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第四节化学反应进行的方向学习目标1.了解自发过程和化学反应的自发性。2.通过“有序”和“无序”的对比,了解熵和熵变的概念。3.初步了解焓变和熵变对化学反应方向的影响,能用焓变和熵变说明化学反应的方向。学习过程一、自发过程和自发反应有关化学反应进行的、和是化学反应原理的三个重要组成部分。科学家根据体系存在着力图使自身能量趋于“”和由“”变为“”的自然现象,提出了互相关联的判据和判据,为最终解决上述问题提供了必要的依据。1.自发过程:在一定条件下,就可以自动进行的过程。2.自发反应:在给定条件下,能地进行到显著程度的化学反应。二、反应方向的焓判据焓判据:放热反应过程中体系能量,具有自发进行的倾向。三、反应方向的熵判据1.混乱度:表示体系的或。2.熵:热力学上用来表示混乱度的状态函数,用符号表示。3.熵的大小判断:(1)同一种物质不同状态时熵值大小为:态态态。(2)与物质的量成。4.反应熵变S=反应产物总熵-反应物总熵。5.熵判据:在密闭条件下,体系有由自发地变为的倾向,即混乱度增加(S0),且越大,越有利于反应自发进行。四、复合判据1.过程的自发性只能用于判断过程的方向,不能确定过程是否和过程,若允许外界对体系施加某种作用,就可能出现相反的结果。综合考虑和的复合判据,将更适合于所有的过程只根据一个方面来判断反应进行的方向是不全面的。2.体系的自由能变化(符号为G,单位为kJmol-1)G=H-TS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。若H-TS0,反应。【小结】用复合判据判断反应方向的有关规律1.热、熵的反应一定能自发进行,放热、熵减小的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。2.热、熵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。3.很多情况下,简单地只用其中一个判据去判断同一个反应,可能会出现相反的判断结果,所以我们应两个判据兼顾。由焓判据和熵判据组合成的复合判据(体系自由能变化:G=H-TS)将更适合于所有的反应过程。4.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。5.在讨论过程的方向时,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。6.反应的自发性也受外界条件的影响。随堂检测1.(双选)下列过程属自发过程的是()A.水自高处流向低处B.水分解成H2和O2C.CH4和O2混合后遇火燃烧D.CO气体分解为C和O22.下列说法中不正确的是()A.体系有序性越高,熵值就越低B.体系倾向于由有序变为无序C.吸热反应不可以自发进行D.同种物质气态时熵值最大3.下列说法正确的是()A.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.反应NH4HCO3(s)NH3(g)+H2O(g)+CO2(g)H=+185.57kJmol-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4.下列说法正确的是()A.吸热反应都不能自发进行B.焓变是唯一影响化学反应进行方向的因素C.化学反应由高能状态向低能状态转化,一般为放热反应D.有气体生成的反应都是放热反应5.下列对熵变的判断中不正确的是()A.少量的食盐溶解于水中:S0B.C(s)和O2(g)反应生成CO(g):S0C.气态水变成液态水:S0D.CaCO3(s)受热分解为CaO(s)和CO2(g):S06.工业上用赤铁矿生产铁,可以选择的还原剂有C和H2。根据所学知识判断:哪一种还原剂可使反应自发进行的温度较低?已知:Fe2O3(s)+32C(s)2Fe(s)+32CO2(g)H=+233.8kJmol-1,S=0.279kJmol-1K-1Fe2O3(s)+3H2(g)2Fe(s)+3H2O(g)H=+98kJmol-1,S=0.1442kJmol-1K-17.高炉炼铁是目前世界上最主要的炼铁方法,常用焦炭还原Fe2O3,而目前最主要的炼铝方法是电解Al2O3和冰晶石的熔融物。已知298K时,Fe2O3(s)+32C(s)2Fe(s)+32CO2(g)H=+233.8kJmol-1,S=0.279kJmol-1K-12Al2O3(s)+3C(s)4Al(s)+3CO2(g)H=+2171kJmol-1,S=635.5Jmol-1K-1试从热力学角度分析两种金属冶炼方法不同的原因。8.自发反应一定能发生,而非自发反应一定不能发生吗?参考答案学习过程一、方向快慢限度最低有序无序焓熵1.不用借助于外力2.自发二、降低三、1.不规则无序状态2.S3.(1)气液固(2)正比5.有序无序S四、1.一定会发生发生的速率焓判据熵判据2.自发达到平衡状态不能自发进行【小结】1.放增加2.吸减小随堂检测1.AC2.C解析:有的吸热反应可以自发进行,如NH4Cl与Ba(OH)2的反应。3.B解析:正确解答本题,首先要明确焓判据和熵判据对化学反应方向的影响,然后利用自由能变化(复合判据)进行综合分析判断,同时要注意催化剂在化学反应中的作用。A项错误,有些能使熵值增大的吸热反应可以自发进行;C项错误的原因是要将二者综合起来即利用复合判据对反应的自发性进行判断;D项中使用催化剂只能降低反应的活化能,不能改变反应的方向。4.C解析:从焓变的角度分析,化学反应有由高能状态向低能状态转化,使体系能量降低的趋势,表现为放热反应较易进行。5.C解析:食盐溶于水是典型的熵增加过程;2C(s)+O2(g)2CO(g),气体的物质的量增大,为熵增加的反应;气态水变成液态水是体系混乱度减小的过程,为熵减小的过程;CaCO3(s)的分解产生了气体,为熵增加的反应。6.用H2作还原剂时反应自发进行的温度较低。解析:根据H-TS=0为平衡状态,H-TSHS时该反应能自发进行。用C作还原剂时T1HS=+233.8kJmol-10.279kJmol-1K-1=838.0K;用H2作还原剂时T2HS=+98kJmol-10.1442kJmol-1K-1=679.6K。故用H2作还原剂时,反应自发进行的温度较低。7.用焦炭还原Al2O3所需温度太高,是不可能实现的,而用焦炭还原Fe2O3则可以实现。解析:根据反应能否自发进行的综合判据分析可知THS时该反应能自发进行。用C作还原剂还原Fe2O3时,若使反应自发进行,则需要的温度T1HS=+233.8kJmol-10.279kJmol-1K-1=838.0K;若用C作还原剂还原Al2O3时需要的温度T2HS=+2171kJmol-1635.510-3kJmol-1K-1=3416K。对比上述温度可知,用焦炭还原Al2O3很难实现,故两种金属冶炼方法有差别。8.自发反应、非自发反应是指该反应过程是否有自发进行的倾向,而这个过程是否一定会发生则不能确定。如碳的燃烧是一个自发反应,但要想发生反应,需借助外界条件点燃才能发生。
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