化學(xué)人教選修第二章第四節(jié)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向

第四節(jié)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向

1．自發(fā)過程

(1)含義：在一定條件下，________________________就可以自動(dòng)進(jìn)行的過程。

(2)特點(diǎn)：①體系趨向于從____________狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)開_______狀態(tài)(體系對(duì)外部________或者_(dá)_______熱量)。②在密閉條件下，體系有從__________自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)開_______的傾向，即________原理。不用借助于外力高能低能做功釋放有序無(wú)序熵增

2．自發(fā)反應(yīng)與非自發(fā)反應(yīng) 在給定的一組條件下，一個(gè)反應(yīng)可以__________地進(jìn)行到顯著的程度的化學(xué)反應(yīng)就是自發(fā)反應(yīng)。而不能自發(fā)進(jìn)行，必須借助于某種外力才能進(jìn)行的反應(yīng)為非自發(fā)反應(yīng)。如氫氣與氧氣遇火燃燒是自發(fā)反應(yīng)，而水分解成氧氣和氫氣就是______________。)。3．下列過程屬自發(fā)過程的是(A．水自高處流向低處B．水分解成H2

和O2C．CH4

和O2

混合后遇火燃燒D．CO氣體分解為C和O2自發(fā)非自發(fā)反應(yīng)A4．化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的判據(jù)(1)焓判據(jù)。放熱反應(yīng)過程中體系能量________，具有自發(fā)進(jìn)行的傾向，因此可用________來判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向。(2)熵判據(jù)。

①熵：在密閉條件下，體系有從________自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)開_____的傾向。因?yàn)榕c有序體系相比，________體系“更加穩(wěn)定”，可以采取更多的存在方式?？茖W(xué)家用____(符號(hào)為____)來量度這種混亂(或無(wú)序)的程度。②熵增原理：在與外界隔離的體系中，自發(fā)過程將導(dǎo)致體系的熵________，即熵變(符號(hào)ΔS)________零。降低焓變有序無(wú)序無(wú)序熵S增大大于③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)。

④熵判據(jù)：體系有自發(fā)地向混亂度________(即________)的方向轉(zhuǎn)變的傾向，因此可用________來判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向。(3)復(fù)合判據(jù)。

過程的自發(fā)性只能用于判斷過程的方向，不能確定過程是否____________和過程________________，若允許外界對(duì)體系施加某種作用，就可能出現(xiàn)相反的結(jié)果。綜合考慮__________和__________的復(fù)合判據(jù)，將更適合于所有的過程，只根據(jù)一個(gè)方面來判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向是不全面的。>>增加熵增熵變一定會(huì)發(fā)生發(fā)生的速率焓判據(jù)熵判據(jù))。5．(雙選)下列過程屬于熵增加的是(A．固體的溶解過程B．氣體擴(kuò)散過程C．水蒸氣變?yōu)橐簯B(tài)水D．CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g)AB一、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。(1)多數(shù)能自發(fā)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)是放熱反應(yīng)。例如：在常溫常壓下，NaOH(aq)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l)ΔH＝－57.3kJ·mol－1。

(2)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(l)ΔH(298K)＝＋37.30kJ·mol－1。

(3)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程的CaCO3

的分解反應(yīng)。

CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)ΔH(298K)＝＋178.2kJ·mol－1ΔH(1200K)＝＋176.5kJ·mol－12．化學(xué)反應(yīng)的方向與熵變的關(guān)系反應(yīng)的熵變?chǔ)為生成物總熵與反應(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。

(1)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，為熵增加反應(yīng)。例如：2H2O2(aq)===2H2O(l)＋O2(g)；NH4HCO3(s)===NH3(g)＋H2O(g)＋CO2(g)。(2)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，石墨)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)。(3)在一定條件下，一些熵減小的反應(yīng)，也可以自發(fā)進(jìn)行。如：高溫下，2Al(s)＋Fe2O3(s)===Al2O3(s)＋2Fe(s)；Ba(OH)2(aq)＋H2SO4(aq)===BaSO4(s)＋H2O(l)。焓變和熵變都是影響和決定化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的因素，但都不是唯一因素。[例1]碳酸銨[(NH4)2CO3]在室溫下就自發(fā)地分解產(chǎn)生氨氣。對(duì)其說法中正確的是()。

A．碳酸銨分解是因?yàn)樯闪艘讚]發(fā)的氣體，使體系的熵增大

B．碳酸銨分解是因?yàn)橄蛲饨玑尫帕四芰?/p>

C．碳酸銨分解是吸熱反應(yīng)，根據(jù)能量判據(jù)不能自發(fā)分解

D．碳酸鹽都不穩(wěn)定，都能自發(fā)分解

點(diǎn)撥：影響化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的兩個(gè)因素是熵變和焓變，這里碳酸銨分解，是一個(gè)自發(fā)進(jìn)行的熵增加的吸熱反應(yīng)。堿金屬的碳酸鹽(如碳酸鈉、碳酸鉀)是穩(wěn)定的，不能自發(fā)分解。

答案：A二、復(fù)合判據(jù)1．用焓變和熵變的復(fù)合判據(jù)判斷化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向體系的自由能變化(符號(hào)為ΔG，單位為kJ·mol－1)綜合考慮了焓變和熵變對(duì)體系的影響，可用于化學(xué)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的方向的判斷，ΔG＝ΔH－TΔS。(1)當(dāng)ΔH<0，ΔS>0時(shí)，ΔG<0，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行。(2)當(dāng)ΔH>0，ΔS<0時(shí)，ΔG>0，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。

(3)當(dāng)ΔH>0，ΔS>0或ΔH<0，ΔS<0時(shí)，反應(yīng)是否自發(fā)進(jìn)行與溫度有關(guān)。一般低溫時(shí)以焓變影響為主，高溫時(shí)以熵變影響為主。2．用復(fù)合判據(jù)判斷化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的有關(guān)規(guī)律

(1)放熱的熵增加反應(yīng)一定能自發(fā)進(jìn)行，放熱的熵減小反應(yīng)或熵?zé)o明顯變化的反應(yīng)，也可能自發(fā)進(jìn)行，如氫氣燃燒、甲烷燃燒等。(2)吸熱的熵減小反應(yīng)一定不能自發(fā)進(jìn)行，而吸熱的自發(fā)過程一定是熵增加的過程，如：冰的融化。(3)無(wú)熱效應(yīng)的自發(fā)過程是熵增加的過程。如兩種理想氣體的混合。(4)當(dāng)焓變和熵變的作用相反時(shí)，如果二者大小相差懸殊，可能某一因素占主導(dǎo)地位。(5)此外，如果焓變和熵變的作用相反且相差不大時(shí)，溫度有可能對(duì)反應(yīng)的方向起決定性作用。是()。

A．若ΔH<0，ΔS<0，低溫時(shí)可自發(fā)進(jìn)行

B．若ΔH>0，ΔS>0，低溫時(shí)可自發(fā)進(jìn)行

C．若ΔH>0，ΔS<0，任何溫度下都不能自發(fā)進(jìn)行

D．若ΔH<0，ΔS>0，任何溫度下都能自發(fā)進(jìn)行

點(diǎn)撥：由自由能的計(jì)算公式ΔG＝ΔH－TΔS，一個(gè)化學(xué)反應(yīng)要自發(fā)進(jìn)行，ΔG<0，ΔH>0，ΔS>0，高溫時(shí)，ΔG<0，反應(yīng)可自發(fā)進(jìn)行，需要注意的是，這里的溫度是開爾文溫度。

答案：B[例2]對(duì)于一個(gè)化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行，下列說法中錯(cuò)誤的[例3]某化學(xué)反應(yīng)其ΔH＝—122kJ/mol，ΔS＝231J/(mol·K)，則此反應(yīng)可自發(fā)進(jìn)行的情況是()。

A．在任何溫度下都能自發(fā)進(jìn)行

B．在任何溫度下都不能自發(fā)進(jìn)行

C．僅在高溫下自發(fā)進(jìn)行

D．僅在低溫下自發(fā)進(jìn)行

點(diǎn)撥：給出一個(gè)化學(xué)反應(yīng)的焓變和熵變的數(shù)據(jù)，要判斷該反應(yīng)是否能自發(fā)進(jìn)行，直接利用自由能計(jì)算公式ΔG＝ΔH－TΔS計(jì)算即可。本題中ΔG＝ΔH－TΔS＝122－0.231T<0恒成立。

答案：A方法指津傳統(tǒng)判斷反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的方法

1．由不穩(wěn)定物質(zhì)向穩(wěn)定物質(zhì)轉(zhuǎn)變。2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O

穩(wěn)定性：Na2CO3>NaHCO3。

2．離子反應(yīng)對(duì)于復(fù)分解反應(yīng)來講，一般是由易電離的物質(zhì)向難電離的物質(zhì)轉(zhuǎn)變，或向離子濃度減小的方向轉(zhuǎn)變。

(1)由溶解度大的物質(zhì)向溶解度小的物質(zhì)轉(zhuǎn)變。

Na2SO4＋CaCl2===CaSO4↓(微溶)＋2NaCl CaSO4＋Na2CO3===CaCO3↓＋Na2SO4

所以溶解性：CaCl2>CaSO4>CaCO3。(2鄉(xiāng)豐)由強(qiáng)酸(堿)向弱酸(堿)轉(zhuǎn)變喪。2C隙H3CO尊OH＋Na2CO3==瓣=2乓CH3CO道ON爪a＋CO2↑＋H2ONa2Si癢O3＋CO2＋H2O=封==屠H2Si揭O3↓＋Na2CO3所以扣酸性嶺強(qiáng)弱冶：CH3CO知OH示>H2CO3>H2Si宿O3。3．由難揮般發(fā)性(高沸渴點(diǎn))物質(zhì)引向易耐揮發(fā)胞性(低沸親點(diǎn))物質(zhì)從轉(zhuǎn)變遼。(1溉)由難收揮發(fā)毛性酸挑向揮對(duì)發(fā)性朵酸轉(zhuǎn)已變。Na管Cl＋H2SO4(濃)Na鬼HS蠶O4＋HC楚l↑所以微沸點(diǎn)宣高低間：H2SO4(濃)>君HC駐l。(2援)由難纏揮發(fā)廳性酸佩酐向柳揮發(fā)坦性酸耍酐轉(zhuǎn)忍變。Ca煮CO3＋Si克O2Ca蛾Si哭O3＋CO2↑所以仆沸點(diǎn)炒高低拋：Si圍O2>C完O2。(3腎)由高首沸點(diǎn)候的金集屬向低沸請(qǐng)點(diǎn)的全金屬臥轉(zhuǎn)變買。2R終bC值l＋MgMg春Cl2＋2R廊b所以班沸點(diǎn)豎高低小：Mg駱>R緊b。4．由氧化泛性(還原宿性)強(qiáng)的郊物質(zhì)恐向氧化燦性(還原據(jù)性)弱的瞧物質(zhì)的轉(zhuǎn)應(yīng)變。2F忌eC傭l3＋2K嚷I=潔==獸2F口eC糠l2＋2K爭(zhēng)Cl＋I(xiàn)22F堅(jiān)eC灶l2＋Cl2==溫=2磚Fe燒Cl3所以霉氧化疤性強(qiáng)敞弱：Cl2>F罪eC剛l3>I2。[例4]利用說傳統(tǒng)求方法艙判斷題下列駝過程啦不能料自發(fā)業(yè)進(jìn)行班的是()。A．向涉溴化遣銀懸毀濁液翻中加信入Na2S溶液店，會(huì)杜生成練黑色附的Ag2S沉淀B．向佩氫氧擾化鎂究懸濁環(huán)液中約加入Na2CO3溶液雷，可砍以得影到Mg吸CO3沉淀C．用Na韻Cl和濃堡硫酸倘共熱待制取HC序l氣體D．向Fe講Cl3溶液磁中加忽入Na2S會(huì)生咬成S沉淀解析藏：A、B兩項(xiàng)疫是溶芒解度大氣向溶養(yǎng)解度晌小的迷物質(zhì)朝轉(zhuǎn)變縫，幾飄種銀鹽偏沉淀骨的溶毫解性化：Ag馬Cl滋>A犬gB版r>建Ag侮I>勇A蚊g2S；要醫(yī)注意租氫氧速化鎂與碳柜酸鎂悅的溶蔽解性稅比較肢，碳移酸鎂選微溶胖于水徹，而此氫氧喇化鎂凝難溶須于