第四節(jié)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向?qū)W習(xí)目標(biāo)1.了解自發(fā)過程和化學(xué)反應(yīng)的自發(fā)性。2.通過“有序”和“無序”的對(duì)比,了解熵和熵變的概念。3.初步了解焓變和熵變對(duì)化學(xué)反應(yīng)方向的影響,能用焓變和熵變說明化學(xué)反應(yīng)的方向。學(xué)習(xí)過程一、自發(fā)過程和自發(fā)反應(yīng)有關(guān)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的、和是化學(xué)反應(yīng)原理的三個(gè)重要組成部分?？茖W(xué)家根據(jù)體系存在著力圖使自身能量趨于“”和由“”變?yōu)椤啊钡淖匀滑F(xiàn)象,提出了互相關(guān)聯(lián)的判據(jù)和判據(jù),為最終解決上述問題提供了必要的依據(jù)。1.自發(fā)過程:在一定條件下,就可以自動(dòng)進(jìn)行的過程。2.自發(fā)反應(yīng):在給定條件下,能地進(jìn)行到顯著程度的化學(xué)反應(yīng)。二、反應(yīng)方向的焓判據(jù)焓判據(jù):放熱反應(yīng)過程中體系能量,具有自發(fā)進(jìn)行的傾向。三、反應(yīng)方向的熵判據(jù)1.混亂度:表示體系的或。2.熵:熱力學(xué)上用來表示混亂度的狀態(tài)函數(shù),用符號(hào)表示。3.熵的大小判斷:(1)同一種物質(zhì)不同狀態(tài)時(shí)熵值大小為:態(tài)>態(tài)>態(tài)。(2)與物質(zhì)的量成。4.反應(yīng)熵變S=反應(yīng)產(chǎn)物總熵-反應(yīng)物總熵。5.熵判據(jù):在密閉條件下,體系有由自發(fā)地變?yōu)榈膬A向,即混亂度增加(S>0),且越大,越有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行。四、復(fù)合判據(jù)1.過程的自發(fā)性只能用于判斷過程的方向,不能確定過程是否和過程,若允許外界對(duì)體系施加某種作用,就可能出現(xiàn)相反的結(jié)果。綜合考慮和的復(fù)合判據(jù),將更適合于所有的過程只根據(jù)一個(gè)方面來判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向是不全面的。2.體系的自由能變化(符號(hào)為G,單位為kJmol-1)G=H-TS綜合考慮了焓變和熵變對(duì)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。若H-TS<0,反應(yīng)能進(jìn)行;若H-TS=0,反應(yīng);若H-TS>0,反應(yīng)?！拘〗Y(jié)】用復(fù)合判據(jù)判斷反應(yīng)方向的有關(guān)規(guī)律1.熱、熵的反應(yīng)一定能自發(fā)進(jìn)行,放熱、熵減小的反應(yīng)或熵?zé)o明顯變化的反應(yīng),也可能自發(fā)進(jìn)行,如氫氣燃燒、甲烷燃燒等。2.熱、熵反應(yīng)一定不能自發(fā)進(jìn)行,而吸熱的自發(fā)過程一定是熵增加的過程,如冰的融化。3.很多情況下,簡單地只用其中一個(gè)判據(jù)去判斷同一個(gè)反應(yīng),可能會(huì)出現(xiàn)相反的判斷結(jié)果,所以我們應(yīng)兩個(gè)判據(jù)兼顧。由焓判據(jù)和熵判據(jù)組合成的復(fù)合判據(jù)(體系自由能變化:G=H-TS)將更適合于所有的反應(yīng)過程。4.過程的自發(fā)性只能用于判斷過程的方向,不能確定過程是否一定會(huì)發(fā)生和過程的速率。5.在討論過程的方向時(shí),我們指的是沒有外界干擾時(shí)體系的性質(zhì)。如果允許外界對(duì)體系施加某種作用,就可能出現(xiàn)相反的結(jié)果。6.反應(yīng)的自發(fā)性也受外界條件的影響。隨堂檢測1.(雙選)下列過程屬自發(fā)過程的是()A.水自高處流向低處B.水分解成H2和O2C.CH4和O2混合后遇火燃燒D.CO氣體分解為C和O22.下列說法中不正確的是()A.體系有序性越高,熵值就越低B.體系傾向于由有序變?yōu)闊o序C.吸熱反應(yīng)不可以自發(fā)進(jìn)行D.同種物質(zhì)氣態(tài)時(shí)熵值最大3.下列說法正確的是()A.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.反應(yīng)NH4HCO3(s)NH3(g)+H2O(g)+CO2(g)H=+185.57kJmol-1,能自發(fā)進(jìn)行,原因是體系有自發(fā)地向混亂度增加的方向轉(zhuǎn)變的傾向C.因?yàn)殪首兒挽刈兌寂c反應(yīng)的自發(fā)性有關(guān),因此焓變或熵變均可以單獨(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4.下列說法正確的是()A.吸熱反應(yīng)都不能自發(fā)進(jìn)行B.焓變是唯一影響化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的因素C.化學(xué)反應(yīng)由高能狀態(tài)向低能狀態(tài)轉(zhuǎn)化,一般為放熱反應(yīng)D.有氣體生成的反應(yīng)都是放熱反應(yīng)5.下列對(duì)熵變的判斷中不正確的是()A.少量的食鹽溶解于水中:S>0B.C(s)和O2(g)反應(yīng)生成CO(g):S>0C.氣態(tài)水變成液態(tài)水:S>0D.CaCO3(s)受熱分解為CaO(s)和CO2(g):S>06.工業(yè)上用赤鐵礦生產(chǎn)鐵,可以選擇的還原劑有C和H2。根據(jù)所學(xué)知識(shí)判斷:哪一種還原劑可使反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的溫度較低?已知:Fe2O3(s)+32C(s)2Fe(s)+32CO2(g)H=+233.8kJmol-1,S=0.279kJmol-1K-1Fe2O3(s)+3H2(g)2Fe(s)+3H2O(g)H=+98kJmol-1,S=0.1442kJmol-1K-17.高爐煉鐵是目前世界上最主要的煉鐵方法,常用焦炭還原Fe2O3,而目前最主要的煉鋁方法是電解Al2O3和冰晶石的熔融物。已知298K時(shí),Fe2O3(s)+32C(s)2Fe(s)+32CO2(g)H=+233.8kJmol-1,S=0.279kJmol-1K-12Al2O3(s)+3C(s)4Al(s)+3CO2(g)H=+2171kJmol-1,S=635.5Jmol-1K-1試從熱力學(xué)角度分析兩種金屬冶煉方法不同的原因。8.自發(fā)反應(yīng)一定能發(fā)生,而非自發(fā)反應(yīng)一定不能發(fā)生嗎?參考答案學(xué)習(xí)過程一、方向快慢限度最低有序無序焓熵1.不用借助于外力2.自發(fā)二、降低三、1.不規(guī)則無序狀態(tài)2.S3.(1)氣液固(2)正比5.有序無序S四、1.一定會(huì)發(fā)生發(fā)生的速率焓判據(jù)熵判據(jù)2.自發(fā)達(dá)到平衡狀態(tài)不能自發(fā)進(jìn)行【小結(jié)】1.放增加2.吸減小隨堂檢測1.AC2.C解析:有的吸熱反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)行,如NH4Cl與Ba(OH)2的反應(yīng)。3.B解析:正確解答本題,首先要明確焓判據(jù)和熵判據(jù)對(duì)化學(xué)反應(yīng)方向的影響,然后利用自由能變化(復(fù)合判據(jù))進(jìn)行綜合分析判斷,同時(shí)要注意催化劑在化學(xué)反應(yīng)中的作用。A項(xiàng)錯(cuò)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(cuò)誤的原因是要將二者綜合起來即利用復(fù)合判據(jù)對(duì)反應(yīng)的自發(fā)性進(jìn)行判斷;D項(xiàng)中使用催化劑只能降低反應(yīng)的活化能,不能改變反應(yīng)的方向。4.C解析:從焓變的角度分析,化學(xué)反應(yīng)有由高能狀態(tài)向低能狀態(tài)轉(zhuǎn)化,使體系能量降低的趨勢,表現(xiàn)為放熱反應(yīng)較易進(jìn)行。5.C解析:食鹽溶于水是典型的熵增加過程;2C(s)+O2(g)2CO(g),氣體的物質(zhì)的量增大,為熵增加的反應(yīng);氣態(tài)水變成液態(tài)水是體系混亂度減小的過程,為熵減小的過程;CaCO3(s)的分解產(chǎn)生了氣體,為熵增加的反應(yīng)。6.用H2作還原劑時(shí)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的溫度較低。解析:根據(jù)H-TS=0為平衡狀態(tài),H-TS<0為自發(fā)狀態(tài)可知,T>HS時(shí)該反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。用C作還原劑時(shí)T1>HS=+233.8kJmol-10.279kJmol-1K-1=838.0K;用H2作還原劑時(shí)T2>HS=+98kJmol-10.1442kJmol-1K-1=679.6K。故用H2作還原劑時(shí),反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的溫度較低。7.用焦炭還原Al2O3所需溫度太高,是不可能實(shí)現(xiàn)的,而用焦炭還原Fe2O3則可以實(shí)現(xiàn)。解析:根據(jù)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的綜合判據(jù)分析可知T>HS時(shí)該反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。用C作還原劑還原Fe2O3時(shí),若使反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行,則需要的溫度T1>HS=+233.8kJmol-10.279kJmol-1K-1=838.0K;若用C作還原劑還原Al2O3時(shí)需要的溫度T2>HS=+2171kJmol-1635.510-3kJmol-1K-1=3416K。對(duì)比上述溫度可知,用焦炭還原Al2O3很難實(shí)現(xiàn),故兩種金屬冶煉方法有差別。8.自發(fā)反應(yīng)、非自發(fā)反應(yīng)是指該反應(yīng)過程是否有自發(fā)進(jìn)行的傾向,而這個(gè)過程是否一定會(huì)發(fā)生則不能確定。如碳的燃燒是一個(gè)自發(fā)反應(yīng),但要想發(fā)生反應(yīng),需借助外界條件點(diǎn)燃才能發(fā)生。