高二化学高二化学第第 2 2 章章 第第 1 1 节节 化学反应的方向化学反应的方向鲁教版鲁教版 本讲教育信息本讲教育信息 一 教学内容 第 2 章 化学反应的方向 限度与速率 第 1 节 化学反应的方向 二 教学目的 1 理解焓变 熵变与反应方向的关系 2 能联合运用焓变和熵变判断反应进行的方向 三 教学重点 难点 焓变 熵变与反应方向的关系 知识分析 一 反应焓变与反应方向一 反应焓变与反应方向 1 自发过程 1 定义 在一定条件下 不需借助外部力量便能自动发生的过程叫做自发过程 相 反 只有在热 电 光等形式的能量推动下才能发生的过程称为非自发过程 2 特征 具有方向性 即反应的某个方向在一定条件下是自发的 则逆向方向反应 在该条件下肯定不自发 2 化学反应的焓变与自发性关系 即化学反应的热效应对反应方向有影响 焓变自发性举例 H 0自发过程常温常压下 4Fe OH 2 s 2H2O 1 O2 g 4Fe OH 3 s H0自发过程常温常压下 NH4HCO3 s CH3COOH aq CO2 g CH3COONH4 aq H2O 1 H 0非自发过程室温 CaCO3 s CaO s CO2 g 多数但不是所有放热反应都能自发进行 有的吸热反应也能自发进行 H 不是影响 化学反应方向的唯一因素 还有其他因素影响反应方向 二 反应熵变与反应方向二 反应熵变与反应方向 1 熵 1 定义 熵是衡量体系混乱度大小的物理量 2 符号 S0 3 单位 J mol 1 K 1 4 大小判据 物质的混乱度 混乱度越大 体系越无序 体系的熵值就越大 物质的存在状态 对于同一种物质 Sm g Sm 1 Sm s 物质组成的复杂程度 一般组成物质原子种类相同时 一个分子中原子数目越多 其混乱度就越大 熵值也越大 2 熵变 1 定义 化学反应的熵变是产物的总熵与反应物的总熵之差 2 符号 S0 3 表达式 S0 S 产物 S 反应物 4 正负判断的一般依据 对于有气体参与的化学反应 气体参与反应时气体既可以 是反应物也可以是产物 气态物质的物质的量增大的化学反应 其熵变通常是正值 是熵 增大的反应 反之 气态物质的物质的量减小的化学反应 其熵变通常是负值 是熵减小 的反应 三 熵变与焓变对反应方向的共同影响三 熵变与焓变对反应方向的共同影响 1 化学反应自发进行的判断依据 一个化学反应能否自发进行 即与反应的焓变有关 又与反应的熵变有关 在等温等 压条件下 化学反应的方向是由反应的焓变和熵变共同决定的 反应方向的判断为 H T S 0 反应不能自发进行 2 化学反应的变化趋势 在等温等压条件下 自发反应总是向 H T S 0 的方向进行 直至达到平衡状态 3 H S 的正负及温度的升降对 H T S 的值产生的影响 1 H 0 则一定有 H T S 0 S0 显然这样 的反应在任何温度下都不能正向自发进行 3 H 0 S 0 焓因素不利于反应 而熵因素 T S 却利于反应 孰大孰小 决定于具体体系具体数值 但可以肯定的是 若增加温度 则增加熵因素的影响 甚至可 以使熵因素的正面影响超过焓因素的负面影响 反应就变成可以自发进行了 即该类反应 在高温下正向自发 在低温下正向不自发 4 H 0 S S 1 S s 根据以上的规律知 对于 1 S 气态甲醇 S 气态乙醇 S 固态苯 答案 1 S 气态甲醇 S 气态乙醇 S 液态苯 S 固态苯 点评 熵表示的是 混乱度 有一定的规律 例 3 对于化学反应方向的确定 下列说法正确的是 A 在温度 压力一定的条件下 焓因素和熵因素共同决定一个化学反应的方向 B 温度 压力一定时 放热的熵增加反应一定能自发进行 C 反应焓变是决定反应能否自发进行的唯一因素 D 固体的溶解过程与焓变有关 解析 反应能否自发进行 是由 H T S 决定的 当它小于 0 时 能自发 大于 0 不能自发 即由 H T S 三种因素共同决定 而固体的溶解过程是熵增加的过程 与熵变有关 答案 AB 点评 本题考查对 H T S 的概念理解 例 4 灰锡结构松散 不能用于制造器皿 而白锡结构坚固可以制造器皿 现把白锡制造 的器皿放在 0 100kPa 的室内存放 它会不会变成灰锡而不能继续使用 已知在 0 100kPa 条件下白锡转化为灰锡的反应 焓变和熵变分别为 H 2180 9 J mol 1 S 6 61 J mol 1 K 1 A 会变 B 不会变 C 不能确定 D 升高温度才会变 解析 在等温 等压条件下 自发反应总是向着 H T S 0 的方向进行 直至达到 平衡态 因此 在 0 100kPa 条件下 白锡会不会变为灰锡就转化为求算反应 白锡 灰 锡的 H T S 的问题 H T S 2180 9 J mol 1 273 6 61 J mol 1 K 1 376 37 J mol 1 K 1 0 因此在该条件下白锡会变为灰锡 答案 A 点评 本题考查 H T S 的灵活应用 模拟试题模拟试题 一 选择题 1 关于自发过程的叙述 正确的是 A 其逆过程在相同条件下也必定是自发的 B 其逆过程在相同条件下也可能是自发的 C 其逆过程在其它条件下也可能是自发的 D 自发过程与外界条件无关 2 下列关于熵变的叙述中 正确的是 A 熵变为正值的反应一定是自发的 B 熵变为负值的反应一定是自发的 C 自发反应的熵变可能是正的 也可能是负的 D 熵变的正负不影响反应的自发性 3 已知反应 FeO s C s CO g Fe s 的 H 为正 S 为正 假定 H S 不随温 度而变化 下列叙述中正确的是 A 低温下为自发过程 高温下为非自发过程 B 高温下为自发过程 低温下为非自发过程 C 任何温度下均为非自发过程 D 任何温度下均为自发过程 4 下列有关化学反应自发性的叙述中 正确的是 A 化学反应的自发性仅由反应的焓变决定 B 化学反应的自发性仅由反应的熵变决定 C 化学反应的自发性仅由反应的焓变和熵变决定 D 化学反应的自发性与反应体系的温度有关 5 下列关于自发过程的叙述中 正确的是 A 只有不需要任何条件就能够自动进行的过程才是自发过程 B 需要加热才能进行的过程肯定不是自发过程 C 同一可逆反应的正逆反应在不同条件下都有自发的可能 D 非自发过程在任何条件下都不可能变为自发过程 6 下列关于化学反应的焓变的叙述中 正确的是 A 化学反应的焓变与反应的方向性无关 B 化学反应的焓变直接决定了反应的方向 C 焓变为正的反应都是吸热反应 D 焓变为正的反应都能自发进行 7 下列关于化学反应的熵变的叙述中 正确的是 A 化学反应的熵变与反应的方向性无关 B 化学反应的熵变直接决定了反应的方向 C 熵变为正的反应都是混乱度增大的反应 D 熵变为正的反应都能自发进行 8 下列关于化学反应的自发性叙述中 正确的是 A 焓变小于 0 而熵变大于 0 的反应肯定是自发的 B 焓变和熵变都小于 0 的反应肯定是自发的 C 焓变和熵变都大于 0 的反应肯定是自发的 D 焓变大于 0 而熵变小于 0 的反应肯定是自发的 9 设反应 A s D g E g 的 H T S 4500 11T J mol 1 要防止反应 发生 温度必须 A 高于 409K B 低于 136K C 高于 136K 而低于 409K D 低于 409K 10 温度 压强一定 某反应在高温下不能自发进行 而在低温下可自发进行的条件是 A H 0 S0 S 0 C H0 D 无法确定 二 填空题 11 纯液体苯在其正常沸点等温气化 则 H 0 S 填 或 12 试根据熵的定义判断下列过程中体系的熵变大于零还是小于零 1 水蒸气冷凝成水 2 CaCO S CaO S CO g 3 乙烯聚合成聚乙烯 4 气体在催化剂上吸附 5 碳水化和物在生物体内分解 13 某蛋白质在 323 2K 时变性并达到平衡状态 即天然蛋白质 变性蛋白质 已知该变 性过程的 H 323 2K 29 288 kJ mol 1 则该反应的熵变 323 2K 三 计算题 14 已知 298K 时 Na SO 10H O s Na SO s 10H O H 521 3KJ mol 1 1443 8 J mol 1K 1 1 通过计算说明 上述反应在 298K 及 100kpa 时能否自发发生 2 欲在 100kpa 时使上述反应发生逆转 温度范围是多少 15 已知 298K 时由石墨生成金刚石反应的 H 1 895KJ mol 1 H T S 2 866 kJ mol 1 又知石墨的熵 S石 5 694 J mol 1K 1 求 金刚石的熵 S金 这两种碳的同素异形体的原子结构那种排列更有序 化学反应的 熵变是产物的总熵与反应物的总熵之差 试题答案试题答案 一 1 C 2 C 3 B 4 D 5 C 6 C 7 C 8 A 9 A 10 B 二 11 12 13 90 62J mol 1 K 1 三 14 1 不能 2 T 361K 15 S金 2 436J mol 1 K 1 金刚石更有序