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1、第二章化学反应的方向、第二章化学反应的方向、限度与速率限度与速率zxxkw第第1节化学反应的方向节化学反应的方向1.理解焓变与反应方向的关系。理解焓变与反应方向的关系。2了解熵和熵变的概念，知道化学反应中了解熵和熵变的概念，知道化学反应中存在熵变。存在熵变。3理解熵变与反应方向的关系。理解熵变与反应方向的关系。4能综合运用焓变与熵变判断反应进行的能综合运用焓变与熵变判断反应进行的方向。方向。课程标准导航课程标准导航一、反应焓变与反应方向一、反应焓变与反应方向1自发过程自发过程(1)概念：在温度和压强一定的条件下，不借概念：在温度和压强一定的条件下，不借助光、电等外部力量就能自动进行的过程。助光
2、、电等外部力量就能自动进行的过程。(2)特点：具有特点：具有_，即反应的某个方向，即反应的某个方向在一定条件下是自发的，而其逆方向在该条在一定条件下是自发的，而其逆方向在该条件下肯定不自发。件下肯定不自发。新知初探自学导引新知初探自学导引方向性方向性2反应焓变与反应方向的关系反应焓变与反应方向的关系(1)能自发进行的化学反应多数是能自发进行的化学反应多数是_反应。反应。(2)有些有些_反应也能自发进行。反应也能自发进行。结论：反应焓变与反应能否自发进行有关，结论：反应焓变与反应能否自发进行有关，但不是决定反应能否自发进行的但不是决定反应能否自发进行的_。放热放热吸热吸热唯一因素唯一因素想一想想
3、一想1体系总是向降低自身能量的方向进行变体系总是向降低自身能量的方向进行变化，那么化，那么H越大越大2熵变熵变(1)概念：反应产物的总熵和反应物的总熵之概念：反应产物的总熵和反应物的总熵之差。差。(2)计算式：计算式：SS(反应产物反应产物)S(反应物反应物)。(3)正负判断依据正负判断依据产生气体的反应，气体物质的量增大的反产生气体的反应，气体物质的量增大的反应，熵变通常都是应，熵变通常都是_，是熵增大的反应。，是熵增大的反应。气体物质的量减小的反应，熵变通常都是气体物质的量减小的反应，熵变通常都是_，是熵减小的反应。，是熵减小的反应。正值正值负值负值3熵变与反应方向熵变与反应方向(1)熵熵
4、_有利于反应的自发进行。有利于反应的自发进行。(2)某些熵某些熵_的反应在一定条件下也能的反应在一定条件下也能自发进行。自发进行。(3)_ 是与反应能否自发进行有关的一个是与反应能否自发进行有关的一个因素，但不是唯一因素。因素，但不是唯一因素。增加增加减小减小熵变熵变三、焓变与熵变对反应方向的共同影响三、焓变与熵变对反应方向的共同影响1反应方向的判据反应方向的判据在判断温度、压强一定条件下反应的方向时在判断温度、压强一定条件下反应的方向时,应该同时考虑应该同时考虑_和和_这两个因素，这两个因素，用用_作为判据。作为判据。HTS0反应不能自发进行反应不能自发进行焓变焓变熵变熵变HTS2文字描述：
5、在温度、压强一定的条件下文字描述：在温度、压强一定的条件下,自发反应总是向自发反应总是向_的方向进行，的方向进行，直至达到直至达到_状态。状态。3局限性：仅仅可以用于判断恒温恒压下局限性：仅仅可以用于判断恒温恒压下反应发生的可能性，不能说明反应在该条件反应发生的可能性，不能说明反应在该条件下能否实际发生。下能否实际发生。HTS0，S0BH0CH0，S0 DH0，S0解析：选解析：选C。冰需吸热才能化为水，由固态。冰需吸热才能化为水，由固态变成液态，混乱度增大。变成液态，混乱度增大。3能用能量判据判断下列过程的方向的是能用能量判据判断下列过程的方向的是()A水总是自发地由高处往低处流水总是自发地
6、由高处往低处流B放热反应容易自发进行，吸热反应不能放热反应容易自发进行，吸热反应不能自发进行自发进行C有序排列的火柴散落时成为无序排列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多次洗牌以后，扑克牌毫无规律的混乱排列的几率大排列的几率大解析：选解析：选A。A项，水总是自发地由高处往项，水总是自发地由高处往低处流，有趋向于最低能量状态的倾向。低处流，有趋向于最低能量状态的倾向。B项，吸热反应也可以自发进行，例如，在项，吸热反应也可以自发进行，例如，在25 和和1.01105Pa时，时，2N2O5(g)=4NO2(g)O2(g)H56.7 kJmol1，(NH4)2CO3(
7、s)=NH4HCO3(s)NH3(g)H74.9 kJmol1。不难看出，上述两个反应都是吸热反应，又不难看出，上述两个反应都是吸热反应，又都是熵增的反应，显然只根据焓变来判断反都是熵增的反应，显然只根据焓变来判断反应进行的方向是不全面的。应进行的方向是不全面的。C项，有序排列项，有序排列的火柴散落时成为无序排列，有趋向于最大的火柴散落时成为无序排列，有趋向于最大混乱度的倾向，属于熵判据。混乱度的倾向，属于熵判据。D项，扑克牌项，扑克牌的无序排列也属于熵判据。的无序排列也属于熵判据。探究导引探究导引1影响化学反应能否自发进行的影响化学反应能否自发进行的因素有哪些？因素有哪些？提示：提示：焓变、
8、熵变等。焓变、熵变等。要点突破讲练互动要点突破讲练互动自发反应自发反应要点归纳要点归纳特别提醒特别提醒1自发仅是一种变化的趋势，即变化的可自发仅是一种变化的趋势，即变化的可能性，能否自发进行还涉及很多问题，如自能性，能否自发进行还涉及很多问题，如自发反应的反应速率。发反应的反应速率。2体系的有序性越高，即混乱度越低，熵体系的有序性越高，即混乱度越低，熵值越小，有序变为无序是熵增过程。值越小，有序变为无序是熵增过程。即时应用即时应用1(2012三明高二质检三明高二质检)已知石墨、金刚石已知石墨、金刚石燃烧的热化学方程式分别为：燃烧的热化学方程式分别为：C(石墨，石墨，s)O2(g)=CO2(g)
9、H393.5 kJmol1C(金刚石，金刚石，s)O2(g)=CO2(g)H395.4 kJmol1关于金刚石和石墨的相互转化，下列说法正关于金刚石和石墨的相互转化，下列说法正确的是确的是(双选双选)()A石墨转化成金刚石是自发进行的过程石墨转化成金刚石是自发进行的过程B金刚石转化成石墨是自发进行的过程金刚石转化成石墨是自发进行的过程C石墨比金刚石能量低石墨比金刚石能量低D金刚石比石墨能量低金刚石比石墨能量低解析：选解析：选BC。由两个方程式得。由两个方程式得C(金刚石，金刚石，s)=C(石墨，石墨，s)H1.9 kJ/mol，所以，所以1 mol金刚石转化为石墨体系向外释放能量，金刚石转化为
10、石墨体系向外释放能量，石墨能量低，金刚石转化为石墨向环境释放石墨能量低，金刚石转化为石墨向环境释放能量能量,能量降低，由能量判据知为自发过程。能量降低，由能量判据知为自发过程。探究导引探究导引2焓变与熵变怎样共同影响反应焓变与熵变怎样共同影响反应方向的？方向的？提示：提示：焓变、熵变都不是唯一因素，化学反焓变、熵变都不是唯一因素，化学反应方向将由二者同时决定，即利用应方向将由二者同时决定，即利用HTS来判定，还涉及到温度问题。来判定，还涉及到温度问题。化学反应方向的判据化学反应方向的判据HTS要点归纳要点归纳化学反应的方向是由化学反应的方向是由H和和S共同决定的，共同决定的，利用利用HTS的符
11、号可以判断恒温、恒压条的符号可以判断恒温、恒压条件下的反应进行方向：件下的反应进行方向：HTS0反应不能自发进行。反应不能自发进行。当焓变和熵变相差不大时，温度可能对反应当焓变和熵变相差不大时，温度可能对反应方向起决定性的作用，可以估算反应发生逆方向起决定性的作用，可以估算反应发生逆转的温度转的温度(转向温度转向温度)：TH/S。化学反应。化学反应体系焓变减少体系焓变减少(H0)都有都有利于反应的进行。利于反应的进行。可以用下列象限法进行判断：可以用下列象限法进行判断：(如下图如下图)特别提醒特别提醒1在温度、压强一定的条件下，反应的焓在温度、压强一定的条件下，反应的焓变和熵变共同影响化学反应
12、的方向。放热反变和熵变共同影响化学反应的方向。放热反应的焓变小于零，熵增加的反应的熵变大于应的焓变小于零，熵增加的反应的熵变大于零，都对零，都对HTS0有所贡献，因此放热和有所贡献，因此放热和熵增加有利于反应的自发进行。熵增加有利于反应的自发进行。2利用利用HTS0进行反应的自发性判断进行反应的自发性判断时，实际上不管时，实际上不管H和和S的具体值是多少，的具体值是多少，关键是看关键是看HTS的值与的值与0的相对大小。的相对大小。即时应用即时应用2有有A、B、C、D四个反应：四个反应：反应反应ABCDH/kJmol110.51.8012611.7S/Jmol1K130.0 113.084.01
13、05.0则在任何温度下都能自发进行的反应是则在任何温度下都能自发进行的反应是_，任何温度下都不能自发进行的反，任何温度下都不能自发进行的反应是应是_，另外两个反应中，在温度高，另外两个反应中，在温度高于于_ 时，可自发进行的反应是时，可自发进行的反应是_，在温度低于，在温度低于_ 时时,可可自发进行的反应是自发进行的反应是_。解析：解析：C中中H0，任何温度下反应，任何温度下反应均可自发进行；均可自发进行；B中中H0，S0，S0,高温下反应可自发进行，高温下反应可自发进行，答案：答案：CB77A161.6D题型探究权威预测题型探究权威预测下列说法中正确的是下列说法中正确的是()A凡是放热反应都
14、能自发进行凡是放热反应都能自发进行B所有的自发反应都是放热的所有的自发反应都是放热的C焓变是决定反应是否具有自发性的判据焓变是决定反应是否具有自发性的判据D焓变是影响反应是否具有自发性的一种焓变是影响反应是否具有自发性的一种重要因素重要因素反应焓变与反应方向的关系反应焓变与反应方向的关系【思路点拨思路点拨】解答本题要注意以下两点：解答本题要注意以下两点：(1)焓变不是决定反应是否自发进行的唯一因焓变不是决定反应是否自发进行的唯一因素。素。(2)吸热反应、放热反应与反应是否自发吸热反应、放热反应与反应是否自发进行无必然联系。进行无必然联系。【解析解析】(1)多数能够自发进行的反应都是多数能够自发
15、进行的反应都是放热反应，但也有些自发进行的反应是吸热放热反应，但也有些自发进行的反应是吸热反应。反应。(2)反应的自发性与焓变并不严格一致，焓变反应的自发性与焓变并不严格一致，焓变是影响反应自发进行的重要因素，但不是唯是影响反应自发进行的重要因素，但不是唯一因素。一因素。【答案答案】D【名师点睛名师点睛】(1)大量化学实验事实证明：大量化学实验事实证明：多数能自发进行的化学反应是放热的。如甲多数能自发进行的化学反应是放热的。如甲烷的燃烧、氢气的燃烧、铁的生锈等，在常烷的燃烧、氢气的燃烧、铁的生锈等，在常温、常压下，氢氧化亚铁氧化为氢氧化铁的温、常压下，氢氧化亚铁氧化为氢氧化铁的反应是自发的，反
16、应放热。反应是自发的，反应放热。4Fe(OH)2(s)2H2O(l)O2(g)=4Fe(OH)3(s)H(298 K)444.3 kJmol1。(2)不少吸热反应也能自发进行，如不少吸热反应也能自发进行，如NH4HCO3(s)CH3COOH(aq)=CO2(g)CH3COONH4(aq)H2O(l)H(298 K)37.30 kJmol1；还有一些吸热反应在室温；还有一些吸热反应在室温条件下不能自发进行，但在较高温度下则能条件下不能自发进行，但在较高温度下则能自发进行，如在室温和较高温度下均为吸热自发进行，如在室温和较高温度下均为吸热过程的碳酸钙分解反应。过程的碳酸钙分解反应。 (2012青岛
17、高二统考青岛高二统考)碳酸铵碳酸铵(NH4)2CO3在室温下就自发地分解产生氨气在室温下就自发地分解产生氨气,对其说法正确的是对其说法正确的是()A碳酸铵分解是因为生成了易挥发的气体碳酸铵分解是因为生成了易挥发的气体,使使体系的熵增大体系的熵增大B碳酸铵分解与能量无关碳酸铵分解与能量无关熵变与反应方向的关系熵变与反应方向的关系C碳酸铵分解是吸热反应，根据能量判据碳酸铵分解是吸热反应，根据能量判据判断不能自发分解判断不能自发分解D碳酸盐都不稳定，能自发分解碳酸盐都不稳定，能自发分解【解析解析】(NH4)2CO3常温下能自发分解，常温下能自发分解，是因为反应体系由于是因为反应体系由于NH3(g)的
18、生成而使熵增的生成而使熵增大，大，(NH4)2CO3分解为吸热反应，根据能量分解为吸热反应，根据能量判据，大多数放热反应为自发的，但有些吸判据，大多数放热反应为自发的，但有些吸热反应也能自发进行，比如热反应也能自发进行，比如(NH4)2CO3在常在常温下的自发分解。有些碳酸盐很稳定，如温下的自发分解。有些碳酸盐很稳定，如Na2CO3等不能自发分解。等不能自发分解。【答案答案】A【提示提示】NH4HCO3常温下常温下可分解可分解NH4HCO3(s)=NH3(g)CO2(g)H2O(l)S0CaCO3高温下可分解：高温下可分解：CaCO3(s)CaO(s)CO2(g)S0互动探究互动探究举例说明能
19、分解的碳酸盐有哪些？举例说明能分解的碳酸盐有哪些？( (至少至少2例例) ),它们的熵变化是怎样的？它们的熵变化是怎样的？【名师点睛名师点睛】熵增与自发过程熵增与自发过程体系的混乱度增大的过程即熵增加的过程，体系的混乱度增大的过程即熵增加的过程，大多数熵增加的过程为自发过程，但熵增原大多数熵增加的过程为自发过程，但熵增原理只是解释部分自发过程的判据，而非决定理只是解释部分自发过程的判据，而非决定性因素。性因素。高温时空气中的高温时空气中的N2和和O2会反应生成会反应生成NO而污染大气：而污染大气：N2(g)O2(g)=2NO(g)。试通。试通过计算说明在过计算说明在1200 的条件下，此反应能
20、否的条件下，此反应能否正向自发进行？估算自发进行的最低温度是多正向自发进行？估算自发进行的最低温度是多少？少？已知：该反应的已知：该反应的H180.50 kJmol1；S24.77 Jmol1K1运用运用HTS判断化学反判断化学反应能否自发进行应能否自发进行【解析解析】1200 时，该反应的时，该反应的HTS180.50 kJmol1(1200273) K24.77 Jmol1K1103 kJJ1144.01 kJmol10，故该温度下反应不能正向自发进行。，故该温度下反应不能正向自发进行。HTSH/S180.50 kJmol1/0.02477 kJmol1K17287 K，即此反应自发进行的
21、最低，即此反应自发进行的最低温度为温度为7287 K。【答案答案】1200 不能自发进行；自发进行不能自发进行；自发进行的最低温度是的最低温度是7287 K。【名师点睛名师点睛】判断反应自发进行的判据为判断反应自发进行的判据为HTS0，将给定的数据代入该式即可得，将给定的数据代入该式即可得出相应答案。出相应答案。在计算过程中，要注意在计算过程中，要注意S的正负号对不等式的正负号对不等式的影响及的影响及H、S单位的统一。单位的统一。课堂达标即时巩固课堂达标即时巩固热点示例思维拓展热点示例思维拓展经典案例经典案例金刚石和石墨本是一对孪生兄弟金刚石和石墨本是一对孪生兄弟,但现在却是一个光彩夺目、坚硬
22、无比，一个漆但现在却是一个光彩夺目、坚硬无比，一个漆黑一团、柔软细腻，只因为碳元素的排列不同黑一团、柔软细腻，只因为碳元素的排列不同,它们的价值便有了天壤之别。由于地球上天然它们的价值便有了天壤之别。由于地球上天然金刚石很稀少，从金刚石很稀少，从20世纪世纪50年代开始，很多国年代开始，很多国家都在进行把石墨转化为金刚石的尝试，在家都在进行把石墨转化为金刚石的尝试，在1800 和和7万个大气压的条件下，人们终于将万个大气压的条件下，人们终于将石墨转变成了人造金刚石。石墨转变成了人造金刚石。已知在已知在298 K时，由石墨生成金刚石的反应时，由石墨生成金刚石的反应的的H1.895 kJmol1，
23、HTS2.866 kJmol1，又已知石墨的熵，又已知石墨的熵S石墨石墨5.694 J(molK)1，求金刚石的熵，求金刚石的熵S金刚石金刚石，并回答，并回答这两种碳的同素异形体哪种更有序？这两种碳的同素异形体哪种更有序？(化学反化学反应的熵变是生成物的总熵与反应物的总熵之应的熵变是生成物的总熵与反应物的总熵之差差)。【解析解析】石墨转化为金刚石的反应为：石墨转化为金刚石的反应为：C(s，石墨，石墨)=C(s，金刚石，金刚石)，HTSHT(S金刚石金刚石S石墨石墨)2.866 kJmol1，即，即1.895 kJmol1298 K(S金刚石金刚石5.694)103kJ(molK)12.866 kJmol1，解得，解得S金刚金刚石石2.436 J(molK)1。熵是体现混乱度的物理量，混乱度越小，体熵是体现混乱度的物理量，混乱度越小，体系的熵值就越小，或者说体系的熵值越小，系的熵值就越小，或者说体系的熵值越小，则越有序。通过上面的计算知则越有序。通过上面的计算知S金刚石金刚石S石墨石墨，则金刚石比石墨更有序。则金刚石比石墨更有序。【答案答案】S金刚石金刚石2.436 J(molK)1金刚金刚石更有序石更有序