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专题2 化学反应速率与化学平衡
/ 化学反应的方向 /
学习目标
1.了解熵变的概念及化学反应的方向与化学反应的焓变和熵变的关系。
2.掌握化学反应在一定条件下能否自发进行的判断依据。
3.能根据定量关系式ΔH－TΔS判断化学反应进行的方向。
课堂导入
盐酸和氢氧化钠溶液混合，立即反应生成氯化钠和水，但氯化钠溶液就不可能自发地转变成盐酸和氢氧化钠。化学反应发生时，反应物能完全转化成生成物吗？
化学反应进行的方向
课堂导入
为什么潮湿的空气中铁会生锈？ 瀑布为何总是从高处落向低处
与自然界中的变化一样，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。
交流讨论
下列反应在室温下能否自动进行。如能，请写出化学方程式。
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。
5.锌与硫酸铜溶液的反应。
自发反应：一定条件下能自动进行的反应。
能，Cl2 + 2KBr == 2KCl + Br2
能，CH2=CH2 + Br2 → CH2BrCH2Br
能，Zn + CuSO4 == Cu + ZnSO4
交流讨论
下列反应在一定条件下都能自发进行，分析能自发进行的主要原因
C3H8(g) + 5O2(g) == 3CO2(g) + 4H2O(l) ΔH =－2217.5 kJ·mol-1
2Na(s) + Cl2(g) == 2NaCl(s) ΔH =－822 kJ·mol-1
4Fe(s) + 3O2(g) == 2Fe2O3(s) ΔH =－1648.4 kJ·mol-1
H2(g) + F2(g) == 2HF(g) ΔH =－546.6 kJ·mol-1
共同特点：ΔH < 0 即放热反应
※ 是不是所有自发进行的化学反应都是放热的？
观察实验并思考问题:
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
八水合氢氧化钡晶体与氯化铵晶体的反应
一些吸热反应也能自发进行。
所以ΔH < 0有利于反应自发进行，但自发反应不一定要ΔH < 0。
交流讨论
一、反应焓变与反应方向
自发反应与吸热反应、放热反应的关系：
放热反应
反应物总能量高
生成物总能量低
HCl(aq) + NaOH(aq) == NaCl(aq)+H2O(l) ΔH<0
CaCO3(s) == CaO(s)＋CO2(g)　ΔH > 0
2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8H2O(s) == 2NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l) ΔH > 0
(1)多数能自发进行的化学反应是放热反应。
(2)有一些吸热反应也能自发进行。
(3)有一些吸热反应室温不能自发，但高温能自发进行。
※ 焓变是与反应能否自发进行有关的一个因素，但不是唯一因素。
交流讨论
下列三个过程均吸热：
1.硝酸铵的溶解 NH4NO3(s) == N(aq)+N(aq)
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)
你知道这些反应能自发进行的可能原因吗？
高温
共同特点：体系的混乱度增大
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。
无序
气体
气体
二、反应熵变与反应方向
1.熵：
(1)定义：用来衡量一个体系混乱程度的物理量。
(2)符号：S 单位：J·mol-1·K-1
(3)影响熵值大小的因素：体系混乱度越大，熵值越大。
特别提示：
对同一物质来说，S(g)＞S(l)＞S(s)，在同一条件下，不同物质的熵不同。
固体的溶解、气体的扩散过程等都是混乱度增加的过程。
二、反应熵变与反应方向
2.熵变：
反应前后体系熵值的变化，符号“ΔS ”
体系混乱度增大，ΔS >0，反之则小于0
NH4NO3(s) ==N(aq)+N(aq)
CaCO3(s) == CaO(s)+CO2(g)
2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8H2O(s) == 2NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l)
高温
以上三个自发进行的过程均为熵增，ΔS >0
那么熵减，ΔS<0的反应就一定不能自发吗？
自发进行的反应有趋向于增大混乱度的倾向。
二、反应熵变与反应方向
CaCO3(s)＋2HCl(aq) == CaCl2(aq)+CO2(g)+H2O(l) ΔS>0
CaCO3(s) == CaO(s)＋CO2(g)　ΔS > 0
Ca(OH)2(aq)＋CO2(g) == CaCO3(s)＋H2O(l) ΔS<0
(1)许多熵增的反应在常温常压可以自发进行。
(2)有一些熵增反应在较高温度下可以自发进行。
(3)极少数熵减的反应，一定条件也能自发进行。
※ 熵变也是与反应能否自发进行有关的一个因素，但不是唯一因素。
3.熵变与反应方向：
提升训练
例1. 判断下列过程的ΔS 大于0，还是小于 0。
(1)H2O(s)→H2O(l) →H2O(g)
(2)2NaHCO3(s) == Na2CO3(s)+CO2(g)+H2O(g)
(3)NaOH(s) == Na+(aq)+OH-(aq)
(4)N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)
例2. 判断下列反应能否自发进行，过程中的焓变和熵变变化情况
(1)Ag+(aq)+Cl-(aq) == AgCl(s) ΔH=－51.1 kJ·mol－1
(2)K(s)+H2O(l) == K+(aq)+OH-(aq) + H2(g) ΔH=－196.6 kJ·mol－1
(3)2Mg(s)+O2(g) == 2MgO(s) ΔH=－1203.2 kJ·mol－1
高温 高压
催化剂
加热
ΔS>0
ΔS>0
ΔS>0
ΔS<0
能 ΔH<0 ΔS<0
能 ΔH<0 ΔS>0
能 ΔH<0 ΔS<0
三、用焓变与熵变综合判断反应方向
恒温、恒压及非体积功为0的条件下，反应方向可用焓变和熵变来综合判断。
1.反应方向判据的相关规律
(1)放热的熵增加反应一定能自发进行；
(2)吸热的熵减小反应一定不能自发进行；
(3)焓变和熵变影响相反且相差大，某一因素占主导地位。
常温下的放热反应，焓变对反应方向起决定性作用；
常温下的吸热反应，熵变对反应方向起决定性作用。
(4)焓变和熵变的影响相反且相差不大，温度可能起决定性作用。
三、用焓变与熵变综合判断反应方向
2. 具体判断方法：
ΔH＜0，ΔS＞0时，反应能自发进行；
ΔH＞0，ΔS＜0时，反应不能自发进行；
ΔH＜0，ΔS＜0或ΔH＞0，ΔS＞0时，反应能否自发进行与温度有关。
低温自发
高温自发
课堂总结
化学反应
的方向
一、焓判据
二、熵判据
三、综合判据
放热过程（ H﹤0）常常是容易自发进行的；
熵增过程（ S﹥0）常常是容易自发进行的；
ΔH＜0，ΔS＞0时，一定能自发进行；
ΔH＞0，ΔS＜0时，不能自发进行；
ΔH＜0，ΔS＜0或ΔH＞0，ΔS＞0时，反应能否自发进行与温度有关。
提升训练
1. 下列关于判断过程方向的说法错误的是( )
A.NH4NO3溶于水吸热，说明其溶于水不是自发过程
B.同一种物质气态时熵值最大，液态时次之，而固态时熵值最小
C.借助于外力能自发进行的过程，其体系的能量趋向于从高能状态转变为低能状态
D.冰在室温下自动融化成水，是熵增加的结果
A
提升训练
2. 已知：(NH4)2CO3(s) == NH4HCO3(s)+NH3(g) ΔH= +74.9 kJ·mol-1，下列说法中正确的是( )
A.该反应中熵变、焓变皆大于0
B.该反应是吸热反应，因此一定不能自发进行
C.碳酸盐分解反应中熵增加，因此任何条件下所有碳酸盐分解一定自发进行
D.能自发进行的反应一定是放热反应，不能自发进行的反应一定是吸热反应
A
提升训练
C
3.下列可以用熵判据来解释的化学反应是( )
A.理想气体可以自动混合均匀
B.CaO(s)+CO2(g) == CaCO3(s) ΔH=－175.7 kJ·mol-1
C.(NH4)2CO3(s) == NH4HCO3(s)+NH3(g) ΔH= +74.9 kJ·mol-1
D.2H2(g)+O2(g) == 2H2O(l) ΔH=－285.8 kJ·mol-1

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