1、第四节第四节 化学反应进行的方向化学反应进行的方向 【教学目标】 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； 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 10110 5P
2、a 时， 2N2O5(g)= 4NO2(g)+O2(g) H=567 kJmol (NH4)2CO3(s)= NH4 HCO3(s)+NH3(g) H=749 kJmol 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
3、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
4、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：Jmol -1K-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=反应物总熵生成物总熵 7、反应进行方向的判断方法： HTS0 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
5、TS0 有所贡献， 因此放热和熵增加有利于反应自发 进行。 补充习题 1下列说法中，正确的是 ( ) A化学反应总是伴随着能量变化的 B能够自发进行的反应不一定都是放热反应 C只有放热反应才能够自发进行 D能够自发进行的反应就一定能够发生并完成 2下列物质中，熵值(S)最大的是 ( ) A金刚石 BCl2(1) CI2(g) DCu(s) 3水在 273 K、10110 5Pa 时可转化为固态，在 373 K 时则 又可转化为气态。若分别用 S(g)、S(1)、S(s)表示水的气、液、固 三种状态的熵值，则下列表达式中，正确的是 ( ) AS(g)S(1)S(1)S(s) CS(g)S(1)=
6、 S(s) DS(g)S(s)S(1) 4 已知反应 2H2 (g) + O2 (g) = 2H2O (1) H = 285 8 kJ mol -1， 下列结论中，正确的是 ( ) AE(反应物)E(生成物) BE(反应物)E(生成物) C反应放热 D反应吸热 5下列热化学方程式中，放出的热量最多的是 ( ) ACH4 (g)+2O2 (g) = CO2 (g)+2H2O (1) H B2CH4 (g)+4O2 (g) = 2CO2 (g)+4H2O (1) H CCH4 (g)+2O2 (g) = CO2 (g)+2H2O (g) H D2CH4 (g)+4O2 (g) = 2CO2 (g)
7、+4H2O (g) H 6 在 25、 1 0110 5 Pa 条件下， 反应 2N 2O5(g)= 4NO2(g)+O2(g) H= +567 kJ mol -1能够自发进行。从能量上分析，生成物的总 能量比反应物的总能量 ，从反应前后的熵值看，反应后的 熵值 (填“增加” 、 “减小”或“不变”)。 提高题 7已知：298 K、10110 5Pa 下： 石墨：H=00 kJmol -1、S= 574 Jmol-1K-1； 金刚石：H= 188 kJmol -1、S= 239 Jmol-1K-1。 下列叙述中，正确的是 ( ) A根据焓和熵的观点，石墨比金刚石稳定 B根据焓和熵的观点，金刚石
8、比石墨稳定 C根据熵的观点，石墨比金刚石稳定，但根据焓的观点， 金刚石比石墨稳定 D根据焓的观点，石墨比金刚石稳定，但根据熵的观点，金刚 石比石墨稳定 8某化学反应其H= 122 kJmol -1，S= 231 Jmol-1K-1， 则此反应在下列哪种情况下可自发进行 ( ) A在任何温度下都能自发进行 B在任何温度下都不能自 发进行 C仅在高温下自发进行 D仅在低温下自发进行 9煤中含有硫，燃烧时会产生有害的 SO2，用生石灰可以消除 SO2，减少污染，其反应为 CaO(s)+SO2(s) = CaSO3(s) 298 K、 1 011 0110 5Pa 时， 此反应的H= 402 0 kJ mol-1， S= 3457 Jmol -1K-1，在室温下自发进行。则保持此反应自发 进行的最高炉温是多少(焓变H 及熵变S 受温度的影响可忽略)
