應(yīng)2CO(g)=2C(s)O2(g) ，設(shè)H和S不隨溫度而變，下列說法中正確的是 A.低溫下能自發(fā)進(jìn)行 B.高溫下能自發(fā)進(jìn)行 C.任何溫度下都能自發(fā)進(jìn)行 D.任何溫度下都不能自發(fā)進(jìn)行,答案,解析,解析已知反應(yīng)2CO(g)=2C(s)O2(g)的H0，S0，所以HTS0，在任何溫度下反應(yīng)都是不能自發(fā)進(jìn)行的，A、B、C錯誤，D正確。,例4回答下列問題： (1)用釕的配合物作催化劑，一定條件下可直接光催化分解CO2，發(fā)生反應(yīng)：2CO2(g)=2CO(g)O2(g)，該反應(yīng)的H_(填“”“<”或“”，下同)0，S_0，在低溫下，該反應(yīng)_(填“能”或“不能”)自發(fā)進(jìn)行。,答案,不能,(2)超音速飛機(jī)在平流層飛行時，尾氣中的NO會破壞臭氧層?？茖W(xué)家正在研究利用催化技術(shù)將尾氣中的NO和CO轉(zhuǎn)變成CO2和N2，化學(xué)方程式為2NO2CO2CO2N2。反應(yīng)在常溫下能夠自發(fā)進(jìn)行，則反應(yīng)的H_(填“”“<”或“”)0。,答案,解析,<,解析因?yàn)镾<0，且GHTS<0，故H<0。,(3)已知在100 kPa、298 K時石灰石分解反應(yīng)CaCO3(s)=CaO(s)CO2(g)的H0，S0，則： 該反應(yīng)常溫下_(填“能”或“不能”)自發(fā)進(jìn)行。,答案,解析,不能,解析常溫下石灰石不分解。,據(jù)本題反應(yīng)數(shù)據(jù)分析，溫度_(填“能”或“不能”)成為反應(yīng)方向的決定因素。,能,解析該反應(yīng)的H0，S0，屬于熵增加的吸熱反應(yīng)，故在高溫下該反應(yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行。,(4)已知CaSO4(s)CO(g)CaO(s)SO2(g)CO2(g) H218 kJmol1，該反應(yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)條件是_。,答案,解析,高溫,解析自發(fā)反應(yīng)的條件是HTS0，故T ，即T值較大，該反應(yīng)應(yīng)在高溫下進(jìn)行。,(5)某吸熱反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，則該反應(yīng)的S_(填“”或“<”)0。,解析吸熱反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，即H0，HTS0，故S0。,學(xué)習(xí)小結(jié),達(dá)標(biāo)檢測,1.知道了某過程有自發(fā)性之后，則 A.可判斷過程的方向 B.可確定過程是否一定會發(fā)生 C.可預(yù)測過程發(fā)生完成的快慢 D.可判斷過程的熱效應(yīng),答案,1,2,3,4,5,解析,解析判斷某反應(yīng)是否自發(fā)，只是判斷反應(yīng)的方向，與反應(yīng)是否會發(fā)生、反應(yīng)的快慢、反應(yīng)的熱效應(yīng)無關(guān)。,2.下列關(guān)于焓變與反應(yīng)方向的敘述中正確的是 A.化學(xué)反應(yīng)的焓變與其反應(yīng)的方向無關(guān) B.化學(xué)反應(yīng)的焓變直接決定了反應(yīng)的方向 C.反應(yīng)焓變?yōu)檎禃r不利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行 D.焓變?yōu)樨?fù)值的反應(yīng)都能自發(fā)進(jìn)行,答案,解析,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,解析可逆反應(yīng)的正、逆反應(yīng)其焓變的數(shù)值相等，但是符號(變化趨勢)相反，故A項(xiàng)錯誤； 焓變對反應(yīng)方向有直接影響，但不能決定反應(yīng)進(jìn)行的方向，B項(xiàng)錯誤； 焓變?yōu)樨?fù)值的反應(yīng)多數(shù)能自發(fā)進(jìn)行，但有的也不是自發(fā)反應(yīng)，D項(xiàng)錯誤； 焓變?yōu)檎?，吸收熱量，體系能量升高，不利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，C項(xiàng)正確。,3.下列說法完全正確的是 A.自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)均是放熱反應(yīng) B.S為正值的反應(yīng)均能自發(fā)進(jìn)行 C.物質(zhì)的量增加的反應(yīng)，S為正值 D.CaCO3(s)受熱分解為CaO(s)和CO2(g)：S0,答案,解析,1,2,3,4,5,解析有些吸熱反應(yīng)也可以自發(fā)進(jìn)行，如(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)NH3(g)，故A錯； 熵變與反應(yīng)的自發(fā)性有關(guān)，但不能獨(dú)立地作為反應(yīng)是否自發(fā)的判據(jù)，故B錯； 物質(zhì)的量增加的反應(yīng)，其混亂度不一定增加，即S不一定為正值，如2H2S(g)O2(g)=2H2O(l)2S(s)，故C錯； CaCO3(s)的分解產(chǎn)生了氣體，為熵增加反應(yīng)，故D正確。,1,2,3,4,5,4.已知在等溫等壓條件下，化學(xué)反應(yīng)方向的判據(jù)為 HTS0反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行 設(shè)反應(yīng)A=DEHTS(4 50011T) Jmol1，要防止反應(yīng)發(fā)生，溫度必須 A.高于409 KB.低于136 K C.高于136 K而低于409 KD.低于409 K,答案,解析,1,2,3,4,5,解析要防止反應(yīng)發(fā)生需滿足HTS0的條件，解不等式得T409 K，故A正確。,1,2,3,4,5,5.回答下列問題： (1)汽車燃油不完全燃燒時產(chǎn)生CO，有人設(shè)想按下列反應(yīng)除去CO：2CO(g)=2C(s)O2(g)。已知該反應(yīng)的H0，簡述該設(shè)想能否實(shí)現(xiàn)的依據(jù)：_。,1,2,3,4,5,該反應(yīng)是H0、S<0的反應(yīng)，任何溫度下均不能自發(fā)進(jìn)行,答案,(2)下列反應(yīng)中，在高溫下不能自發(fā)進(jìn)行的是_(填字母)。 a.CO(g)=C(s) O2(g) b.2N2O5(g)=4NO2(g)O2(g) c.(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)NH3(g) d.MgCO3(s)=MgO(s)CO2(g),答案,1,2,3,4,5,解析,解析a、b、c、d的H0，b、c、d反應(yīng)的S0，HTS0，所以在高溫時該反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。,a,(3)運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)原理研究合成氨反應(yīng)有重要意義，請完成下列探究。 生產(chǎn)氫氣：將水蒸氣通過紅熱的炭即產(chǎn)生水煤氣。C(s)H2O(g)H2(g)CO(g)H131.3 kJmol1，S133.7 Jmol1K1，該反應(yīng)在低溫下_(填“能”或“不能”)自發(fā)進(jìn)行。,答案,1,2,3,4,5,解析,解析根據(jù)GHTS0為自發(fā)反應(yīng)知，現(xiàn)H131.3 kJmol1，S 133.7 Jmol1K10.133 7 kJmol1K1，解得在T 982.0 K時該反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，由此可知該反應(yīng)在低溫下不能自發(fā)進(jìn)行。,不能,