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成才之路 化学,路漫漫其修远兮 吾将上下而求索,人教版 选修,化学反应速率和化学平衡,第二章,第四节 化学反应进行的方向,第二章,小时候在玩玩具时，你是否有将所有玩具到处乱丢，使其乱七八糟的行为呢？就像“水往低处流”一样，化学反应也存在内能降低(焓减小)，混乱度增大(熵增加)的趋势。,未涂防锈漆的钢制器件会生锈、香水会扩散到空气中等，这些都是不用借助外力就可以自发进行的过程；用水泵把水从低水位升至高水位，高温高压可以使石墨转化为金刚石，这些是必须在外界对体系施加某种作用时才能实现的过程。化学反应为什么有的能够自发进行，不需要借助外力，而有些反应或过程需要在特定条件下才能进行呢？请让我们一起走进教材第四节：化学反应进行的方向。,新知导学,自动进行,的过程,自发地,降低,焓变,混乱,混乱,S,增大,大于,增大,熵增,熵变,是否一定会发生,发生的速率,焓判据,熵判据,1“自发反应一定能自动进行，而非自发反应一定不能发生”，这句话对吗？说明理由。 提示：不对。某些自发反应需在一定条件下才能自动进行，非自发反应具备一定条件也能发生。如甲烷燃烧是自发反应，但需点燃或加热才能反应；石灰石分解为氧化钙和二氧化碳为非自发反应，在高温下可以发生。,自主探究,2是否S0的过程一定能自发进行，S0的过程一定不能自发进行？ 提示：不是。一个过程的S0，只能说明该过程有自发进行的倾向，而这个过程是否一定会发生则不能确定；S0的过程也能自发进行，如10的液态水会自动结冰成为固态。,3反应2NH4ClBa(OH)28H2O=2NH3BaCl210H2O在常温下能反应进行，该过程体系的能量和熵如何变化？说明什么问题？ 提示：该反应是吸热反应，体系的能量升高，但其熵增大，所以能自发进行，说明判断一个反应进行的方向要综合考虑焓判据和熵判据。,4硝酸铵溶于水为什么吸热？ 提示：体系具有向熵值变大的方向进行变化的倾向，因此硝酸铵溶于水首先要进行扩散，而扩散过程是一个吸热过程，一般情况下，含铵根离子的化合物，溶解于水时扩散过程表现得更为剧烈所以明显吸热，离子需要从溶剂中吸收热量来完成自己的扩散过程。所以溶液温度降低是离子扩散过程，不是溶液吸热。就是说铵根从水中带走热量，所以水温降低，溶液温度降低。,1自发过程 (1)含义：在一定条件下，不用借助外力，就可以自发进行的过程。 (2)分类,自发过程和自发反应,教材点拨,(3)特点 体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或者放释热量)。 在密闭条件下，体系有从有序自发转变为无序的倾向。 (4)实例： 自然界中的自发过程 自然界中的水由高处往低处流，而不会自动从低处往高处流。 物理学中研究的电流总是从电位高的地方向电位低的地方流动。 日常生活中，气温升高，冰雪自动融化。,2自发反应 在给定的一组条件下，可以自发地进行到显著程度的反应。 温馨提示：自发过程和自发反应可被利用来完成有用功。如：Zn与CuSO4反应可被设计成原电池。 3非自发过程要想发生，则必须对它做功，如利用水泵可以将水从低处引向高处，通电可以将水分解为氢气和氧气。,(2015经典习题选萃)下列过程均为自发过程的是( ) 铵盐的溶解 烧碱与盐酸反应 Zn与稀H2SO4反应 氢气在氧气中燃烧 Mg在空气中燃烧 铝热反应 墨水在水中的扩散 电解熔融的氯化钠 A B C D,典例透析,【解析】 自发过程指在一般条件下能自动发生的过程，它包括自发反应。而电解熔融的氯化钠要在直流电作用下进行，不能自发。 【答案】 D 【点评】 在讨论反应过程的自发性时，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。,1向烧杯内加入适量的氢氧化钡晶体Ba(OH)28H2O和氯化铵晶体(NH4Cl)，并迅速置于滴有几滴水的木板上搅拌。一会儿就会发现烧杯内的固体变成了糊状，杯壁变冷，杯底和木板被冰粘在了一起，并能闻到明显的刺激性气味。这是自发地发生了化学反应：Ba(OH)28H2O(s)2NH4Cl(s)= 2NH3(g)10H2O(l)BaCl2(aq)。下列结论中正确的是( ),变式训练,A自发反应一定是吸热反应 B自发反应一定是放热反应 C有的吸热反应也能自发进行 D吸热反应都能自发进行 解析：有部分吸热反应能自发进行。 答案：C,科学家根据体系存在着力图使自身能量趋于“最低”和由“有序”变为“无序”的自然现象，提出了互相关联的判据：焓判据和熵判据。,化学反应方向的判据,教材点拨,2熵判据 (1)熵 熵是衡量体系混乱度大小的物理量，即表示体系的不规则或无序状态程度的物理量。混乱度越大，体系越无序，体系的熵值就越大。熵的符号为S，常用单位：Jmol1K1。 (2)物质熵大小规律 物质的存在状态：对于同一种物质，等物质的量的该物质其熵值(混乱度)大小与物质的存在状态有关，气态时熵值最大，固态时熵值最小，而液态时介于二者之间，即S(g)S(l) S(s)。,与物质的量的关系：物质的量越大，分子数越多，熵值越大。 不同物质熵值间的关系：物质的组成越复杂其熵值越大，一般组成物质的原子种类相同时，一个分子中的原子数目越多，其混乱度就越大，熵值也越大。,(3)熵变 熵变 化学反应的熵变是产物的总熵值与反应物的总熵值之差。符号：S；表达式：SS(产物)S(反应物)。,熵变大小规律 对于有气体参与的化学反应(气体参与反应时气体既可以是反应物也可以是产物)，气态物质的物质的量增大的化学反应，其熵变通常是正值，是熵增大的反应；反之，气态物质的物质的量减小的化学反应，其熵变通常是负值，是熵减小的反应。所以离子反应的条件之一是有气体产生，即为熵值增大的反应。 当然物质在发生三态变化时，由固态到液态、由液态到气态或由固态到气态(升华)过程都是熵增加过程。,熵判据 在与外界隔离的体系中，自发过程的体系趋向于由有序转变为无序，导致体系的熵增大，这一经验规律叫做熵增原理。在用来判断过程的方向时，就称为熵判据。,反应的熵变与反应方向的关系 对于确定的化学反应，在一定条件下，具有确定的熵变。 a许多熵增加的反应在常温、常压下可以自发地进行。产生气体的反应，气体物质的物质的量增大的反应，熵变通常都是正值，为熵增加反应。 例如：2H2O2(aq)=2H2O(l)O2(g) S57.16 Jmol1K1 NH4HCO3(s)CH3COOH(aq)=CO2(g)CH3COONH4 (aq)H2O(l) S184.0 Jmol1K1,b有些熵增加的反应在常温、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) S169.6 kJmol1K1 C(s，石墨)H2O(g)=CO(g)H2(g) S133.8 Jmol1K1,c铝热反应是熵减小的反应，它在一定条件下也可以自发进行。 例如：2Al(s)Fe2O3(s)=Al2O3(s)2Fe(s) S39.4 Jmol1K1 事实证明，熵变是与反应能否自发进行有关的又一个因素，但也不是唯一的因素。,3复合判据 由焓判据知放热过程常常是容易进行的；由熵判据知熵增的过程是自发的。很多情况下，用不同的判据判断同一个反应，可能会出现相反的判断结果，所以我们应两个判据兼顾。 复合判据公式为GHTS。 HTS0时反应不能自发进行。,4焓变与熵变对反应方向的共同影响 (1)焓变和熵变的复合判据判断反应的方向。 体系的自由能变化(符号为G，单位为kJmol1)综合考虑了焓变和熵变对体系的影响，可用于化学反应自发进行的方向的判断，GHTS。 当H0时，G0，S0，反应不能自发进行 当H0，S0或H0，S0时，反应是否自发进行与温度有关，在一定温度下可使G0，即反应达平衡状态。,(2)用复合判据判断反应方向的有关规律。 放热的熵增加反应一定能自发进行，放热的熵减小反应或熵无明显变化的反应，也可能自发进行，如氢气燃烧、甲烷燃烧等。 吸热的熵减小反应一定不能自发进行，而吸热的自发过程一定是熵增加的过程，如：冰的融化。,无热效应的自发过程是熵增加的过程。如两种理想气体的混合。 当焓变和熵变的作用相反时，如果二者大小相差悬殊，可能某一因素占主导地位。 此外，如果焓变和熵变的作用相反且相差不大时，温度有可能对反应的方向起决定性作用。,温馨提示：焓变和熵变都与反应的自发性有关，又都不能独立地作为自发性的判据，要判断反应进行的方向，必须考虑体系的焓变和熵变。 根据HTS0判断的只是反应能否自发进行的可能性，具体的反应能否实际发生，还涉及化学反应速率的问题。,(2015四川眉山中学月考)已知反应2CO(g)= 2C(s)O2(g)的H为正值，S为负值。设H和S不随温度而变，下列说法中正确的是( ) A低温下能自发进行 B高温下能自发进行 C低温下不能自发进行，高温下能自发进行 D任何温度下都不能自发进行,典例透析,【解析】 根据复合判据HTS0时反应非自发进行，又因为H0，S0，故HTS0，此反应为非自发进行的反应。故选D。 【答案】 D,2灰锡结构松散，不能用于制造器皿，而白锡结构坚固，可以用于制造器皿。已知在0 、100 kPa条件下，白锡转化为灰锡的H2180.9J/mol，S6.61 J/(molK)。现把由白锡制成的器皿在0 、100 kPa的室内存放，它会不会变成灰锡而不能继续使用( ) A会 B不会 C不能确定 D升高温度才会,变式训练,解析：在等温、等压条件下，自发反应总是向着HTS0的方向进行，直至达到平衡状态。在0 ，100 kPa条件下，白锡转化为灰锡的HTS2180.9 J/mol273 K6.61 J/(molK)376.37 J/mol0，因此在该条件下白锡会变为灰锡。 答案：A,1(2015经典习题选萃)知道了某反应有自发性之后，则( ) A可判断出反应的方向 B可确定反应是否一定会发生 C可预测反应速率的大小 D可判断反应的热效应 解析：已知某反应可自发进行，只能判断反应的方向，不能判断反应是否会发生、反应速率、反应的热效应。 答案：A,2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 D25 、1.01105 Pa时，2N2O5(g)=4NO2(g)O2(g)是熵增加的反应 解析：体系都有从有序自发转变为无序的倾向，此过程为熵增加过程，故C错误。 答案：C,3(2015四川宜宾中学月考)下列自发反应可用焓判据来解释的是( ) A2N2O5(g)=4NO2(g)O2(g) H56.7 kJ/mol BNH4HCO3(s)CH3COOH(aq)=CO2(g)CH3COONH4(aq)H2O(l) H37.3 kJ/mol C3NO2(g)H2O(l)=2HNO3(aq)NO(g) H138 kJ/mol DCaCO3(s)=CaO(s)CO2(g) H178.2 kJ/mol,解析：从焓变的角度分析，放热反应有由高能量状态向低能量状态转化，使体系能量降低的趋势，因此较易进行，但并不是说所有放热反应都是自发的。 答案：C 点评：焓变是影响化学反应进行方向的一个重要因素(大多数放热反应是自发的)，但不是唯一的因素。,解析：A、B、C、D都是分解反应，都是吸热反应，B、C、D三个反应都是熵增反应，所以在高温下能自发进行。 答案：A,解析：由于S(g)S(l)S(s)，故按气体液体固体的顺序是熵减的变化，反之是熵增的变化。 答案：(1)减小 (2)无明显变化 (3)增加 (4)减小,与此同时，机体本身的熵也发生了变化。机体不断产生新的复杂结构(发育成长)，是熵减小，而细胞死亡和代谢过程将结构复杂的生化物质转化为简单的小分子，则是熵增大。机体总的熵变取决于年龄的增长。当机体处于生长发育阶段时(年轻人)，熵要减小；当机体处于发育成熟阶段时(成年人)，熵变几乎等于零；当机体处于衰老阶段时(老年人)，熵会增大；机体老死时，熵增至极大。这正如量子化学奠基人薛定谔所说：“一个生命有机体不断地产生正的熵因此就势必接近具有极大熵值的危险状态，即死亡。,新陈代谢作用最基本的内容是有机体成功地使自身释放出它活着时不得不产生的全部熵。”此话不但精辟地指出熵这一热力学概念对理解生命的意义，而且也启示了熵的概念对所有过程的重要意义。,
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