第四節(jié) 化學反應進行的方向,目標導航,預習導引,目標導航,預習導引,1.自發(fā)過程與自發(fā)反應 (1)自發(fā)過程和自發(fā)反應的比較。,目標導航,預習導引,(2)自發(fā)過程的規(guī)律。 自發(fā)過程的逆方向相同條件下不自發(fā)進行。 體系趨向于從高能狀態(tài)轉變?yōu)榈湍軤顟B(tài)。 體系趨向于從有序體系轉變?yōu)闊o序體系。,目標導航,預習導引,2.化學反應進行方向的判據(jù) (1)焓判據(jù)。 放熱反應過程中體系能量降低,具有自發(fā)進行的傾向,因此可用焓變來判斷反應進行的方向。 局限性: 有些吸熱反應,也能自發(fā)進行。例如: 2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g) H=+56.7 kJmol-1; (NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g) H=+74.9 kJmol-1。,目標導航,預習導引,(2)熵判據(jù)。 熵: 用來度量體系混亂程度的物理量。熵值越大,混亂程度越大。符號為S,單位為“J(molK)-1”。 熵值大小的比較: 同一種物質不同狀態(tài)時熵值大小為S(g)S(l)S(s)。 熵增原理: 在與外界隔絕的體系中,自發(fā)過程將導致體系的熵增大,即熵變(符號S)零。 熵判據(jù): 體系有自發(fā)地向混亂度增加(即熵增)的方向轉變的傾向,因此可用熵變來判斷反應進行的方向。,目標導航,預習導引,局限性: 有些熵值減小的反應,在一定條件下也能自發(fā)進行。 如:2Al(s)+Fe2O3(s)=Al2O3(s)+2Fe(s) S=-39.35 J(molK)-1。 該反應是熵減過程,但在高溫下能自發(fā)進行。 (3)復合判據(jù)。 研究表明,在溫度、壓強一定的條件下,化學反應的方向是反應焓變和熵變共同影響的結果。 若H0,反應一定能自發(fā)進行。 若H0,S0,反應能否自發(fā)進行與反應的溫度有關。 若H0,S0,反應一定不能自發(fā)進行。,目標導航,預習導引,深度思考 判斷下列描述的正誤(正確的畫“”,錯誤的畫“”)。 (1)體系有序性越高,熵值就越大。 ( ) (2)自發(fā)過程將導致體系的熵增大。 ( ) (3)吸熱反應不可以自發(fā)進行。 ( ) (4)同種物質氣態(tài)時熵值最大。 ( ) (5)過程自發(fā)性不僅能用于判斷過程的方向,還能確定過程發(fā)生的速率。 ( ) (6)凡是焓變小于零的反應都能自發(fā)進行。 ( ) (7)需要加熱的反應都不能自發(fā)進行。 ( ) (8)S0的過程一定能自發(fā)進行,S0的過程一定不能自發(fā)進行。 ( ) (9)某反應在某一條件下正向能自發(fā)進行,則在該條件下其逆向必定不能自發(fā)進行。 ( ),遷移應用,典題例解,一,二,思考探究,知識精要,一、化學反應方向與焓變、熵變的關系 1.化學反應方向與焓變的關系 (1)能自發(fā)進行的反應多數(shù)放熱(H0)。 如2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g) NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)=CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l) (3)有些吸熱反應常溫下不能自發(fā)進行,但在較高溫度下則能自發(fā)進行(H0)。 如CaCO3(s) CaO(s)+CO2(g) (4)結論:反應的焓變是與反應進行的方向有關的因素之一,但不是決定反應能否自發(fā)進行的唯一因素。,遷移應用,典題例解,一,二,思考探究,知識精要,2.化學反應方向與熵變的關系 (1)許多熵增的反應在常溫、常壓下可以自發(fā)進行。 如2H2O2(aq)=2H2O(l)+O2(g) NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)=CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l) (2)少數(shù)熵減的反應,在一定條件下也可以自發(fā)進行。,遷移應用,典題例解,一,二,思考探究,知識精要,(1)在加熱條件下,NH4Cl可以分解,常溫下NH3和HCl可以化合生成NH4Cl。根據(jù)事實分析,在常溫下和高溫下哪一個反應是自發(fā)反應? 答案:常溫下NH3和HCl的化合反應為自發(fā)反應,高溫下NH4Cl分解的反應為自發(fā)反應。 (2)對于反應2NO2(g) N2O4(g) H0,從能量角度看該反應是自發(fā)的,從熵變角度看該反應能否自發(fā)進行? 答案:不能自發(fā)進行。放熱反應,使物質的總能量降低,使反應有自發(fā)進行的趨勢。而從熵變角度看,該反應的正反應物質的混亂度降低,是熵減小的反應,是不能自發(fā)進行的。,遷移應用,典題例解,一,二,思考探究,知識精要,【例1】 下列說法正確的是( ) A.CaCO3 CaO+CO2 S0;C項焓變、熵變均與反應的自發(fā)性有關,而反應能否自發(fā)進行是由二者共同決定的,即由H-TS的大小決定;D項若某反應H0,S0,則該反應需在低溫下才能自發(fā)進行,所以答案選B。 答案:B,遷移應用,典題例解,一,二,思考探究,知識精要,遷移應用,典題例解,一,二,思考探究,知識精要,1.判斷下列各變化過程是熵增加還是熵減小。 (1)NH4NO3爆炸: 2NH4NO3(s)=2N2(g)+4H2O(g)+O2(g)。 ( ) (2)水煤氣轉化:CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)。 ( ) (3)臭氧的生成:3O2(g)=2O3(g)。 ( ) A.熵增大 B.熵減小 C.不變 D.熵變很小 解析:(1)NH4NO3的爆炸反應是氣態(tài)物質的物質的量增大的化學反應:(2+4+1)-00,因此該過程是熵增加的過程。 (2)水煤氣轉化反應,氣態(tài)物質的物質的量在反應前后未發(fā)生變化:(1+1)-(1+1)=0,估計該過程的熵變很小。 (3)生成臭氧后,氣態(tài)物質的物質的量減小:2-30,因此該過程是熵減小的過程。 答案:(1)A (2)D (3)B,遷移應用,典題例解,一,二,思考探究,知識精要,2.下列說法中正確的是( ) A.凡是放熱反應都是自發(fā)的,吸熱反應都是非自發(fā)的 B.自發(fā)反應一定是熵增大的反應,非自發(fā)反應一定是熵減小或不變的反應 C.自發(fā)反應在任何條件下都能實現(xiàn) D.自發(fā)反應在恰當?shù)臈l件下才能實現(xiàn) 解析:一般放熱反應是自發(fā)的,但有些吸熱反應也可以自發(fā)進行,A項錯誤;一般熵增大的反應是自發(fā)的,但有些熵減小的反應也可以自發(fā)進行,B項錯誤;自發(fā)反應只有在恰當?shù)臈l件下才能實現(xiàn),C項錯誤,D項正確。 答案:D,遷移應用,典題例解,思考探究,一,二,知識精要,二、化學反應進行的方向與自由能變化的關系 1.自由能變化G的判斷方法。 G=H-TS G0,反應逆向自發(fā)進行。,遷移應用,典題例解,思考探究,一,二,知識精要,2.注意幾種情況。 (1)放熱的熵增加的反應,能自發(fā)進行。 H0,G0,S0 (3)放熱的熵減少的反應,降低溫度,有利于反應自發(fā)進行。 H0,S0,要保證G0,T要升高得足夠高。,遷移應用,典題例解,一,二,思考探究,知識精要,(1)自發(fā)反應一定能發(fā)生反應,而非自發(fā)反應一定不能發(fā)生反應嗎? 答案:自發(fā)反應、非自發(fā)反應是指該反應過程是否有自發(fā)進行的傾向,而這個過程是否一定會發(fā)生則不能確定。如碳的燃燒是一個自發(fā)反應,但要想發(fā)生反應,需借助外界條件點燃才能發(fā)生。 (2)合成氨反應是一個可逆反應:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) H=-92.2 kJmol-1 S=-198.2 J(molK)-1。請你根據(jù)正反應的焓變和熵變分析298 K下合成氨反應能否自發(fā)進行? 答案:能。H-TS=-92.2 kJmol-1-298 K(-198.2)10-3 kJ(molK)-1=-33.136 4 kJmol-10,反應在298 K時可以自發(fā)向正反應方向進行。,遷移應用,典題例解,一,二,思考探究,知識精要,【例2】 對反應:CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) H(298 K)=+178.2 kJmol-1 S(298 K)=169.6 J(molK)-1 (1)判斷該反應室溫下能否自發(fā)進行。 (2)若不能自發(fā)進行,試提出使反應自發(fā)進行的方法,并進行計算。 解析:(1)由H-TS=178.2 kJmol-1-298 K169.610-3 kJ(molK)-1=128 kJmol-10,故室溫下反應不能自發(fā)進行。 (2)該反應為熵增加反應,升高溫度可使反應自發(fā)進行。 根據(jù)H(298 K)、S(298 K)的值得:要使H-TS0, 需 故該反應自發(fā)進行的最低溫度為1 051 K。 答案:(1)不能。(2)升高溫度,自發(fā)進行的最低溫度為1 051 K。,遷移應用,典題例解,一,二,思考探究,知識精要,遷移應用,典題例解,一,二,思考探究,知識精要,1.已知:(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g) H=+74.9 kJmol-1,下列說法中正確的是( ) A.該反應中熵變、焓變皆大于0 B.該反應是吸熱反應,因此一定不能自發(fā)進行 C.碳酸鹽分解反應中熵增加,因此任何條件下所有碳酸鹽分解一定自發(fā)進行 D.能自發(fā)進行的反應一定是放熱反應,不能自發(fā)進行的反應一定是吸熱反應 解析:該反應H0,S0,高溫下能自發(fā)進行;S0的反應不一定能自發(fā)進行;反應放熱有利于反應自發(fā)進行,但能自發(fā)進行的反應不一定是放熱反應,不能自發(fā)進行的反應也不一定是吸熱反應。 答案:A,遷移應用,典題例解,一,二,思考探究,知識精要,2.與自然界中許多變化一樣,化學反應具有方向性。下列有關敘述中正確的是( ) A.原電池反應一定是自發(fā)進行的氧化還原反應,且H0,S0,D項錯誤。 答案:A,方法歸納,案例探究,復合判據(jù)的應用探究 城市越來越多的汽車造成了嚴重的尾氣污染。為了減輕大氣污染,人們提出用以下反應來處理汽車尾氣: 2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g) 已知在298 K、101 kPa下,該反應的H=-113.0 kJmol-1,S=-145.3 J(molK)-1。 (1)這一反應在室溫下能否自發(fā)進行? (2)如果該反應的H隨溫度的變化忽略不計,那么該反應能夠自發(fā)進行的溫度范圍是多少? (3)能否設計一個方案使該反應在發(fā)動機中進行?(汽車發(fā)動機內汽油燃燒時的溫度一般高于2 000 K) (4)試想現(xiàn)在這一方案未能大面積實施的原因是什么?,方法歸納,案例探究,解析:(1)室溫下該反應的H-TS-69.7 kJmol-10,所以反應能自發(fā)進行。 (2)要使反應自發(fā)進行,H-TS0。代入數(shù)據(jù) (3)因為該反應能夠自發(fā)進行的溫度范圍為T777.7 K,而汽車發(fā)動機內(汽車發(fā)動機內汽油燃燒時的溫度一般高于2 000 K)的溫度一般高于2 000 K。 (4)未找到合適的催化劑,反應速率太慢,難以實施。 答案:(1)能 (2)T777.7 K (3)不能 (4)未找到合適的催化劑,反應速率太慢,難以實現(xiàn),方法歸納,案例探究,可以用G=H-TS的數(shù)值判斷反應能否自發(fā)進行。,