1、第四节 化学反应进行的方向思考感悟1.了解放热反应的自发性和某些吸热反应的自发性。2通过“有序”和“无序”的对比，理解熵的概念。3初步了解焓变和熵变对化学反应方向的影响，能用焓变和熵变说明化学反应的方向。课堂互动讲练 探究整合应用 知能优化训练 基础自主学案 第四节 化学反应进行的方向 基础自主学案 自主学习 一、自发过程和自发反应 有关化学反应进行的方向、快慢和限度是化学反应原理的三个重要组成部分。科学家根据体系存在着力图使自身能量趋于“最低”和由“有序”变为“无序”的自然现象，提出了互相关联的焓判据和熵判据，为最终解决反应方向问题提供了必要的依据。1自发过程(1)含义：在一定条件下，不用借
2、助于外力就可以_的过程。(2)特点：体系趋向于从_状态转变为_状态(体系对外部做功或者_能量)。在密闭条件下，体系有从有序自发转变为无序的倾向，即_原理。2自发反应 在给定的一组条件下，可以_地进行到显著程度的化学反应。自动进行高能低能释放熵增自发思考感悟1自发反应一定能发生反应，而非自发反应一定不能发生反应吗？【提示】自发反应、非自发反应是指该反应过程是否有自发进行的倾向，而这个过程是否一定会发生则不能确定。如C的燃烧是一个自发反应，但要想发生反应，需借助外界条件点燃才能发生。二、化学反应进行方向的判据1焓判据放热反应过程中体系能量_，具有自发进行的倾向，因此可用_来判断反应进行的方向。2熵
3、判据(1)熵：在密闭条件下，体系有从_自发地转变为_的倾向。因为与有序体系相比，_体系“更加稳定”，可以采取更多的存在方式。科学家用_(符号为S)来量度这种混乱(或无序)的程度。降低焓变有序无序无序熵(2)熵增原理 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。(3)熵值大小的比较 同一种物质不同状态时熵值大小为S(g)_S(l)_S(s)(填“”、“增加熵变3复合判据 过程的自发性只能用于判断过程的方向，不能确定过程是否一定会发生和过程发生的速率，若允许外界对体系施加某种作用，就可能出现相反的结果。综合考虑焓判据和熵判据的复合判据，将更适合于所有的过程，只根据一个方面
4、来判断反应进行的方向是不全面的。思考感悟2熵增加的反应一定能自发进行吗？【提示】不一定。(1)有些熵增加的反应在常温、常压下不能自发进行，但在较高温度下可以自发进行。例如：CaCO3(s)CaO(s)CO2(g)S169.6 J/(molK)；C(s，石墨)H2O(g)=CO(g)H2(g)S133.8 J/(molK)；(2)铝热反应是熵减小的反应，它在一定条件下也可以自发进行。2Al(s)Fe2O3(s)=Al2O3(s)2Fe(s)S39.35 J/(molK)；事实证明，熵变是与反应能否自发进行有关的又一个因素。自主体验 1下列过程是非自发的是()A水由高处向低处流 B天然气的燃烧 C
5、铁在潮湿空气中生锈D室温下水结成冰 解析：选D。自然界中水由高处向低处流、天然气的燃烧、铁在潮湿空气中的生锈、室温下冰的融化，都是自发过程，其逆过程都是非自发的。2以下自发过程可用焓判据来解释的是()A硝酸铵自发地溶于水 B2N2O5(g)=4NO2(g)O2(g)H56.7 kJ/mol C(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)NH3(g)H74.9 kJ/mol D2H2(g)O2(g)=2H2O(l)H572 kJ/mol 解析：选D。焓判据能够说明放热反应为自发反应，而A、B、C三个自发过程均为吸热过程，显然不能用焓判据来解释，只有D项可以用焓判据解释。3(2011年河南驻马店
6、高二检测)水的三态的熵值的大小关系正确的是(Sm表示1 mol物质的熵值)()ASm(s)Sm(l)Sm(g)BSm(l)Sm(s)Sm(g)CSm(g)Sm(l)Sm(s)DSm(s)Sm(l)Sm(g)解析：选C。同一种物质处于气态时熵值最大，液态次之，固态时熵值最小。课堂互动讲练 判断化学反应进行方向的判据1焓判据(化学反应能否自发进行与吸热、放热的关系)(1)多数能自发进行的化学反应都是放热反应。例如：在常温常压下，氢氧化亚铁被氧化为氢氧化铁的反应是自发的，反应放热。4Fe(OH)2(s)O2(g)2H2O(l)=4Fe(OH)3(s)H(298 K)444.3 kJmol1(2)有不
7、少吸热反应也能自发进行，如：NH4HCO3(s)CH3COOH(aq)=CO2(g)CH3COONH4(aq)H2O(l)H(298 K)37.30 kJ/mol(3)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。如在室温下和较高温度下均为吸热过程的CaCO3分解反应。CaCO3(s)=CaO(s)CO2(g)H176.5 kJ/mol 所以焓变不是决定反应能否自发进行的惟一因素。特别提醒：自发进行的反应不一定都是由高能状态到低能状态的过程，如NH4NO3溶于水是吸热过程，由低能状态到高能状态。因此焓判据只是判断反应方向的一个依据。2熵判据(熵变与反应方向的关系)化学反应
8、中要发生物质的变化或物质状态的变化，因此存在着熵变。反应的熵变S为生成物总熵与反应物总熵之差。对于确定的化学反应，在一定条件下具有确定的熵变。(1)许多熵增加的反应在常温常压下可以自发进行。例如：2H2O2(l)=2H2O(l)O2(g)S467.4 Jmol1K1 NH4HCO3(s)CH3COOH(aq)=CO2(g)CH3COONH4(aq)H2O(l)S184.05 Jmol1K1(2)有些熵增加的反应在常温常压下不能自发进行，但在较高温度下可以自发进行。例如：CaCO3(s)=CaO(s)CO2(g)S169.6 Jmol1K1 C(石墨，s)H2O(g)=CO(g)H2(g)S13
9、3.8 Jmol1K1(3)铝热反应是熵减小的反应，它在一定条件下也可以自发进行。2Al(s)Fe2O3(s)=Al2O3(s)2Fe(s)S39.35 Jmol1K1 事实证明熵变是与反应能否自发进行有关的另一个因素。例1(2011年湖北武汉调研)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 BNH4HCO3(s)=NH3(g)H2O(g)CO2(g)H185.57 kJ/mol，能自发进行，原因是体系有自发地向混乱度增加的方向转变的倾向 C因为焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓变或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
10、化剂，可以改变化学反应进行的方向【解析】正确解答本题，首先要明确焓判据和熵判据对化学反应方向的影响，然后利用自由能变化(复合判据)进行综合分析判断，同时要注意催化剂在化学反应中的作用。A项错误，有些能使熵值增大的吸热反应可以自发进行；C项错误的原因是要将二者综合起来即利用复合判据进行判断；D项中使用催化剂只能降低反应的活化能，不能改变反应的方向。【答案】B【规律方法】焓变和熵变都是与反应能否自发进行有关的因素，但又都不能独立地作为反应自发性的判据，要判断反应进行的方向，必须综合考虑体系的焓变和熵变对反应方向的综合影响。变式训练1 能用能量判据判断下列过程的方向的是()A水总是自发地由高处往低处
11、流 B放热反应容易自发进行，吸热反应不能自发进行 C有序排列的火柴散落时成为无序排列 D多次洗牌以后，扑克牌的毫无规律的混乱排列的几率大解析：选A。A项，水总是自发由高处往低处流，有趋向于最低能量状态的倾向。B项，吸热反应也可以自发进行。C项，有序排列的火柴散落时成为无序排列，有趋向于最大混乱度的倾向，应用熵判据。D项，扑克牌的无序排列也应用熵判据。焓变和熵变对反应方向的共同影响由焓判据知放热反应是易进行的；由熵判据知熵值增加是自发的。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。因此，必须综合焓判据和熵判据来判定某一反应的过程。1复合判据(自由能判据)在温度、压强一定的条件
12、下，自发反应总是向GHTS0的方向进行，直到达平衡状态。2复合判据与反应能否自发进行的关系 GHTS0 反应不能自发进行 3应用例2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。现把白锡制成的器皿放在0、100 kPa的室内存放，它会不会变成灰锡而不能再继续使用(已知在0、100 kPa条件下白锡转化为灰锡的反应焓变和熵变分别为H2180.9 Jmol1，S6.61 Jmol1K1)()A会变B不会变 C不能确定D升高温度才会变【思路点拨】题设条件 计算HTS的数值根据正负判断反应进行的方向【解析】在等温、等压条件下，自发反应总是向着HTS0的方向进行，直至达到平衡状态。因此，
13、在0、100 kPa条件下，白锡会不会变为灰锡的问题就转化为求算反应：白锡灰锡的HTS值的问题。HTS2180.9 Jmol1273 K(6.61 Jmol1K1)376.37 Jmol10，因此在该条件下白锡会变为灰锡。【答案】A【规律方法】判断一个化学反应在一定温度下能否自发进行，应综合考虑焓变和熵变，根据复合判据GHTS判断。互动探究试从化学反应进行的方向分析这个变化的原因。【提示】由题目信息：灰锡结构松散，白锡结构坚固，可知：灰锡晶体中的原子会重新排列，体积增大，也就是锡原子的活动范围增大，熵增大，也就是说白锡变成灰锡的过程是熵增的过程，根据熵判据可知，此过程是自发的。变式训练2 电子
14、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 kJ/mol S(298.15 K)75.8 J/(molK)设H和S不随温度变化而变化，试求此反应自发进行的温度条件。解析：要使反应能够自发进行，则 HTS0，即 94.0 kJ/mol T 75.810 3kJ/(molK)0，T94.0 kJ/mol75.8103 kJ/molK 1240 K，即只有在温度低于 1240 K 时反应才能自发进行。答案：T1240 K探究整合应用 自由能的变化对反应方向的影响 体系自由能变化(G 单位：kJ/mol)，综合考虑了焓
15、变和熵变对体系的影响：GHTS。(1)GHTS0 反应不能自发进行。例已知在100 kPa、298.15 K 时石灰石分解反应：CaCO3(s)=CaO(s)CO2(g)H178.3 kJ/mol S160.4 J/(molK)，则：(1)该反应_(填“能”或“不能”)自发进行；(2)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；(3)若温度能决定反应方向，则该反应自发进行的最低温度为_。【解析】(1)GHTS178.3 kJ/mol 298.15 K160.4 103kJ/(molK)130.5 kJ/mol 0，所以该反应不能自发进行。(2)因为该反应H0、S0，所以根据GHTS可知在温度较高的时候，G可能小于0。(3)根据GHTSH/S1111.6 K。【答案】(1)不能(2)能(3)1111.6 K