高中化學(xué) 化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向知識(shí)講解學(xué)案 選修4

1、學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1、了解放熱反應(yīng)的自發(fā)性和某些吸熱過(guò)程的自發(fā)性；2、能用焓變和熵變判斷化學(xué)反應(yīng)的方向。【要點(diǎn)梳理】要點(diǎn)一、自發(fā)過(guò)程與自發(fā)反應(yīng)【高清課堂：化學(xué)反應(yīng)也有奮斗目標(biāo)-化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向】 1、自發(fā)過(guò)程 含義：在一定條件下,不用借助外力就可以自發(fā)進(jìn)行的過(guò)程。 分類過(guò)程不需借助外力需借助外力自發(fā)過(guò)程非自發(fā)過(guò)程 特點(diǎn) a體系趨向于從高能狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軤顟B(tài)(體系對(duì)外部做功或者釋放熱量）。 b在密閉條件下,體系有從有序自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)序的傾向。 實(shí)例 a自然界中，水由高處往低處流，而不會(huì)自動(dòng)從低處往高處流。 b物理學(xué)中，電流總是從電位高的地方向電位低的地方流動(dòng)

2、。 c日常生活中，氣溫升高，冰雪自動(dòng)融化。 2、自發(fā)反應(yīng) 在給定的條件下,可以自發(fā)進(jìn)行到顯著程度的反應(yīng)?！靖咔逭n堂：化學(xué)反應(yīng)也有奮斗目標(biāo)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向】 3、自發(fā)過(guò)程和自發(fā)反應(yīng)的特點(diǎn) 具有方向性，如果某個(gè)方向的反應(yīng)在一定條件下是自發(fā)的，則其逆方向的反應(yīng)在該條件下肯定不自發(fā)，如鐵器暴露于潮濕的空氣中會(huì)生銹是自發(fā)的，而鐵銹變?yōu)殍F在該條件下肯定不是自發(fā)的. 要想使非自發(fā)過(guò)程發(fā)生，則必須對(duì)它做功,如利用水泵可使水從低處升到高處，通電可將水分解生成氫氣和氧氣. 4、自發(fā)過(guò)程和自發(fā)反應(yīng)的應(yīng)用 自發(fā)過(guò)程和自發(fā)反應(yīng)可被利用來(lái)完成有用功。如向下流動(dòng)的水可推動(dòng)機(jī)器,甲烷可在內(nèi)燃機(jī)中被用來(lái)做功,鋅與cuso4溶

3、液的反應(yīng)可被設(shè)計(jì)成原電池，可根據(jù)氫氣的燃燒反應(yīng)設(shè)計(jì)成燃料電池等。 要點(diǎn)詮釋：過(guò)程的自發(fā)性只能用于判斷過(guò)程的方向,不能確定過(guò)程是否一定會(huì)發(fā)生和過(guò)程發(fā)生的速率。 如涂有防銹漆和未涂防銹漆的鋼制器件，其發(fā)生腐蝕過(guò)程的自發(fā)性是相同的，但只有后者可以實(shí)現(xiàn)。要點(diǎn)二、化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的判據(jù) 1、焓判據(jù) 概念：體系總是趨向于從高能狀態(tài)轉(zhuǎn)化為低能狀態(tài)（這時(shí)體系往往會(huì)對(duì)外部做功或釋放能量），該判據(jù)又稱能量判據(jù). 應(yīng)用：由焓判據(jù)知，放熱過(guò)程(h0）常常是容易自發(fā)進(jìn)行的。 焓判據(jù)的局限性 2n2o5 (g）=4no2 （g)+o2 (g) h=+56.7 kjmol1 (nh4)2co3 （s）=nh4hco3 （s

4、）+nh3 (g) h=+74。9 kjmol1 以上兩個(gè)反應(yīng)都是吸熱反應(yīng),但是也可以自發(fā)進(jìn)行。因此焓變是影響反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的因素，但不是唯一因素。【高清課堂：化學(xué)反應(yīng)也有奮斗目標(biāo)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向】 2、熵判據(jù) 熵 a概念:表示體系的不規(guī)則或無(wú)序狀態(tài)程度的物理量，熵的符號(hào)為s,單位j/（molk）. b實(shí)質(zhì)：用來(lái)描述體系的“混亂度”，是物質(zhì)的一個(gè)狀態(tài)函數(shù)，熵值越大，體系的混亂度越大. c影響熵大小的因素 同一條件下，不同的物質(zhì)熵值不同. 同一物質(zhì)的熵與其聚集狀態(tài)及外界條件有關(guān)。一般地,對(duì)同一物質(zhì)而言:s （g)s （1)s （s）。 熵判據(jù) a熵增原理 在與外界隔離的體系中,自發(fā)過(guò)程的體系趨向

5、于由有序轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)序，導(dǎo)致體系的熵增大,這一經(jīng)驗(yàn)規(guī)律叫做熵增原理.在用來(lái)判斷過(guò)程的方向時(shí)，就稱為熵判據(jù)。 b應(yīng)用:由熵判據(jù)知,熵增（s0)的過(guò)程常常是自發(fā)進(jìn)行的。 c局限性 少數(shù)熵減小的過(guò)程，在一定條件下也可以自發(fā)進(jìn)行。如-10的液態(tài)水會(huì)自動(dòng)結(jié)冰成為固態(tài)，就是熵減的過(guò)程（但它是放熱的）；2al （s)+fe2o3 (s）=al2o3 (s)+2fe (s） s=39.35 j/（molk)，該反應(yīng)是熵減過(guò)程,但在高溫時(shí)能自發(fā)進(jìn)行. 熵變是影響反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的又一個(gè)因素，但也不是唯一因素.要點(diǎn)三、決定和影響化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的因素 1、化學(xué)反應(yīng)的方向與焓變的關(guān)系 多數(shù)能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)是放熱反應(yīng). 例如

6、：在常溫、常壓下，氫氧化亞鐵被氧化為氫氧化鐵的反應(yīng)是自發(fā)的,反應(yīng)放熱。4fe(oh)2 (s)+2h2o (1)+o2 (g)=4fe(oh）3 （s） h=444。3 kj/mol 有些吸熱反應(yīng)也能自發(fā)進(jìn)行。 例如：nh4hco3 （s)+ch3cooh (aq)=co2 (g)+ch3coonh4 （aq)+h2o (1） h=+37.30 kj/mol 有一些吸熱反應(yīng)在室溫條件下不能自發(fā)進(jìn)行，但在較高溫度下則能自發(fā)進(jìn)行。 例如：在室溫下和較高溫度下均為吸熱過(guò)程的caco3的分解反應(yīng). caco3 (s)=cao (s）+co2 （g） h（298 k)=+178.2 kj/mol h(1

7、200 k）=+176.5 kj/mol 2、化學(xué)反應(yīng)的方向與熵變的關(guān)系 反應(yīng)的熵變s為產(chǎn)物總熵與反應(yīng)物總熵之差.對(duì)于確定的化學(xué)反應(yīng)，在一定條件下具有確定的熵變。 許多熵增加的反應(yīng)在常溫、常壓下可以自發(fā)進(jìn)行。產(chǎn)生氣體的反應(yīng)、氣體物質(zhì)的物質(zhì)的量增大的反應(yīng)，熵變通常都是正值，為熵增加的反應(yīng). 例如：2h2o2 (aq）=2h2o （1）+o2 (g） 有些熵增加的反應(yīng)在常溫、常壓下不能自發(fā)進(jìn)行，但在較高溫度下可以自發(fā)進(jìn)行. 例如:caco3 (s)cao (s)+co2 (g） c （s）+h2o (g)co （g）+h2 (g） 鋁熱反應(yīng)是熵減小的反應(yīng)，它在一定條件下也可以自發(fā)進(jìn)行. 2al （

8、s）+fe2o3 (s）=al2o3 (s)+2fe (s) 任何反應(yīng)體系都有趨向于從高能狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軤顟B(tài)和從有序自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)序的傾向。因此影響和決定化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的因素是焓變和熵變。要點(diǎn)四、復(fù)合判據(jù)【高清課堂:化學(xué)反應(yīng)也有奮斗目標(biāo)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向】 1、復(fù)合判據(jù)（自由能判據(jù)) 在溫度、壓強(qiáng)一定的條件下，自發(fā)反應(yīng)總是向g=hts0的方向進(jìn)行，直到達(dá)平衡狀態(tài)。 2、復(fù)合判據(jù)與反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的關(guān)系 g=hts0反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行 g=hts=0反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)g=hts0反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行3、應(yīng)用 （4）理解復(fù)合判據(jù)應(yīng)注意以下四點(diǎn)： 焓變與熵變共同影響一個(gè)化學(xué)反應(yīng)在一定條件下能否自發(fā)進(jìn)行。

9、 焓和熵的變化都只取決于體系的始態(tài)和終態(tài)，與變化的途徑無(wú)關(guān)。 反應(yīng)方向的判斷與反應(yīng)條件有關(guān)，不能隨意將常溫、常壓下的結(jié)論用于其他溫度、壓強(qiáng)下的反應(yīng). 反應(yīng)發(fā)生的條件有多種,hts這個(gè)判據(jù)只能用于溫度、壓強(qiáng)一定的條件下的反應(yīng),不能用于其他條件(如溫度、體積一定)下的反應(yīng)?！镜湫屠}】類型一、自發(fā)過(guò)程與自發(fā)反應(yīng) 例1 下列過(guò)程屬于非自發(fā)過(guò)程的是（ ） a水由高處向低處流 b室溫下水結(jié)成冰 c氣體從高密度處向低密度處擴(kuò)散 d煤氣的燃燒 【答案】b 【解析】自然界中水由高處向低處流、煤氣的燃燒、氣體從高密度處向低密度處擴(kuò)散、室溫下冰的融化都是自發(fā)過(guò)程,其逆向過(guò)程都是非自發(fā)的. 例2 過(guò)程的自發(fā)性的作用

10、是（ ） a判斷過(guò)程的方向 b確定過(guò)程是否一定會(huì)發(fā)生 c判斷過(guò)程發(fā)生的速率 d判斷過(guò)程的熱效應(yīng) 【答案】a 【解析】大量事實(shí)告訴我們，過(guò)程的自發(fā)性只能用于判斷過(guò)程的方向，不能確定過(guò)程是否一定會(huì)發(fā)生和過(guò)程發(fā)生的速率。所以a正確，b、c不正確。放熱反應(yīng)常常是自發(fā)進(jìn)行的過(guò)程,但是有些吸熱反應(yīng)也能自發(fā)進(jìn)行，d不正確.舉一反三：【高清課堂:化學(xué)反應(yīng)也有奮斗目標(biāo)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向】 【變式1】知道了某過(guò)程有自發(fā)性之后，則（ ） a可判斷出過(guò)程的方向 b可確定過(guò)程是否一定會(huì)發(fā)生 c可預(yù)測(cè)過(guò)程發(fā)生完成的快慢 d可判斷過(guò)程的熱效應(yīng) 【答案】a 【變式2】下列過(guò)程放出熱量的是（ ） ah2-2h bc (s)+c

11、o2 （g） 2co （g） cc+o2co2 d硝酸銨溶于水 【答案】c 【解析】a項(xiàng)，破壞化學(xué)鍵要吸收能量。b項(xiàng)，c+co22co,此反應(yīng)是吸熱反應(yīng)。c項(xiàng)，任何燃燒反應(yīng)都是放熱反應(yīng)。d項(xiàng)，nh4no3溶于水要吸熱。 【變式3】下列不屬于自發(fā)過(guò)程的是( ） a鐵生銹 bnacl溶于水后的擴(kuò)散 czn與cuso4溶液反應(yīng) d石墨轉(zhuǎn)化為金剛石 【答案】d 【解析】金剛石轉(zhuǎn)化為石墨是放熱反應(yīng),根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的能量判據(jù)可知，金剛石轉(zhuǎn)化為石墨是自發(fā)進(jìn)行的，而石墨轉(zhuǎn)化為金剛石則不屬于自發(fā)過(guò)程。類型二、化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的判據(jù) 例3 以下自發(fā)反應(yīng)可用焓判據(jù)來(lái)解釋的是( ）a硝酸銨自發(fā)地溶于水 b2n2o5 （

12、g)=4no2 (g)+o2 (g） h=+56.7 kj/molc（nh4)2co3 （s)=nh4hco3 （s）+nh3 （g) h=+74。9 kj/mol d2h2 （g)+o2 (g）=2h2o (1) h=571.6 kj/mol 【答案】d 【解析】焓判據(jù)能夠說(shuō)明放熱反應(yīng)為自發(fā)反應(yīng)，而a、b、c三個(gè)自發(fā)過(guò)程均為吸熱過(guò)程，顯然不能單用焓判據(jù)來(lái)解釋。只有d項(xiàng)可以用焓判據(jù)解釋。 例4 下列反應(yīng)中，熵減小的是（ ) a2hi (g）=h2 (g）+i2 (g） bnh4no3爆炸:2nh4no3 (s)=2n2 (g)+4h2o （g）+o2 (g） c2o3 (g）=3o2 (g)d

13、4nh3 （g）+5o2 (g)=4no （g)+6h2o (1） 【答案】d 【解析】化學(xué)反應(yīng)中，氣體物質(zhì)的量增加的反應(yīng)方向?yàn)殪卦黾拥姆较?，反之為熵減小的方向，所以可認(rèn)為a項(xiàng)的熵不變，b、c項(xiàng)的熵增加，d項(xiàng)的熵減小. 例5 能用能量判據(jù)判斷下列過(guò)程方向的是( ） a水總是自發(fā)地由高處往低處流 b放熱反應(yīng)容易自發(fā)進(jìn)行，吸熱反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行 c有序排列的火柴散落時(shí)成為無(wú)序排列， d多次洗牌以后，撲克牌毫無(wú)規(guī)律的混亂排列的幾率大 【答案】a 【解析】a項(xiàng)，水總是自發(fā)地由高處往低處流，有趨向于最低能量狀態(tài)的傾向：b項(xiàng)，有些吸熱反應(yīng)也可以自發(fā)進(jìn)行,例如，在25和1.01105 pa時(shí),2n2o5 (g

14、）=4no2 (g）+o2 (g） h=+56.7 kj/mol,(nh4）2co3 （s）=nh4hco3 (s)+nh3 (g） h=+74。9 kj/mol，不難看出上述兩個(gè)反應(yīng)都是吸熱反應(yīng),又都是熵增大的反應(yīng),顯然只根據(jù)焓變來(lái)判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向是不全面的。c項(xiàng)，有序排列的火柴散落時(shí)成為無(wú)序排列,有趨向于最大混亂度的傾向，屬于熵判據(jù)。d項(xiàng)，撲克牌的無(wú)序排列也屬于熵判據(jù).舉一反三：【高清課堂：化學(xué)反應(yīng)也有奮斗目標(biāo)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向】 【變式1】已知石墨、金剛石燃燒的熱化學(xué)方程式分別為：c （s，石墨）+o2 (g）=co2 （g） h=393.5 kj/mol c (s，金剛石）+o2 （

15、g)=co2 (g） h=395。4 kj/mol關(guān)于金剛石和石墨的相互轉(zhuǎn)化,下列說(shuō)法正確的是（ ） a石墨轉(zhuǎn)化成金剛石是自發(fā)進(jìn)行的過(guò)程 b金剛石轉(zhuǎn)化成石墨是自發(fā)進(jìn)行的過(guò)程 c石墨比金剛石能量低 d金剛石比石墨能量低 【答案】bc 【解析】由熱化學(xué)方程式可知，石墨比金剛石能量低，1 mol石墨轉(zhuǎn)化為1 mol金剛石吸收1。9 kj的熱量，金剛石轉(zhuǎn)化為石墨是放熱反應(yīng),根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的能量判據(jù)可知該反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)行.所以bc正確。 【變式2】下列說(shuō)法正確的是（ ） a在常溫下，放熱反應(yīng)一般能自發(fā)進(jìn)行,吸熱反應(yīng)都不能自發(fā)進(jìn)行 bnh4hco3 (s)=nh3 (g）+h2o (g）+co2 (g） h

16、=+185。57 kj/mol,反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行,原因是體系有自發(fā)地向混亂度增加的方向轉(zhuǎn)變的傾向 c因?yàn)殪首兒挽刈兌寂c反應(yīng)的自發(fā)性有關(guān)，因此焓變或熵變均可以單獨(dú)作為反應(yīng)自發(fā)性的判據(jù) d在其他外界條件不變的情況下，使用催化劑，可以改變化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向 【答案】b 【解析】正確解答本題，首先要明確焓判據(jù)和熵判據(jù)對(duì)化學(xué)反應(yīng)方向的影響,然后利用復(fù)合判據(jù)（自由能變化）進(jìn)行綜合分析判斷，同時(shí)要注意催化劑在化學(xué)反應(yīng)中的作用。a項(xiàng)錯(cuò)誤,有些能使熵值增大的吸熱反應(yīng)也可以自發(fā)進(jìn)行；c項(xiàng)錯(cuò)誤，應(yīng)將二者綜合起來(lái)即利用復(fù)合判據(jù)進(jìn)行判斷；d項(xiàng)錯(cuò)誤，催化劑只能降低反應(yīng)的活化能而改變化學(xué)反應(yīng)速率，不能改變反應(yīng)的方向。類型三、

17、復(fù)合判據(jù) 例6 1867年的冬天，俄國(guó)彼得堡海軍倉(cāng)庫(kù)里發(fā)生了一件怪事:堆在倉(cāng)庫(kù)內(nèi)的大批錫磚,一夜之間突然不翼而飛，留下來(lái)的卻是一堆堆像泥土一樣的灰色粉末。錫有兩種形態(tài)白錫和灰錫?；义a結(jié)構(gòu)松散,不能用來(lái)制造器皿；而白錫結(jié)構(gòu)堅(jiān)固,可以用來(lái)制造器皿?，F(xiàn)把白錫制成的器皿放在0、100 kpa的室內(nèi)存放，它會(huì)不會(huì)變成灰錫而不能再繼續(xù)使用已知在0、100 kpa條件下白錫灰錫反應(yīng)的焓變和熵變分別為h=2180。9 j/mol，s=6.61 j/(molk）（ ） a會(huì) b不會(huì) c不能確定 d升高溫度才會(huì)變 【答案】a 【解析】在等溫、等壓條件下，自發(fā)反應(yīng)總是向著hts0的方向進(jìn)行，直至達(dá)到平衡態(tài).因此，在0、100 kpa條件下，白錫會(huì)不會(huì)變?yōu)榛义a的問(wèn)題就轉(zhuǎn)化為求算白錫灰錫反應(yīng)的hts值的問(wèn)題。hts=2180。9 j/mol273 k6。61 j/（molk）=37