高中化学2.3.4化学反应进行的方向导学案新人教版选修4

1、第 一 课时【学习目标】 : 1. 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；2. 能够用焓减与熵增原理判断化学反应进行的方向。【重、难点】 : 能够用焓减与熵增原理判断化学反应进行的方向【知识梳理】 :一、自发过程 和自发反应1、自发过程：在一定条件下，不需要外力作用就能自动进行的过程。 如：水由高处往低处流，自由落体，电流由电位高的地方向电位低的地方流，铁 器暴露于潮湿的空气中会生锈，室温下冰块会融化，这些都是自发过程。2、自发反应：在给定条件下，能自发地进行到显著程度的反应。3、非自发反应：不能自发地进行，必须借助某种外力才能进行的反应。4、自发过程 和自发反应的应用 自发过

2、程和自发反应可被利用来完成有用功。如向下流动的水可推动机器，甲烷燃烧可在内燃机中 被利用来做功，锌与 CuSO溶液的反应可被设计成原电池。非自发的过程要想发生，则必须对它做功，如利用水泵可将水从低处流向高处，通电可将水分解生 成氢气和氧气。二、反应方向的焓判据。 经验表明，那些不用借助外力就可以自动进行的自发过程的共同特点是：体系能量趋向于从高能态 转变为低能状态，这时体系会对外部做功或者释放能量，由此总结而得的经验规律就是所谓的焓判 据。也称能量判据。1. 焓判据：若 H< 0，正向反应能自发进行；若 H> 0,正向反应不能自发进行，而逆向反应能自发进行。2. 焓判据的局限性 :

3、多数自发进行的化学反应是放热反应， 但也有不少吸热反应也能自发进行。 而且 有一些吸热反应在室温条件下不能自发进行,但在较高温度下则能自发进行,如： N2O5（g）= 4N O2（g） + O2（g） H = 56.7KJ/mol ；NH4HCO3（s）+ CH3COO（H aq）= C O2（ g）+CH3C O ON4H（aq）+ H2O（l） H = 37.3KJ/mol ；因此,反应焓变是与反应能否自发进行有关的一个因素,但不是唯一因素。三、反应方向的熵判椐 密闭容器中的气态物质或液态物质蒸汽（包括挥发性固体）,会通过分子扩散自发形成均匀混合物。 物质溶于水自发地向水中扩散,形成均匀的

4、溶液等。为解释这一类与能量无关的过程的自发性,科 学家提出了另一推动体系变化的因素：在密闭条件下,体系有由有序自发地变为无序的倾向的熵判 据。1 、混乱度：表示体系的不规则或无序状态。 混乱度的增加意味着体系变得更加无序。2、 熵：用来表示混乱度大小的物理量符号：S ;单位：J mol -1 K-1 体系的有序性越高,即混乱度越低,熵值就越小。有序变为无序熵增的过程。3、 熵的大小判断：（1）气态 > 液态 > 固态（2）与物质的量成正比4、 反应熵变厶S =反应产物总熵一反应物总熵产生气体的反应，或气体物质的量增大的反应， S通常为正值，为熵增加反应，反应自发进行。注意：两种气体

5、的混合也是熵增加的过程。5、 熵判据：在于外界隔离体系中，自发过程将导致体系的熵增大，即S > 0。称为熵增原理。6、熵判椐的局限性有些熵减小的反应在一定条件下也可以自发进行，如：-10 C的液态水会自动结冰成为固态，氨气与氯化氢气体反应生成氯化铵固体等。因此，反应熵变是与反应能否自发进行有关的又一个因素，但也不是唯一因素。四、焓变与熵变对反应方向的共同影响。在一定条件下，一个化学反应能否自发进行，既与反应焓变有关，又与反应熵变有关。研究表明,在恒温、恒压下，判断化学反应自发性的判据是：体系自由能变化（厶G单位：KJ/mol ）: G = H T S （注意：T的单位是“ K” ,不是“

6、C”） G = H S < 0 反应能自发进行； G = H " S = 0 反应达到平衡状态； G = H S > 0 反应不能自发进行。总结：类型 H S H-S反应的自发性1一+永远是-在任何温度下都是自发反应2+一永远是+在任何温度下都是非自发反应3一一在咼温+在低温在低温是自发反应 在高温是非自发反应4+在咼温在低温+在低温是非自发反应 在高温是自发反应1、过程的自发性只能用于判断过程的方向，不能确定过程是否一定会发生和过程的速率；2、在讨论过程的方向时，我们指的是没有外界干扰时体系的性质。如果允许外界对体系施加某种作 用，就可能出现相反的结果。例题： 已知1O

7、1kPa、298.15K时石灰石分解反应：CaCG（s） = CaO（s）+CQ（g） H （ 298 .15K ） = +178.3 kJ? moL -1 ,-1-1 S （ 298 .15K ） = +160.4 J? moL K试判断在此条件时反应的自发性及自发进行的最低温度（焓变 H及熵变？S受温度的影响可忽略）解： G = H S = 178.3 kJ? moL-1 298.15 K x 160.4 J? moL -1 K-1 x 1/1000 kJ/J1 11=178.3 kJ? moL47.82 kJ? moL =130.48kJ? moL > 0 为非自发反应；设：自发进

8、行的最低温度为T则： H S=178.3 kJ? moL -1 Tx 160.4 J? moL -1 K-1 x 1/1000 kJ/J < 0 解之：T> 1112K答：在100kPa、298.15K时石灰石分解反应为非自发反应，自发进行的最低温度为1112K。【疑点反馈】：（通过本课学习、作业后你还有哪些没有搞懂的知识，请记录下来）【基础达标】1 .下列说法正确的是（）A. 凡是放热反应都是自发的，凡是吸热反应都是非自发的B. 自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是熵减小或不变C. 自发反应在恰当条件下才能实现D. 自发反应在任何条件下都能实现2.下列说法正确的是（）铁在潮湿空

9、气中生锈是自发过程NHHCO受热分解是由于由不稳定物质生成了稳定物质 反应焓变是决定反应能否自发进行的惟一因素 自发过程中，熵值都是增大的温度、压强一定时，放热且熵增加的反应一定能自发进行把CO通入到NSiO3溶液中之所以生成白色沉淀是因为由强酸能制取弱酸A. B.C.D.3以下自发反应可用焓判据来解释的是( )A. 硝酸铵自发的溶于水1B. 22Q(g)=4NQ(g) + 02(g) H=+ 56.7 kJ mol1C. (NH4)2CO(s)=NH4HCQs) + NH(g) H=+ 74.9 kJ molD. 2Hz(g) + Q(g)=2H2O(l) H=- 571.6 kJ mo14

10、.下列反应在任意温度下一定能自发进行的是 ()A. 2NaCl + 2HzO2NaOIHCl2T+ HdB. NH(g) + HCl(g) =NH4CI(s) Hk 0C. CaCO(s)=CaO(s) + CO(g) H> 0D. %Y2(g)=X2(g) + Y2(g) Hk 05 .汽车尾气(含烃类、CO NO与 SO等)是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NO与CO反应生成可参与大气生态循环的无毒气体，反应原理：2NO(g) +- 1 - 1 2CO(g)=N(g) + 2CO(g),在 298 K、100 kPa 下， Hh- 113 kJ m

11、ol , S=- 145 J mol K。下列说法中错误的是 ()A .该反应中反应物的总能量高于反应产物的总能量B. 该反应常温下不能自发进行，因此需要高温和催化剂C. 该反应常温下能自发进行，高温和催化剂只是加快反应的速率D. 汽车尾气中的这两种气体会与血红蛋白结合而使人中毒6 .已知某反应2C(g) ? A(g) + 2B(g) H< 0，下列说法正确的是()A. 仅常温下反应可以自发进行B. 仅高温下反应可以自发进行C. 任何温度下反应均可以自发进行D. 任何温度下反应均难以自发进行7 .在图I中A、B两容器里，分别收集着两种互不作用的理想气体。若将中间活塞打开，如图n,两种气体

12、分子立即都占有了两个容器。这是一个不伴随能量变化的自发过程。关于此过程的下 列说法不正确的是 ()理想气体的自发混合A. 此过程是从混乱程度小的向混乱程度大的变化过程，即熵增大的过程B. 此过程为自发过程，而且没有热量的吸收或放出C. 此过程是自发可逆的D. 此过程从有序到无序，混乱度增大8.灰锡结构松散,不能用于制造器皿；而白锡结构坚固,可以制造器皿。现把白锡制造的器皿放在0C、101 kPa的室内存放，它会不会变成灰锡而不能继续使用()焓变和熵变分别为 Hh- 2 180.9 J mol(已知在0C、101 kPa条件下白锡转化为灰锡的反应,1- 1- 1, S=- 6.61 J mol

13、KA. 会变B.不会变C.不能确定.升高温度才会变9 .下列对熵的理解不正确的是()A. 同种物质气态时熵值最大，固态时熵值最小B. 体系越有序，熵值越小；越混乱，熵值越大C. 与外界隔离的体系，自发过程将导致体系的熵减小D. 298 K、1.01 x 105 Pa 时，2NQ(g)=4NCb(g) + Q(g)是熵增的反应10 .下列说法中正确的是()A. 能自发进行的反应一定能迅速发生反应B. 非自发进行的反应一定不可能发生反应C. 能自发进行的反应实际可能没有发生反应D. 常温下，2HQ2Hf + Qf,即常温下水的分解反应是自发反应11某反应：A=B C在室温下不能自发进行，在高温下能

14、自发进行，对该反应过程厶H>A S的判断正确的是()A.A Hv 0、ASv 0B. AH> 0、ASv 0C.A HV 0、AS> 0D. AH> 0、AS> 0【拓展提升】12 .反应 CHOH(I) + NH(g)=CHsNH(g) + H2Q(g)在某温度下自发向右进行，若反应 | A H = 17 kJ mol , | A H TA S| = 17 kJ mol ，则下列正确的是()A. A H> 0,A H- TA Sv 0B. A Hv 0,A H- TA S> 0C. A H> 0,A H- TA S> 0D. A Hv 0

15、,A H- TA Sv 013.试判断下列体系的熵变是大于0，还是小于0。(1) 水蒸气冷凝成水 ;(2) CaCQ3(s)=CaQ(s) + CO(g) ;(3) 乙烯聚合成聚乙烯;(4) N 2Q(g)=2NQ(g)。14 .电子工业中清洗硅片上的SiQ2(s)的反应是SiQ2(s) + 4HF(g)=SiF 4(g) + 2HzQ(g)_ 1A H(298.15 K) = 94.0 kJ mol_1 _ 1A S(298.15 K) =_ 75.8 J mol K设A H和AS不随温度而变化，试求此反应自发进行的温度条件。15 .试判断用于汽车净化的一个反应2NQ(g) + 2CQ(g)

16、=N(g) + 2CQ(g)在298 K 100 kPa下能否自发进行？ _ 1 _ 1_ 1已知在 298K、100 kPa 下，该反应的 A H= 113.0 kJ mol , A S=_ 145.3 J mol K。16 .有A、B、C D四个反应。反应ABCD_ 1A H/kJ mol10.51.80126P 11.7A SJ mol 1 K130.0113.084.0105.0则在任何温度下都能自发进行的反应是;任何温度下都不能自发进行的反应是;另两个反应中，在温度高于 C时可自发进行的反应是 ;在温度低于 C时可自发进行的反应是 。【参考答案】1. C 放热反应常常是容易进行的过程

17、，吸热反应有些也是自发反应；自发反应的熵不一定增 大，可能减小，也可能不变；反应的自发性只能用于判断反应的方向，反应是否能实现还要看具体 的条件。2. B 3.D4. D A项需通电才能进行，为非自发反应； B项厶Hv 0>A S< 0,在低温下厶H- TA Sv 0, 反应能自发进行；C项A H>0, A S>0,在高温下A H TA Sv 0，反应能自发进行；D项A Hv 0, A S> 0，在任何温度下A H- TA Sv 0,反应一定能自发进行，故选 Do 5. B 该反应是放热反应，反应物总能量高于生成物的总能量，A项正确；常温下，A H TAS=- 1

18、13 kJ mol-1-298 K x -145 x 10-3 kJ mol1 Q v 0,故常温下该反应可自发进行，高 温和催化剂只是加快反应速率，B项错误，C项正确；CO和NO均会与血红蛋白结合而使人中毒，D项正确。6. C 该反应是气体物质的量增多的反应，故反应后体系的熵值增大。又知反应的AHv 0，故A H- TA Sv 0,所以该反应在任何温度下均能自发进行。7. C8. A 在等温等压条件下，自发反应总是向着A H TA Sv 0的方向进行，直至平衡状态。在0C、 100 kPa条件下，白锡会不会变为灰锡就转化为求算反应白锡一t灰锡A H TA S的问题。A H TA S= 2 180.9 J mol 273 K x ( 6.61 J mol K = 376.4 J mol v0，因此在此温度和 压强下白锡会变为灰锡。9. C 体系都有从有序自发转变为无序的倾向，此过程为熵增过程，故C错误。10. C11 . D 由题意知：该反应在室温下不能自发进行，根据复合判据，即AH T低A S> 0(1)，而高温下能自发进行，