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化學(xué)反應(yīng)的方向
第二章 化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡 第三節(jié) 化學(xué)反應(yīng)的方向
導(dǎo)入新課
高山流水
火柴散落
冰塊融化
品紅擴(kuò)散
共同點(diǎn):這現(xiàn)象都是自發(fā)進(jìn)行的。
一、用焓判據(jù)判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向
【交流討論】
1.下列反應(yīng)在一定條件下都能自發(fā)進(jìn)行，你知道這些反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行的主要原因嗎？它們有何共同特點(diǎn)？
C3H8(g) + 5O2(g) = 3CO2(g) + 4H2O(l) △H = -2217.5kJ·mol-1
2Na(s) + Cl2(g) = 2NaCl(s) △H = -822 kJ·mol-1
4Fe(s) + 3O2(g) = Fe2O3(s) △H = -1648.4 kJ·mol-1
H2(g) + F2(g) = 2HF(g) △H = -546.6 kJ·mol-1
【分析1】共同特點(diǎn)：△H < 0 即放熱反應(yīng)
2.從能量角度分析它們?yōu)槭裁纯梢宰园l(fā)進(jìn)行？
【分析2】放熱反應(yīng)使體系能量降低，能量越低越穩(wěn)定,△H < 0 有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行
能量判據(jù)（焓判據(jù)）∶
反應(yīng)物的總能量高
生成物的總能量低
放熱反應(yīng)
△H＜0
自發(fā)過程的體系趨向于從高能狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軤顟B(tài)（△H﹤0），即△H＜0的反應(yīng)有自發(fā)進(jìn)行的傾向。
一、用焓判據(jù)判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向
二、用熵判據(jù)判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向
是不是所有自發(fā)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)都是放熱的？觀察以下自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)，分析為何能自發(fā)進(jìn)行。
2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8H2O(s)=2NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l)
2N2O5(g) = 4NO2(g)+O2 (g)
(NH4) 2CO3(s) = NH4HCO3(s)+NH3(g)
【交流討論】
【分析】三者都是吸熱反應(yīng)，說明△H <0有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，但自發(fā)反應(yīng)不一定要△H<0,焓變只是反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的一個(gè)因素,但不是唯一因素。只根據(jù)焓變來(lái)判斷反應(yīng)方向是不全面的。
火柴的散落
撲克牌多次洗牌
墨水的擴(kuò)散
固體的溶解
氣體的擴(kuò)散
【交流討論】
這些看似不相干的事件有哪些規(guī)律
【分析】這些過程都是由整齊到散亂，由有序到無(wú)序，過程的發(fā)展總是自發(fā)的由混亂度大向混亂度小的方向進(jìn)行。
二、用熵判據(jù)判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向
1.定義：熵是衡量體系混亂度大小的物理量
2.符號(hào)和單位：S，常用單位：J/(mol·K)
3.影響熵大小的因素：混亂度越大→體系越無(wú)序→熵值越大
①與物質(zhì)的量的關(guān)系：物質(zhì)的量越大→粒子數(shù)越多→熵值越大
②對(duì)于同一物質(zhì)，當(dāng)物質(zhì)的量相同時(shí)，S(g)>S(l)>S(s)
二、用熵判據(jù)判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向
③不同物質(zhì)熵值的關(guān)系：
I、物質(zhì)組成越復(fù)雜→熵值越大
II、對(duì)于原子種類相同的物質(zhì)：分子中原子數(shù)越多→熵值越大
4.熵變：發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)物質(zhì)熵的變化成為熵變，符號(hào)為ΔS，
計(jì)算方法：ΔS=生成物總熵-反應(yīng)物總熵
5.用熵判據(jù)判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向：體系有自發(fā)向混亂度增加的方向變化的傾向。(即熵增△S＞0)
二、用熵判據(jù)判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向
【課堂練習(xí)】
1.根據(jù)熵的定義判斷下列過程中體系的熵變大于零還是小于零。
(1)水蒸氣冷凝成水
(2)硫酸銅溶于水
(3)CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)
(4) 2N2O5(g)＝4NO2(g)+O2(g)
(5)2H2(g) + O2(g) ＝2H2O (l)
△S<0
△S<0
△S>0
△S>0
△S>0
二、用熵判據(jù)判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向
三、用綜合判據(jù)判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向
判斷以下自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)的熵變
Zn(s) + H2SO4(aq) = Zn SO4(aq) + H2(g)
2KClO3(s) = 2KCl(s) + 3O2(g)
2NO(g) + 2CO(g) = N2(g) + 2CO2(g)
4Fe(OH)2(s) + O2(g) + 2H2O(l) = 4Fe(OH)3(s)
【交流討論】
△S<0
△S<0
△S>0
△S>0
【分析】①②反應(yīng)為熵增的反應(yīng)，即△S>0，可以自發(fā)進(jìn)行；③④為熵減的反應(yīng)，△S<0，也可以自發(fā)進(jìn)行。
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，化學(xué)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行方向的判據(jù)是
△G = △H - T△S
2. 反應(yīng)進(jìn)行方向的判斷方法：
△G = △H - T△S ＜ 0 反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行
△G = △H - T△S ＞0 反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行
△G = △H - T△S ＝0 反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)
【總結(jié)】1、物質(zhì)具有的能量趨于降低， H(焓變) <0，放熱反應(yīng)，焓判據(jù)。
2、物質(zhì)的混亂度趨于增加， S(熵變)>0，熵(S)判據(jù)。
三、用綜合判據(jù)判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向
1.填寫下表
H Ｓ Ｇ 反應(yīng)在該狀況下能否自發(fā)進(jìn)行
＜0 ＞0
＞0 ＜0
＞0 ＞0
＞0 ＜0
【交流討論】
＜0
自發(fā)進(jìn)行
＞0
不自發(fā)進(jìn)行
低溫時(shí)＞0,高溫時(shí)＜0
低溫時(shí)＜0,高溫時(shí)＞0
低溫不自發(fā),高溫自發(fā)
低溫自發(fā),高溫不自發(fā)
三、用綜合判據(jù)判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向
【交流討論】
我們可利用數(shù)學(xué)上的象限表示不同情況下的反應(yīng)自發(fā)情況。找出四個(gè)象限，反應(yīng)的自發(fā)情況。
H
Ｓ
高溫自發(fā)
非自發(fā)進(jìn)行
低溫自發(fā)
自發(fā)進(jìn)行
三、用綜合判據(jù)判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向
【總結(jié)】應(yīng)用判據(jù)時(shí)的注意事項(xiàng)
（1）在討論過程的方向問題時(shí)，我們指的是沒有外界干擾時(shí)體系的性質(zhì)。如果允許外界對(duì)體系施加某種作用，就可能出現(xiàn)相反的結(jié)果。
（2）過程的自發(fā)性只能用于判斷過程的方向，不能確定過程是否一定會(huì)發(fā)生和過程發(fā)生的速率。
（3）一般來(lái)說，如果一個(gè)過程是自發(fā)的，則其逆過程往往是非自發(fā)的。
三、用綜合判據(jù)判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向
【課堂練習(xí)】
2.反應(yīng)CH3OH(l)＋NH3(g)=CH3NH2(g)＋H2O(g)在某溫度下自發(fā)向右進(jìn)行，若反應(yīng)的|ΔH|＝17 kJ·mol－1，|ΔH－TΔS|＝17 kJ·mol－1，則下列正確的是(　　)
A．ΔH＞0，ΔH－TΔS＜0 B．ΔH＜0，ΔH－TΔS＞0
C．ΔH＞0，ΔH－TΔS＞0 D．ΔH＜0，ΔH－TΔS＜0
A
【解析】　某溫度下反應(yīng)自發(fā)向右進(jìn)行，說明ΔH－TΔS＜0，即ΔH－TΔS＝－17 kJ·mol－1，若ΔH＝－17 kJ·mol－1，則ΔS＝0，不符合事實(shí)，故ΔH＝＋17 kJ·mol－1＞0，所以選A項(xiàng)。
三、用綜合判據(jù)判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向
3.在如圖所示圖1中A、B兩容器里，分別收集著兩種互不作用的氣體。若將中間活塞打開，兩種氣體分子立即都分布在兩個(gè)容器中(見圖2)。這是一個(gè)不伴隨能量變化的自發(fā)過程。關(guān)于此過程的下列說法中不正確的是(　　)
A．此過程為混亂程度小的向混亂程度大的方向
的變化過程，即熵增大的過程
B．此過程為自發(fā)過程，而且沒有熱量的吸收
或放出
C．此過程從有序到無(wú)序，混亂度增大
D．此過程是自發(fā)可逆的
D
三、用綜合判據(jù)判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向
課堂小結(jié)
課堂檢測(cè)
1.下列說法正確的是(　　)
A．ΔH<0，ΔS>0，所有溫度下反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行
B．化合反應(yīng)都是放熱反應(yīng)，分解反應(yīng)都是吸熱反應(yīng)
C．凡是放熱反應(yīng)都是自發(fā)的，吸熱反應(yīng)都是非自發(fā)的
D．自發(fā)反應(yīng)一定不需要任何條件就容易發(fā)生
A
【解析】　ΔH<0，ΔS>0，則ΔH－TΔS<0，反應(yīng)在所有溫度下均能自發(fā)進(jìn)行，A正確；大部分化合反應(yīng)是放熱反應(yīng)，分解反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，B錯(cuò)誤；判斷反應(yīng)是否自發(fā)進(jìn)行的依據(jù)是ΔH－TΔS<0反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，C錯(cuò)誤；自發(fā)反應(yīng)也可能需要一定的條件，D錯(cuò)誤。
2.下列對(duì)于化學(xué)反應(yīng)方向說法正確的是(　　)
A．反應(yīng)3NO2(g)＋H2O(l)=2HNO3(aq)＋NO(g)在一定條件下能自發(fā)進(jìn)行，說明該反應(yīng)的ΔH＞0
B．常溫下反應(yīng)2Na2SO3(s)＋O2(g)=2Na2SO4(s)能自發(fā)進(jìn)行，則ΔH＜0
C．反應(yīng)2Na2O2(s)＋2CO2(g)=2Na2CO3(s)＋O2(g)能自發(fā)進(jìn)行，則該反應(yīng)的ΔH＞0
D．一定溫度下，反應(yīng)2NaCl(s)=2Na(s)＋Cl2(g)的ΔH＜0
B
【解析】　ΔH－TΔS＜0反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。若反應(yīng)的ΔS＜0，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，則ΔH＜0，A、C錯(cuò)誤，B正確；2NaCl(s)=2Na(s)＋Cl2(g)屬于分解反應(yīng)，為吸熱反應(yīng)，ΔH＞0，D錯(cuò)誤。
課堂檢測(cè)
3．已知：△G＝△H﹣T△S，當(dāng)△G＜0，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，△G＞0反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。生產(chǎn)合成氣的反應(yīng)：C（s）+H2O（g）═CO（g）+H2（g）在高溫時(shí)才能自發(fā)進(jìn)行。下列對(duì)該反應(yīng)過程的△H、△S判斷正確的是A．△H＞0，△S＜0 B．△H＜0，△S＜0
C．△H＞0，△S＞0 D．△H＜0，△S＞0
C
【解析】由反應(yīng)C（s）+H2O（g）═CO（g）+H2（g）可知，反應(yīng)中氣體的體積增大，則△S＞0，△G＝△H﹣T△S，當(dāng)△G＜0反應(yīng)可自發(fā)進(jìn)行，該反應(yīng)在高溫度時(shí)才能自發(fā)進(jìn)行，△H＞0，故選：C。
課堂檢測(cè)
4.金屬錫的冶煉常用焦炭作還原劑：SnO2（s）+2C（s）═Sn（s）+2CO（g）↑，反應(yīng)過程中能量的變化如圖所示．下列有關(guān)該反應(yīng)的△H、△S的說法中正確的是（　　）

A．△H＜0，△S＜0 B．△H＞0，△S＜0
C．△H＜0，△S＞0 D．△H＞0，△S＞0
D
【解析】SnO2（s）+2C（s）═ Sn（s）+2CO（g）↑，該反應(yīng)生成物氣體系數(shù)大，混亂度大，所以是熵增加的反應(yīng)，故：△S＞0；從圖中可知，反應(yīng)物能量低，生成物能量高，該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，故：△H＞0。
課堂檢測(cè)
5．下列反應(yīng)不可能自發(fā)進(jìn)行的是（　　）
A．2O3（g）═3O2（g）；△H＜0
B．2CO（g）═2C（s）+O2（g）；△H＞0
C．N2（g）+3H2（g）═2NH3（g）；△H＜0
D．CaCO3（s）═CaO（s）+CO2（g）；△H＞0
B
【解析】A．△H＜0，△S＞0，可滿足△H﹣T△S＜0，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行；
B．△H＞0，△S＜0，一般情況下△G＝△H﹣T△S＞0，不能自發(fā)進(jìn)行；
C．△H＜0，△S＜0，溫度較高時(shí)即可滿足△H﹣T△S＜0，能自發(fā)進(jìn)行；
D．△H＞0，△S＞0，溫度較高時(shí)即可滿足△H﹣T△S＜0，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。
課堂檢測(cè)
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