化学反应的方向++课件-2024学年高二上学期化学人教版(2019)选择性必修1

Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl==2NH3↑+BaCl2+10H2O ΔH>0 该反应在常温下能自发进行
大多数放热反应可以自发进行，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关的因素之一，但不是决定反应 能否自发进行的唯一因素。
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2.熵 熵:用来度量体系混乱程度的物理量,符号为S,单位为J·mol-1·K-1。体 系混乱程度越大,熵值越大。
反应能否自发进行的判据
解析:同一物质的固、液、气三种状态的熵值递增,A错误;常温下反应2Na2SO3(s)+O2(g)=2Na2SO4(s) ΔS<0,能自发进行主要是因为ΔH<0,B正确;CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) ΔH>0,ΔS>0,根据自由能判据 可知,若自发进行,则 ΔG=ΔH-TΔS<0,即高温下可自发进行,C错误;焓变和熵变都与反应的自发性有 关,但焓变或熵变单独作为判断反应能否自发进行的判据是片面的,应该用复合判据综合判断,D错 误。
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一、自发过程与自发反应
1.自发过程
(1)含义:在一定条件下,不用借助外力就可以自动进行的过程。例如:高
山流水、自由落体、ห้องสมุดไป่ตู้茶变凉。
(2)特点:
①体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部 做功或释放热量)。 ②在密闭条件下,体系有从有序自发转变为无序的倾向 (无序体系更加稳定)。 (3)非自发过程:在一定条件下,需持续借助外力才能进 行的过程。
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3.以下说法中正确的是 ( C )
A.ΔH<0的反应均是自发反应 B.自发进行的反应一定能随时自动发生 C.冰在室温下自动融化成水,这是熵增的过程 D.MgCO3(s)====MgO(s)+CO2(g)高温下,不能自发
解析:ΔG<0反应自发进行,由ΔG=ΔH-TΔS可知,ΔH<0时,若ΔS<0,则ΔG可能大于0,反应非 自发,故A错误;ΔG<0反应自发进行,能否随时自动发生还有反应速率问题,故B错误;反应 向熵增方向进行,同种物质熵值:液体>固体,冰在室温下自动融化成水,是熵增的过程,故 C正确;碳酸镁分解属于吸热反应,ΔH>0,MgCO3(s)===MgO(s)+CO2(g),固体分解得到气 体,混乱度增加,ΔS>0,在高温条件下ΔG=ΔH-T·ΔS<0反应自发进行,故D错误。
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5.某反应CH3OH(l)+NH3(g)===CH3NH2(g)+H2O(g)在高温时才能自发
进行,则该反应过程的ΔH、ΔS判断正确的是 ( B )
A.ΔH>0、ΔS<0
B.ΔH>0、ΔS>0
C.ΔH<0、ΔS<0
D.ΔH<0、ΔS>0
【解析】选B。由反应可知,气体的体积增大,则ΔS>0,ΔH-TΔS<0的反 应可自发进行,该反应在高温时才能自发进行,可知ΔH>0。
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2.试判断用于汽车净化的一个反应2NO(g)+2CO(g)===N2(g)+2CO2(g)在 298 K、100 kPa下能否自发进行? 已知:在298 K、100 kPa下该反应的ΔH=-113.0 kJ·mol-1,ΔS=-145.3 J·mol1·K-1。
ΔG=ΔH-TΔS=-113.0 kJ·mol-1-298 K×[-145.3 J·mol-1·K-1)]×10-3≈69.7 kJ·mol-1<0 可以自发进行
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4.下列反应中ΔH>0,ΔS>0的是 ( A )
A.CaCO3(s)====CaO(s)+CO2(g) B.NH3(g)+HCl(g)====NH4Cl(s) C.4Fe(OH)2(s)+O2(g)+2H2O(l)====4Fe(OH)3(s) D.任何温度下均能自发进行2H2O2(l)====2H2O(l)+O2(g)
上述三反应都是放热反应（△H<0），常温下都能自发进行。
放热反应(△H<0 )具有自发进行的倾向。 放热反应过程中体系能量降低,具有自发进行的倾向,因此可用焓变来判 断反应进行的方向。
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CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ΔH>0 该反应在常温下不能自发进行，但在较高温度下你那能自发进行。
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练一练 1.下列过程为自发过程的是 ( D )
①铵盐溶解 ②烧碱与盐酸的反应 ③锌与稀硫酸的反应 ④氢气在 氧气中燃烧 ⑤镁在空气中燃烧 ⑥铝热反应 ⑦墨水在水中扩散 ⑧电解熔融氯化钠 A．①②③⑦ B．⑤⑥⑦⑧ C．②④⑥⑧ D．①②③④⑤⑥⑦
解析：自发过程是不借助任何外界条件即可发生的过程，①铵盐溶解放 出热量，②烧碱与盐酸的反应是中和反应，释放热量，是自发过程，③ 锌与稀硫酸的反应是自发过程，④氢气在氧气中燃烧是自发过程，⑤镁 在空气中燃烧是自发过程，⑥铝热反应是自发过程，⑦墨水在水中扩散 是自发过程，⑧电解熔融氯化钠需要通电，不是自发过程。
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增大， 即熵变大于零。
NH3(g)+HCl(g)===NH4Cl(s) ΔS＜0。 该熵减反应常温下能自发进行。
熵增有利于反应自发进行,有些熵减的反应,在一定条件下也能自发进行。 所以熵变是反应能否自发进行的一个因素,但不是唯一因素。
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解析:气体从高密度处向低密度处扩散,为自发过程,A不选; 水由高处向低处流,受重力的作用,属于自发过程,B不选; 煤气的燃烧,反应常温下不能自发进行,但由于其为放热反应,点燃引发反 应后,能自发进行,属于自发过程,C不选;
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二、化学反应方向的判断
1.焓判据 H2(g) + 12O2(g) = H2O(l) △H= -285.8 kJ·mol-1 Zn(s) + CuSO4 (aq) = ZnSO4(aq)+ Cu(s) △H= -216.8 kJ·mol-1 NaOH(aq) + HCl(aq) = NaCl(aq) + H2O(l) △H= -57.3kJ·mol-1
①同一种物质,不同状态,熵值大小为S(g)＞S(l)＞S(s)。 ②熵变(ΔS)：ΔS＝S(生成物)－S(反应物)。 ③对于一个化学反应,若气体分子数增大,则ΔS＞0,气体分子数减少,则ΔS＜0。
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3.熵判据
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体系有自发地向混乱度增大(即熵增)的方向转变的倾向,因此可用熵变 来判断反应进行的方向。
解析:CaCO3(s)====CaO(s)+CO2(g)是吸热反应,气体体积增大,故A正 确;NH3(g)+HCl(g)====NH4Cl(s)是放热反应,气体体积减小,故B错 误;4Fe(OH)2(s)+O2(g)+2H2O(l)====4Fe(OH)3(s)是放热反应,气体体积减小, 故C错误;2H2O2(l)====2H2O(l)+O2(g),ΔH>0,气体体积增大的反应其ΔS>0, 故D错误。
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6.下列对化学反应方向的说法,正确的是 ( B )
A.同一物质的固、液、气三种状态的熵值递减
B.常温下反应2Na2SO3(s)+O2(g)=2Na2SO4(s)能自发进行,则ΔH<0 C.CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) ΔH>0,ΔS>0,不论在何种条件下都不可能自发进行 D.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判断
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4.复合判据
在一定条件下,一个化学反应能否自发进行,既与反应焓变有关,又与 反应熵变有关。研究表明,在恒温、恒压下,判断化学反应自发性的判据是 体系自由能变化(ΔG、单位:kJ·mol-1):ΔG=ΔH-TΔS(注意:T为热力学温度， 单位是“K”)。
①ΔG<0,反应能自发进行; ②ΔG=0,反应达到平衡状态; ③ΔG>0,反应不能自发进行。
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3.应用 (1)可被用来做“有用功”,例如H2的燃烧可设计成燃料电池; (2)非自发过程要想发生,必须对它做功,例如通电将水分解为H2和O2。
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练一练
下列过程属于非自发的是( D )
A.气体从高密度处向低密度处扩散
C.煤气的燃烧
B.水由高处向低处流 D.室温下水结成冰
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在温度、压强一定的条件下,自发反应总是向ΔG =ΔH -TΔS＜0的方向
进行,直到达平衡状态。
①当ΔH＜0,ΔS＞0时, ΔG ＜ 0,反应 能 自发进行。 ②当ΔH ＞0,ΔS＜0时, ΔG ＞ 0,反应 不能 自发进行。 ③当ΔH＞0,ΔS＞0或ΔH＜0,ΔS＜0时, 反应是否自发进行与 温度 有关,在一 定温度下可使ΔG=0,即反应达平衡状态。
第二章 化学反应速率与化学平衡
第三节 化学反应的方向
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1.了解自发过程和化学反应的自发性。 2.知道化学反应是有方向的，知道化学反应的方向与反应的 焓变和熵变有关。
自然条件下，水总是自发地从高处流 向底处。自然界中有一些过程是自发 进行的，而且是有方向性的。 有些化学反应也是自发进行的，而且 具有方向性。
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2.自发反应
(1)含义:在给定的条件下,可以自发进行到显著程度的化学反应,称为自 发反应。例如:钢铁生锈。 (2)非自发反应:不能自发进行,必须借助某种外力才能进行的反应。
思考：自发反应一定能发生,非自发反应一定不能发生吗?
不正确。某些自发反应需要在一定条件下才能发生,非自发反应具备了 一定条件也能发生。例如:甲烷燃烧是自发反应,但需要点燃或加热才能 够发生;石灰石的分解反应,在常温下是非自发反应,但在高温时,这一反 应就能自发进行。