2019-2020年高中化学 第2章 化学反应速率和化学平衡 2.4 化学反应进行的方向学案新人教版选修4

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1、2019-2020年高中化学第2章化学反应速率和化学平衡2.4化学反应进行的方向学案新人教版选修4【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

2、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CuSO4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

3、ΔH＜0，正向反应能自发进行；若ΔH＞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: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）=4NO2（g）+O2（g）△H=＋56.7KJ/mol；NH4HCO3（s）+CH3COOH（aq）=CO2（g）+CH3COONH4（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

4、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△S=反应产物总熵—反应物总熵产生

5、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：两种气体的混合也是熵增加的过程。5、熵判椐：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℃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

6、应自发性的判据是：体系自由能变化（△G、单位：KJ/mol）：△G=△H—T△S（注意：T的单位是“K”,不是“℃”）△G=△H—T△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反应不能自发进行。总结：类型△H△S△H—T△S反应的自发性1－＋永远是－在任何温度下都是自发反应2＋－永远是+在任何温度下都是非自发反应3－－在高温+在低温—在低温是自发反应在高温是非自发反应4＋+在高温—在低温+在低温是非自发反应在高温是自发反应注意：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

7、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101kPa、298.15K时石灰石分解反应：CaCO3(s)==CaO(s)+CO2(g)ΔH（298.15K）=+178.3kJ•moL-1，ΔS（298.15K）=+160.4J•moL-1·K-1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—T△S=178.3kJ•moL-1—298.15K×160.4J•moL-1·K-1×1/1000kJ/J=178.3kJ•moL-1—47

8、.82kJ•moL-1=130.48kJ•moL-1