1、第1节化学反应的方向发 展 目 标体 系 构 建1.通过对日常生活中自发进行的过程的认知，知道化学反应是有方向的，知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关。2认识焓判据和熵判据的局限性，会用HTS判断反应正向自发进行的趋势。一、反应焓变与反应方向1自发过程与自发反应自发过程自发反应含义在一定条件下，不借助外部力量就能自发进行的过程在给定的条件下，可以自发进行到显著程度的化学反应特征具有方向性，即过程的某个方向在一定条件下自发进行，而该过程逆方向在该条件下肯定不能自发进行举例高山流水，自由落体，冰雪融化钢铁生锈应用(1)可被用来完成有用功。如H2燃烧可设计成原电池(2)非自发过程要想发生，必须对
2、它做功。如通电将水分解为H2和O22反应焓变与反应方向的关系(1)多数能自发进行的化学反应是H0的反应也能自发进行。(3)不能仅用反应焓变来判断反应能否自发进行。二、反应熵变与反应方向1熵(1)概念：描述体系无序程度的一个物理量，符号为S，单位是Jmol1K1。(2)特点：体系无序程度越大，体系的熵值就越大。(3)影响因素同一物质：S(高温)S(低温)，S(g)S(l)S(s)。不同物质：相同条件下不同物质具有不同的熵值，分子结构越复杂，熵值越大。S(混合物)S(纯净物)。2反应熵变3反应熵变与反应方向(1)二者关系(2)结论：不能仅用反应熵变来判断反应能否自发进行。微点拨： 熵变正负的判断(
3、1)物质由固态到液态、由液态到气态或由固态到气态的过程，熵变为正值，是熵增加的过程。(2)气体体积增大的反应，熵变通常都是正值，是熵增加的反应。(3)气体体积减小的反应，熵变通常都是负值，是熵减小的反应。三、用焓变与熵变综合判断反应方向1综合判断在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下，化学反应的方向可以用反应的焓变和熵变来综合判断，判据为HTS。(1)判断方法(2)文字表述在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下，自发反应总是向着HTS0的方向进行，直至达到平衡状态。2用GHTS判断反应自发进行的可能性化学反应H/(kJmol1)S/(Jmol1K1)G的大小(与0比较)能否正向
4、自发进行2KClO3(s)=2KCl(s)3O2(g)78.03494.4G一定小于0任何温度下都能正向自发进行CO(g)=C(s，石墨)O2(g)110.589.4G一定大于0任何温度下都不能正向自发进行4Fe(OH)2(s)2H2O(l)O2(g)= 4Fe(OH)3(s)444.3280.1低温时G0低温下能正向自发进行CaCO3(s)=CaO(s)CO2(g)178.2169.6高温时G0高温下能正向自发进行注：假设反应的焓变、熵变不随温度的改变而变化。3HTS判据的局限性(1)只能用于判断等温、等压条件下的反应，不能用于判断其他条件(如等温、等容)下的反应。(2)只能用于判断等温、等
5、压及除了体积功以外不做其他功条件下反应正向自发进行的趋势，并不能说明在该条件下可能正向自发进行的反应能否实际发生。微点拨：在H和S确定的情况下，温度有可能对反应的方向起决定作用。1判断对错(对的在括号内打“”，错的在括号内打“”。)(1)CaCO3(s)高温,CaO(s)CO2(g)是一个熵减过程。()(2)10 的水结成冰，可用熵变的判据来解释该变化过程的自发性。()(3)吸热且熵增加的反应，温度越低反应越可能自发进行。()(4)由焓变和熵变组合而成的复合判据，将更适合于所有的过程。()(5)一个反应的HTS0，则该反应处于平衡状态。()提示：(1)CaCO3分解反应是一个气体物质的量增多的
6、反应，故为熵增过程。(2)10 的水结成冰是一个熵减过程，该过程能自发进行，应用焓变的判据解释，即H0是该过程自发进行的主要原因。(3)当H0、S0，温度越高越可能使HTS0，即有利于反应自发进行。(4)(5)2水的三态的熵值的大小关系正确的是()AS(s)S(l)S(g)BS(l)S(s)S(g)CS(g)S(l)S(s)DS(g)S(s)S(l)C熵是量度体系无序(或有序)程度的物理量。同一物质，S(g)S(l)S(s)。3下列说法完全正确的是()A自发进行的反应均是H0的反应BS为正值的反应均能自发进行C物质的量增加的反应，S为正值D如果H和S均为正值，当温度升高时，反应可能自发进行D有
7、些吸热反应也可以自发进行，如(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)NH3(g)，故A错；熵变与反应的自发性有关，但不能独立地作为自发性的判据，故B错；物质的量增加的反应，其混乱度不一定增加，即S不一定为正值，如2H2S(g)O2(g)=2H2O(g)2S(s)，故C错；当H和S均为正值时，升高温度HTS可能会小于0，所以反应可能自发进行，故D正确。化学反应方向的判断(素养养成变化观念与平衡思想)以下过程均为自发反应或自发过程：甲烷燃烧：CH4(g)2O2(g)CO2(g)2H2O(g)H802.31 kJmol1氢气与氧气反应：2H2(g)O2(g)=2H2O(l)H571.6 kJm
8、ol1钠与水反应：2Na(s)2H2O(l)=2NaOH(aq)H2(g)H368.0 kJmol1硝酸铵溶于水要吸热。冰融化要吸热。两种或两种以上互不反应的气体通入一密闭容器中，最终会混合均匀。1对于自发反应，从能量角度分析它们为什么可以自发？提示：这三个化学反应都是放热反应，H0。2对于自发过程，这些过程都是自发的，与焓有关吗？是什么因素决定它们能自发进行？提示：与焓无关。熵是用于描述体系无序程度的物理量，熵变是用来描述无序程度变化的物理量，与熵变有关，体系由有序转变为无序，S0。3综合分析上述反应，得出判断化学反应方向的依据是什么？提示：判断化学反应的方向，需综合考虑焓变和熵变。1放热和
9、熵增加都对HTS0有所贡献，因此放热的熵增加反应一定能自发进行，吸热的熵减小反应一定不能自发进行。2当反应的焓变和熵变的影响相反，且二者大小相差悬殊时，某一因素可能占主导地位。一般常温下自发进行的放热反应，焓变对反应方向起决定性作用。一般常温下自发进行的吸热反应，熵变对反应方向起决定性作用。3H与S共同影响一个化学反应在一定条件下能否自发进行，它们与化学反应速率无关。知识拓展如果反应的焓变和熵变的影响相反且相差不大时，温度可能对反应的方向起决定性作用。温度与反应方向的关系：【例1】某反应：AB=C在室温下能自发进行，在高温下不能自发进行，对该反应过程H、S的判断正确的是()AH0、S0BH0、
10、S0CH0、S0DH0、S0A由GHTS0反应自发进行知：H0、S0的反应在低温时自发进行；H0、S0的反应一定不能自发进行；H0、S0的反应一定能自发进行；H0、S0的反应在高温时自发进行。借题发挥(1)若该反应在室温下不能自发进行，在高温下能自发进行，则该反应过程H、S的符号是怎样的？(2)若A、B、C都是气体，而且该反应任何温度都不能自发进行，那么该反应是放热反应还是吸热反应？答案(1)H0、S0的反应在高温时自发进行。(2)若A、B、C都是气体，该反应是熵减的反应，而且该反应任何温度都不能自发进行，那么该反应是吸热反应。【例2】工业上利用甲烷制取炭黑的反应是CH4(g)=C(s)2H2
11、(g)H(298 K)74.848 kJmol1S(298 K)80.674 Jmol1K1反应过程中容易发生副反应：2CH4(g)=C2H2(g)3H2(g)H(298 K)376.426 kJmol1S(298 K)220.211 Jmol1K1下列有关说法中正确的是()A反应在常温下就可以自发进行B焓变是副反应自发进行的决定因素C制取炭黑允许的最低温度是927.8 KD温度越高对制取炭黑越有利CHTS74.848 kJmol180.674103 kJmol1K1298 K50.807 kJmol10，所以该反应常温下不自发进行，A错误；反应是熵增加的吸热反应，熵变是决定该反应能否自发进行
12、的因素，B错误；制取炭黑时，HTS74.848 kJmol180.674103 kJmol1K1T0，得T927.8 K，即制取炭黑的最低温度为927.8 K，C正确；温度过高时，可能会发生反应，D错误。借题发挥(1)C(s)2H2(g)=CH4(g)在常温常压下_(填“能”或“不能”)自发进行？(2)由副反应可知，制取乙炔的最低温度是_。答案(1)能(2)1 709.4 K(1)在利用HTS作为判据判断反应方向时，给出H的单位通常为kJmol1，S的单位通常是Jmol1K1，进行计算时应将二者的单位统一。(2)利用H、S的符号和HTS进行推理，可以减少计算量。1在25 、1.01105 Pa
13、下，反应2N2O5(g)=4NO2(g)O2(g)H56.7 kJmol1能自发进行的合理解释是()A该反应是分解反应B该反应的熵增效应大于焓变效应C该反应是熵减反应D该反应是放热反应B该反应是吸热反应，但不能只用焓变来判断反应进行的方向。该反应是熵增反应，且能够自发进行，说明该反应的熵增效应大于焓变效应，B项正确。2对于平衡体系mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)，下列结论正确的是()A若此反应为放热反应，则该反应在任何条件下均可自发进行B若mnpq，则此反应的S0C若此反应的H0、S0，则该反应在任何条件下均可自发进行D无论mn与pq的大小关系如何，该反应过程均是熵增加的过程B放热的熵
14、增反应才能在任何条件下均可自发进行，A、C项错误；气体分子数增加，反应的S0，故B项正确。1实验证明，多数能自发进行的反应是放热反应。对此说法的理解正确的是()A所有的放热反应都是自发进行的B所有的自发反应都是放热的C焓变是影响反应是否具有自发性的一个重要因素D焓变是决定反应是否具有自发性的唯一因素C多数能自发进行的反应是放热反应，并不是所有自发进行的反应都是放热反应，如氯化铵与氢氧化钡的反应是自发进行的吸热反应，所以只能说焓变是影响反应是否具有自发性的一个重要因素，但不是唯一因素，C正确。2下列生活中的自发过程能用熵变解释的是()A自然界中水由高处往低处流B低于0 时水变成冰C墨水滴到水中会
15、扩散到整个水体D铁器暴露在潮湿的空气中会生锈并放出热量C熵变在某种意义上可以理解为体系无序程度的变化，体系中微观粒子排列越有序，熵越小，越无序，熵越大。C项中墨水在水中扩散开是熵增加的过程。故选C项。3下列有关说法错误的是()ANa与H2O的反应是熵增加的放热反应，该反应能自发进行B已知某吸热反应能自发进行，则该反应一定是熵增加的反应C一个放热且熵增加的反应也有可能非自发进行D已知反应NH3(g)HCl(g)=NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的H0B常温下，反应2Na2SO3(s)O2(g)=2Na2SO4(s)能自发进行，则H0D一定温度下，反应2NaCl(s)=2Na(s)Cl
16、2(g)的H0BHTS0，反应能自发进行。若反应的S0，反应能自发进行，则H0，A、C项错误，B项正确；2NaCl(s)=2Na(s)Cl2(g)属于分解反应，为吸热反应，H0，D项错误。5(素养题)已知电子工业中清洗硅片上的SiO2(s)的反应为SiO2(s)4HF(g)=SiF4(g)2H2O(l)H(298.15 K)94.0 kJmol1，S(298.15 K)75.8 Jmol1K1，假设H和S不随温度而变化，则此反应自发进行时的温度_。解析要使反应能够自发进行，则HTS0，即94.0 kJmol1T(75.8 Jmol1K1)103kJJ10，故T1 240 K。答案小于1 240 K