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1、第四节化学反应进行的方向 1 了解放热反应的自发性和某些吸热反应的自发性 2 通过 有序 和 无序 的对比 理解熵的概念 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 一 自发过程与自发反应1 自发过程 1 含义 在一定条件下 不用借助于 就可以 的过程 2 特点 体系趋向于从 状态转变为 状态 体系对外部 或者 热量 在密闭条件下 体系有从 自发转变为 的倾向 2 自发反应在给定的一组条件下 可以 地进行到显著程度的反应 二 化学反应进行方向的判据1 焓判据放热反应过程中体系能量 具有自发进行的倾向 因此可用 来判断反应进行的方向 2 熵判据 1 熵用来度量体
2、系 程度的物理量 熵值越大 程度越大 符号为 单位 J mol 1 K 1 2 熵值大小的比较同一种物质不同状态时熵值大小为S g S l S s 3 熵增原理在与外界隔绝的体系中 自发过程将导致体系的熵 即熵变 符号 S 零 4 熵判据体系有自发地向混乱度 即 的方向转变的倾向 因此可用 来判断反应进行的方向 3 复合判据过程的自发性只能用于判断过程的方向 不能确定过程 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 只根据一个方向来判断反应进行的方向是不全面的 答案 一 1 1 外力自动进行 2 高能低能做功释放 有序无序2 自发
3、二 1 降低焓变2 1 混乱混乱S 2 3 增大大于 4 增加熵增熵变3 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 非自发反应具备了一定条件也能发生 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 2 是否 S 0的过程一定能自发进行 S 0的过程一定不能自发进行 提示 不是 一个过程的 S 0 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 S 0的过程也能自发进行 如 10 的液态水会自动结
4、冰成为固态 1 自发过程 在一定条件下不用借助于外力就可以自动进行的过程 2 自发反应 在给定的一组条件下 一个反应可以自发地进行到显著程度 就称为自发反应 3 非自发反应 不能自发的进行 必须借助某种外力才能进行的反应 说明 1 自发过程和自发反应可被用来完成有用功 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 可将氢气燃烧反应设计成燃料电池等 2 非自发过程要想发生 就必须有外力对它做功 如利用水泵可将水从低处引向高处 通电可将水分解生成氢气和氧气等 案例精析 例1 下列过程是非自发的是 A 水由高处向低处流B 室温下水结成冰C 气体
5、从高密度处向低密度处扩散D 煤气的燃烧 解析 自然界中水由高处向低处流 煤气的燃烧 气体从高密度处向低密度处扩散 室温下冰的融化都是自发过程 其逆向都是非自发的 答案 B 点评 了解 总结日常生活中和自然界中的一些自发过程 知石墨 金刚石燃烧的热化学方程式分别为 C 金刚石 s O2 g CO2 g H 395 41kJ mol 1C 石墨 s O2 g CO2 g H 393 5kJ mol 1 关于金刚石和石墨的相互转化 下列说法正确的是 A 石墨转化成金刚石是自发进行的过程B 石墨比金刚石能量低C 金刚石转化成石墨是自发进行的过程D 金刚石比石墨能量低 解析 由热化学方程式可知 石墨比金
6、刚石能量低 1mol石墨转化为1mol金刚石吸收1 9kJ的热量 金刚石转化为石墨是放热反应 根据化学反应的能量判据可知此反应是自发进行的反应 所以B C正确 答案 BC 点评 能自发发生的反应和反应热有密切联系 放热反应常常是容易进行的过程 1 焓判据 2 熵判据 3 焓变与熵变对反应方向的共同影响 案例精析 例2 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 H 185 57kJ mol 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
7、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 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项错误的原因是应将二者综合起来即利用复合判据进行判断 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 答案 B 点评 焓变和熵变都是与反应能否自发进行有关的因素 但又都不能独立地作为反应自发性的判据 要判断反应进行的方向 必须综合考虑体系的焓变和熵变对反应方向的综合影响 例3 灰锡结构
8、松散 不能用于制造器皿 而白锡结构坚固 可以制造器皿 现把白锡制成的器皿放在0 100kPa的室内存放 它会不会变成灰锡而不能再继续使用 已知在0 100kPa条件下白锡转化为灰锡的反应焓变和熵变分别为 H 2180 9J mol 1 S 6 61J mol 1 K 1 当 H T S 0时能自发反应 A 会变B 不会变C 不能确定D 升高温度才会变 解析 在等温 等压条件下 自发反应总是向着 H T S 0的方向进行 直至达到平衡状态 因此 在0 100kPa条件下 白锡会不会变为灰锡的问题就转化为求算反应 白锡 灰锡的 H T S值的问题 H T S 2180 9J mol 1 273K
9、6 61J mol 1 K 1 376 37J mol 1 0 因此在该条件下白锡会变灰锡 答案 A 点评 一个化学反应能否自发进行 既与反应的焓变有关 又与反应的熵变有关 下列过程的方向不用熵判据判断的是 A 氯化铵与结晶氢氧化钡混合研磨 很快会闻到刺激性气味B 冬天一杯热水很快变冷C 有序排列的火柴散落时成为无序排列D 多次洗牌以后 扑克牌毫无规律的混乱排列的几率大 解析 A项2NH4Cl Ba OH 2 8H2O 2NH3 BaCl2 10H2O是可以自发进行的吸热反应 产生NH3和液态水混乱度增大 属于熵判据 B项有趋向于最低能量状态的倾向 属于能量判据 C项有序排列的火柴散落时成为无
10、序排列 有趋向于最大混乱度的倾向 属于熵判据 D项扑克牌的无序排列也属于熵判据 答案 B 点评 体系存在着力图使自身能量最低 即从高能状态转变到低能状态的倾向 但只根据焓变来判断反应进行的方向是不全面的 下列说法中正确的是 A 凡是放热反应都是自发的 吸热反应都是非自发的B 自发反应一定是熵增大 非自发反应一定是熵减小或不变C 自发反应在恰当条件下才能实现D 自发反应在任何条件下都能实现 解析 放热反应常常是容易进行的过程 吸热反应有些也是自发反应 自发反应的熵不一定增大 可能减少 也可能不变 过程的自发性只能用于判断过程的方向 是否能实现还要看具体的条件 答案 C 点评 能量判据和熵判据要综
11、合考虑利用 不能简单的单一使用 解化学平衡题的几种思维法 1 平衡模式思维法 或三段思维法 化学平衡计算中 依据化学方程式列出 起始 变化 平衡 时各物质的量 或体积 或浓度 然后根据已知条件建立代数等式而进行解题的一种说法 如反应mA g nB g pC g qD g 令A B的起始量分别为amol bmol 达到平衡后A的转化率为x 则有 例1 在一定体积的密闭容器中放入3L气体R和5L气体Q 在一定条件下发生反应 2R g 5Q g 4X g nY g 反应完全后 容器温度不变 混合气体的压强是原来的87 5 则化学方程式中的n值是 A 2B 3C 4D 5 解析 解法一 通式法 2R
12、g 5Q g 4X g nY g 起始3500变化2a5a4ana平衡 3 2a 5 5a 4ana依题意 有 8 3a an 3 5 87 5 讨论 当R完全反应时 3 2a 0 a 1 5 则n 2 3不合题意 当Q完全反应时 5 5a 0 a 1 则n 2 答案为A 解法二 常规法 2R g 5Q g 4X g nY g 起始3500变化254n平衡104n依题意 有 1 4 n 3 5 87 5 则n 2 答案为A 解法三 推理估算法 因反应在温度 体积不变情况下进行 所以反应后压强减小 是原来的87 5 就是气体分子数减少 即体积缩小的反应 则2 5 4 n 故n 3 答案为A 答案
13、 A 点评 有些计算型选择题 若用常规方法求解 思维过程简单 需要比较复杂的计算才能得出正确结论 但如果依据其化学背景与有关概念 原理入手 充分利用边界条件 或选项特点 通过估计 推断 排除 近似处理 似算非算 半推半算 或 只推不算 便可迅速准确地得出结论 这种方法是选择题的一种实用技巧 可节省不少时间 2 差量法 或差值法 利用化学反应 或物理变化 中某化学量从始态到终态的差量 或差值 作为已知量或未知量的对应关系量列比例式进行计算的一种常用方法 例2 1molX气体跟amolY气体在体积可变的密闭容器中发生如下反应 X g aY g bZ g 反应达到平衡后 测得X的转化率为50 而且
14、在同温同压下还测得反应前混后气体的密度是反应后混合气体密度的 则a和b的数值可能是 A a 1 b 1B a 2 b 1C a 2 b 2D a 3 b 2 解析 据题意有X g aY g bZ g n1ab1 a b1 50 0 5 1 a b 反应前混合气体的物质的量为反应后混合气体的物质的量的则有 最后将所给四组数据代入关系式推知A D两组数据均符合题意 答案为A D 答案 AD 点评 差量法在化学平衡的计算中有着非常重要的 广泛的应用价值 理解差量法的原理对于解题很有帮助 3 极限思维法 极值法 极限思维法是将可逆反应看成是处于完全反应和完全不反应的中间状态 解题时用这两个极端点 根据
15、题目巧妙假设某一种物质100 消耗 推向极端 求出另一方的最大值 或最小值 从而得出可逆反应达到某一平衡状态时的取值 或取值范围 的方法 例3 在一定条件下 向2L密闭容器中充入3molX气体和1molY气体 进行反应2X g Y g 3Z g 2W g 某时刻测定产物的浓度不可能的是 A c Z 0 75mol L 1B c Z 1mol L 1C c W 1mol L 1D c W 0 82mol L 1 解析 由极限思维可知 Z和W某时刻的物质的量的取值范围分别为 0 n Z 3mol 0 n W 2mol 若3molX 1molY完全转化为Z W 即向正反应方向进行 一边倒 则其浓度的
16、取值分别为 0 c Z 1 5mol L 1 0 c W 1mol L 1 答案为C 答案 C 点评 对于可逆反应 反应物不可能全部转化为生成物 生成物也不可能全部转化为反应物 极限思维法的解题原则是 假设两端 确定中间 4 虚拟 思维法 构造法 虚拟 思维法是指在分析或解决问题时 根据需要和可能 虚拟出能方便解决问题的对象 并以此为中介 实现由条件向结论转化的方法 如虚拟反应结果 虚拟数据 虚拟解题需要的条件 虚拟反应过程及虚拟某混合物的化学式等 在化学平衡计算中 依据题给条件运用虚拟的策略构造一等效过程 特定途径 以此作为中介 由图示化定量为定性 从而实现由条件向结论转化的方法是常用的方法 例4 一真空密闭容器中盛有1molPCl5 加热到200 时 发生如下反应 PCl5 g PCl3 g Cl2 g 反应达到平衡后 PCl5所占体积分数为M 若在同一温度和同一容器中 最初投入2molPCl5 反应达到平衡时 PCl5所占体积分数为N 则M和N的正确关系是 A M NB M NC M ND 无法比较 解析 根据化学平衡原理 构造如下途径 设1molPCl5和2molPCl5达到平
