1、第四节 化学反应进行的方向【目标分解】: 1.了解反应的自发性与反应过程中能量变化及熵值变化的关系；2.能够用焓减与熵增原理判断化学反应进行的方向。【重、难点】: 能够用焓减与熵增原理判断化学反应进行的方向【知识梳理】:一、自发过程和自发反应1、自发过程：在一定条件下，不需要外力作用就能自动进行的过程。如：水由高处往低处流，自由落体，电流由电位高的地方向电位低的地方流，铁器暴露于潮湿的空气中会生锈，室温下冰块会融化，这些都是自发过程。2、自发反应：在给定条件下，能自发地进行到显著程度的反应。3、非自发反应：不能自发地进行，必须借助某种外力才能进行的反应。 4、自发过程和自发反应的应用自发过程和
2、自发反应可被利用来完成有用功。如向下流动的水可推动机器，甲烷燃烧可在内燃机中被利用来做功，锌与CuSO4溶液的反应可被设计成原电池。非自发的过程要想发生，则必须对它做功，如利用水泵可将水从低处流向高处，通电可将水分解生成氢气和氧气。二、反应方向的焓判据。经验表明，那些不用借助外力就可以自动进行的自发过程的共同特点是：体系能量趋向于从高能态转变为低能状态，这时体系会对外部做功或者释放能量，由此总结而得的经验规律就是所谓的焓判据。也称能量判据。1.焓判据：若H0，正向反应能自发进行；若H0，正向反应不能自发进行，而逆向反应能自发进行。2.焓判据的局限性:多数自发进行的化学反应是放热反应，但也有不少
3、吸热反应也能自发进行。而且有一些吸热反应在室温条件下不能自发进行，但在较高温度下则能自发进行，如：N2O5（g）= 4NO2（g）+ O2（g） H = 56.7KJ/mol；NH4HCO3（s）+ CH3COOH（aq）= CO2（g）+CH3COONH4（aq）+ H2O（l） H = 37.3KJ/mol；因此，反应焓变是与反应能否自发进行有关的一个因素，但不是唯一因素。三、反应方向的熵判椐密闭容器中的气态物质或液态物质蒸汽（包括挥发性固体），会通过分子扩散自发形成均匀混合物。物质溶于水自发地向水中扩散，形成均匀的溶液等。为解释这一类与能量无关的过程的自发性，科学家提出了另一推动体系变化
4、的因素：在密闭条件下，体系有由有序自发地变为无序的倾向的熵判据。1、混乱度：表示体系的不规则或无序状态。混乱度的增加意味着体系变得更加无序。2、熵： 用来表示混乱度大小的物理量 符号：S ；单位：Jmol-1K-1体系的有序性越高，即混乱度越低，熵值就越小。有序变为无序熵增的过程。3、熵的大小判断： （1）气态 液态 固态 （2）与物质的量成正比4、反应熵变S = 反应产物总熵 反应物总熵产生气体的反应，或气体物质的量增大的反应，S通常为正值，为熵增加反应，反应自发进行。 注意：两种气体的混合也是熵增加的过程。5、熵判椐： 在于外界隔离体系中，自发过程将导致体系的熵增大，即S 0。称为熵增原理
5、。6、熵判椐的局限性 有些熵减小的反应在一定条件下也可以自发进行，如：-10的液态水会自动结冰成为固态，氨气与氯化氢气体反应生成氯化铵固体等。因此，反应熵变是与反应能否自发进行有关的又一个因素，但也不是唯一因素。四、焓变与熵变对反应方向的共同影响。在一定条件下，一个化学反应能否自发进行，既与反应焓变有关，又与反应熵变有关。研究表明，在恒温、恒压下，判断化学反应自发性的判据是：体系自由能变化（G、单位：KJ/mol）：G = H TS（注意：T的单位是“K”,不是“”） G = H TS 0 反应不能自发进行。总结：类型HSHTS反应的自发性1永远是在任何温度下都是自发反应2永远是+在任何温度下
6、都是非自发反应3在高温+在低温在低温是自发反应在高温是非自发反应4+在高温在低温+在低温是非自发反应在高温是自发反应注意 ：1、自发性只能用于判断过程的倾向，不能确定过程是否一定会发生和过程的速率；2、在讨论过程的方向时，我们指的是没有外界干扰时体系的性质。如果允许外界对体系施加某种作用，就可能出现相反的结果。例题： 已知101kPa、298.15K时石灰石分解反应：CaCO3(s) =CaO(s)+CO2(g) H= +178.3 kJ moL-1，（298 .15K）S（298 .15K）= +160.4 J moL-1K-1 试判断在此条件时反应的自发性及自发进行的最低温度(焓变H及熵变
7、S受温度的影响可忽略) 。解：G = H TS = 178.3 kJ moL-1 298.15 K 160.4 J moL-1K-11/1000 kJ/J =178.3 kJ moL-1 47.82 kJ moL-1=130.48kJ moL-10 为非自发反应；设：自发进行的最低温度为T则：H TS=178.3 kJ moL-1 T160.4 J moL-1K-11/1000 kJ/J0解之：T1112K答：在100kPa、298.15K时石灰石分解反应为非自发反应，自发进行的最低温度为1112K。【评价测试】1下列说法正确的是()A凡是放热反应都是自发的，凡是吸热反应都是非自发的B自发反应
8、一定是熵增大，非自发反应一定是熵减小或不变C自发反应在恰当条件下才能实现D自发反应在任何条件下都能实现2下列说法正确的是()铁在潮湿空气中生锈是自发过程 NH4HCO3受热分解是由于由不稳定物质生成了稳定物质 反应焓变是决定反应能否自发进行的惟一因素自发过程中，熵值都是增大的温度、压强一定时，放热且熵增加的反应一定能自发进行 把CO2通入到Na2SiO3溶液中之所以生成白色沉淀是因为由强酸能制取弱酸A B C D3以下自发反应可用焓判据来解释的是()A硝酸铵自发的溶于水 B2N2O5(g)=4NO2(g)O2(g)；H56.7 kJmol1C(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)NH3
9、(g)；H74.9 kJmol1D2H2(g)O2(g)=2H2O(l)；H571.6 kJmol14下列反应在任意温度下一定能自发进行的是()A2NaCl2H2O=2NaOHCl2H2 BNH3(g)HCl(g)=NH4Cl(s)H0CCaCO3(s)=CaO(s)CO2(g)H0 DX2Y2(g)=X2(g)Y2(g)H05汽车尾气(含烃类、CO、NO与SO2等)是城市主要污染源之一，治理的办法之一是在汽车排气管上装催化转化器，它使NO与CO反应生成可参与大气生态循环的无毒气体，反应原理：2NO(g)2CO(g)=N2(g)2CO2(g)，在298 K、100 kPa下，H113 kJmo
10、l1，S145 Jmol1K1。下列说法中错误的是()A该反应中反应物的总能量高于反应产物的总能量B该反应常温下不能自发进行，因此需要高温和催化剂C该反应常温下能自发进行，高温和催化剂只是加快反应的速率D汽车尾气中的这两种气体会与血红蛋白结合而使人中毒6已知某反应2C(g) A(g)2B(g)H0，下列说法正确的是()A仅常温下反应可以自发进行B仅高温下反应可以自发进行C任何温度下反应均可以自发进行D任何温度下反应均难以自发进行7在图中A、B两容器里，分别收集着两种互不作用的理想气体。若将中间活塞打开，如图，两种气体分子立即都占有了两个容器。这是一个不伴随能量变化的自发过程。关于此过程的下列说
11、法不正确的是()理想气体的自发混合A此过程是从混乱程度小的向混乱程度大的变化过程，即熵增大的过程B此过程为自发过程，而且没有热量的吸收或放出C此过程是自发可逆的D此过程从有序到无序，混乱度增大8灰锡结构松散，不能用于制造器皿；而白锡结构坚固，可以制造器皿。现把白锡制造的器皿放在0、101 kPa的室内存放，它会不会变成灰锡而不能继续使用()(已知在0、101 kPa条件下白锡转化为灰锡的反应，焓变和熵变分别为H2 180.9 Jmol1，S6.61 Jmol1K1A会变 B不会变 C不能确定 D升高温度才会变9下列对熵的理解不正确的是()A同种物质气态时熵值最大，固态时熵值最小B体系越有序，熵
12、值越小；越混乱，熵值越大C与外界隔离的体系，自发过程将导致体系的熵减小D298 K、1.01105 Pa时，2N2O5(g)=4NO2(g)O2(g)是熵增的反应10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有发生反应D常温下，2H2O2H2O2，即常温下水的分解反应是自发反应11某反应：A=BC在室温下不能自发进行，在高温下能自发进行，对该反应过程H、S的判断正确的是()AH0、S0 BH0、S0CH0、S0 DH0、S012反应CH3OH(l)NH3(g)=CH3NH2(g)H2O(g)在某温度下自发向右进行，
13、若反应|H|17 kJmol1，|HTS|17 kJmol1，则下列正确的是()AH0，HTS0 BH0，HTS0CH0，HTS0 DH0，HTS013.试判断下列体系的熵变是大于0，还是小于0。(1)水蒸气冷凝成水_； (2)CaCO3(s)=CaO(s)CO2(g)_；(3)乙烯聚合成聚乙烯_； (4)N2O4(g)=2NO2(g)_。14电子工业中清洗硅片上的SiO2(s)的反应是SiO2(s)4HF(g)=SiF4(g)2H2O(g) H(298.15 K)94.0 kJmol1S(298.15 K)75.8 Jmol1K1设H和S不随温度而变化，试求此反应自发进行的温度条件。15试判断用于汽车净化的一个反应2NO(g)2CO(g)=N2(g)2CO2(g)在298 K、100 kPa下能否自发进行？已知在298K、100 kPa下，该反应的H113.0 kJmol1，S145.3 Jmol1K1。16有A、B、C、D四个反应。反应ABCDH/kJmol110.51.8012611.7S/Jmol1K130.0113.084.0105.0则在任何温度下都能自发进行的反应是_；任何温度下都不能自发进行的反应是_；另两个反应中，在温度高于_时可自发进行的反应是_；在温度低于_时可自发进行的反应是_。