1、第四节化学反应进行的方向第四节化学反应进行的方向课程标准导航课程标准导航1.了解自发过程和化学反应的自发性。了解自发过程和化学反应的自发性。2通过通过“有序有序”和和“无序无序”的对比，了解熵和的对比，了解熵和熵变的概念。熵变的概念。3初步了解焓变和熵变对化学反应方向的初步了解焓变和熵变对化学反应方向的影响影响,能用焓变和熵变说明化学反应的方向。能用焓变和熵变说明化学反应的方向。新知初探自学导引新知初探自学导引自主学习自主学习一、自发过程和自发反应一、自发过程和自发反应有关化学反应进行的有关化学反应进行的_、_和和_是化学反应原理的三个重要组成部分。科学是化学反应原理的三个重要组成部分。科学家
2、根据体系存在着力图使自身能量趋于家根据体系存在着力图使自身能量趋于方向方向快慢快慢限度限度“_”“_”和由和由“有序有序”变为变为“_”_”的的自然现象自然现象,提出了互相关联的提出了互相关联的_判据和判据和_判判据，为最终解决上述问题提供了必要依据。据，为最终解决上述问题提供了必要依据。1自发过程自发过程(1)含义含义在一定条件下，不用借助于在一定条件下，不用借助于_就可以就可以自动进行的过程。自动进行的过程。最低最低无序无序焓焓熵熵外力外力(2)特点特点体系趋向于从体系趋向于从_状态转变为状态转变为_状状态态(体系对外部做功或者释放热量体系对外部做功或者释放热量)。在密闭条件下，体系有从在
3、密闭条件下，体系有从_序自发转序自发转变为变为_序的倾向。序的倾向。2自发反应自发反应在给定的条件下，可以自发地进行到显著程在给定的条件下，可以自发地进行到显著程度的反应。度的反应。高能高能低能低能有有无无想一想想一想“自发反应一定能自动进行，而非自发反应自发反应一定能自动进行，而非自发反应一定不能发生一定不能发生”，这句话对吗？说明理由。，这句话对吗？说明理由。提示：提示：不对。某些自发反应需在一定条件下不对。某些自发反应需在一定条件下才能自动进行，非自发反应具备了一定条件才能自动进行，非自发反应具备了一定条件也能发生。如甲烷燃烧是自发反应，但需点也能发生。如甲烷燃烧是自发反应，但需点燃或加
4、热才能反应；石灰石分解为氧化钙和燃或加热才能反应；石灰石分解为氧化钙和二氧化碳为非自发反应二氧化碳为非自发反应,在高温下可以发生。在高温下可以发生。二、化学反应进行方向的判据二、化学反应进行方向的判据1焓判据焓判据2熵判据熵判据(1)熵熵体系倾向体系倾向(密闭容器密闭容器)：含义：科学家用含义：科学家用_(符号为符号为S)来量度这来量度这种混乱种混乱(或无序或无序)的程度。的程度。特点：同一种物质不同状态时熵值大小为特点：同一种物质不同状态时熵值大小为S(g)_ S(l)_ S(s)。(2)熵增原理熵增原理在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵系的熵
5、_，即熵变，即熵变(符号符号S)_ 零。零。熵熵增大增大大于大于(3)熵判据熵判据体系有自发地向混乱度体系有自发地向混乱度_(即熵增即熵增)的方的方向转变的倾向，因此可用向转变的倾向，因此可用_来判断反来判断反应进行的方向。应进行的方向。3复合判据复合判据综合考虑综合考虑_和和_的复合判据，的复合判据，将更适合于所有的过程，只根据一个方面来将更适合于所有的过程，只根据一个方面来判断反应进行的方向是不全面的。判断反应进行的方向是不全面的。增加增加熵变熵变焓判据焓判据熵判据熵判据自主体验自主体验1(2012铜川高二检测铜川高二检测)水的三态的熵值的水的三态的熵值的大小关系正确的是大小关系正确的是(
6、Sm表示表示1mol物质的熵值物质的熵值)()ASm(s)Sm(l)Sm(g)BSm(l)Sm(s)Sm(g)CSm(g)Sm(l)Sm(s)DSm(s)Sm(l)Sm(g)解析：选解析：选C。同一种物质处于气态时熵值最。同一种物质处于气态时熵值最大，液态次之，固态时熵值最小。大，液态次之，固态时熵值最小。2下列关于判断过程、方向的说法正确的下列关于判断过程、方向的说法正确的是是()A所有自发进行的化学反应都是放热反应所有自发进行的化学反应都是放热反应B高温、高压下低能量的石墨转化为高能高温、高压下低能量的石墨转化为高能量的金刚石是自发的化学反应量的金刚石是自发的化学反应C由焓判据和熵判据组合
7、而成的复合判据由焓判据和熵判据组合而成的复合判据更适合于所有过程更适合于所有过程D同一物质的固、液、气三种状态的熵值同一物质的固、液、气三种状态的熵值相同相同解析：选解析：选C。自发进行只能用来判断过程的。自发进行只能用来判断过程的方向，不能判断反应的热效应；高温高压下方向，不能判断反应的热效应；高温高压下的反应是非自发的；同一物质固、液、气三的反应是非自发的；同一物质固、液、气三种状态中，气态的熵值最大。种状态中，气态的熵值最大。3以下自发过程可用焓判据来解释的是以下自发过程可用焓判据来解释的是()A硝酸铵自发地溶于水硝酸铵自发地溶于水B2N2O5(g)=4NO2(g)O2(g)H56.7
8、kJ/molC(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)NH3(g)H74.9 kJ/molD2H2(g)O2(g)=2H2O(l)H572 kJ/mol解析：选解析：选D。焓判据能够说明放热反应为自。焓判据能够说明放热反应为自发反应，而发反应，而A、B、C三个自发过程均为吸热三个自发过程均为吸热过程，显然不能用焓判据来解释，只有过程，显然不能用焓判据来解释，只有D项项可以用焓判据解释。可以用焓判据解释。要点突破讲练互动要点突破讲练互动化学反应进行的方向和化学反应进行的方向和焓变、熵变焓变、熵变提示：提示：H2的燃烧属自发反应，该过程放出热的燃烧属自发反应，该过程放出热量，体系能量降低，但
9、熵减小，说明判断一量，体系能量降低，但熵减小，说明判断一定反应进行的方向要综合考虑焓判据和熵判定反应进行的方向要综合考虑焓判据和熵判据。据。要点归纳要点归纳1与焓变的关系与焓变的关系自发反应自发反应的特点的特点放热反应过程中体系能量降低，具有自发进放热反应过程中体系能量降低，具有自发进行的倾向行的倾向自发反应自发反应与焓变的与焓变的关系关系多数放热反多数放热反应能自发进应能自发进行行(H0)NH4HCO3(s)CH3COOH(aq)=CO2(g)CH3COONH4(aq)H2O(l)自发反应自发反应的特点的特点放热反应过程中体系能量降低，具有放热反应过程中体系能量降低，具有自发进行的倾向自发进
10、行的倾向自发反应自发反应与焓变的与焓变的关系关系有一些吸热反应常有一些吸热反应常温下不能自发进行温下不能自发进行,但在较高温度下则但在较高温度下则能自发进行能自发进行(H0)CaCO3(s)=CaO(s)CO2(g)结论结论多数自发进行的化学反应是放热反应，多数自发进行的化学反应是放热反应，但也有很多吸热反应能自发进行，因但也有很多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关的因素之一，但不是决定反应能否自发进行的惟一因素自发进行的惟一因素自发反应自发反应的特点的特点化学反应有趋向于最大混乱度的倾化学反应有趋向于最大混
11、乱度的倾向向自发反应自发反应与熵变的与熵变的关系关系许多熵增加的反应许多熵增加的反应在常温、常压下可在常温、常压下可以自发进行。产生以自发进行。产生气体的反应，气体气体的反应，气体物质的量增加的反物质的量增加的反应，熵值通常都是应，熵值通常都是正值，为熵增反应正值，为熵增反应2H2O2(aq)=2H2O(l)O2(g)2.与熵变的关系与熵变的关系自发反应自发反应的特点的特点化学反应有趋向于最大混乱度的倾向化学反应有趋向于最大混乱度的倾向自发反应自发反应与熵变的与熵变的关系关系有些熵增的反应有些熵增的反应在常温、常压下在常温、常压下不能自发进行，不能自发进行，但在较高温度下但在较高温度下可以自发
12、进行可以自发进行CaCO3(s)=CaO(s)CO2(g)C(s，石墨，石墨)H2O(g)=CO(g)H2(g)少数熵减的反应少数熵减的反应,在一定条件下也在一定条件下也可以自发进行可以自发进行2Al(s)Fe2O3(s)=Al2O3(s)2Fe(s)结论结论反应熵变是与反应进行的方向有关的因反应熵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素之一，但不是决定反应能否自发进行的惟一因素的惟一因素特别提醒特别提醒从能量角度从能量角度(即焓变即焓变)看，化学反应有趋向于看，化学反应有趋向于最低能量状态的倾向，而从熵变角度看，化最低能量状态的倾向，而从熵变角度看，化学反应有趋向于最
13、大混乱度的倾向，在实际学反应有趋向于最大混乱度的倾向，在实际的化学变化中，的化学变化中，H与与S倾向有时会出现矛倾向有时会出现矛盾，因此，在分析一个具体化学反应自发进盾，因此，在分析一个具体化学反应自发进行的方向时，不能孤立地使用焓判据或熵判行的方向时，不能孤立地使用焓判据或熵判据来分析，否则，可能会得出错误的结论，据来分析，否则，可能会得出错误的结论，要注意应用焓判据和熵判据综合进行分析，要注意应用焓判据和熵判据综合进行分析，即凡是能够使体系能量降低、熵增大的方向即凡是能够使体系能量降低、熵增大的方向就是化学反应容易进行的方向。就是化学反应容易进行的方向。即时应用即时应用1下列说法正确的是下
14、列说法正确的是()A在常温下，放热反应一般能自发进行，在常温下，放热反应一般能自发进行，吸热反应都不能自发进行吸热反应都不能自发进行BNH4HCO3(s)=NH3(g)H2O(g)CO2(g)H185.57 kJ/mol,能自发进行能自发进行,原因是体系有自发地向混乱度增加的方向转原因是体系有自发地向混乱度增加的方向转变的倾向变的倾向C因为焓变和熵变都与反应的自发性有关因为焓变和熵变都与反应的自发性有关,因此焓变或熵变均可以单独作为反应自发性因此焓变或熵变均可以单独作为反应自发性的判据的判据D在其他外界条件不变的情况下，使用催在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂，可以改变化学反应进行的方向化
15、剂，可以改变化学反应进行的方向解析：选解析：选B。A项错误，有些能使熵值增大的项错误，有些能使熵值增大的吸热反应可以自发进行；吸热反应可以自发进行；C项错误的原因项错误的原因是要将二者综合起来即利用复合判据进行判是要将二者综合起来即利用复合判据进行判断；断；D项中使用催化剂只能降低反应的活化项中使用催化剂只能降低反应的活化能，不能改变反应的方向。能，不能改变反应的方向。探究导引探究导引2应如何判断化学反应进行的方向？应如何判断化学反应进行的方向？提示：提示：判断一个化学反应在一定温度下能否自判断一个化学反应在一定温度下能否自发进行，应综合考虑焓变和熵变，根据复合判发进行，应综合考虑焓变和熵变，
16、根据复合判据据GHTS判断。判断。化学反应进行方向的复合判据化学反应进行方向的复合判据要点归纳要点归纳1用焓变和熵变的复合判据判断反应的方向用焓变和熵变的复合判据判断反应的方向体系的自由能变化体系的自由能变化(符号符号G，单位，单位 kJ/mol)综综合考虑了焓变和熵变对体系的影响，可用于合考虑了焓变和熵变对体系的影响，可用于化学反应自发进行的方向的判断，化学反应自发进行的方向的判断，GHTS。H444.3 kJmol1S280.1 Jmol1K1，则：，则：GHTS444.3 kJmol1298 K(280.1103kJmol1K1)360.83 kJmol10此时焓变对反应的方向起决定性作
17、用。此时焓变对反应的方向起决定性作用。再如：再如：NH4HCO3(s)CH3COOH(aq)=CO2(g)CH3COONH4(aq)H2O(l)H37.301 kJ/molS184.05 Jmol1K1，则，则GHTS37.301 kJ/mol298 K(184.05103 kJmol1K1)17.55 kJmol10。故室温下该反应不能自发进行。故室温下该反应不能自发进行。即时应用即时应用2汽车尾气汽车尾气(含烃类、含烃类、CO、NO与与SO2等等)是是城市主要污染源之一，治理的办法之一是在城市主要污染源之一，治理的办法之一是在汽车排气管上装催化转化器，它使汽车排气管上装催化转化器，它使NO
18、与与CO反应生成可参与大气生态循环的无毒气体，反应生成可参与大气生态循环的无毒气体，其反应原理是：其反应原理是：2NO(g)2CO(g)=N2(g)2CO2(g)，在，在298 K、100kPa下，下，H113 kJmol1，S145 Jmol1K1。下列说。下列说法中错误的是法中错误的是()A该反应中反应物总能量高于生成物的总该反应中反应物总能量高于生成物的总能量能量B该反应常温下不能自发进行，因此需要该反应常温下不能自发进行，因此需要高温和催化剂条件高温和催化剂条件C该反应常温下能自发进行，高温和催化该反应常温下能自发进行，高温和催化剂条件只是加快反应的速率剂条件只是加快反应的速率D汽车尾
19、气中的这两种气体会与人体血红汽车尾气中的这两种气体会与人体血红蛋白结合而使人中毒蛋白结合而使人中毒解析：选解析：选B。因为。因为2NO(g)2CO(g)=N2(g)2CO2(g)，298 K时，时，H113kJ/mol，S145 Jmol1K1，说明该反应为放，说明该反应为放热反应，且是熵减的反应。生成物的总能量热反应，且是熵减的反应。生成物的总能量低于反应物的总能量，常温时低于反应物的总能量，常温时GHTS113kJmol1298 K(145103 kJmol1K1)69.79 kJmol10，放热反，放热反应应H0,此时此时G0,反应一定自发进行，反应一定自发进行，C正正确确;有些反应在常
20、温下非自发进行，但有些反应在常温下非自发进行，但高温时能自发进行，高温时能自发进行，D错误。错误。【答案答案】C【误区警示误区警示】本题易错选本题易错选A或或B，认为在常，认为在常温常压下，多数放热的化学反应可用温常压下，多数放热的化学反应可用H作作为判据，判断其是否自发进行；多数熵增反为判据，判断其是否自发进行；多数熵增反应可用熵判据，判断其是否自发进行。但应可用熵判据，判断其是否自发进行。但是，只使用焓判据或熵判据来确定变化过程是，只使用焓判据或熵判据来确定变化过程的方向是片面的，对具体反应需应用焓判据的方向是片面的，对具体反应需应用焓判据和熵判据综合进行分析，即凡是使体系能量和熵判据综合
21、进行分析，即凡是使体系能量降低、熵增大的方向就是化学反应容易进行降低、熵增大的方向就是化学反应容易进行的方向。的方向。已知已知“凡气体分子总数增多的反应一凡气体分子总数增多的反应一定是熵增大的反应定是熵增大的反应”。一定条件下，下列反。一定条件下，下列反应不可能自发进行的是应不可能自发进行的是()A2O3(g)=3O2(g)H0CN2(g)3H2(g)=2NH3(g)H0【解析解析】A项中项中S0，H0，一定能自，一定能自发进行；发进行；B项中项中S0，一定不能自发，一定不能自发进行；进行；C项中，项中，S0，H0,H0,可能自发进行。可能自发进行。【答案答案】B化学反应进行方向的实验探究和判
22、断化学反应进行方向的实验探究和判断由焓判据知放热反应是易进行的，由熵判据由焓判据知放热反应是易进行的，由熵判据知熵值增加是能自发进行的。但仅凭焓判据知熵值增加是能自发进行的。但仅凭焓判据或熵判据判断可能出现错误的结果，如某些或熵判据判断可能出现错误的结果，如某些吸热或熵减的过程也能自发进行。吸热或熵减的过程也能自发进行。热点示例思维拓展热点示例思维拓展经典案例经典案例往平底烧瓶中放入氢氧化钡晶往平底烧瓶中放入氢氧化钡晶体体Ba(OH)28H2O和固态氯化铵晶体和固态氯化铵晶体,塞紧瓶塞紧瓶塞。在瓶底和木板间滴少量水，如图所示。塞。在瓶底和木板间滴少量水，如图所示。一会儿，就会发现瓶内固态物质变
23、稀并有液一会儿，就会发现瓶内固态物质变稀并有液体产生，瓶壁变冷，小木板上因少量水冻结体产生，瓶壁变冷，小木板上因少量水冻结而被烧瓶黏住，这时打开瓶塞，出来的气体而被烧瓶黏住，这时打开瓶塞，出来的气体有氨味。这是自发地发生了反应。有氨味。这是自发地发生了反应。(1)下列结论正确的是下列结论正确的是()A自发反应一定是放热反应自发反应一定是放热反应B自发反应一定是吸热反应自发反应一定是吸热反应 C有的吸热反应也能自发进行有的吸热反应也能自发进行D吸热反应不能自发进行吸热反应不能自发进行(2)发生反应的化学方程式为发生反应的化学方程式为_。(3)从化学反应进行的方向角度解释上述现象。从化学反应进行的
24、方向角度解释上述现象。【解析解析】(1)由现象可知该反应吸热且自发由现象可知该反应吸热且自发,故选故选C。(2)发生反应的化学方程式为发生反应的化学方程式为Ba(OH)28H2O2NH4Cl(s)=BaCl22NH310H2O。(3)虽然该反应是吸热反应，但该反应也是熵虽然该反应是吸热反应，但该反应也是熵值增加的反应，且熵变的作用对反应的方向值增加的反应，且熵变的作用对反应的方向起了决定性作用。起了决定性作用。HTS0，常温下自发，常温下自发进行，故有上述现象发生。进行，故有上述现象发生。【答案答案】(1)C(2)Ba(OH)28H2O2NH4Cl(s)=BaCl22NH310H2O(3)该反应是吸热、熵增反应，由于熵变对该该反应是吸热、熵增反应，由于熵变对该反应起了决定性作用，所以反应起了决定性作用，所以HTS0，即，即该反应常温下自发进行，从而产生了上述现该反应常温下自发进行，从而产生了上述现象。象。
