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1、第四节第四节化学反应进行的方向化学反应进行的方向课程标准导航课程标准导航1.了解自发过程和化学反应的自发性。了解自发过程和化学反应的自发性。2通过通过“有序有序”和和“无序无序”的对比，了解熵和熵的对比，了解熵和熵变的概念。变的概念。3初步了解焓变和熵变对化学反应方向的初步了解焓变和熵变对化学反应方向的影响影响,能用焓变和熵变说明化学反应的方向。能用焓变和熵变说明化学反应的方向。新新知知初初探探自自学学导导引引自主学习自主学习一、自发过程和自发反应一、自发过程和自发反应有关化学反应进行的有关化学反应进行的_、_和和_是化学反应原理的三个重要组成部分。科学是化学反应原理的三个重要组成部分。科学家
2、根据体系存在着力图使自身能量趋于家根据体系存在着力图使自身能量趋于方向方向快慢快慢限度限度“_”和由和由“有序有序”变为变为“_”的的自然现象自然现象,提出了互相关联的提出了互相关联的_判据和判据和_判判据，为最终解决上述问题提供了必要依据。据，为最终解决上述问题提供了必要依据。1自发过程自发过程(1)含义含义在一定条件下，不用借助于在一定条件下，不用借助于_就可以就可以自动进行的过程。自动进行的过程。最低最低无序无序焓焓熵熵外力外力(2)特点特点体系趋向于从体系趋向于从_状态转变为状态转变为_状状态态(体系对外部做功或者释放热量体系对外部做功或者释放热量)。在在密密闭闭条条件件下下，体体系系
3、有有从从_序序自自发发转转变为变为_序的倾向。序的倾向。2自发反应自发反应在在给给定定的的条条件件下下，可可以以自自发发地地进进行行到到显显著著程程度的反应。度的反应。高能高能低能低能有有无无想一想想一想“自自发发反反应应一一定定能能自自动动进进行行，而而非非自自发发反反应应一定不能发生一定不能发生”，这句话对吗？说明理由。，这句话对吗？说明理由。提提示示：不不对对。某某些些自自发发反反应应需需在在一一定定条条件件下下才才能能自自动动进进行行，非非自自发发反反应应具具备备了了一一定定条条件件也也能能发发生生。如如甲甲烷烷燃燃烧烧是是自自发发反反应应，但但需需点点燃燃或或加加热热才才能能反反应应
4、；石石灰灰石石分分解解为为氧氧化化钙钙和和二氧化碳为非自发反应二氧化碳为非自发反应,在高温下可以发生。在高温下可以发生。二、化学反应进行方向的判据二、化学反应进行方向的判据1焓判据焓判据2熵判据熵判据(1)熵熵体系倾向体系倾向(密闭容器密闭容器)：含义：科学家用含义：科学家用_ (符号为符号为S)来量度这来量度这种混乱种混乱(或无序或无序)的程度。的程度。特点：同一种物质不同状态时熵值大小为特点：同一种物质不同状态时熵值大小为S(g)_ S(l)_ S(s)。(2)熵增原理熵增原理在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵系的熵_，即熵变，即熵变(符号符
5、号S)_ 零。零。熵熵增大增大大于大于(3)熵判据熵判据体系有自发地向混乱度体系有自发地向混乱度_ (即熵增即熵增)的方的方向转变的倾向，因此可用向转变的倾向，因此可用_来判断反来判断反应进行的方向。应进行的方向。3复合判据复合判据综综合合考考虑虑_和和_的的复复合合判判据据，将将更更适适合合于于所所有有的的过过程程，只只根根据据一一个个方方面面来来判断反应进行的方向是不全面的。判断反应进行的方向是不全面的。增加增加熵变熵变焓判据焓判据熵判据熵判据自主体验自主体验1(2012铜川高二检测铜川高二检测)水的三态的熵值的水的三态的熵值的大小关系正确的是大小关系正确的是(Sm表示表示1mol物质的熵
6、值物质的熵值)()ASm(s)Sm(l)Sm(g)BSm(l)Sm(s)Sm(g)CSm(g)Sm(l)Sm(s)DSm(s)Sm(l)Sm(g)解析：选解析：选C。同一种物质处于气态时熵值最。同一种物质处于气态时熵值最大，液态次之，固态时熵值最小。大，液态次之，固态时熵值最小。2下下列列关关于于判判断断过过程程、方方向向的的说说法法正正确确的的是是()A所有自发进行的化学反应都是放热反应所有自发进行的化学反应都是放热反应B高高温温、高高压压下下低低能能量量的的石石墨墨转转化化为为高高能能量的金刚石是自发的化学反应量的金刚石是自发的化学反应C由由焓焓判判据据和和熵熵判判据据组组合合而而成成的的
7、复复合合判判据据更适合于所有过程更适合于所有过程D同同一一物物质质的的固固、液液、气气三三种种状状态态的的熵熵值值相同相同解解析析：选选C。自自发发进进行行只只能能用用来来判判断断过过程程的的方方向向，不不能能判判断断反反应应的的热热效效应应；高高温温高高压压下下的的反反应应是是非非自自发发的的；同同一一物物质质固固、液液、气气三三种状态中，气态的熵值最大。种状态中，气态的熵值最大。3以下自发过程可用焓判据来解释的是以下自发过程可用焓判据来解释的是()A硝酸铵自发地溶于水硝酸铵自发地溶于水B2N2O5(g)=4NO2(g)O2(g)H56.7 kJ/molC(NH4)2CO3(s)=NH4HC
8、O3(s)NH3(g)H74.9 kJ/molD2H2(g)O2(g)=2H2O(l)H572 kJ/mol解析：选解析：选D。焓判据能够说明放热反应为自。焓判据能够说明放热反应为自发反应，而发反应，而A、B、C三个自发过程均为吸热三个自发过程均为吸热过程，显然不能用焓判据来解释，只有过程，显然不能用焓判据来解释，只有D项项可以用焓判据解释。可以用焓判据解释。要要点点突突破破讲讲练练互互动动 要点要点1 1化学反应进行的方向和化学反应进行的方向和焓变、熵变焓变、熵变提示：提示：H2的燃烧属自发反应，该过程放出热的燃烧属自发反应，该过程放出热量量，体体系系能能量量降降低低，但但熵熵减减小小，说说
9、明明判判断断一一定反应进行的方向要综合考虑焓判据和熵判定反应进行的方向要综合考虑焓判据和熵判据。据。要点归纳要点归纳1与焓变的关系与焓变的关系自发反应自发反应的特点的特点放热反应过程中体系能量降低，具有自发进放热反应过程中体系能量降低，具有自发进行的倾向行的倾向自发反应自发反应与焓变的与焓变的关系关系多数放热反多数放热反应能自发进应能自发进行行(H0)NH4HCO3(s)CH3COOH(aq)=CO2(g)CH3COONH4(aq)H2O(l)自发反应自发反应的特点的特点放热反应过程中体系能量降低，具有放热反应过程中体系能量降低，具有自发进行的倾向自发进行的倾向自发反应自发反应与焓变的与焓变的
10、关系关系有一些吸热反应常有一些吸热反应常温下不能自发进行温下不能自发进行,但在较高温度下则但在较高温度下则能自发进行能自发进行(H0)CaCO3(s)=CaO(s)CO2(g)结论结论多数自发进行的化学反应是放热反应，多数自发进行的化学反应是放热反应，但也有很多吸热反应能自发进行，因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关的因素之一，但不是决定反应能否自发进行的惟一因素自发进行的惟一因素自发反应自发反应的特点的特点化学反应有趋向于最大混乱度的倾化学反应有趋向于最大混乱度的倾向向自发反应自发反应与熵变的与熵
11、变的关系关系许多熵增加的反应许多熵增加的反应在常温、常压下可在常温、常压下可以自发进行。产生以自发进行。产生气体的反应，气体气体的反应，气体物质的量增加的反物质的量增加的反应，熵值通常都是应，熵值通常都是正值，为熵增反应正值，为熵增反应2H2O2(aq)= 2H2O(l)O2(g)2.与熵变的关系与熵变的关系自发反应自发反应的特点的特点化学反应有趋向于最大混乱度的倾向化学反应有趋向于最大混乱度的倾向自发反应自发反应与熵变的与熵变的关系关系有些熵增的反应有些熵增的反应在常温、常压下在常温、常压下不能自发进行，不能自发进行，但在较高温度下但在较高温度下可以自发进行可以自发进行CaCO3(s)=Ca
12、O(s)CO2(g) C(s，石墨，石墨)H2O(g)=CO(g)H2(g)少数熵减的反应少数熵减的反应,在一定条件下也在一定条件下也可以自发进行可以自发进行2Al(s)Fe2O3(s) =Al2O3(s)2Fe(s)结论结论反应熵变是与反应进行的方向有关的因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素之一，但不是决定反应能否自发进行的惟一因素的惟一因素特别提醒特别提醒从能量角度从能量角度(即焓变即焓变)看，化学反应有趋向于看，化学反应有趋向于最低能量状态的倾向，而从熵变角度看，化最低能量状态的倾向，而从熵变角度看，化学反应有趋向于最大混乱度的倾向，在实际学反应有趋向
13、于最大混乱度的倾向，在实际的化学变化中，的化学变化中，H与与S倾向有时会出现矛倾向有时会出现矛盾，因此，在分析一个具体化学反应自发进盾，因此，在分析一个具体化学反应自发进行的方向时，不能孤立地使用焓判据或熵判行的方向时，不能孤立地使用焓判据或熵判据来分析，否则，可能会得出错误的结论，据来分析，否则，可能会得出错误的结论，要注意应用焓判据和熵判据综合进行分析，要注意应用焓判据和熵判据综合进行分析，即凡是能够使体系能量降低、熵增大的方向即凡是能够使体系能量降低、熵增大的方向就是化学反应容易进行的方向。就是化学反应容易进行的方向。即时应用即时应用1下列说法正确的是下列说法正确的是()A在常温下，放热
14、反应一般能自发进行，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吸热反应都不能自发进行BNH4HCO3(s)=NH3(g)H2O(g)CO2(g)H185.57 kJ/mol,能自发进行能自发进行,原因是体系有自发地向混乱度增加的方向转原因是体系有自发地向混乱度增加的方向转变的倾向变的倾向C因为焓变和熵变都与反应的自发性有关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因此焓变或熵变均可以单独作为反应自发性的判据的判据D在其他外界条件不变的情况下，使用催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化剂，可以改变化学反应进行的方向解析
15、：选解析：选B。A项错误，有些能使熵值增大的项错误，有些能使熵值增大的吸热反应可以自发进行；吸热反应可以自发进行；C项错误的原因项错误的原因是要将二者综合起来即利用复合判据进行判是要将二者综合起来即利用复合判据进行判断；断；D项中使用催化剂只能降低反应的活化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。能，不能改变反应的方向。探究导引探究导引2应如何判断化学反应进行的方向？应如何判断化学反应进行的方向？提提示示：判判断断一一个个化化学学反反应应在在一一定定温温度度下下能能否否自自发发进进行行，应应综综合合考考虑虑焓焓变变和和熵熵变变，根根据据复复合合判判据据GHTS判断。判断。 要点
16、要点2 2化学反应进行方向的复合判据化学反应进行方向的复合判据要点归纳要点归纳1用焓变和熵变的复合判据判断反应的方向用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体系的自由能变化(符号符号G，单位，单位 kJ/mol)综合考虑了焓变和熵变对体系的影响，可用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，于化学反应自发进行的方向的判断，GHTS。H444.3 kJmol1S280.1 Jmol1K1，则：，则：GHTS444.3 kJmol1298 K(280.1103kJmol1K1)360.83 kJmol10此时焓变对反应的方向起决定性作用。此时焓变对反应的方向
17、起决定性作用。再如：再如：NH4HCO3(s)CH3COOH(aq) =CO2(g)CH3COONH4(aq)H2O(l)H37.301 kJ/molS184.05 Jmol1K1，则，则GHTS37.301 kJ/mol298 K(184.05103 kJmol1K1)17.55 kJmol10。故室温下该反应不能自发进行。故室温下该反应不能自发进行。即时应用即时应用2汽车尾气汽车尾气(含烃类、含烃类、CO、NO与与SO2等等)是是城市主要污染源之一，治理的办法之一是在城市主要污染源之一，治理的办法之一是在汽车排气管上装催化转化器，它使汽车排气管上装催化转化器，它使NO与与CO反应生成可参与
18、大气生态循环的无毒气体，反应生成可参与大气生态循环的无毒气体，其反应原理是：其反应原理是：2NO(g)2CO(g)=N2(g)2CO2(g)，在，在298 K、100kPa下，下，H113 kJmol1，S145 Jmol1K1。下列说法中错误的是。下列说法中错误的是()A该反应中反应物总能量高于生成物的总该反应中反应物总能量高于生成物的总能量能量B该反应常温下不能自发进行，因此需要该反应常温下不能自发进行，因此需要高温和催化剂条件高温和催化剂条件C该反应常温下能自发进行，高温和催化该反应常温下能自发进行，高温和催化剂条件只是加快反应的速率剂条件只是加快反应的速率D汽车尾气中的这两种气体会与人
19、体血红汽车尾气中的这两种气体会与人体血红蛋白结合而使人中毒蛋白结合而使人中毒解析：选解析：选B。因为。因为2NO(g)2CO(g)=N2(g)2CO2(g)，298 K时，时，H113kJ/mol，S145 Jmol1K1，说明该反应为放热反应，且是熵减的反，说明该反应为放热反应，且是熵减的反应。生成物的总能量低于反应物的总能量，应。生成物的总能量低于反应物的总能量，常温时常温时GHTS113kJmol1298 K(145103 kJmol1K1)69.79 kJmol10，放热反，放热反应应H0,此时此时G0,反应一定自发进行，反应一定自发进行，C正确正确;有些反应在常温下非自发进行，但有些
20、反应在常温下非自发进行，但高温时能自发进行，高温时能自发进行，D错误。错误。【答案答案】C【误误区区警警示示】本本题题易易错错选选A或或B，认认为为在在常常温温常常压压下下，多多数数放放热热的的化化学学反反应应可可用用H作作为为判判据据，判判断断其其是是否否自自发发进进行行；多多数数熵熵增增反反应应可用熵判据，判断其是否自发进行。但可用熵判据，判断其是否自发进行。但是是，只只使使用用焓焓判判据据或或熵熵判判据据来来确确定定变变化化过过程程的的方方向向是是片片面面的的，对对具具体体反反应应需需应应用用焓焓判判据据和和熵熵判判据据综综合合进进行行分分析析，即即凡凡是是使使体体系系能能量量降降低低、
21、熵熵增增大大的的方方向向就就是是化化学学反反应应容容易易进进行行的方向。的方向。 已知已知“凡气体分子总数增多的反应一凡气体分子总数增多的反应一定是熵增大的反应定是熵增大的反应”。一定条件下，下列反应。一定条件下，下列反应不可能自发进行的是不可能自发进行的是()A2O3(g)=3O2(g)H0CN2(g)3H2(g)=2NH3(g)H0【解解析析】A项项中中S0，H0，一一定定能能自自发发进进行行；B项项中中S0，一一定定不不能能自自发发进进行行；C项项中中，S0，H0,H0,可能自发进行。可能自发进行。【答案答案】B化学反应进行方向的实验探究和判断化学反应进行方向的实验探究和判断由焓判据知放
22、热反应是易进行的，由熵判据由焓判据知放热反应是易进行的，由熵判据知熵值增加是能自发进行的。但仅凭焓判据知熵值增加是能自发进行的。但仅凭焓判据或熵判据判断可能出现错误的结果，如某些或熵判据判断可能出现错误的结果，如某些吸热或熵减的过程也能自发进行。吸热或熵减的过程也能自发进行。热热点点示示例例思思维维拓拓展展经典案例经典案例往平底烧瓶中放入氢氧化钡晶往平底烧瓶中放入氢氧化钡晶体体Ba(OH)28H2O和固态氯化铵晶体和固态氯化铵晶体,塞紧塞紧瓶瓶塞。在瓶底和木板间滴少量水，如图所示。塞。在瓶底和木板间滴少量水，如图所示。一会儿，就会发现瓶内固态物质变稀并有液一会儿，就会发现瓶内固态物质变稀并有液
23、体产生，瓶壁变冷，小木板上因少量水冻结体产生，瓶壁变冷，小木板上因少量水冻结而被烧瓶黏住，这时打开瓶塞，出来的气体而被烧瓶黏住，这时打开瓶塞，出来的气体有氨味。这是自发地发生了反应。有氨味。这是自发地发生了反应。(1)下列结论正确的是下列结论正确的是()A自发反应一定是放热反应自发反应一定是放热反应B自发反应一定是吸热反应自发反应一定是吸热反应C有的吸热反应也能自发进行有的吸热反应也能自发进行D吸热反应不能自发进行吸热反应不能自发进行(2)发生反应的化学方程式为发生反应的化学方程式为_。(3)从化学反应进行的方向角度解释上述现象。从化学反应进行的方向角度解释上述现象。【解解析析】(1)由由现现
24、象象可可知知该该反反应应吸吸热热且且自自发发,故选故选C。(2)发发生生反反应应的的化化学学方方程程式式为为Ba(OH)28H2O2NH4Cl(s)=BaCl22NH310H2O。(3)虽虽然然该该反反应应是是吸吸热热反反应应，但但该该反反应应也也是是熵熵值值增增加加的的反反应应，且且熵熵变变的的作作用用对对反反应应的的方方向向起起了了决决定定性性作作用用。HTS0，常常温温下下自自发发进行，故有上述现象发生。进行，故有上述现象发生。【答案答案】(1)C(2)Ba(OH)28H2O 2NH4Cl(s)=BaCl22NH310H2O(3)该该反反应应是是吸吸热热、熵熵增增反反应应，由由于于熵熵变变对对该该反反应应起起了了决决定定性性作作用用，所所以以HTS0，即即该该反反应应常常温温下下自自发发进进行行，从从而而产产生生了了上上述述现现象。象。
