高中化學(xué)選修4魯科版第2章-第1節(jié)《化學(xué)反應(yīng)的方向》

第二章化學(xué)反應(yīng)的方向、限度與速率第二章化學(xué)反應(yīng)的方向、限度與速率第一節(jié)第一節(jié) 化學(xué)反應(yīng)的方向化學(xué)反應(yīng)的方向知識(shí)點(diǎn)一知識(shí)點(diǎn)一 反應(yīng)焓和反應(yīng)方向反應(yīng)焓和反應(yīng)方向 欄目鏈接1反應(yīng)焓及焓變。(1)焓：是描述物質(zhì)具有能量的一個(gè)物理量。符號：H，單位：kJmol1。 (2)焓變：體系狀態(tài)改變時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)物的總焓與反應(yīng)物的總焓之差，與變化的途徑無關(guān)，只與初態(tài)和終態(tài)有關(guān)。HH2H1，單位：kJmol1。 (3)吸熱反應(yīng)：化學(xué)反應(yīng)吸收熱量，H為正值，表示體系從環(huán)境吸收熱量，即H反應(yīng)物H生成物。 欄目鏈接放熱反應(yīng)：化學(xué)反應(yīng)放出熱量，H為負(fù)值，表示體系放熱給環(huán)境，即H反應(yīng)物H生成物。2自發(fā)過程和自發(fā)反應(yīng)。(1)自發(fā)過程：在一定條件下不借助外部力量就能自動(dòng)進(jìn)行的過程。如生活中的自發(fā)過程： 自然界中的水由高處往低處流，而不會(huì)自動(dòng)從低處往高處流； 物理學(xué)中研究的電流總是從電位高的地方向電位低的地方流動(dòng)； 日常生活中，氣溫一升高，冰雪自動(dòng)融化。 欄目鏈接 (2)自發(fā)反應(yīng)：在一定條件(如溫度、壓強(qiáng))下，一個(gè)反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)行到一定程度，稱為自發(fā)反應(yīng)。常見的自發(fā)反應(yīng)見下表： 欄目鏈接3.規(guī)律總結(jié)。(1)大量化學(xué)實(shí)驗(yàn)事實(shí)證明：多數(shù)能自發(fā)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)是放熱的，例如表中的幾個(gè)放熱反應(yīng)。 (2)不少吸熱反應(yīng)也能自發(fā)進(jìn)行，例如表中前兩個(gè)吸熱反應(yīng)。 (3)還有一些吸熱反應(yīng)在室溫下不能自發(fā)進(jìn)行，但在較高溫度下則能自發(fā)進(jìn)行，像表中最后一個(gè)吸熱反應(yīng)(碳酸鈣分解)。 欄目鏈接(4)體系總是趨向于從高能狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軤顟B(tài)(這時(shí)體系往往會(huì)對外做功或釋放熱量)。這一經(jīng)驗(yàn)規(guī)律就是能量判斷依據(jù)，即焓變與一個(gè)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行是有關(guān)的因素。 4結(jié)論。反應(yīng)放熱有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，反應(yīng)吸熱也有可能自發(fā)進(jìn)行，說明反應(yīng)焓變是與反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行有關(guān)的一個(gè)因素，但不是唯一因素。 欄目鏈接例1下列過程屬非自發(fā)的是() A水由高處向低處流B天然氣的燃燒 C鐵在潮濕空氣中生銹D室溫下水結(jié)成冰 解析：自然界中水由高處向低處流，天然氣的燃燒，鐵在潮濕空氣中的生銹，室溫下冰的融化，都是自發(fā)過程，其逆過程都是非自發(fā)的。答案：D 欄目鏈接變式訓(xùn)練1下列說法正確的是(D)A不借助于外力能自發(fā)進(jìn)行的過程，其體系的能量趨向于從低能狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦吣軤顟B(tài)B自發(fā)是指反應(yīng)有向某方向進(jìn)行的傾向，且反應(yīng)一定發(fā)生C放熱反應(yīng)均是自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)D生活中常見的鋼鐵腐蝕、食物腐爛、水往低處流等都屬于自發(fā)過程 欄目鏈接解析：自發(fā)進(jìn)行的過程，體系的能量降低，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)不一定能發(fā)生，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；放熱反應(yīng)也不一定能自發(fā)進(jìn)行，還與熵變有關(guān)，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；鋼鐵腐蝕、食物腐爛、水往低處流都不需要借助外力就能進(jìn)行，屬于自發(fā)過程，故D項(xiàng)正確。知識(shí)點(diǎn)二知識(shí)點(diǎn)二 焓變與熵變反應(yīng)方向的共同影響焓變與熵變反應(yīng)方向的共同影響 欄目鏈接1焓和熵均為熱力學(xué)函數(shù)。焓和熵的變化只決定于體系的始態(tài)和終態(tài)，與變化的途徑無關(guān)。且H與S共同影響一個(gè)化學(xué)反應(yīng)在一定條件下能否自發(fā)進(jìn)行，它們與化學(xué)反應(yīng)速率無關(guān)。2化學(xué)反應(yīng)方向的判據(jù)。 在溫度和壓力一定的條件下，自發(fā)反應(yīng)總是向 HTS0的方向進(jìn)行，直至達(dá)到平衡狀態(tài)，這就是化學(xué)反應(yīng)的綜合判據(jù)。 欄目鏈接因?yàn)榉艧岱磻?yīng)的焓變小于零，熵增加的反應(yīng)的熵變大于零，都對HTS0作出貢獻(xiàn)，因此放熱和熵增加有利于反應(yīng)的自發(fā)進(jìn)行，其規(guī)律為：(1)放熱的熵增加反應(yīng)一定能自發(fā)進(jìn)行；(2)吸熱的熵減小反應(yīng)一定不能自發(fā)進(jìn)行； 欄目鏈接 (3)當(dāng)焓變和熵變的作用相反時(shí)，如果二者大小相差懸殊，可能某一因素占主導(dǎo)地位；(4)此外，如果焓變和熵變的作用相反且相差不大時(shí)，溫度有可能對反應(yīng)的方向起決定性作用?？傊?，在判斷反應(yīng)的方向時(shí)，應(yīng)該同時(shí)考慮焓變與熵變這兩個(gè)因素，用HTS作為判據(jù)。 欄目鏈接溫馨提示反應(yīng)自發(fā)性的判據(jù)只是指出了反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的可能性，但不能確定化學(xué)反應(yīng)是否一定會(huì)發(fā)生，因?yàn)榉磻?yīng)能否實(shí)際發(fā)生還涉及反應(yīng)速率的問題。如：用于汽車尾氣凈化的一個(gè)反應(yīng)：2NO(g)2CO(g)=N2(g)2CO2(g)在298 K，101 kPa下，該反應(yīng)的H113.0 kJmol1，S145.3 Jmol1K1，則HTS69.70 kJmol10，因此該反應(yīng)在室溫下能自發(fā)進(jìn)行；但該反應(yīng)在室溫下的反應(yīng)速率極慢，幾乎不能進(jìn)行。 欄目鏈接在討論反應(yīng)進(jìn)行的方向時(shí)，我們得出的結(jié)論是在一定條件下，不能隨意應(yīng)用于其他場合。在討論過程的方向時(shí)，指的是沒有外界干擾時(shí)體系的性質(zhì)。若允許外界對體系施加某種作用，就可能出現(xiàn)相反的結(jié)果。例如石墨經(jīng)高溫高壓是可以變成金剛石的。 欄目鏈接例2碳酸銨(NH4 )2CO3在室溫下就自發(fā)的分解產(chǎn)生氨氣，對其說法中正確的是() A碳酸銨分解是因?yàn)樯闪艘讚]發(fā)的氣體，使體系的熵增大B碳酸銨分解是因?yàn)橥饨缃o予了能量 C碳酸銨分解是吸熱反應(yīng)，根據(jù)能量判據(jù)不能自發(fā)分解 D碳酸鹽都不穩(wěn)定，都能自發(fā)分解解析：(NH4)2CO3自發(fā)分解，是因?yàn)轶w系中氣態(tài)氨氣的生成而使熵增大。解決此題的依據(jù)是：熵增加原理是解釋部分自發(fā)過程的判據(jù)。答案：A 欄目鏈接變式訓(xùn)練2對于化學(xué)反應(yīng)的方向的確定，不僅僅與焓變(H)有關(guān)，也與溫度(T)、熵變(S)有關(guān)。實(shí)驗(yàn)證明，化學(xué)反應(yīng)的方向由HTS確定，若HTS0，則反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，否則不能自發(fā)進(jìn)行。下列說法正確的是(A)A在溫度、壓強(qiáng)一定的條件下，焓因素和熵因素共同決定一個(gè)化學(xué)反應(yīng)的方向B溫度、壓強(qiáng)一定時(shí)，吸熱的熵增加反應(yīng)一定能自發(fā)進(jìn)行C反應(yīng)焓變是決定反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的唯一因素D固體溶解過程與焓變有關(guān) 欄目鏈接解析：溫度、壓強(qiáng)一定時(shí)，HTS0，則反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，因此化學(xué)反應(yīng)方向是反應(yīng)焓變和熵變共同影響的結(jié)果。故A選項(xiàng)正確，C選項(xiàng)錯(cuò)誤；吸熱反應(yīng)的焓變大于零，熵增加的反應(yīng)熵變大于零，因此吸熱的熵增加反應(yīng)不一定能自發(fā)進(jìn)行，B選項(xiàng)錯(cuò)誤；固體溶解的過程，體系混亂度增大，它是熵增加的過程，D選項(xiàng)錯(cuò)誤。知識(shí)點(diǎn)三知識(shí)點(diǎn)三 溫度與反應(yīng)方向的關(guān)系溫度與反應(yīng)方向的關(guān)系 欄目鏈接1焓與熵都是物質(zhì)的狀態(tài)函數(shù)，在一定溫度范圍內(nèi)，溫度變化對反應(yīng)物與反應(yīng)產(chǎn)物的焓、熵的影響程度幾乎相等，所以對H、S的影響不大。當(dāng)溫度變化范圍不大時(shí)，可以假定它們?yōu)槌?shù)。2從化學(xué)反應(yīng)方向的判據(jù)表達(dá)式HTS看，溫度T出現(xiàn)在熵變S的系數(shù)上，所以也會(huì)對化學(xué)反應(yīng)的方向有影響。溫度與反應(yīng)方向的關(guān)系如下圖所示： 欄目鏈接已知298 K下反應(yīng)HCl(g)NH3(g)=NH4Cl(s)H176.4 kJmol1，S284.3 Jmol1K1。試判斷該反應(yīng)的自發(fā)性。 欄目鏈接解析：根據(jù)焓變和熵變作用相反；二者大小相差懸殊，可能某一因素占主導(dǎo)地位。此題中焓變對反應(yīng)方向起決定性作用。由化學(xué)反應(yīng)方向的判據(jù)計(jì)算如下：HTS176.4 kJmol1298 K(284.3103kJmol1K1)91.7 kJmol10。答案：該反應(yīng)在298 K下為自發(fā)反應(yīng)。思路點(diǎn)撥：焓變和熵變是一定溫度下化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的復(fù)合判據(jù)，運(yùn)用HTS0公式。 欄目鏈接變式訓(xùn)練3已知：CaCO3(s)=CaO(s)CO(g)H0，S0，則該反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行的條件是(B)A低溫B高溫C任何溫度下都能自發(fā)進(jìn)行D任何溫度下都不能自發(fā)進(jìn)行解析：GHTS0時(shí)，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，因H0，S0，則在高溫下G可能小于零，故選B。