高二化学：2.4《化学反应进行的方向》知识梳理课件（人教版选修4）

欢迎进入化学课堂 第四节化学反应进行的方向 未涂防锈漆的钢制器件会生锈 香水会扩散到空气中等 这些都是不用借助外力就可以自发进行的过程 用水泵把水从低水位升至高水位 高温高压可以使石墨转化为金刚石 这些是必须在外界对体系施加某种作用时才能实现的过程 化学反应中为什么有的能够自发进行 不需要借助外力 而有些反应或过程需要在特定条件下才能进行呢 这就是化学反应进行的方向的问题 你知道如何判断化学反应能否自发进行或反应进行的方向吗 1 了解自发过程和化学反应的自发性 2 通过 有序 和 无序 的对比 了解熵和熵变的概念 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 有关化学反应进行的是化学反应原理的三个重要组成部分 科学家根据体系存在着力图使自身能量趋于的自然现象 提出了互相关联的焓判据和判据 为最终解决上述问题提供了必要的依据 方向 快慢和限度 最低 和由 有序 变为 无序 熵 1 自发过程 1 含义 在一定条件下 就可以自动进行的过程 2 特点 体系趋向于从状态转变为状态 体系对外部或者能量 在密闭条件下 体系有从自发转变为的倾向 即原理 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化学反应 不用借助于外力 高能 低能 做功 释放 有序 无序 熵增 自发 1 自发过程与自发反应的区别 1 自发过程是指在一定条件下 不用借助外力就可以自动进行的过程 自发反应是指在一定条件下 可以自发地进行到显著程度的化学反应 2 自发过程可以是物理过程 不一定是自发反应 而自发反应一定是自发过程 2 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 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 气体从高密度处向低密度处扩散D 煤气的燃烧解析 知道了自然界中水由高处向低处流 室温下冰的融化 气体从高密度处向低密度处扩散 煤气的燃烧都是自发过程 其逆向都是非自发的 答案 B 1 焓判据 1 用来判断反应进行的方向 2 放热反应过程中体系能量 具有自发进行的 2 熵判据 1 熵用来量度体系的一个物理量 符号为 单位为 焓变 降低 趋向 混乱度 S J mol K 2 熵值大小判据 物质的混乱度 体系的混乱度越大 熵值 同一条件下 不同物质的熵值 物质的存在状态 同一物质 S g S l S s 3 熵增原理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 零 填 大于 小于 或 等于 越大 不同 增加 S 大于 4 熵判据用来判断反应进行的方向 5 熵变的判断 气体体积增大的反应 熵 气体体积减小的反应 熵 3 复合判据过程的自发性只能用于判断过程的 不能确定过程和过程 综合考虑的复合判据 将更适合于所有的过程 只根据一个方面来判断所有进行的方向是不全面的 熵变 增加 减小 方向 是否一定发生 发生的速率 焓判据和熵判据 焓变与熵变对反应方向的共同影响 1 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 符号为 G 单位为kJ mol 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 G H T S 当 H0时 G0 S0 反应不能自发进行 当 H 0 S 0或 H 0 S 0时 反应是否自发进行与温度有关 在一定温度下可使 G 0 即反应达到平衡状态 2 用复合判据判断反应方向的有关规律 放热的熵增加反应一定能自发进行 放热的熵减小反应或熵无明显变化的反应 也可能自发进行 如氢气燃烧 甲烷燃烧等 吸热的熵减小反应一定不能自发进行 而吸热的自发过程一定是熵增加的过程 如 冰的融化 无热效应的自发过程是熵增加的过程 如两种理想气体的混合 当焓变和熵变的作用相反时 如果二者大小相差悬殊 可能某一因素占主导地位 此外 如果焓变和熵变的作用相反且相差不大时 温度有可能对反应的方向起决定性作用 2 汽车尾气 含烃类 CO NO与SO2等 是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NO与CO反应生成可参与大气生态循环的无毒气体 其反应原理是 2NO g 2CO g N2 g 2CO2 g 在298K 100kPa下 H 113kJ mol 1 S 145J mol 1 K 1 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能量B 该反应常温下不能自发进行 因此需要高温和催化剂条件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体血红蛋白结合而使人中毒 解析 因为2NO g 2CO g N2 g 2CO2 g 298K时 H 113kJ mol S 145J mol 1 K 1 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 常温时 G H T S 113kJ mol 1 298K 145 10 3kJ mol 1 K 1 69 79kJ mol 1 0 即该反应在常温下能自发进行 故A C D正确 答案 B 2011 聊城模拟 下列自发反应可用焓判据来解释的是 A 2N2O5 g 4NO2 g O2 g H 56 7kJ mol 1B NH4 2CO3 s NH4HCO3 s NH3 g H 74 9kJ mol 1C 2H2 g O2 g 2H2O l H 286kJ mol 1D CaCO3 s CaO s CO2 g H 178 2kJ mol 1 从焓变的角度分析 化学反应有由高能状态向低能状态转化 使体系能量降低的趋势 表现为放热反应较易进行 答案 C 1 化学反应的方向与焓变的关系 1 多数能自发进行的化学反应是放热反应例如 在常温 常压下 氢氧化亚铁被氧化为氢氧化铁的反应是自发的 反应放热 4Fe OH 2 s 2H2O l O2 g 4Fe OH 3 s H 298K 444 3kJ mol 2 有些吸热反应也能自发进行例如 NH4HCO3 s CH3COOH aq CO2 g CH3COONH4 aq H2O l H 298K 37 30kJ mol 3 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自发进行例如 在室温下和较高温度下均为吸热过程的CaCO3的分解反应 CaCO3 s CaO s CO2 g H 298K 178 2kJ mol H 1200K 176 5kJ mol 2 化学反应的方向与熵变的关系反应的熵变 S为反应产物总熵与反应物总熵之差 对于确定的化学反应 在一定条件下具有确定的熵变 1 许多熵增加的反应在常温 常压下可以自发进行 产生气体的反应 气体物质的物质的量增大的反应 熵变通常都是正值 为熵增加反应 例如 2H2O2 aq 2H2O l O2 g 2 有些熵增加的反应在常温 常压下不能自发进行 但在较高温度下可以自发进行 例如 CaCO3 s CaO s CO2 g C s 石墨 H2O g CO g H2 g 3 铝热反应是熵减小的反应 它在一定条件下也可以自发进行 2Al s Fe2O3 s Al2O3 s 2Fe s 任何反应体系都有趋向于从高能状态转变为低能状态和从有序自发地转变为无序的倾向 因此影响和决定化学反应进行方向的因素是焓变和熵变 1 下列对熵的理解不正确的是 A 同种物质气态时熵值最大 固态时熵值最小B 体系越有序 熵值越小 越混乱 熵值越大C 与外界隔离的体系 自发过程将导致体系的熵减小D 25 1 01 105Pa时 2N2O5 g 4NO2 g O2 g 是熵增的反应解析 一般自发过程的熵值都增大 故选C 答案 C 2011 山东省实验中学高二质检 对反应 CaCO3 s CaO s CO2 g H 298K 178 2kJ mol 1 S 298K 169 6J mol 1 K 1 1 判断该反应室温下能否自发进行 2 若不能自发进行 试提出自发进行的方法 并进行计算 思路指引 利用判据 H T S进行相关计算 即可得出反应能否自发进行的结论 利用复合判据即体系的自由能变化 G 来判断化学反应自发进行的方向 在温度 压力一定的条件下 G H T S 1 如果反应的 H0 则该反应一定能自发进行 2 如果反应的 H 0 S0 S 0 反应能否自发进行与反应的温度有关 总之 当 G H T S 0时 反应自发进行 C 4Fe OH 2 s 2H2O l O2 g 4Fe OH 3 s H 444 3kJ mol S 280 1J mol K D NH4HCO3 s CH3COOH aq CO2 g CH3COONH4 aq H2O l H 37 30kJ mol S 184 05J mol K 答案 B 1 下列过程均为自发过程的是 铵盐的溶解 烧碱与盐酸反应 Zn与稀H2SO4反应 氢气在氧气中燃烧 Mg在空气中燃烧 铝热反应 墨水在水中的扩散 电解熔融的氯化钠A B C D 解析 自发过程指在一般条件下能自动发生的过程 它包括自发反应 而电解熔融的氯化钠要在直流电作用下进行 不能自发 答案 D 2 下列过程是熵增加的是 双选 A 一定条件下 水由气态变成液态B 高温高压条件下使石墨转化为金刚石C 2N2O5 g 4NO2 g O2 g D 散落的火柴的无序排列解析 本题考查熵的定义 体系都有由有序自发地转变为无序的倾向 即使是同一种物质 也存在着气态熵值 液态熵值 固态熵值 A中熵值减小 B中熵值不变 C D中熵值增大 答案 CD 3 25 1 01 105Pa时 反应 2N2O5 g 4NO2 g O2 g H 56 7kJ mol自发进行的原因是该反应 A 是吸热反应B 是放热反应C 是熵减反应D 熵增效应大于能量效应解析 该反应是吸热反应 从焓判据角度分析 不能自发进行 但该反应是一个熵增的反应 该反应可自发进行 所以应是熵增效应大于能量效应 答案 D 4 2011 福州高二质检 已知298K时有下列数据 Na2SO4 10H2O s Na2SO4 s 10H2O g S 1443 8J mol 1 K 1 1 通过计算说明上述反应在298K及100kPa时能否自发进行 2 欲在100kPa时使上述反应发生逆转 温度范围是多少 答案 1 H H Na2SO4 10 H H2O H Na2SO4 10H2O 1384 49kJ mol 1 10 241 83kJ mol 1 4324 08kJ mol 1 521 3kJ mol 1 H T S 521 3kJ mol 1 298K 1443 8 10 3kJ mol 1 K 1 91kJ mol 1 0该反应正向不自发进行 2 H T S 521 3kJ mol 1 T 1443 8 10 3kJ mol 1 K 1 0 即T 361K时反应发生逆转 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全