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选 择 性 必 修 一
学
化
J
S
第二单元 化学反应的方向与限度
1 化学反应的方向
你是否想过：为什么冰置于室温下会慢慢融化？美丽的瀑布为何总是从高处落向低处？
温故知新
与自然界中的许多变化一样，化学反应具有方向性。许多化学反应的正反应能自动进行，而其逆反应无法自动进行。例如，把锌片插入硫酸铜溶液时，锌从硫酸铜溶液中置换出铜的反应会自动发生：
Zn＋CuSO4=ZnSO4＋Cu
但将铜片插入硫酸锌溶液中却不会自动发生化学反应。
与同学讨论下列反应在室温下能否自动进行。如能自动进行，请写出相应的化学方程式。
1. 水分解成氢气和氧气的反应。
2. 氯气与溴化钾溶液的反应。
3. 乙烯与溴单质的四氯化碳溶液的反应。
4. 氮气和氧气生成一氧化氮的反应。
交流讨论
像锌与硫酸铜溶液、氯气与溴化钾溶液、乙烯与溴单质等反应那样，在一定条件下能自动进行的反应，我们称之为自发反应。
观察思考
下列反应在一定条件下都能自发进行，你知道这些反应能自发进行的可能原因吗？
上述反应表明，在恒压下，有些自发进行的化学反应是放热的（ΔH＜0）。但事实也证明，有些能自发进行的化学反应却是吸热的（ΔH＞0）。
向干燥的锥形瓶中加入约20 g NH4Cl晶体。在一小木板上洒少量水，将锥形瓶放在木板上。再向其中加入约40 g氢氧化钡晶体
［Ba(OH)2·8H2O］，用玻璃棒将固体充分混合均匀，静置。片刻后拿起锥形瓶，观察实验现象并思考如下问题：
1. 该反应是吸热反应还是放热反应？
2. 该反应能自发进行的可能原因是什么？
实验探究
由实验可知，氯化铵晶体与氢氧化钡晶体的反应是一个吸热反应，该反应在常温下就能自发进行。我们熟悉的碳酸钙的分解也需吸收大量的热，该反应在高温下能自发进行。
因此，考察化学反应能否自发进行，不能仅用放热（ΔH＜0）或吸热（ΔH＞0）作为判断依据。
下列三个过程均吸热：
1. 硝酸铵的溶解
NH4NO3(s)=NH4＋(aq)＋NO3－(aq)
观察思考
2. 碳酸钙的分解
CaCO3(s)====CaO(s)＋CO2(g)
3. 氯化铵晶体与氢氧化钡晶体的反应
2NH4Cl(s)＋Ba(OH)2·8H2O(s)=2NH3(g)＋BaCl2(s)＋10H2O(l)
你知道这些过程能自发进行的可能原因吗？
高温
分析这三个变化过程，它们具有共同的特点：硝酸铵溶解前，晶体中硝酸根离子与铵根离子规则排列，溶于水后形成水合离子，无序地分散在溶液中，即体系的混乱度增大；碳酸钙分解成二氧化碳气体，氯化铵晶体与氢氧化钡晶体反应生成氨气，气体的产生会导致体系的混乱度增大。由此，我们能否推测：体系的混乱度增大，反应就能自发进行？
研究表明，一些自发进行的化学反应有趋于体系混乱度增大的倾向。衡量一个体系混乱度的物理量叫做熵，用符号S表示。反应前后体系熵值的变化称为反应的熵变，记为ΔS。如果发生变化后体系的混乱度增大，那么该过程的ΔS＞0；反之，ΔS＜0。
对硝酸铵的溶解、碳酸钙的分解、氯化铵晶体与氢氧化钡晶体的反应这三个自发进行的过程而言，它们都是熵增大的（ΔS ＞ 0）。但也有些自发反应是熵减小的（ΔS ＜ 0），如氢气在氧气中点燃生成水、氨气与氯化氢反应生成氯化铵固体等。
因此，也不能仅用熵增大（ΔS ＞ 0）或熵减小（ΔS ＜ 0）来判断化学反应能否自发进行。
1. 根据你已有的知识和经验，判断下列过程的熵变大于零，还是小于零。
学以致用
2. 已知下列热化学方程式：
根据你所学的知识，分析图2-14所示的变化是否能自发进行。这些变化过程的焓变和熵变大于0还是小于0？将你的结论填入表2-5。
由表 2-5 可见，仅利用焓变（ΔH ）或熵变（ΔS ）的数值，都不能判断某反应是否自发，必须综合考虑反应的 ΔH 和 ΔS 的大小。
在恒温、恒压，非体积功为0的情况下，综合考虑反应的焓变与熵变，可以判断反应能否自发进行。
如果反应的ΔH < 0、ΔS > 0，则该反应一定能自发进行；如果反应的ΔH > 0、ΔS < 0，则该反应一定不能自发进行；如果反应的ΔH < 0、ΔS < 0或ΔH > 0、ΔS > 0，反应是否能自发进行与反应的温度有关。
拓展视野
ΔH、ΔS与反应的方向
例如，反应NH3(g)＋HCl(g)= NH4Cl(s)的ΔH < 0、ΔS < 0，该反应在较低温度下能自发进行，而在较高温度下不能自发进行。又如，反应CaCO3(s)=CaO(s)＋CO2(g)的ΔH > 0、ΔS > 0，该反应在较低温度下不能自发进行，而在较高温度下能自发进行。
化学反应的方向
化学反应的限度
化学反应的速率
化学反应进行的快慢
有些物质能发生化学反应，有些不能
反应物能否完全转化成生成物
化学
反应
原理
自然界中水总是从高处往低处流
生活中的自发过程
冰可以融化成水
墨水在水中自由扩散
1、实验证明，多数能自发进行的反应都是放热反应。对此说法的理解的叙述中，正确的是（ ）
A、所有的放热反应都是自发进行的
B、所有的自发反应都是放热的
C、焓变是判断反应是否自发的一种重要依据
D、焓变是决定反应是否具有自发性的判据
C
课堂训练
2、自发进行的反应一定是（ ）
A、吸热反应 B、放热反应
C、熵增加反应 D、熵增加或者放热反应
D
3、某反应其△H= -122kJ/mol， △S= -231J.mol-1.K-1，则此反应在下列哪些情况下可自发进行（ ）
A、在任何温度下都能自发进行
B、在任何温度下都不能自发进行
C、仅在高温下自发进行
D、仅在低温下自发进行
D
看
观
谢
谢

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