第四节 化学反应进行的方向

第四节化学反应进行的方向11.初步了解焓变、熵变与化学反应进行的方向的关系。2.应用焓变和熵变解释日常生产生活中的现象。

231.自然界中水总是从高处往低处流；2.墨水扩散，食盐溶解于水；生活中的自发过程3.生活中，一般在室温下，冰块会融化；铁器暴露在潮湿的空气中会生锈；甲烷和氧气的混合气体遇明火就燃烧，这些过程都是自发的，其逆过程就是非自发的。4在一定条件下不需外力作用就能自动进行的过程。自发过程的特征：在一定条件下无需外界帮助就能自动进行的反应。有明确的方向性，具有做功的本领。要逆转必须借助外界做功。1.自发过程:2.自发反应:5一、自发过程的能量判据能量判据：自发过程的体系倾向于从高能状态转变为低能状态(这时体系会对外部做功或释放热量)。能量判据又称焓判据，即△H﹤0的反应有自发进行的倾向，焓判据是判断化学反应进行方向的判据之一。6(1)甲烷燃烧：CH4(g)+2O2(g)====CO2(g)+2H2O(g)ΔH=-802.3kJ/mol(2)铁生锈：2Fe(s)+3/2O2(g)====Fe2O3(s)ΔH=-824kJ/mol(3)氢气和氧气反应：2H2(g)+O2(g)====2H2O(l)ΔH=-571.6kJ/mol放热的自发反应7二、自发过程的熵判据1.混乱度和熵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。科学家常用熵来度量这种混乱（或有序）的程度。

注意同一物质，在气态时熵最大，液态时次之，固态时最小。82.熵判据在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵增大，这一经验规律叫做熵增原理，是判断化学反应方向的另一判据——熵判据。有序排列的火柴变为无序的排列.9下列过程吸热，为什么可以自发进行？(1)室温下冰块的融化，硝酸盐类的溶解等都是自发的吸热过程。(2)N2O5分解：2N2O5(g)====4NO2(g)+O2(g)ΔH=+56.7kJ/mol(3)碳酸铵的分解：(NH4)2CO3(s)====NH4HCO3(s)+NH3(g)ΔH=+74.9kJ/mol上述过程都是熵增过程，故可以自发进行。10焓判据和熵判据的应用1.由焓判据知：放热过程（∆H﹤0）常常是容易自发进行的；2.由熵判据知：熵增加（∆S﹥0）的过程是自发进行的；3.很多情况下，简单地只用其中一个判据去判断同一个反应，可能会出现相反的判断结果，所以我们应兼顾两个判据。由能量判据（以焓变为基础）和熵判据组合成的复合判据——自由能将更适合于所有的反应过程。111.体系自由能变化（符号∆G，单位为kJ/mol）

∆G=∆H-T∆S2.反应进行方向的判断方法（恒温、恒压）∆G=∆H-T∆S﹤0(即∆H﹤0,∆S﹥0)反应能自发进行。∆G=∆H-T∆S=0反应达到平衡状态。∆G=∆H-T∆S﹥0(即∆H﹥0,∆S﹤0)反应不能自发进行。三、焓变与熵变对反应方向的共同影响12当∆H﹥0,∆S﹥0,或∆H﹤0,∆S﹤0时,反应是否自发进行与温度有关，一般低温时以焓变影响为主，高温时，以熵变影响为主，而温度影响的大小要依据∆H、∆S的具体数值而定。NH3(g)+HCl(g)====NH4Cl(s)∆H﹤0∆S﹤0CaCO3(s)====CaO(s)+CO2(g)∆H﹥0∆S﹥0低温可行高温可行判断这两个反应什么条件下能自发进行131.自发反应一定能发生反应，而非自发反应一定不能发生反应吗？提示：自发反应、非自发反应是指该反应过程是否有自发进行的倾向，而这个过程是否一定会发生则不能确定。如碳的燃烧是一个自发反应，但要想发生反应，需借助外界条件点燃才能发生。142.放热反应是否都能自发进行？吸热反应是否都不能自发进行？提示：（1）多数能自发进行的化学反应是放热反应。例如：酸碱中和反应。(2)有些吸热反应也能自发进行。例如：NH4HCO3(s)====NH3(g)+H2O(g)+CO2(g)ΔH=+185.57kJ·mol-1。（3）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。例如：CaCO3的分解反应。153.熵增的反应是否都能自发进行？熵减的反应是否都不能自发进行？提示：（1）许多熵增的反应在常温、常压下可以自发进行。例如：2H2O2(aq)====2H2O(l)+O2(g)。（2）有些熵增的反应在常温、常压下不能自发进行，但在较高温度下可以自发进行。例如：CaCO3（s）====CaO（s）+CO2（g）。（3）铝热反应是熵减的反应，它在一定条件下也可以自发进行。例如：2Al(s)+Fe2O3(s)====Al2O3(s)+2Fe(s)。164.试比较H2O（s）、H2O（l）、H2O（g）的熵的大小。提示：同种物质不同状态时，体系的混乱度越大，其熵也越大，因此水的三种状态的熵的大小为S［H2O(g)］＞S［H2O(l)］＞S［H2O(s)］。17【典例1】（双选）下列说法不正确的是()A.体系有序性越高，熵值就越低B.自发过程将导致体系的熵增大C.吸热反应不可以自发进行D.同种物质气态时熵值最大【自主解答】选B、C。18【典例2】（2010·广州高二检测）下列关于判断过程的方向的说法正确的是()A.所有自发进行的化学反应都是放热反应B.高温高压下可以使石墨转化为金刚石的过程是自发过程C.由焓判据和熵判据组合而成的复合判据，将更适合于所有的过程D.同一物质的固、液、气三种状态的熵值相同【自主解答】选C。191.在讨论过程的方向时，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。2.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发生和过程发生的速率。注意2021知识点一：自发过程和自发反应1.下列过程是非自发的是()A.水由高处向低处流B.天然气的燃烧C.铁在潮湿空气中生锈D.室温下水结成冰【解析】选D。自然界中水由高处向低处流；天然气的燃烧；铁在潮湿空气中生锈；室温下冰的融化，都是自发过程，其逆反应都是非自发的。222.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.25℃、1.01×105Pa时，2N2O5(g)====4NO2(g)+O2(g)是熵增的反应【解析】选C。熵指的是混乱程度，越混乱其熵值越大；对于同一物质，固→液→气三态熵值逐渐增大，故A、B正确；自发过程是熵增的过程，故C错误；对于D选项中的反应，由于反应后分子数增多，故熵值增大。233.(2010·杭州高二检测)下列说法不正确的是()A.焓变是一个反应能否自发进行的相关因素，多数放热反应能自发进行B.自发进行的反应一定能迅速进行C.在同一条件下不同物质有不同的熵值，其体系的混乱程度越大，熵值越大D.一个反应能否自发进行，由焓变和熵变共同决定【解析】选B。反应能否迅速进行是反应速率问题，反应能否自发进行是化学反应进行的方向问题，二者无必然联系。24知识点二：化学反应方向的判断4.自发进行的反应不可能是（）A.吸热反应B.放热反应C.熵增加反应D.熵减少且吸热的反应【解析】选D。当ΔH

＜0，ΔS＞0，反应一定能自发进行；ΔH＞0，ΔS＞0或ΔH＜0，ΔS＜0，反应可能自发进行；ΔH＞0，ΔS＜0，反应不能自发进行。255.反应CH3OH（l）+NH3(g)CH3NH2(g)+H2O(g)在某温度时能自发向正反应方向进行，若该反应的ΔH=+17kJ·mol-1,|ΔH-ΤΔS|=17kJ·mol-1，则下列关系中正确的是（）A.ΔH>0,ΔH-TΔS<0B.ΔH<0,ΔH-TΔS>0C.ΔH>0,ΔH-TΔS>0D.ΔH<0,ΔH-TΔS<0【解析】选A。由题意知：CH3OH(l)+NH3(g)CH3NH2(g)+H2O(g),ΔH=+17kJ·mol-1,所以ΔH>0,又因为该反应在某温度时能自发向正反应方向进行，说明ΔH-TΔS<0,即选A。26271.（2010·宿迁高二检测）下列说法中正确的是（）A.凡是放热反应都是自发的，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.熵增加且放热的反应一定是自发反应D.非自发反应在任何条件下都不能实现【解析】选C。282.能用焓判据判断下列过程的方向的是（）A.水总是自发地由高处往低处流B.放热反应容易自发进行，吸热反应不能自发进行C.有序排列的火柴散落时成为无序排列D.多次洗牌以后，扑克牌毫无规律混乱排列的几率大【解析】选A。A中水总是自发地由高处往低处流，有趋于向最低能量状态转变的倾向。B中有些吸热反应也可以自发进行。C中有序排列的火柴散落时成为无序排列，有趋于最大混乱度的倾向，属于熵判据。D项也属于熵判据。293.（2010·鞍山高二检测）下列反应中，熵减小的反应是（）A.（NH4）2CO3（s）====NH4HCO3（s）+NH3（g）B.2N2O5（g）====4NO2（g）+O2（g）C.MgCO3（s）====MgO（s）+CO2（g）D.2CO（g）====2C（s）+O2（g）【解析】选D。固体变为溶液或反应生成气体的过程都是熵增加的过程，反应过程中气体物质的量增加的过程也是熵增加的过程，故A、B、C为熵增加的反应，D为熵减小的反应。30314.（2010·宁波高二检测）某化学反应其ΔH=-122kJ·mol-1，ΔS=231kJ·mol-1·K-1，则此反应在下列哪种情况下可自发进行（）A.在任何温度下都能自发进行B.在任何温度下都不能自发进行C.仅在高温下自发进行D.仅在低温下自发进行【解析】选A。当ΔG=ΔH-TΔS＜0时反应自发进行，所以该反应在任何温度下都能自发进行。325.石墨、金刚石燃烧的热化学方程式分别为C（石墨）+O2（g）====CO2(g)ΔH=-393.51kJ·mol-1C（金刚石）+O2（g）====CO2(g)ΔH=-395.41kJ·mol-1关于金刚石和石墨的相互转化，下列说法正确的是（）A.石墨转化成金刚石是自发进行的过程B.金刚石转化成石墨是自发进行的过程C.金刚石比石墨更稳定D.金刚石比石墨能量低【解析】选B。336.判断下列反应的熵值的变化，在每小题后面的横线上填上“增加”、“减小”或“无明显变化”。（1）2H2（g）+O2（g）2H2O（l）_____。（2）H2（g）+Cl2(g)2HCl（g）_____。（3）(NH4)2CO3(s)====NH4HCO3(s)

+

NH3(g)_____。（4）Cu(s)+Cl2(g)CuCl2(s)_____。（5）将少量KNO3晶体溶解水中_____。点燃====点燃====点燃====答案：（1）减小（2）无明显变化（3）增加（4）减小（5）增加341.(5分)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0℃、100kPa的室内存放，它会不会变成灰锡而不能继续使用（已知在0℃、100kPa条件下白锡转化为灰锡的反应，焓变和熵变分别为ΔH=-2180.9J·mol-1，ΔS=-6.61J·mol-1·K-1）（）A.会变B.不会变C.不能确定D.升高温度才会变【解析】选A。352.（5分）（2010·大庆高二检测）对于化学反应能否自发进行，下列说法中错误的是（）A.若ΔH<0,ΔS<0低温时可自发进行B.若ΔH>0,ΔS>0低温时可自发进行C.若ΔH>0,ΔS<0任何温度下都不能自发进行D.若ΔH<0,ΔS>0任何温度下都能自发进行【解析】选B。36化学反应进行的方向一、能量判据二、熵判据三、