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第四節(jié) 化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,1.自發(fā)過(guò)程與自發(fā)反應(yīng) (1)自發(fā)過(guò)程和自發(fā)反應(yīng)的比較。,,,,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,(2)自發(fā)過(guò)程的規(guī)律。 ①自發(fā)過(guò)程的逆方向相同條件下不自發(fā)進(jìn)行。 ②體系趨向于從高能狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軤顟B(tài)。 ③體系趨向于從有序體系轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)序體系。,,,,,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,2.化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的判據(jù) (1)焓判據(jù)。 ①放熱反應(yīng)過(guò)程中體系能量降低,具有自發(fā)進(jìn)行的傾向,因此可用焓變來(lái)判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向。 ②局限性: 有些吸熱反應(yīng),也能自發(fā)進(jìn)行。例如: ①2N2O5(g)==4NO2(g)+O2(g) ΔH=+56.7 kJmol-1; ②(NH4)2CO3(s)==NH4HCO3(s)+NH3(g) ΔH=+74.9 kJmol-1。,,,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,(2)熵判據(jù)。 ①熵: 用來(lái)度量體系混亂程度的物理量。熵值越大,混亂程度越大。符號(hào)為S,單位為“J(molK)-1”。 ②熵值大小的比較: 同一種物質(zhì)不同狀態(tài)時(shí)熵值大小為S(g)S(l)S(s)。 ③熵增原理: 在與外界隔絕的體系中,自發(fā)過(guò)程將導(dǎo)致體系的熵增大,即熵變(符號(hào)ΔS)零。 ④熵判據(jù): 體系有自發(fā)地向混亂度增加(即熵增)的方向轉(zhuǎn)變的傾向,因此可用熵變來(lái)判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向。,,,,,,,,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,⑤局限性: 有些熵值減小的反應(yīng),在一定條件下也能自發(fā)進(jìn)行。 如:2Al(s)+Fe2O3(s)==Al2O3(s)+2Fe(s) ΔS=-39.35 J(molK)-1。 該反應(yīng)是熵減過(guò)程,但在高溫下能自發(fā)進(jìn)行。 (3)復(fù)合判據(jù)。 研究表明,在溫度、壓強(qiáng)一定的條件下,化學(xué)反應(yīng)的方向是反應(yīng)焓變和熵變共同影響的結(jié)果。 ①若ΔH0,反應(yīng)一定能自發(fā)進(jìn)行。 ②若ΔH0,ΔS0,反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行與反應(yīng)的溫度有關(guān)。 ③若ΔH0,ΔS0,反應(yīng)一定不能自發(fā)進(jìn)行。,,,,,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,深度思考 判斷下列描述的正誤(正確的畫(huà)“√”,錯(cuò)誤的畫(huà)“”)。 (1)體系有序性越高,熵值就越大。 ( ) (2)自發(fā)過(guò)程將導(dǎo)致體系的熵增大。 ( ) (3)吸熱反應(yīng)不可以自發(fā)進(jìn)行。 ( ) (4)同種物質(zhì)氣態(tài)時(shí)熵值最大。 ( ) (5)過(guò)程自發(fā)性不僅能用于判斷過(guò)程的方向,還能確定過(guò)程發(fā)生的速率。 ( ) (6)凡是焓變小于零的反應(yīng)都能自發(fā)進(jìn)行。 ( ) (7)需要加熱的反應(yīng)都不能自發(fā)進(jìn)行。 ( ) (8)ΔS0的過(guò)程一定能自發(fā)進(jìn)行,ΔS0的過(guò)程一定不能自發(fā)進(jìn)行。 ( ) (9)某反應(yīng)在某一條件下正向能自發(fā)進(jìn)行,則在該條件下其逆向必定不能自發(fā)進(jìn)行。 ( ),,,,√,,,,,√,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,思考探究,知識(shí)精要,一、化學(xué)反應(yīng)方向與焓變、熵變的關(guān)系 1.化學(xué)反應(yīng)方向與焓變的關(guān)系 (1)能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)多數(shù)放熱(ΔH0)。 如2N2O5(g)==4NO2(g)+O2(g) NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)==CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l) (3)有些吸熱反應(yīng)常溫下不能自發(fā)進(jìn)行,但在較高溫度下則能自發(fā)進(jìn)行(ΔH0)。 如CaCO3(s) CaO(s)+CO2(g) (4)結(jié)論:反應(yīng)的焓變是與反應(yīng)進(jìn)行的方向有關(guān)的因素之一,但不是決定反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的唯一因素。,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,思考探究,知識(shí)精要,2.化學(xué)反應(yīng)方向與熵變的關(guān)系 (1)許多熵增的反應(yīng)在常溫、常壓下可以自發(fā)進(jìn)行。 如2H2O2(aq)==2H2O(l)+O2(g) NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)==CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l) (2)少數(shù)熵減的反應(yīng),在一定條件下也可以自發(fā)進(jìn)行。,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,思考探究,知識(shí)精要,(1)在加熱條件下,NH4Cl可以分解,常溫下NH3和HCl可以化合生成NH4Cl。根據(jù)事實(shí)分析,在常溫下和高溫下哪一個(gè)反應(yīng)是自發(fā)反應(yīng)? 答案:常溫下NH3和HCl的化合反應(yīng)為自發(fā)反應(yīng),高溫下NH4Cl分解的反應(yīng)為自發(fā)反應(yīng)。 (2)對(duì)于反應(yīng)2NO2(g) N2O4(g) ΔH0,從能量角度看該反應(yīng)是自發(fā)的,從熵變角度看該反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行? 答案:不能自發(fā)進(jìn)行。放熱反應(yīng),使物質(zhì)的總能量降低,使反應(yīng)有自發(fā)進(jìn)行的趨勢(shì)。而從熵變角度看,該反應(yīng)的正反應(yīng)物質(zhì)的混亂度降低,是熵減小的反應(yīng),是不能自發(fā)進(jìn)行的。,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,思考探究,知識(shí)精要,【例1】 下列說(shuō)法正確的是( ) A.CaCO3 CaO+CO2 ΔS0;C項(xiàng)焓變、熵變均與反應(yīng)的自發(fā)性有關(guān),而反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行是由二者共同決定的,即由ΔH-TΔS的大小決定;D項(xiàng)若某反應(yīng)ΔH0,ΔS0,則該反應(yīng)需在低溫下才能自發(fā)進(jìn)行,所以答案選B。 答案:B,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,思考探究,知識(shí)精要,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,思考探究,知識(shí)精要,1.判斷下列各變化過(guò)程是熵增加還是熵減小。 (1)NH4NO3爆炸: 2NH4NO3(s)==2N2(g)+4H2O(g)+O2(g)。 ( ) (2)水煤氣轉(zhuǎn)化:CO(g)+H2O(g)==CO2(g)+H2(g)。 ( ) (3)臭氧的生成:3O2(g)==2O3(g)。 ( ) A.熵增大 B.熵減小 C.不變 D.熵變很小 解析:(1)NH4NO3的爆炸反應(yīng)是氣態(tài)物質(zhì)的物質(zhì)的量增大的化學(xué)反應(yīng):(2+4+1)-00,因此該過(guò)程是熵增加的過(guò)程。 (2)水煤氣轉(zhuǎn)化反應(yīng),氣態(tài)物質(zhì)的物質(zhì)的量在反應(yīng)前后未發(fā)生變化:(1+1)-(1+1)=0,估計(jì)該過(guò)程的熵變很小。 (3)生成臭氧后,氣態(tài)物質(zhì)的物質(zhì)的量減小:2-30,因此該過(guò)程是熵減小的過(guò)程。 答案:(1)A (2)D (3)B,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,思考探究,知識(shí)精要,2.下列說(shuō)法中正確的是( ) A.凡是放熱反應(yīng)都是自發(fā)的,吸熱反應(yīng)都是非自發(fā)的 B.自發(fā)反應(yīng)一定是熵增大的反應(yīng),非自發(fā)反應(yīng)一定是熵減小或不變的反應(yīng) C.自發(fā)反應(yīng)在任何條件下都能實(shí)現(xiàn) D.自發(fā)反應(yīng)在恰當(dāng)?shù)臈l件下才能實(shí)現(xiàn) 解析:一般放熱反應(yīng)是自發(fā)的,但有些吸熱反應(yīng)也可以自發(fā)進(jìn)行,A項(xiàng)錯(cuò)誤;一般熵增大的反應(yīng)是自發(fā)的,但有些熵減小的反應(yīng)也可以自發(fā)進(jìn)行,B項(xiàng)錯(cuò)誤;自發(fā)反應(yīng)只有在恰當(dāng)?shù)臈l件下才能實(shí)現(xiàn),C項(xiàng)錯(cuò)誤,D項(xiàng)正確。 答案:D,遷移應(yīng)用,典題例解,思考探究,一,二,知識(shí)精要,二、化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向與自由能變化的關(guān)系 1.自由能變化ΔG的判斷方法。 ΔG=ΔH-TΔS ΔG0,反應(yīng)逆向自發(fā)進(jìn)行。,遷移應(yīng)用,典題例解,思考探究,一,二,知識(shí)精要,2.注意幾種情況。 (1)放熱的熵增加的反應(yīng),能自發(fā)進(jìn)行。 ΔH0,ΔG0,ΔS0 (3)放熱的熵減少的反應(yīng),降低溫度,有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行。 ΔH0,ΔS0,要保證ΔG0,T要升高得足夠高。,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,思考探究,知識(shí)精要,(1)自發(fā)反應(yīng)一定能發(fā)生反應(yīng),而非自發(fā)反應(yīng)一定不能發(fā)生反應(yīng)嗎? 答案:自發(fā)反應(yīng)、非自發(fā)反應(yīng)是指該反應(yīng)過(guò)程是否有自發(fā)進(jìn)行的傾向,而這個(gè)過(guò)程是否一定會(huì)發(fā)生則不能確定。如碳的燃燒是一個(gè)自發(fā)反應(yīng),但要想發(fā)生反應(yīng),需借助外界條件點(diǎn)燃才能發(fā)生。 (2)合成氨反應(yīng)是一個(gè)可逆反應(yīng):N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92.2 kJmol-1 ΔS=-198.2 J(molK)-1。請(qǐng)你根據(jù)正反應(yīng)的焓變和熵變分析298 K下合成氨反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行? 答案:能。ΔH-TΔS=-92.2 kJmol-1-298 K(-198.2)10-3 kJ(molK)-1=-33.136 4 kJmol-10,反應(yīng)在298 K時(shí)可以自發(fā)向正反應(yīng)方向進(jìn)行。,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,思考探究,知識(shí)精要,【例2】 對(duì)反應(yīng):CaCO3(s)==CaO(s)+CO2(g) ΔH(298 K)=+178.2 kJmol-1 ΔS(298 K)=169.6 J(molK)-1 (1)判斷該反應(yīng)室溫下能否自發(fā)進(jìn)行。 (2)若不能自發(fā)進(jìn)行,試提出使反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的方法,并進(jìn)行計(jì)算。 解析:(1)由ΔH-TΔS=178.2 kJmol-1-298 K169.610-3 kJ(molK)-1=128 kJmol-10,故室溫下反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。 (2)該反應(yīng)為熵增加反應(yīng),升高溫度可使反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行。 根據(jù)ΔH(298 K)、ΔS(298 K)的值得:要使ΔH-TΔS0, 需 故該反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的最低溫度為1 051 K。 答案:(1)不能。(2)升高溫度,自發(fā)進(jìn)行的最低溫度為1 051 K。,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,思考探究,知識(shí)精要,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,思考探究,知識(shí)精要,1.已知:(NH4)2CO3(s)==NH4HCO3(s)+NH3(g) ΔH=+74.9 kJmol-1,下列說(shuō)法中正確的是( ) A.該反應(yīng)中熵變、焓變皆大于0 B.該反應(yīng)是吸熱反應(yīng),因此一定不能自發(fā)進(jìn)行 C.碳酸鹽分解反應(yīng)中熵增加,因此任何條件下所有碳酸鹽分解一定自發(fā)進(jìn)行 D.能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)一定是放熱反應(yīng),不能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)一定是吸熱反應(yīng) 解析:該反應(yīng)ΔH0,ΔS0,高溫下能自發(fā)進(jìn)行;ΔS0的反應(yīng)不一定能自發(fā)進(jìn)行;反應(yīng)放熱有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行,但能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)不一定是放熱反應(yīng),不能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)也不一定是吸熱反應(yīng)。 答案:A,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,思考探究,知識(shí)精要,2.與自然界中許多變化一樣,化學(xué)反應(yīng)具有方向性。下列有關(guān)敘述中正確的是( ) A.原電池反應(yīng)一定是自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng),且ΔH0,ΔS0,D項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案:A,方法歸納,案例探究,復(fù)合判據(jù)的應(yīng)用探究 城市越來(lái)越多的汽車造成了嚴(yán)重的尾氣污染。為了減輕大氣污染,人們提出用以下反應(yīng)來(lái)處理汽車尾氣: 2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g) 已知在298 K、101 kPa下,該反應(yīng)的ΔH=-113.0 kJmol-1,ΔS=-145.3 J(molK)-1。 (1)這一反應(yīng)在室溫下能否自發(fā)進(jìn)行? (2)如果該反應(yīng)的ΔH隨溫度的變化忽略不計(jì),那么該反應(yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行的溫度范圍是多少? (3)能否設(shè)計(jì)一個(gè)方案使該反應(yīng)在發(fā)動(dòng)機(jī)中進(jìn)行?(汽車發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)汽油燃燒時(shí)的溫度一般高于2 000 K) (4)試想現(xiàn)在這一方案未能大面積實(shí)施的原因是什么?,方法歸納,案例探究,解析:(1)室溫下該反應(yīng)的ΔH-TΔS≈-69.7 kJmol-10,所以反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。 (2)要使反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行,ΔH-TΔS0。代入數(shù)據(jù) (3)因?yàn)樵摲磻?yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行的溫度范圍為T777.7 K,而汽車發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)(汽車發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)汽油燃燒時(shí)的溫度一般高于2 000 K)的溫度一般高于2 000 K。 (4)未找到合適的催化劑,反應(yīng)速率太慢,難以實(shí)施。 答案:(1)能 (2)T777.7 K (3)不能 (4)未找到合適的催化劑,反應(yīng)速率太慢,難以實(shí)現(xiàn),方法歸納,案例探究,可以用ΔG=ΔH-TΔS的數(shù)值判斷反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行。,