1、第二单元 化学反应的方向和限度 第1课时 判断化学反应方向的依据 【目标定位目标定位】 1.1.知道自发反应的概念。知道自发反应的概念。 2.2.通过通过“有序有序”和和“无序无序”的对比的对比, ,了解熵和熵变的概念。了解熵和熵变的概念。 3.3.初步了解焓变和熵变对化学反应方向的影响初步了解焓变和熵变对化学反应方向的影响, ,能用焓变和熵能用焓变和熵 变解释化学反应的方向。变解释化学反应的方向。 【基础清单基础清单】 一、自发反应一、自发反应 1.1.自发反应自发反应: :在一定温度和压强下在一定温度和压强下, ,无需外界帮助就能无需外界帮助就能_ _的反应。的反应。 2.2.特征特征:
2、: (1)(1)具有由能量具有由能量_状态向能量状态向能量_状态转化的倾向。状态转化的倾向。 (2)(2)具有趋向于体系混乱度具有趋向于体系混乱度_的倾向。的倾向。 自动进自动进 行行 较高较高 较低较低 增大增大 二、化学反应自发进行的判断依据二、化学反应自发进行的判断依据 1.1.焓变与反应的自发性的关系焓变与反应的自发性的关系: : (1)(1)焓判据焓判据: :绝大多数绝大多数_(_( H_0)_0)都能自发进行都能自发进行, ,且反且反 应放出的热量越多应放出的热量越多, ,体系能量降低得也越多体系能量降低得也越多, ,反应越完全。反应反应越完全。反应 的的_是制约化学反应能否自发进
3、行的因素之一。是制约化学反应能否自发进行的因素之一。 (2)(2)局限局限: :并非所有自发进行的反应都是放热的并非所有自发进行的反应都是放热的, ,有些吸热反应有些吸热反应 也能自发进行。也能自发进行。 放热反应放热反应 液态液态 固态。固态。 (4)(4)某反应在某一条件下正向能自发进行某反应在某一条件下正向能自发进行, ,则在该条件下其逆向则在该条件下其逆向 必定不能自发进行。必定不能自发进行。 ( )( ) 分析分析: :反应的正向与逆向的焓变与熵变都互为相反数。反应的正向与逆向的焓变与熵变都互为相反数。 2.2.问题思考问题思考: : (1)(1)是否能用焓判据和熵判据单独来判断反应
4、进行的方向是否能用焓判据和熵判据单独来判断反应进行的方向? ? 分析分析: :不能。因为焓判据和熵判据都有一定的局限性不能。因为焓判据和熵判据都有一定的局限性, ,不能从单不能从单 一的焓判据或熵判据来判断化学反应进行的方向。判断化学反一的焓判据或熵判据来判断化学反应进行的方向。判断化学反 应能否自发进行应能否自发进行, ,应综合考虑焓变和熵变的影响。应综合考虑焓变和熵变的影响。 (2)(2)放热反应是否都是自发的放热反应是否都是自发的, ,而吸热反应都是非自发的而吸热反应都是非自发的? ? 分析分析: :不是。反应是否自发不是。反应是否自发, ,不是根据吸热、放热简单划分的不是根据吸热、放热
5、简单划分的, , 有些吸热反应也是自发的。如有些吸热反应也是自发的。如2NH2NH4 4Cl+Ba(OH)Cl+Ba(OH)2 2=BaCl=BaCl2 2+ + 2NH2NH3 3H H2 2O,O,是吸热反应是吸热反应, ,能自发进行。能自发进行。 【知识链接知识链接】 混乱度混乱度 所谓体系的混乱度所谓体系的混乱度, ,就是指体系内部所有物质微粒就是指体系内部所有物质微粒( (包括分子、包括分子、 原子、离子、电子、原子核、原子团原子、离子、电子、原子核、原子团, ,以及由这些基本粒子组以及由这些基本粒子组 成的更大的集合体、团粒等成的更大的集合体、团粒等) )所处状态的混乱程度所处状态
6、的混乱程度, ,是与这些微是与这些微 粒排列的有序性相反的一个概念。粒排列的有序性相反的一个概念。 熵值熵值 对不同的物质对不同的物质, ,其组成分子越复杂其组成分子越复杂, ,熵值就越大熵值就越大, ,而简单分子的而简单分子的 熵值一般较小熵值一般较小; ;体系的体系的n n值越大值越大, ,其熵值越大其熵值越大; ;熵值随着体系温度熵值随着体系温度 的升高而增大的升高而增大; ;随着体系压力的加大随着体系压力的加大, ,体系的有序程度加大体系的有序程度加大, ,熵熵 值减小。值减小。 一、化学反应进行的方向与焓变、熵变的关系一、化学反应进行的方向与焓变、熵变的关系 1.1.与焓变的关系与焓
7、变的关系: : (1)(1)多数能自发进行的化学反应是放热反应。如多数能自发进行的化学反应是放热反应。如 NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+HNaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2 2O(l)O(l) H0 (3)(3)还有一些吸热反应在室温条件下不能自发进行还有一些吸热反应在室温条件下不能自发进行, ,但在较高温但在较高温 度下则能自发进行。如度下则能自发进行。如 CaCOCaCO3 3(s) CaO(s)+CO(s) CaO(s)+CO2 2(g)(g) H00 (4)(4)结论结论: :能量变化是一个与反应能否自发进行有关的因素能量变化是一个与反应能否
8、自发进行有关的因素, ,但但 不是决定反应能否自发进行的唯一因素。不是决定反应能否自发进行的唯一因素。 高温高温 = 2.2.与熵变的关系与熵变的关系: : (1)(1)许多熵增加的反应在常温、常压下可以自发进行。如许多熵增加的反应在常温、常压下可以自发进行。如 2H2H2 2O O2 2(aq)=2H(aq)=2H2 2O(l)+OO(l)+O2 2(g)(g) S00 (2)(2)有些熵增加的反应在常温、常压下不能自发进行有些熵增加的反应在常温、常压下不能自发进行, ,但在较高但在较高 温度下可以自发进行。如温度下可以自发进行。如 CaCOCaCO3 3(s) CaO(s)+CO(s) C
9、aO(s)+CO2 2(g)(g) S00 高温高温 = (3)(3)少数熵减小的反应少数熵减小的反应, ,它在一定条件下也可以自发进行。如它在一定条件下也可以自发进行。如 NHNH3 3(g)+HCl(g)=NH(g)+HCl(g)=NH4 4Cl(s)Cl(s) S0,则反应一定能自发进行则反应一定能自发进行; ; (2)(2) H0,0, S0, S0,0,反应可能自发进行反应可能自发进行, ,也可能也可能 不自发进行不自发进行, ,与反应的温度有关。与反应的温度有关。 2.2.注意几种情况注意几种情况: : (1)(1)放热的熵增加的反应放热的熵增加的反应, ,能自发进行。能自发进行。
10、 (2)(2)吸热的熵减少的反应吸热的熵减少的反应, ,不能自发进行。不能自发进行。 (3)(3)放热的熵减少的反应放热的熵减少的反应, ,降低温度降低温度, ,有利于反应自发进行。有利于反应自发进行。 (4)(4)吸热的熵增加的反应吸热的熵增加的反应, ,升高温度升高温度, ,有利于反应自发进行。有利于反应自发进行。 【思思悟悟】 (1)(1)符合符合“ H0的化学反应在所有温度下反应都能自的化学反应在所有温度下反应都能自 发进行发进行”条件的化学反应在常温下都能实际发生吗条件的化学反应在常温下都能实际发生吗? ? 提示提示: :不一定不一定, ,“H0”指的是在温度、压强一定的条指的是在温
11、度、压强一定的条 件下反应自动发生的趋势件下反应自动发生的趋势, ,即反应发生的可能性即反应发生的可能性, ,它并不能说明它并不能说明 在该条件下在该条件下, ,可能自发进行的反应能否实际发生可能自发进行的反应能否实际发生, ,因为反应能否因为反应能否 实际发生还涉及反应速率问题。实际发生还涉及反应速率问题。 (2)(2)熵增大熵增大, ,熵减小的反应在一定条件下都能自发进行熵减小的反应在一定条件下都能自发进行, ,所以熵所以熵 判据无意义判据无意义, ,对吗对吗? ? 提示提示: :不对不对, ,大多数自发进行的反应是熵增大的反应大多数自发进行的反应是熵增大的反应, ,但有少数但有少数 熵减
12、小的反应在一定条件下能自发进行熵减小的反应在一定条件下能自发进行, ,无规律可循。无规律可循。 类型一类型一 化学反应方向的焓判据和熵判据化学反应方向的焓判据和熵判据 【典例典例】已知已知:(NH:(NH4 4) )2 2COCO3 3(s)=NH(s)=NH4 4HCOHCO3 3(s)+NH(s)+NH3 3(g)(g) H=74.9 kJ=74.9 kJmolmol- -1 1, ,下列说法中正确的是下列说法中正确的是 ( ( ) ) A.A.该反应中熵变、焓变皆大于该反应中熵变、焓变皆大于0 0 B.B.该反应是吸热反应该反应是吸热反应, ,因此一定不能自发进行因此一定不能自发进行 C
13、.C.碳酸盐分解反应中熵增加碳酸盐分解反应中熵增加, ,因此任何条件下所有碳酸盐分解因此任何条件下所有碳酸盐分解 一定自发进行一定自发进行 D.D.能自发进行的反应一定是放热反应能自发进行的反应一定是放热反应, ,不能自发进行的反应一不能自发进行的反应一 定是吸热反应定是吸热反应 【解题指南解题指南】解答本题时要注意以下两点解答本题时要注意以下两点: : (1)(1)反应后气体物质的量增多的化学反应是熵增的。反应后气体物质的量增多的化学反应是熵增的。 (2)(2)焓判据和熵判据均有局限性。焓判据和熵判据均有局限性。 【解析解析】选选A A。该反应。该反应H0,0,S0,0,高温下能自发进行高温
14、下能自发进行;S00 的反应不一定能自发进行的反应不一定能自发进行; ;反应放热有利于反应自发进行反应放热有利于反应自发进行, ,但能但能 自发进行的反应不一定是放热反应自发进行的反应不一定是放热反应, ,不能自发进行的反应也不不能自发进行的反应也不 一定是吸热反应。一定是吸热反应。 【互动探究互动探究】 (1)(1)什么样的反应在任何条件下都能自发进行什么样的反应在任何条件下都能自发进行? ? 提示提示: :放热的熵增加的反应。放热的熵增加的反应。 (2)C(2)C项改为项改为“碳酸盐分解反应中熵增加碳酸盐分解反应中熵增加, ,因此一定条件下所有因此一定条件下所有 碳酸盐分解反应能自发进行碳
15、酸盐分解反应能自发进行”是否正确是否正确? ? 提示提示: :正确。正确。S00的反应的反应, ,若若H0,0,则在高温下能自发进行则在高温下能自发进行; ; 若若H0且且S0,S0,S0,0,若使反若使反 应自发进行应自发进行, ,必须提高温度必须提高温度, ,即反应只有在较高温度时才能自发即反应只有在较高温度时才能自发 进行进行; ;对于对于D D项项,H0,在任何温度下在任何温度下, ,即在任何温度下即在任何温度下 反应均能自发进行。反应均能自发进行。 【名师点评名师点评】讲解本题时要注意以下两点讲解本题时要注意以下两点: : (1)(1)仅凭仅凭H0无法完全确定反应自发进行的方向无法完
16、全确定反应自发进行的方向, ,需需 同时考虑焓判据和熵判据。同时考虑焓判据和熵判据。 (2)(2)应明确当应明确当H00、S00或或H0。又知反应的。又知反应的H0 C.C.某反应低温条件下能够自发进行某反应低温条件下能够自发进行, ,则高温条件下一定能够自则高温条件下一定能够自 发进行发进行 D.KNOD.KNO3 3溶于水的过程熵值减小溶于水的过程熵值减小 【解析解析】选选B B。同温同压下。同温同压下, ,其他反应条件不会影响其他反应条件不会影响H,A,A错错;B;B 项的反应生成气体项的反应生成气体, ,是熵增反应是熵增反应,S0,0,常温下不能自发进行常温下不能自发进行, , 所以所
17、以H0,B0,B正确正确;H0,D 错。错。 汽车尾气处理原理的探究汽车尾气处理原理的探究 城市越来越多的汽车造成了严重的尾气污染。为了减轻大气污城市越来越多的汽车造成了严重的尾气污染。为了减轻大气污 染染, ,人们提出用以下反应来处理汽车尾气人们提出用以下反应来处理汽车尾气: : 2NO(g)+2CO(g) N2NO(g)+2CO(g) N2 2(g)+2CO(g)+2CO2 2(g)(g) 已知在已知在298 K298 K、101 kPa101 kPa下下, ,该反应的该反应的 H= =- -113.0 kJ113.0 kJmolmol- -1 1, , S= =- -145.3 J145
18、.3 Jmolmol- -1 1K K- -1 1; ; H- -T T S00时反应自发进行。时反应自发进行。 催化剂催化剂 = 【思考探究思考探究】 (1)(1)这一反应在室温下能否自发进行这一反应在室温下能否自发进行? ? 提示提示: :室温下该反应的室温下该反应的H- -TTS- -69.7 kJ69.7 kJmolmol- -1 10,0,反应能反应能 自发进行。自发进行。 (2)(2)如果假定该反应的如果假定该反应的 H随温度的变化忽略不计随温度的变化忽略不计, ,那么该反应那么该反应 能够自发进行的最高温度是多少能够自发进行的最高温度是多少? ? 提示提示: :要使反应自发进行要
19、使反应自发进行,H- -TTS00。代入数据。代入数据 T 777.7 KT 777.7 K。 31 11 113.0 10 J mol 145.3 J molK - - -? - (3)(3)能否设计一个方案使该反应在发动机中进行能否设计一个方案使该反应在发动机中进行? ? 提示提示: :不能不能, ,因为该反应能够自发进行的最高温度为因为该反应能够自发进行的最高温度为777.7 K,777.7 K,而而 汽车发动机内的温度一般高于汽车发动机内的温度一般高于2 000 K2 000 K。 (4)(4)试想现在这一方案未能大面积实施的原因是什么试想现在这一方案未能大面积实施的原因是什么? ? 提示提示: :未找到合适的催化剂未找到合适的催化剂, ,反应速率太慢反应速率太慢, ,难以实施。难以实施。
