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退出目录第四节化学反应进行的方向退出目录课前预习导学目标导航学习目标重点难点1.了解熵的基本含义及能量判据和熵判据的基本内容;2.能说出化学反应的焓变与熵变对反应进行方向的影响1.了解自发反应与非自发反应的含义;2.熵的基本含义及能量判据和熵判据的基本内容;3.能依据化学反应的焓变与熵变判断反应进行的方向退出目录预习导引1.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。(2)自发反应:在给定的一组条件下,一个反应可以自动进行到显著程度,就称为自发反应。退出目录2.焓变与熵变对反应方向的影响(1)焓变不是(填“是”或“不是”)决定化学反应能否自发进行的唯一因素。(2)熵的符号为S,是描述由大量粒子组成的体系的混乱度的物理量,熵值越大,体系的混乱度越大。在同一条件下,不同的物质熵值不同,对同一物质来说:S(g)S(l)S(s)(填“”“”或“=”)。熵变为反应产物总熵与反应物总熵之差,用符号ΔS表示。产生气体的反应或气体的物质的量增大的反应,是熵值增大的反应,ΔS为正值。退出目录预习交流1“放热反应一定自发进行,吸热反应一定不能自发进行”,这种说法对吗?答案:不对。反应能否自发进行应利用ΔH-TΔS判据判断,放热反应不一定能自发进行,而吸热反应却有可能自发进行,例如Ba(OH)2·8H2O和铵盐的反应。退出目录(3)在温度、压强一定的条件下,化学反应的方向是焓变和熵变共同影响的结果,反应方向的判据为ΔH-TΔS。当其值大于零时反应不能自发进行,小于零时反应能自发进行,即在温度、压强一定的条件下,反应放热和熵增加都有利于反应自发进行。预习交流2ΔH、ΔS在什么情况下反应一定自发?在什么情况下反应一定非自发?在什么情况下需计算确定?答案:当ΔH0、ΔS0时,ΔH-TΔS一定小于0,反应一定自发;当ΔH0、ΔS0时,ΔH-TΔS一定大于0,反应一定非自发;当ΔH0、ΔS0或者ΔH0、ΔS0时,需要通过计算确定。退出目录课堂合作探究问题导学1.自发反应与自发过程活动与探究1(1)结合自己的认识,谈一谈常见的自发反应与自发过程与大家共同分享:答案:①自然界中水总是从高处往低处流;②电流总是从电位高的地方向电位低的地方流动;③室温下冰块自动融化;④铁器暴露在潮湿空气中会生锈;⑤甲烷与氧气混合遇火就燃烧;⑥锌与CuSO4溶液会自动反应生成Cu和ZnSO4等都是自发过程,其逆向都是非自发过程。其中④⑤⑥都是自发反应,其逆向都是非自发反应。(答案合理即可)退出目录(2)自发反应一定能发生,而非自发反应一定不能发生,对吗?答案:不对。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S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。(3)自发过程和自发反应有哪些应用?答案:自发过程和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用来做功,锌与稀硫酸的反应可被设计成原电池,可根据CH4的燃烧反应设计成燃料电池等。退出目录迁移与应用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.铁在潮湿空气中生锈D.室温下水结成冰解析:自然界中水由高处向低处流;天然气的燃烧;铁在潮湿空气中生锈;室温下冰的融化,都是自发过程,其逆向都是非自发的。答案:D退出目录自发过程和自发反应的特点:1.具有方向性,即反应的某个方向在一定条件下是自发的,则其逆方向的反应在该条件下肯定不自发,如铁器暴露于潮湿的空气中会生锈,是自发的,则铁锈变为铁在该条件下肯定不是自发的。2.非自发过程要想发生,则必须对它做功,如利用水泵可使水从低处流向高处,通电可将水分解生成氢气和氧气。退出目录2.反应方向的焓判据活动与探究219世纪的化学家们曾认为决定化学反应能否自发进行的因素是反应热:放热反应可以自发进行,而吸热反应则不能自发进行。你同意这种观点吗?结合曾经学习的反应举例说明。答案:不同意。多数自发进行的化学反应是放热反应,但也有不少吸热反应能自发进行。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:2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)ΔH=+56.7kJ·mol-1;NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l)ΔH=+37.3kJ·mol-1;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。退出目录迁移与应用平底烧瓶中放入氢氧化钡晶体[Ba(OH)2·8H2O]和氯化铵晶体,塞紧瓶塞。在瓶底和木板间滴少量水,一会儿,就会发现瓶内固态物质溶解,有液体生成,瓶壁变冷,小木板上因少量水结冰冻结,从而将烧瓶黏住,这时打开瓶塞,散发出来的气体有氨味。这是自发地发生了反应:Ba(OH)2·8H2O(s)+2NH4Cl(s)BaCl2(aq)+2NH3(g)+10H2O(l)。则下列结论中正确的是()A.吸热反应一定自发进行B.自发反应一定是吸热反应C.有的吸热反应也能自发进行D.吸热反应不能自发进行答案:C退出目录多数自发进行的化学反应是放热反应,但也有一些吸热反应能自发进行,因此,反应焓变是与反应进行的方向有关的因素之一,但不是决定反应能否自发进行的唯一因素。退出目录3.反应方向的熵判据活动与探究3(1)与同学们相互探讨一下由“有序”变“无序”的自然现象,举例说明。答案: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。(2)如何理解“熵”和“熵变”的含义?答案:熵是描述一个由大量粒子组成的体系混乱度的物理量,用符号S表示。熵变是反应产物总熵与反应物总熵之差,称为该反应的熵变,用符号ΔS表示。退出目录迁移与应用下列判断不正确的是()A.少量的食盐溶解于水中:ΔS0B.纯碳和氧气反应生成CO(g):ΔS0C.气态水变成液态水:ΔS0D.CaCO3(s)受热分解为CaO(s)和CO2(g)ΔS0解析:食盐溶于水是典型的熵增加过程;2C(s)+O2(g)2CO(g),气体的物质的量增大,为熵增加的反应;气态水变成液态水是体系混乱度减小的过程,为熵减小的过程;CaCO3(s)的分解产生了气体,为熵增加反应。答案:C退出目录1.熵值特点:(1)熵值越大,体系的混乱度越大,反之,体系的混乱度越小。(2)在同一条件下,不同物质的熵值不同。(3)同一物质的熵值与其聚集状态及外界条件有关,如对同一物质:S(g)S(l)S(s)。2.熵变特点:(1)对于确定的化学反应,在一定条件下具有确定的熵变。(2)由非气态物质反应产生气体的反应,气体物质的量增大的反应,为熵增加的反应,熵变都是正值。(3)熵增加有利于反应的自发进行,许多熵增加的反应在常温常压下可以自发进行;但有些熵减小的反应在一定条件下也可以自发进行。(4)熵变是与反应能否自发进行有关的另一因素,但也不是唯一因素。退出目录4.焓变与熵变对反应方向的共同影响活动与探究4与同学们相互探讨一下焓变与熵变对反应方向的共同影响,完成下表:类型ΔHΔSΔG及反应方向反应实例1-,焓减+,熵增-,任何温度均能自发,自由能减少2H2O2(l)2H2O(l)+O2(g)2+,焓增-,熵减+,任何温度均不自发,自由能增加3O2(g)2O3(g)3+,焓增+,熵增+,常温不自发;-,高温自发N2O4(g)2NO2(g)4-,焓减-,熵减-,常温自发;+,高温不自发N2(g)+3H2(g)2NH3(g)退出目录迁移与应用肼是强还原剂,与氧化剂反应时放出大量的热,如:N2H4(l)+2H2O2(l)N2(g)+4H2O(g)ΔH=-642.2kJ·mol-1,因此肼可以作为火箭推进剂。根据该反应,你认为是否可以通过改变反应条件,由N2和水来制取N2H4,若能,请指出可能的反应条件:;若不能,请指出原因:。解析:要判断反应N2(g)+4H2O(g)N2H4(l)+2H2O2(l)能否发生,就要判断该反应的ΔH-TΔS值是否小于零。由于题中反应放出大量的热,其逆反应需要吸收大量的热,即逆反应的ΔH0,且由N2和水蒸气反应生成肼和过氧化氢是熵减小的反应,因此反应N2(g)+4H2O(g)N2H4(l)+2H2O2(l)的ΔH-TΔS总是大于零,说明该反应不能自发进行,故不能用氮气和水来制取肼。答案:不能因为该反应的ΔH0,ΔS0,即ΔH-TΔS0退出目录能量判据和熵判据的应用:1.由能量判据知:放热过程(ΔH0)常常是容易自发进行;2.由熵判据知:许多熵增加(ΔS0)的过程是自发的;3.很多情况下,简单地只用其中一个判据去判断同一个反应,可能会出现相反的判断结果,所以我们应两个判据兼顾。由能量判据(以焓变为基础)和熵判据组合成的复合判据(体系自由能变化:ΔG=ΔH-TΔS)将更适合于所有的反应过程;4.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的速率;5.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;6.反应的自发性也受外界条件的影响。退出目录当堂检测1.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,2H2O2H2↑+O2↑,即常温下水的分解反应是自发反应退出目录解析:ΔH-TΔS这个判据指的是在温度、压强一定的条件下,化学反应自动发生的趋势,即反应发生的可能性,它并不能说明在该条件下一个可能自发进行的化学反应能否实际发生,所以A不正确;非自发不含有“不可能”之意。例如:水的分解在常温常压下是非自发的,但在通直流电条件下,电解生成氢气和氧气,只不过消耗了其他能量,所以选项B错误;水在常温常压下通电才发生分解,即环境对它做功才能使它发生,所以是非自发反应,所以D不正确。答案:C退出目录2.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退出目录解析:A项,水总是自发地由高处往低处流,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,例如,在25℃和1.01×105Pa时,2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)ΔH=+56.7kJ·mol-1(NH4)2CO3(s)NH4HCO3(s)+NH3(g)ΔH=+74.9kJ·mol-1。不难看出,上述两个反应都是吸热反应,又都是熵增的反应,显然只根据焓变来判断反应进行的方向是不全面的。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,属于熵判据。D项,扑克牌的无序排列也属于熵判据。答案:A退出目录3.已知下列过程都能自发进行,其中不能用“焓判据”解释的是()A.2Na(s)+Cl2(g)2NaCl(s)ΔH0B.C3H8(g)+5O2(g)3CO2(g)+4H2O(l)ΔH0C.2NH4Cl(s)+Ca(OH)2(s)2NH3(g)+CaCl2(s)+2H2O(l)ΔH0D.2Mg(s)+O2(g)2MgO(s)ΔH0解析:放热反应过程中,体系能量降低,具有自发进行的倾向,也就是说,ΔH0的反应一般能自发进行,这就是焓判据。本题的C项,ΔH0,按焓判据反应不能发生,而题给条件是能自发进行,所以,不能用“焓判据”解释。答案:C退出目录4.判断下列反应的熵值的变化,在每小题后面的横线上填上“增加”“减小”或“无明显变化”。(1)2H2(g)+O2(g)2H2O(l)。(2)H2(g)+Cl2(g)2HCl(g)。(3)(NH4)2CO3(s)NH4HCO3(s)+NH3(g)。(4)Cu(s)+Cl2(g)CuCl2(s)。解析:判断熵值变化的依据是同温同压下,气态熵值液态熵值固态熵值,状