(共46张PPT)
第二章 化学反应速率与化学平衡
第三节 化学反应的方向
自主预习
必
备
知
识
不能自发进行
不需借助外力
自发
方向性
放
<
放
<
能
能
不能
有序
无序
增大
混乱或无序
混乱度
不同
>
>
大
增大
大于
熵增原理
熵变
熵增
能
熵减
不能
×
×
×
√
核心突破
关
键
能
力
判断化学反应方向的依据
(素养养成——宏观辨识与微观探析)
随堂检测
双
基
达
标
Thank
you
for
watching
!
重难点第三节 化学反应的方向
发展目标
体系构建
1.了解自发过程和化学反应的自发性。
2.知道化学反应是有方向的，知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关。
一、自发过程与自发反应的比较
自发过程
自发反应
含义
在一定条件下，不需借助外力就能自发进行的过程
在给定的条件下，可以自发进行到显著程度的化学反应
特征
具有方向性，即过程的某个方向在一定条件下自发进行，而该过程逆方向在该条件下肯定不能自发进行
举例
高山流水，自由落体，冰雪融化
钢铁生锈
应用
(1)可被用来完成有用功。如H2燃烧可设计成原电池
(2)非自发过程要想发生，必须对它做功。如通电将水分解为H2和O2
自发反应不需要任何条件就能自发进行吗？
提示：不是。如H2和O2反应需要点燃。
二、化学反应进行的方向与焓变的关系
1．分析下列反应进行的方向与ΔH之间的关系
(1)H2(g)＋O2(g)===H2O(l)，燃烧反应是放热反应，ΔH<0，常温下能自发进行。
(2)Zn(s)＋CuSO4(aq)===ZnSO4(aq)＋Cu(s)，该反应是放热反应，ΔH<0，常温下能自发进行。
(3)(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g) ΔH＝＋56.7
kJ·mol－1，该反应在常温下能自发进行。
(4)CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ΔH>0，该反应在常温下不能自发进行，但在较高温度下能自发进行。
2．自发反应与焓变的关系
大多数放热反应可以自发进行，但也有很多吸热反应能自发进行，因此，反应焓变是与反应进行的方向有关的因素之一，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素。
三、化学反应进行的方向与熵变的关系
1．熵的概念
自发过程的体系趋向于由有序转变为无序，体系的混乱度增大。体系的混乱度常用熵来描述，熵的概念是表示体系的混乱或无序程度的物理量，其符号为S。熵值越大，体系的混乱度越大。
2．影响熵大小的因素
(1)同一条件下，不同的物质熵值不同。
(2)同一物质的熵与其聚集状态及外界条件有关，如对同一种物质不同状态时熵值大小为S(g)>S(l)>S(s)。
(3)物质的量越大，分子数越多，熵值越大。
3．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，即熵变(符号ΔS)大于零，这个原理叫做熵增原理。在用熵变来判断过程的方向时，就称为熵判据。
(1)当ΔS>0时，反应为熵增反应，在一定条件下能自发进行。
(2)当ΔS<0时，反应为熵减反应，在一定条件下不能自发进行。
4．反应熵变是与反应进行的方向有关的因素之一，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素。如：2Al(s)＋Fe2O3(s)===Al2O3(s)＋2Fe(s) ΔS＝－39.35
J·mol－1·K－1，上述反应为熵减少的反应，但在一定条件下，该反应也能自发进行。说明“熵判据”也具有一定的局限性。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)体系有序性越高，熵值就越大。
(×)
(2)吸热反应不可以自发进行。
(×)
(3)同种物质气态时熵值最大。
(√)
(4)过程自发性不仅能用于判断过程的方向，还能确定过程发生的速率。
(×)
2．下列关于焓变与反应方向的叙述中正确的是( )
A．化学反应的焓变与其反应的方向无关
B．化学反应的焓变直接决定了反应的方向
C．反应焓变为正值时不利于反应自发进行
D．焓变为负值的反应都能自发进行
C [可逆反应的两个反应其焓变的数值相等，但是符号(变化趋势)相反，故A项错误；焓变对反应方向有直接影响，但不能决定反应进行的方向，B项错误；焓变为负值的反应多数能自发进行，但有的也不是自发反应，D项错误；焓变为正值，吸收热量，体系能量升高，不利于反应自发进行，C项正确。]
3．下列关于化学反应的熵变的叙述正确的是( )
A．化学反应的熵变与反应的方向无关
B．化学反应的熵变直接决定了反应的方向
C．熵值增大的反应都是混乱度增大的反应
D．能自发进行的反应熵值都增大
C [A项，化学反应有利于向熵增方向自发进行，故A错；B项，熵变不是判断化学反应方向的唯一判据，故B错；D项，能自发进行的反应也有熵减的反应，如NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)，故D错。]
判断化学反应方向的依据
(素养养成——宏观辨识与微观探析)
以下过程均为自发反应或自发过程：
①甲烷燃烧：CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－802.3
kJ·mol－1
②氢气和氧气反应：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－571.6
kJ·mol－1
③钠与水反应：2Na(s)＋2H2O(l)===2NaOH(aq)＋H2(g) ΔH＝－368
kJ·mol－1
④硝酸铵溶于水要吸热。
⑤冰融化要吸热。
⑥两种或两种以上互不反应的气体通入一密闭容器中，最终会混合均匀。
[问题1] 对于自发反应①②③，从能量角度分析它们为什么可以自发？
提示：反应①②③的ΔH均小于0，根据焓判据可知该反应为自发反应。
[问题2] 对于自发过程④⑤⑥，这些过程都是自发的，与焓有关吗？是什么因素决定它们能自发进行？
提示：自发过程④⑤⑥与焓无关，是根据熵判据，它们属于自发过程。
[问题3] 合成氨反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.2
kJ·mol－1，ΔS＝－198.2
J·mol－1·K－1。根据焓判据分析298
K下该反应是否能自发进行？熵判据呢？
提示：合成氨反应根据焓判据可知该反应能自发进行，但是根据熵判据可知该反应不能自发进行。所以，判断一个反应是否能自发进行，应用综合判据ΔG＝ΔH－TΔS来分析。
1．焓判据：放热过程中体系能量降低，ΔH<0，反应具有自发进行的倾向。
2．熵判据：在密闭条件下，体系有自发地向混乱度增加(ΔS>0)的方向转变的倾向。
3．复合判据
(1)判据
(2)温度对反应方向的影响
1．下列说法正确的是( )
A．在常温下，放热反应一般能自发进行，吸热反应都不能自发进行
B．NH4HCO3(s)===NH3(g)＋H2O(g)＋CO2(g) ΔH＝＋185.7
kJ·mol－1，能自发进行，原因是体系有自发地向混乱度增加的方向转变的倾向
C．因为焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓变或熵变均可以单独作为反应自发性的判据
D．在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂可以改变化学反应进行的方向
B [有些熵增大的吸热反应可以自发进行，如NH4HCO3的分解，A项错误，B项正确；分析一个化学反应的自发性要将焓变和熵变综合起来，即利用复合判据进行判断，C项错误；D项中使用催化剂只能改变化学反应的速率，不能改变化学反应进行的方向。]
2．已知反应：2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)在298
K、101
kPa的条件下，其ΔH＝－113.0
kJ·mol－1，ΔS＝－145.3
J·mol－1·K－1。该反应________(填“能”或“不能”)用于消除汽车尾气中的NO，理由为_____________________
____________________________________________________。
[解析] ΔG＝ΔH－TΔS＝－113.0
kJ·mol－1－298
K×(－145.3×10－3
kJ·mol－1·K－1)≈－69.7
kJ·mol－1<0，故理论上该反应能自发进行。
[答案] 能 该反应的ΔH－TΔS＝－69.7
kJ·mol－1<0，说明该反应在理论上是可行的，所以能用于消除汽车尾气中的NO
汽车尾气中的主要污染物是一氧化氮和一氧化碳，它们是现代化城市中的重要大气污染物。
为了减轻大气污染，人们提出通过以下反应来处理汽车尾气：
2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)
[问题1] 阅读材料分析如何判断上述反应能否自发进行？你需要知道哪些物理量？(素养角度——宏观辨识与微观探析)
提示：可以利用反应的焓变和熵变来判断反应能否自发进行。
[问题2] 汽车中的尾气处理装置中都使用了催化剂，分析催化剂的作用是什么？(素养角度——宏观辨识与微观探析)
提示：加快反应速率。
1．下列过程是非自发的是( )
A．水由高处向低处流
B．煤炭的燃烧
C．铁在潮湿空气中生锈
D．室温下水结成冰
D [自然界中水由高处向低处流、煤炭的燃烧、铁在潮湿空气中生锈、室温下冰的融化，都是自发过程，其逆向都是非自发的。]
2．下列说法完全正确的是( )
A．自发进行的反应均是放热反应
B．ΔS为正值的反应均能自发进行
C．物质的量增加的反应，ΔS为正值
D．CaCO3(s)受热分解为CaO(s)和CO2(g)：ΔS>0
D [有些吸热反应也可以自发进行，如(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g)，故A错；熵变与反应的自发性有关，但不能独立地作为反应是否自发的判据，故B错；物质的量增加的反应，其混乱度不一定增加，即ΔS不一定为正值，如2H2S(g)＋O2(g)===2H2O(l)＋2S(s)，故C错；CaCO3(s)的分解产生了气体，为熵增加反应，故D正确。]
3．碳酸铵[(NH4)2CO3]在室温下就能自发地分解产生氨气，下列说法正确的是( )
A．碳酸铵分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增加
B．碳酸铵分解是因为外界给予了能量
C．碳酸铵分解是吸热反应，根据焓判据不能自发分解
D．碳酸盐都不稳定，都能自发分解
A [碳酸铵分解是吸热反应，因此不能用焓判据来解释反应的自发性，其反应能够自发进行，是因为体系中氨气的生成使熵增大。]
4．在25
℃、1.01×105
Pa下，反应2N2O5(g)4NO2(g)＋O2(g) ΔH＝＋56.7
kJ·mol－1能自发进行的合理解释是( )
A．该反应是分解反应
B．该反应的熵增效应大于焓变效应
C．该反应是熵减反应
D．该反应是放热反应
B [该反应是吸热反应，不能只用焓判据来判断反应进行的方向，该反应过程中熵增大，是熵增反应。该反应能够自发进行，说明该反应的熵增效应大于焓变效应。]
5．已知在100
kPa、298.15
K时石灰石发生分解反应：
CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ΔH＝＋178.3
kJ·mol－1
ΔS＝＋160.4
J·mol－1·K－1，则
(1)该反应________(填“能”、“不能”)自发进行；
(2)据本题反应数据分析，温度________(填“能”、“否”)成为反应方向的决定因素；
(3)若温度能决定反应方向，则该反应自发进行的最低温度为________。
[解析] (1)ΔH－TΔS＝178.3
kJ·mol－1－298.15
K×160.4×10－3
kJ·mol－1·K－1＝130.5
kJ·mol－1>0，所以该反应不能自发进行。
(2)因为该反应ΔH>0、ΔS>0，所以根据ΔH－TΔS可知在温度较高的时候，可能小于0。
(3)根据ΔH－TΔS<0时，反应可自发进行，则有：T>ΔH/ΔS＝1
111.6
K。
[答案] (1)不能 (2)能 (3)1
111.6
K
