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第四节 化学反应进行的方向


第四节 化学反应进行的方向 【教学目标】 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、 能够用熵增原理判断化学反应进行的方向。 【教学重难点】 能够用熵增原理判断化学反应进行的方向 【教学过程设计】 〖引入〗水往低处流,而不会自发的向上流;一般在室温下,冰块会融化,铁器在潮湿空气 中会生锈,甲烷与氧气的混合气体遇明火就燃烧,这些过程都是自发的。这些不用借助于外 力就可以自动进行的自发过程的共同特点是, 体系会对外部做功或释放热量, 即体系趋向于 从高能状态转变为低能状态。 那是否就意味着放热反应自发进行, 吸热反应就是非自发进行 呢? 〖副板书〗在 25℃和 1.01×105Pa 时, 2N2O5(g)== 4NO2(g)+O2(g) ?H=56.7 kJ/mol (NH4)2CO3(s)== NH4 HCO3(s)+NH3(g) ?H=74.9 kJ/mol 〖分析〗不难看出,上述两个反应都是吸热反应,显然只根据反应热(焓变)来判断反应进 行的方向是不全面的。那么究竟如何来判断反应的自发性呢? 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, 提出了互相关联的能量判据和熵判据, 为最终解决反应自发性问题提供了必要的依据。 〖讲解〗除自发的化学反应外,还有一类自发过程,例如放在同一密闭容器中的气体或液体 物质(也包括能够挥发的固态物质)的蒸汽,不需要外界的任何作用,气态物质会通过分子的 扩散自发地形成均匀混合物。 这种现象可以推广到相互接触的固体物质体系, 经过长期放置 后,人们能够找到通过扩散而进入的另一种固体中的原子或分子(这种现象可以作为纯物质 难以保存的最本质的解释)。又如把硝酸铵溶于水虽然要吸热,它却能够自发地向水中扩散。 为了解释这样一类与能量状态的高低无关的过程的自发性, 人们提出在自然界还存在着另一 种能够推动体系变化的因素,即在密闭条件下,体系有由有序自发地转变为无序的倾向。因 为与有序体系相比,无序体系“更加稳定” ,可以采取更多的存在方式。以扑克牌为例,经 过多次的洗牌之后, 严格按照花色和序号排列的机会与花色序号毫无规律的混乱排列的机会 相比,大概要相差几十个数量级。科学家把这种因素称作熵。 〖板书〗熵: 1、概念:描述体系混乱度的物理量 2、符号:S 3、单位:J?mol-1?K-1 4、熵判据:在与外界隔离的体系中,自发过程将导致体系的熵增大,这个原理也叫做 熵增原理。在用来判断过程的方向时,就称为熵判据。 5、同一物质的熵与其聚集状态有关:S(g)>S(l)>S(s) 6、熵变(?S) :?S==生成物总熵—反应物总熵 7、反应进行方向的判断方法: ?H—T?S<0 反应能自发进行 ?H—T?S=0 反应达到平衡状态 ?H—T?S>0 反应不能自发进行 〖讲解〗在温度、压强一定的条件下,焓因素和熵因素共同决定一个化学反应的方向。放热 反应的焓变小于零,熵增加反应的熵变大于零,都对?H—T?S<0 有所贡献,因此放热和熵 增加有利于反应自发进行。

【典型例题】 例 1. 下列说法正确的是 A. 放热反应不一定是自发进行的反应 B. 吸热反应一定是非自发进行的 C. 自发进行的反应一定容易发生 D. 反应速率快的一定是自发进行的 分析:A 正确。放热反应,能量降低不一定是自发进行的。B 不正确。反应的方向必须 根据能量变化和熵值变化综合判断。C 不正确。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。例如:石墨转化为金刚石的反应,反应在高温高压下是可以自 发进行的,但条件比较苛刻。D 不正确。反应的自发性用于判断过程的方向,与反应快慢无 关。 例 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 分析:A。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。吸热反 应也可以自发进行,例如,在 25℃和 H , 时, △H= 。 ,△

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 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 扑克牌的无序排列也属于熵判据。 例 3. 对于化学反应方向的确定,下列说法正确的是 A. 在温度、压力一定的条件下,焓因素和熵因素共同决定一个化学反应的方向 B. 温度、压力一定时,放热的熵增加反应一定能自发进行 C. 反应焓变是决定反应能否自发进行的唯一因素 D. 固体的溶解过程与焓变有关 分析:△H-T△S<0,常温、常压下反应能自发进行,所以焓变和熵变是一定温度下化 学反应能否自发进行的复合判据,所以 A 正确,C 不正确。放热反应的焓变小于零,熵增 加反应熵变大于零,都对△H-T△S<0 做出贡献。显然,放热的熵增加反应一定能自发进行, 所以 B 正确。固体的溶解过程,体系的混乱度增大,它是熵增加的过程,所以 D 不正确。 答案:AB。 例 4. 下列反应中,在高温下不能自发进行的是

A. C.

B. D.

分析:A、B、C、D 都是分解反应,都是吸热反应△H>0。B、C、D 三个反应又都是熵增 加的反应,所以有可能自发进行,A 是熵减小的反应在高温下一定不能自发进行。答案:A 例 5. 高温时空气中的 和 会反应生成 NO 而污染大气: 。

试通过计算说明在 1200℃的条件下,此反应能否正向自发进行?估算自发进行的最低温度

是多少?(已知△H=

,△S=

) 。

分析:1200℃=1473K。 (1)由化学反应能否自发进行的判据△H-T△S 可知, 若△H-T△S<0,反应能自发进行;若△H-T△S=0,反应达到平衡状态 若△H-T△S>0,反应不能自发进行 该反应的△H-T△S= <0 所以,该反应在 1200℃时能自发进行。 (2)反应要自发进行,必须△H-T△S<0。 即 反应自发进行的最低温度:

答案: (1)1200℃能自发进行(2)自发进行的最低 温度是 例 6. 当铁丝加热后放入氧气中可观察到的现象是_____________,说明这个反应是 _____________反应(填“吸热”或“放热”,说明单质铁的稳定性_____________(填“强” ) 或“弱” )于产物。 分析:铁丝加热后放入氧气中,可以发生反应,因为反应放出大量的热,使铁丝产生红 热现象,最后燃烧,火星四射,生成黑色的 。反应后生成的 比铁单质更稳定。

答案:铁丝红热、火星四射、有黑色固体生成;放热;弱 【精选试题】 1. 吸热反应一定是 A. 非自发的化学反应 B. 释放能量 C. 贮存能量 D. 反应需要加热 2. 过程的自发性的作用是 A. 判断过程的方向 B. 确定过程是否一定会发生 C. 判断过程发生的速率 D. 判断过程的热效应 3. 下列反应中,熵显著增加的反应是 A. C. 4. 已 知 方 程 式 “ B. D. △ H= ”的说法正确的是 A. 方程式中化学计量数表示分子数 C. 该反应△H= 5. 下列说法不正确的是 B. 该反应△H 大于零 D. 该反应可表示 36g 水分解时的热效应 ,则关于方程式

A. 铁生锈、氢燃烧均为自发放热过程 B. 冰融化过程其熵值增加 C. 无热效应的自发过程是不存在的 D. 同一物质固态时熵值最小 6. 下列过程属于熵增加的是 A. 一定条件下,水由气态变为液态 B. 高温高压条件下使石墨转化为金刚石 C. D. 散落的火柴的无序排列

7. 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 D. 25℃、 时, 是熵增的反应 B. 天然气的燃烧 D. 室温下水结成冰

8. 下列过程是非自发的是 A. 水由高处向低处流 C. 铁在潮湿空气中生锈 9. 碳铵 A. B. C. D.

在室温下就能自发地分解产生氨气,对其说法中正确的是

碳铵分解是因为生成了易挥发的气体,使体系的熵增大 碳铵分解是因为外界给予了能量 碳铵分解是吸热反应,根据能量判据不能自发分解 碳酸盐都不稳定,都能自发分解 的△H 为正值,△S 为负值。设△H 和△S 不随温

10. 已知反应

度而变,下列说法中正确的是 A. 低温下是自发变化 B. 高温下是自发变化 C. 低温下是非自发变化,高温下是自发变化 D. 任何温度下都是非自发变化 11. 考察下述自然界的一些自发变化,可发现它们有一些共同的特点。下列说法不正 确的是

A. B. C. D.

都有一定的方向性,按某一物理量标度由高到低自发进行 都可以用来做功,自发过程一旦发生后体系做功的本领就会降低 有一定的进行限度,自发过程总是单向地趋向于非平衡状态 有一定的数据差来判断自发变化能否发生 和氯化铵晶体,塞紧瓶塞。在

12. 往平底烧瓶中放入氢氧化钡晶体

木板上滴少量水,如图所示,一会儿就会发现瓶内固态物质变成液体,瓶壁变冷,小木板上 因少量水冻结,而被烧瓶粘住,这时找开瓶塞,出来的气体有氨味。这是自发地发生了反应

下列结论中正确的 是 A. 自发反应一定是放热反应 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 13. 在温度、压强一定的条件下,化学反应方向的判据为: (1)△H-T·△S<0,反应为______________。 (2)△H-T·△S=0,反应为______________。 (3)△H-T·△S>0,反应为______________。 14. 通过计算判断反应 知 , 15. 计 算 并 判 断 ) 的 分 解 反 应 在 100 ℃ 时 能 否 自 发 进 行 ? ( 已 知 : 在 100℃,1 大气压下,此反应的△H S= ) ,△ 在 25℃时能不能自发进行。 (已

16. 高炉炼铁常用焦炭还原三氧化二铁得到生铁。请运用所学知识判断用焦炭还原氧 化铝的可能性。已知 298K 下反应: △S= 【试题答案】 C 2.A 3.BD 4.B 5.C 6. CD 7.C 8.D 9.A 10.D 11.C 12.C 13. (1)能自发进行 (2)达到平衡状态 (3)不能自发进行 14. 反应不能自发进行 15. 不能自发进行 16. △H-T△S= 进行 ,反应不能自发


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