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第四節(jié)化學反應進行的方向 未涂防銹漆的鋼制器件會生銹 香水會擴散到空氣中等 這些都是不用借助外力就可以自發(fā)進行的過程 用水泵把水從低水位升至高水位 高溫高壓可以使石墨轉化為金剛石 這些是必須在外界對體系施加某種作用時才能實現(xiàn)的過程 化學反應中為什么有的能夠自發(fā)進行 不需要借助外力 而有些反應或過程需要在特定條件下才能進行呢 這就是化學反應進行的方向的問題 你知道如何判斷化學反應能否自發(fā)進行或反應進行的方向嗎 1 了解自發(fā)過程和化學反應的自發(fā)性 2 通過 有序 和 無序 的對比 了解熵和熵變的概念 3 初步了解焓變和熵變對化學反應方向的影響 能用焓變和熵變說明化學反應的方向 有關化學反應進行的是化學反應原理的三個重要組成部分 科學家根據(jù)體系存在著力圖使自身能量趨于的自然現(xiàn)象 提出了互相關聯(lián)的焓判據(jù)和判據(jù) 為最終解決上述問題提供了必要的依據(jù) 方向 快慢和限度 最低 和由 有序 變?yōu)?無序 熵 1 自發(fā)過程 1 含義 在一定條件下 就可以自動進行的過程 2 特點 體系趨向于從狀態(tài)轉變?yōu)闋顟B(tài) 體系對外部或者能量 在密閉條件下 體系有從自發(fā)轉變?yōu)榈膬A向 即原理 2 自發(fā)反應在給定的一組條件下 可以地進行到顯著程度的化學反應 不用借助于外力 高能 低能 做功 釋放 有序 無序 熵增 自發(fā) 1 自發(fā)過程與自發(fā)反應的區(qū)別 1 自發(fā)過程是指在一定條件下 不用借助外力就可以自動進行的過程 自發(fā)反應是指在一定條件下 可以自發(fā)地進行到顯著程度的化學反應 2 自發(fā)過程可以是物理過程 不一定是自發(fā)反應 而自發(fā)反應一定是自發(fā)過程 2 自發(fā)過程和自發(fā)反應可被用來完成有用功 如向下流動的水可推動機器 甲烷燃燒可在內(nèi)燃機中被利用來做功 鋅與CuSO4溶液的反應可被設計成原電池 可將氫氣燃燒反應設計成燃料電池等 1 下列過程是非自發(fā)的是 A 水由高處向低處流B 室溫下水結成冰C 氣體從高密度處向低密度處擴散D 煤氣的燃燒解析 知道了自然界中水由高處向低處流 室溫下冰的融化 氣體從高密度處向低密度處擴散 煤氣的燃燒都是自發(fā)過程 其逆向都是非自發(fā)的 答案 B 1 焓判據(jù) 1 用來判斷反應進行的方向 2 放熱反應過程中體系能量 具有自發(fā)進行的 2 熵判據(jù) 1 熵用來量度體系的一個物理量 符號為 單位為 焓變 降低 趨向 混亂度 S J mol K 2 熵值大小判據(jù) 物質的混亂度 體系的混亂度越大 熵值 同一條件下 不同物質的熵值 物質的存在狀態(tài) 同一物質 S g S l S s 3 熵增原理與外界隔絕的體系中 自發(fā)過程將導致體系的熵 即熵變 符號 零 填 大于 小于 或 等于 越大 不同 增加 S 大于 4 熵判據(jù)用來判斷反應進行的方向 5 熵變的判斷 氣體體積增大的反應 熵 氣體體積減小的反應 熵 3 復合判據(jù)過程的自發(fā)性只能用于判斷過程的 不能確定過程和過程 綜合考慮的復合判據(jù) 將更適合于所有的過程 只根據(jù)一個方面來判斷所有進行的方向是不全面的 熵變 增加 減小 方向 是否一定發(fā)生 發(fā)生的速率 焓判據(jù)和熵判據(jù) 焓變與熵變對反應方向的共同影響 1 用焓變和熵變的復合判據(jù)判斷反應的方向體系的自由能變化 符號為 G 單位為kJ mol 綜合考慮了焓變和熵變對體系的影響 可用于化學反應自發(fā)進行的方向的判斷 G H T S 當 H0時 G0 S0 反應不能自發(fā)進行 當 H 0 S 0或 H 0 S 0時 反應是否自發(fā)進行與溫度有關 在一定溫度下可使 G 0 即反應達到平衡狀態(tài) 2 用復合判據(jù)判斷反應方向的有關規(guī)律 放熱的熵增加反應一定能自發(fā)進行 放熱的熵減小反應或熵無明顯變化的反應 也可能自發(fā)進行 如氫氣燃燒 甲烷燃燒等 吸熱的熵減小反應一定不能自發(fā)進行 而吸熱的自發(fā)過程一定是熵增加的過程 如 冰的融化 無熱效應的自發(fā)過程是熵增加的過程 如兩種理想氣體的混合 當焓變和熵變的作用相反時 如果二者大小相差懸殊 可能某一因素占主導地位 此外 如果焓變和熵變的作用相反且相差不大時 溫度有可能對反應的方向起決定性作用 2 汽車尾氣 含烴類 CO NO與SO2等 是城市主要污染源之一 治理的辦法之一是在汽車排氣管上裝催化轉化器 它使NO與CO反應生成可參與大氣生態(tài)循環(huán)的無毒氣體 其反應原理是 2NO g 2CO g N2 g 2CO2 g 在298K 100kPa下 H 113kJ mol 1 S 145J mol 1 K 1 下列說法中錯誤的是 A 該反應中反應物總能量高于生成物的總能量B 該反應常溫下不能自發(fā)進行 因此需要高溫和催化劑條件C 該反應常溫下能自發(fā)進行 高溫和催化劑條件只是加快反應的速率D 汽車尾氣中的這兩種氣體會與人體血紅蛋白結合而使人中毒 解析 因為2NO g 2CO g N2 g 2CO2 g 298K時 H 113kJ mol S 145J mol 1 K 1 說明該反應為放熱反應 且是熵減的反應 生成物的總能量低于反應物的總能量 常溫時 G H T S 113kJ mol 1 298K 145 10 3kJ mol 1 K 1 69 79kJ mol 1 0 即該反應在常溫下能自發(fā)進行 故A C D正確 答案 B 2011 聊城模擬 下列自發(fā)反應可用焓判據(jù)來解釋的是 A 2N2O5 g 4NO2 g O2 g H 56 7kJ mol 1B NH4 2CO3 s NH4HCO3 s NH3 g H 74 9kJ mol 1C 2H2 g O2 g 2H2O l H 286kJ mol 1D CaCO3 s CaO s CO2 g H 178 2kJ mol 1 從焓變的角度分析 化學反應有由高能狀態(tài)向低能狀態(tài)轉化 使體系能量降低的趨勢 表現(xiàn)為放熱反應較易進行 答案 C 1 化學反應的方向與焓變的關系 1 多數(shù)能自發(fā)進行的化學反應是放熱反應例如 在常溫 常壓下 氫氧化亞鐵被氧化為氫氧化鐵的反應是自發(fā)的 反應放熱 4Fe OH 2 s 2H2O l O2 g 4Fe OH 3 s H 298K 444 3kJ mol 2 有些吸熱反應也能自發(fā)進行例如 NH4HCO3 s CH3COOH aq CO2 g CH3COONH4 aq H2O l H 298K 37 30kJ mol 3 有一些吸熱反應在室溫條件下不能自發(fā)進行 但在較高溫度下則能自發(fā)進行例如 在室溫下和較高溫度下均為吸熱過程的CaCO3的分解反應 CaCO3 s CaO s CO2 g H 298K 178 2kJ mol H 1200K 176 5kJ mol 2 化學反應的方向與熵變的關系反應的熵變 S為反應產(chǎn)物總熵與反應物總熵之差 對于確定的化學反應 在一定條件下具有確定的熵變 1 許多熵增加的反應在常溫 常壓下可以自發(fā)進行 產(chǎn)生氣體的反應 氣體物質的物質的量增大的反應 熵變通常都是正值 為熵增加反應 例如 2H2O2 aq 2H2O l O2 g 2 有些熵增加的反應在常溫 常壓下不能自發(fā)進行 但在較高溫度下可以自發(fā)進行 例如 CaCO3 s CaO s CO2 g C s 石墨 H2O g CO g H2 g 3 鋁熱反應是熵減小的反應 它在一定條件下也可以自發(fā)進行 2Al s Fe2O3 s Al2O3 s 2Fe s 任何反應體系都有趨向于從高能狀態(tài)轉變?yōu)榈湍軤顟B(tài)和從有序自發(fā)地轉變?yōu)闊o序的傾向 因此影響和決定化學反應進行方向的因素是焓變和熵變 1 下列對熵的理解不正確的是 A 同種物質氣態(tài)時熵值最大 固態(tài)時熵值最小B 體系越有序 熵值越小 越混亂 熵值越大C 與外界隔離的體系 自發(fā)過程將導致體系的熵減小D 25 1 01 105Pa時 2N2O5 g 4NO2 g O2 g 是熵增的反應解析 一般自發(fā)過程的熵值都增大 故選C 答案 C 2011 山東省實驗中學高二質檢 對反應 CaCO3 s CaO s CO2 g H 298K 178 2kJ mol 1 S 298K 169 6J mol 1 K 1 1 判斷該反應室溫下能否自發(fā)進行 2 若不能自發(fā)進行 試提出自發(fā)進行的方法 并進行計算 思路指引 利用判據(jù) H T S進行相關計算 即可得出反應能否自發(fā)進行的結論 利用復合判據(jù)即體系的自由能變化 G 來判斷化學反應自發(fā)進行的方向 在溫度 壓力一定的條件下 G H T S 1 如果反應的 H0 則該反應一定能自發(fā)進行 2 如果反應的 H 0 S0 S 0 反應能否自發(fā)進行與反應的溫度有關 總之 當 G H T S 0時 反應自發(fā)進行 C 4Fe OH 2 s 2H2O l O2 g 4Fe OH 3 s H 444 3kJ mol S 280 1J mol K D NH4HCO3 s CH3COOH aq CO2 g CH3COONH4 aq H2O l H 37 30kJ mol S 184 05J mol K 答案 B 1 下列過程均為自發(fā)過程的是 銨鹽的溶解 燒堿與鹽酸反應 Zn與稀H2SO4反應 氫氣在氧氣中燃燒 Mg在空氣中燃燒 鋁熱反應 墨水在水中的擴散 電解熔融的氯化鈉A B C D 解析 自發(fā)過程指在一般條件下能自動發(fā)生的過程 它包括自發(fā)反應 而電解熔融的氯化鈉要在直流電作用下進行 不能自發(fā) 答案 D 2 下列過程是熵增加的是 雙選 A 一定條件下 水由氣態(tài)變成液態(tài)B 高溫高壓條件下使石墨轉化為金剛石C 2N2O5 g 4NO2 g O2 g D 散落的火柴的無序排列解析 本題考查熵的定義 體系都有由有序自發(fā)地轉變?yōu)闊o序的傾向 即使是同一種物質 也存在著氣態(tài)熵值 液態(tài)熵值 固態(tài)熵值 A中熵值減小 B中熵值不變 C D中熵值增大 答案 CD 3 25 1 01 105Pa時 反應 2N2O5 g 4NO2 g O2 g H 56 7kJ mol自發(fā)進行的原因是該反應 A 是吸熱反應B 是放熱反應C 是熵減反應D 熵增效應大于能量效應解析 該反應是吸熱反應 從焓判據(jù)角度分析 不能自發(fā)進行 但該反應是一個熵增的反應 該反應可自發(fā)進行 所以應是熵增效應大于能量效應 答案 D 4 2011 福州高二質檢 已知298K時有下列數(shù)據(jù) Na2SO4 10H2O s Na2SO4 s 10H2O g S 1443 8J mol 1 K 1 1 通過計算說明上述反應在298K及100kPa時能否自發(fā)進行 2 欲在100kPa時使上述反應發(fā)生逆轉 溫度范圍是多少 答案 1 H H Na2SO4 10 H H2O H Na2SO4 10H2O 1384 49kJ mol 1 10 241 83kJ mol 1 4324 08kJ mol 1 521 3kJ mol 1 H T S 521 3kJ mol 1 298K 1443 8 10 3kJ mol 1 K 1 91kJ mol 1 0該反應正向不自發(fā)進行 2 H T S 521 3kJ mol 1 T 1443 8 10 3kJ mol 1 K 1 0 即T 361K時反應發(fā)生逆轉 練考題 驗能力 輕巧奪冠