人教版 (新课标)选修4 化学反应原理第二章 化学反应速率和化学平衡第四节 化学反应进行的方向教案

第四节　化学反应进行的方向

目标与素养：1.了解反应的自发性和熵的定义及应用。(宏观辨识)2.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进行的方向。(变化观念与模型认知)

一、自发过程和自发反应

1．自发过程

(1)含义：在一定条件下，不用借助于外力就可以自发进行的过程。

(2)特点：体系趋向于从高能状态转变为低能状态。在密闭条件下，体系有从有序自发转变为无序的倾向。

2．自发反应：在给定条件下，可以自发地进行到显著程度的化学反应。

二、化学反应进行方向的判据

1．焓判据

放热反应过程中体系能量降低，具有自发进行的倾向，因此可用焓变来判断反应进行的方向。

2．熵判据

(1)熵

用来量度体系混乱程度的物理量。熵值越大，混乱程度越大。符号为S。

(2)熵增原理

在与外界隔绝的体系中，自发过程将导致体系的熵增，即熵变(符号ΔS)>零。

(3)熵判据

体系有自发地向混乱度增加(即熵增)的方向转变的倾向，因此可用熵变来判断反应进行的方向。

　2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)　ΔH>0能自发进行的依据是什么？

[答案]　该反应是熵增过程。

微点拨：并不是自发反应一定能发生，非自发反应一定不能发生。自发反应和非自发反应是指该反应过程是否有自发进行的倾向，而这个过程是否一定会发生则不能确定。例如：碳的燃烧是一个自发反应，但需要借助外界条件“点燃”，反应才能发生。

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)自发反应是自发过程的一种，自发过程不用借助于外力就能自发进行。

  (　　)

(2)反应进行的方向与ΔH、ΔS有关。 (　　)

(3)ΔH>0，ΔS>0的反应在任何条件下均自发进行。 (　　)

(4)NH4Cl(s)===NH3(g)＋HCl(g)的ΔS>0。 (　　)

[答案]　(1)√　(2)√　(3)×　(4)√

2．一定条件下发生反应：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，如图表示该反应过程中能量(单位为kJ·mol－1)的变化：

关于该反应的下列说法中，正确的是(　　)

A．ΔH>0，ΔS>0　　 B．ΔH>0，ΔS<0

C．ΔH<0，ΔS<0 D．ΔH<0，ΔS>0

[答案]　C

1.反应方向的三个判据

(1)焓判据：放热过程中体系能量降低，ΔH<0，反应具有自发进行的倾向。

(2)熵判据：在密闭条件下，体系有自发地向混乱度增加(ΔS>0)的方向转变的倾向。

(3)自由能判据(复合判据)：体系有自发地向ΔG＝ΔH－TΔS<0的方向进行的倾向。

2．熵增的过程与反应

(1)三态变化：slg。

(2)A(s)＋B(g)===2C(g)的ΔS>0。

(3)A(g)＋B(g)===2C(g)＋D(g)的ΔS>0。

模型认知：反应方向综合判断的模型

1．下列说法不正确的是(　　)

A．焓变是一个与反应能否自发进行有关的因素，放热反应具有自发进行的倾向

B．在同一条件下物质有不同的熵值，其体系的混乱程度越大，熵值越大

C．自发反应是指不需要条件就能发生的反应

D．一个反应能否自发进行与焓变和熵变的共同影响有关

C　[ΔH－TΔS<0反应能自发进行，一个反应能否自发进行与焓变和熵变的共同影响有关，焓变是一个与反应能否自发进行有关的一个因素，放热反应具有自发进行的倾向，但不一定自发，A、D正确；根据熵增原理，体系的混乱程度越大，熵值越大，B正确；自发性只能用于判断过程的方向，不能确定过程是否一定会发生，C错误。]

2．某化学反应的ΔH＝－122 kJ·mol－1，ΔS＝－431 J·mol－1·K－1，则以下关于此反应的自发性描述中正确的是(　　)

A．在任何温度下都能自发进行

B．仅在低温下能自发进行

C．仅在高温下能自发进行

D．在任何温度下都不能自发进行

B　[ΔH<0，ΔS<0时低温有利于自发进行。]

3．“熵”表示体系的混乱度，它的符号是“S”。下列变化中，ΔS<0的是(　　)

A．3Fe(s)＋4H2O(g)===Fe3O4(s)＋4H2(g)

B．2NO2(g)===N2O4(l)

C．2IBr(l)===I2(s)＋Br2(g)

D．(NH4)2CO3(s)===2NH3(g)＋CO2(g)＋H2O(g)

B　[气态转变为液态时ΔS<0。]

1一般来说，如果一个过程是自发的，则其逆过程往往是非自发的。

2自发反应和非自发反应是可能相互转化的，某一条件下的自发反应可能在另一条件下就是非自发反应，如2NOg＋O2g===2NO2g是常温下的自发反应，而在高温条件下其逆反应是自发反应。

3过程的自发性只能用于判断过程的方向，不能确定过程是否一定会发生以及过程发生的速率，如涂有防锈漆和未涂有防锈漆的铜制品器件，它们发生腐蚀过程的自发性是相同的，但只有后者可以实现。

1．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．需要加热才能够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

C　[A项，自发过程可能需要在一定条件下自发进行，如木炭的燃烧，故A错；B项，木炭的燃烧是需要加热的自发过程，故B错；D项，CaCO3CaO＋CO2↑属于在高温下进行的非自发过程，故D错。]

2.有一化学平衡mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，如图表示的是A的转化率与压强、温度的关系。下列叙述正确的是(　　)

A．ΔH>0，ΔS>0

B．ΔH<0，ΔS>0

C．ΔH>0，ΔS<0

D．ΔH<0，ΔS<0

C　[由图像知压强越大，A的转化率越高，故m＋n>p＋q，故为ΔS<0；温度越高，A的转化率越大，则正反应为吸热反应，故ΔH>0。]

3．下列说法正确的是(　　)

A．在常温下，放热反应一般能自发进行，吸热反应都不能自发进行

B．NH4HCO3(s)===NH3(g)＋H2O(g)＋CO2(g)　ΔH＝＋185.7 kJ·mol－1，能自发进行，原因是体系有自发地向混乱度增加的方向转变的倾向

C．因为焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓变或熵变均可以单独作为反应自发性的判据

D．在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂可以改变化学反应进行的方向

B　[ΔH>0，固态物质分解为气态物质，ΔS>0。]

4．合成氨反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH，若该反应在一定条件下能自发进行，则有关该反应的ΔH、ΔS判断正确的是(　　)

A．ΔH＜0　ΔS＜0 B．ΔH＜0　ΔS＞0

C．ΔH＞0　ΔS＜0 D．ΔH＞0　ΔS＞0

A　[一般来说，化合反应的焓变小于0，气体体积减小的反应ΔS<0。该反应是气体体积减小的化合反应，所以ΔH＜0，ΔS＜0。]

5．在化学反应A(g)＋B(g)2C(g)＋D(g)　ΔH＝Q kJ·mol－1过程中的能量变化如图所示，回答下列问题。

(1)Q________0(填“>“<”或“＝”)。

(2)熵变ΔS________0(填“>”“<”或“＝”)。

(3)该反应________自发进行(填“能”或“不能”)。

(4)升高温度平衡常数K______(填“增大”“减小”或“不变”)，平衡向______(填“正反应”或“逆反应”)方向移动。

[解析]　据图像可知，该反应是放热反应，故Q<0。据反应特点可知，该反应是熵增大的反应；据此可知该反应能自发进行；升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小。

[答案]　(1)<　(2)>　(3)能　(4)减小　逆反应