人教版選修4 第二章 第四節(jié) 化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向

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歡迎進(jìn)入化學(xué)課堂 第四節(jié) 化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向 1 自發(fā)過程 1 含義 在一定條件下 就可以自動進(jìn)行的過程 2 特點 體系趨向于從 狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)?狀態(tài) 體系對外部 或者 熱量 在密閉條件下 體系有從 自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)?的傾向 即 原理 不用借助于外力 高能 低能 做功 釋放 有序 無序 熵增 2 自發(fā)反應(yīng)與非自發(fā)反應(yīng)在給定的一組條件下 一個反應(yīng)可以 地進(jìn)行到顯著的程度的化學(xué)反應(yīng)就是自發(fā)反應(yīng) 而不能自發(fā)進(jìn)行 必須借助于某種外力才能進(jìn)行的反應(yīng)為非自發(fā)反應(yīng) 如氫氣與氧氣遇火燃燒是自發(fā)反應(yīng) 而水分解成氧氣和氫氣就是 3 下列過程屬自發(fā)過程的是 A 水自高處流向低處B 水分解成H2和O2C CH4和O2混合后遇火燃燒D CO氣體分解為C和O2 自發(fā) 非自發(fā)反應(yīng) A 4 化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的判據(jù) 1 焓判據(jù) 放熱反應(yīng)過程中體系能量 具有自發(fā)進(jìn)行的傾向 因此可用 來判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向 2 熵判據(jù) 熵 在密閉條件下 體系有從 自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)?的傾向 因為與有序體系相比 體系 更加穩(wěn)定 可以采取更多的存在方式 科學(xué)家用 符號為 來量度這種混亂 或無序 的程度 熵增原理 在與外界隔離的體系中 自發(fā)過程將導(dǎo)致體 系的熵 即熵變 符號 S 零 降低 焓變 有序 無序 無序 熵 S 增大 大于 熵值大小的比較 同一種物質(zhì)不同狀態(tài)時熵值大小為 S g S l S s 熵判據(jù) 體系有自發(fā)地向混亂度 即 的方向轉(zhuǎn)變的傾向 因此可用 來判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向 3 復(fù)合判據(jù) 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 和過程 若允許外界對體系施加某種作用 就可能出現(xiàn)相反的結(jié)果 綜合考慮 和 的復(fù)合判據(jù) 將更適合于所有的過程 只根據(jù)一個方面來判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向是不全面的 增加 熵增 熵變 一定會發(fā)生 發(fā)生的速率 焓判據(jù) 熵判據(jù) 5 雙選 下列過程屬于熵增加的是 A 固體的溶解過程B 氣體擴(kuò)散過程C 水蒸氣變?yōu)橐簯B(tài)水D CO g 2H2 g CH3OH g AB 一 決定和影響化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的因素 1 化學(xué)反應(yīng)的方向與焓變的關(guān)系 1 多數(shù)能自發(fā)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)是放熱反應(yīng) 例如 在常溫常壓下 NaOH aq HCl aq NaCl aq H2O l H 57 3kJ mol 1 2 有些吸熱反應(yīng)也能自發(fā)進(jìn)行 例如 NH4HCO3 s CH3COOH aq CO2 g CH3COONH4 aq H2O l H 298K 37 30kJ mol 1 3 有一些吸熱反應(yīng)在室溫條件下不能自發(fā)進(jìn)行 但在較高溫度下則能自發(fā)進(jìn)行 例如 在室溫下和較高溫度下均為吸熱過程的CaCO3的分解反應(yīng) CaCO3 s CaO s CO2 g H 298K 178 2kJ mol 1 H 1200K 176 5kJ mol 1 2 化學(xué)反應(yīng)的方向與熵變的關(guān)系 反應(yīng)的熵變 S為生成物總熵與反應(yīng)物總熵之差 對于確定 的化學(xué)反應(yīng) 在一定條件下具有確定的熵變 1 許多熵增加的反應(yīng)在常溫 常壓下可以自發(fā)進(jìn)行 產(chǎn)生氣體的反應(yīng) 氣體物質(zhì)的物質(zhì)的量增大的反應(yīng) 熵變通常都是正值 為熵增加反應(yīng) 例如 2H2O2 aq 2H2O l O2 g NH4HCO3 s NH3 g H2O g CO2 g 2 有些熵增加的反應(yīng)在常溫 常壓下不能自發(fā)進(jìn)行 但在 較高溫度下可以自發(fā)進(jìn)行 例如 CaCO3 s CaO s CO2 g C s 石墨 H2O g CO g H2 g 3 在一定條件下 一些熵減小的反應(yīng) 也可以自發(fā)進(jìn)行 如 高溫下 2Al s Fe2O3 s Al2O3 s 2Fe s Ba OH 2 aq H2SO4 aq BaSO4 s H2O l 焓變和熵變都是影響和決定化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的因素 但 都不是唯一因素 例1 碳酸銨 NH4 2CO3 在室溫下就自發(fā)地分解產(chǎn)生氨氣 對其說法中正確的是 A 碳酸銨分解是因為生成了易揮發(fā)的氣體 使體系的熵增大B 碳酸銨分解是因為向外界釋放了能量C 碳酸銨分解是吸熱反應(yīng) 根據(jù)能量判據(jù)不能自發(fā)分解D 碳酸鹽都不穩(wěn)定 都能自發(fā)分解點撥 影響化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的兩個因素是熵變和焓變 這里碳酸銨分解 是一個自發(fā)進(jìn)行的熵增加的吸熱反應(yīng) 堿金屬的碳酸鹽 如碳酸鈉 碳酸鉀 是穩(wěn)定的 不能自發(fā)分解 答案 A 二 復(fù)合判據(jù) 1 用焓變和熵變的復(fù)合判據(jù)判斷化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向體系的自由能變化 符號為 G 單位為kJ mol 1 綜合考慮 了焓變和熵變對體系的影響 可用于化學(xué)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的方向的判斷 G H T S 1 當(dāng) H0時 G0 S0 反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行 3 當(dāng) H 0 S 0或 H 0 S 0時 反應(yīng)是否自發(fā)進(jìn)行與溫度有關(guān) 一般低溫時以焓變影響為主 高溫時以熵變影響為主 2 用復(fù)合判據(jù)判斷化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的有關(guān)規(guī)律 1 放熱的熵增加反應(yīng)一定能自發(fā)進(jìn)行 放熱的熵減小反應(yīng)或熵?zé)o明顯變化的反應(yīng) 也可能自發(fā)進(jìn)行 如氫氣燃燒 甲烷燃燒等 2 吸熱的熵減小反應(yīng)一定不能自發(fā)進(jìn)行 而吸熱的自發(fā)過 程一定是熵增加的過程 如 冰的融化 3 無熱效應(yīng)的自發(fā)過程是熵增加的過程 如兩種理想氣體 的混合 4 當(dāng)焓變和熵變的作用相反時 如果二者大小相差懸殊 可能某一因素占主導(dǎo)地位 5 此外 如果焓變和熵變的作用相反且相差不大時 溫度 有可能對反應(yīng)的方向起決定性作用 是 A 若 H0 S 0 低溫時可自發(fā)進(jìn)行C 若 H 0 S0 任何溫度下都能自發(fā)進(jìn)行點撥 由自由能的計算公式 G H T S 一個化學(xué)反應(yīng)要自發(fā)進(jìn)行 G0 S 0 高溫時 G 0 反應(yīng)可自發(fā)進(jìn)行 需要注意的是 這里的溫度是開爾文溫度 答案 B 例2 對于一個化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行 下列說法中錯誤的 例3 某化學(xué)反應(yīng)其 H 122kJ mol S 231J mol K 則此反應(yīng)可自發(fā)進(jìn)行的情況是 A 在任何溫度下都能自發(fā)進(jìn)行B 在任何溫度下都不能自發(fā)進(jìn)行C 僅在高溫下自發(fā)進(jìn)行D 僅在低溫下自發(fā)進(jìn)行點撥 給出一個化學(xué)反應(yīng)的焓變和熵變的數(shù)據(jù) 要判斷該反應(yīng)是否能自發(fā)進(jìn)行 直接利用自由能計算公式 G H T S計算即可 本題中 G H T S 122 0 231T 0恒成立 答案 A 方法指津傳統(tǒng)判斷反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的方法1 由不穩(wěn)定物質(zhì)向穩(wěn)定物質(zhì)轉(zhuǎn)變 2NaHCO3 Na2CO3 CO2 H2O 穩(wěn)定性 Na2CO3 NaHCO3 2 離子反應(yīng)對于復(fù)分解反應(yīng)來講 一般是由易電離的物質(zhì)向難電離的物質(zhì)轉(zhuǎn)變 或向離子濃度減小的方向轉(zhuǎn)變 1 由溶解度大的物質(zhì)向溶解度小的物質(zhì)轉(zhuǎn)變 Na2SO4 CaCl2 CaSO4 微溶 2NaClCaSO4 Na2CO3 CaCO3 Na2SO4所以溶解性 CaCl2 CaSO4 CaCO3 2 由強(qiáng)酸 堿 向弱酸 堿 轉(zhuǎn)變 2CH3COOH Na2CO3 2CH3COONa CO2 H2ONa2SiO3 CO2 H2O H2SiO3 Na2CO3所以酸性強(qiáng)弱 CH3COOH H2CO3 H2SiO3 3 由難揮發(fā)性 高沸點 物質(zhì)向易揮發(fā)性 低沸點 物質(zhì)轉(zhuǎn)變 1 由難揮發(fā)性酸向揮發(fā)性酸轉(zhuǎn)變 NaCl H2SO4 濃 NaHSO4 HCl 所以沸點高低 H2SO4 濃 HCl 2 由難揮發(fā)性酸酐向揮發(fā)性酸酐轉(zhuǎn)變 CaCO3 SiO2 CaSiO3 CO2 所以沸點高低 SiO2 CO2 3 由高沸點的金屬向低沸點的金屬轉(zhuǎn)變 2RbCl Mg MgCl2 2Rb 所以沸點高低 Mg Rb 4 由氧化性 還原性 強(qiáng)的物質(zhì)向氧化性 還原性 弱的物質(zhì)的轉(zhuǎn)變 2FeCl3 2KI 2FeCl2 2KCl I22FeCl2 Cl2 2FeCl3所以氧化性強(qiáng)弱 Cl2 FeCl3 I2 例4 利用傳統(tǒng)方法判斷下列過程不能自發(fā)進(jìn)行的是 A 向溴化銀懸濁液中加入Na2S溶液 會生成黑色的Ag2S沉淀B 向氫氧化鎂懸濁液中加入Na2CO3溶液 可以得到MgCO3沉淀C 用NaCl和濃硫酸共熱制取HCl氣體D 向FeCl3溶液中加入Na2S會生成S沉淀 解析 A B兩項是溶解度大向溶解度小的物質(zhì)轉(zhuǎn)變 幾種銀鹽沉淀的溶解性 AgCl AgBr AgI Ag2S 要注意氫氧化鎂與碳酸鎂的溶解性比較 碳酸鎂微溶于水 而氫氧化鎂難溶于水 從氫氧化鎂沉淀向碳酸鎂沉淀的轉(zhuǎn)化過程是非自發(fā)進(jìn)行的 C項是由難揮發(fā)酸制易揮發(fā)酸 能自發(fā)進(jìn)行 D是氧化性由強(qiáng)向弱轉(zhuǎn)變 也能自發(fā)進(jìn)行 答案 B 變式訓(xùn)練 1 已知CuSO4溶液分別與Na2CO3溶液 Na2S溶液的反應(yīng)情況如下 則下列對物質(zhì)溶解度的比較正確的是 A Cu OH 2 CuCO3 CuSB Cu OH 2 CuCO3 CuSC CuS Cu OH 2 CuCO3D CuS Cu OH 2 CuCO3解析 主要反應(yīng)方向也就是反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的方向 也就是溶解度減小的過程 故溶解度CuS Cu OH 2 CuCO3 答案 D 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全