一. 教學(xué)內(nèi)容：反應(yīng)進(jìn)行的方向
二. 教學(xué)目標(biāo)：
了解焓、熵的概念，了解反應(yīng)的焓變和反應(yīng)的熵變的含義
能初步用化學(xué)反應(yīng)的焓變與熵變的計(jì)算來(lái)分析判斷化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行方向
三. 教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)：
用化學(xué)反應(yīng)的焓變與熵變的計(jì)算來(lái)分析判斷化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行方向
四. 教學(xué)過(guò)程：
科學(xué)家根據(jù)反應(yīng)體系中存在著力圖使自身能量趨于“最低”和“有序”變?yōu)?ldquo;無(wú)序”的自然現(xiàn)象，對(duì)于化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向，提出了互相關(guān)聯(lián)的能量判據(jù)和熵判據(jù)，即凡是能夠使反應(yīng)體系能量降低、熵增大的反應(yīng)方向，就是化學(xué)反應(yīng)容易進(jìn)行的方向。但對(duì)于一個(gè)具體的反應(yīng)，需應(yīng)用兩個(gè)判據(jù)綜合進(jìn)行分析，不能片面地做結(jié)論。
（一）自發(fā)過(guò)程與非自發(fā)過(guò)程：
不借助外力可以自動(dòng)進(jìn)行的過(guò)程稱為自發(fā)過(guò)程，而必須在外力的作用下才能進(jìn)行的過(guò)程為非自發(fā)過(guò)程。
說(shuō)明：
1、體系有著趨于從能量高的狀態(tài)變?yōu)槟芰康偷臓顟B(tài)的過(guò)程，此時(shí)體系對(duì)外界做功或放出能量?D?D這一經(jīng)驗(yàn)規(guī)律就是能量判據(jù)。能量判據(jù)又稱焓判據(jù)，即△H< 0的反應(yīng)有自發(fā)進(jìn)行的傾向，焓判據(jù)是判斷化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的判據(jù)之一。
2、多數(shù)能自發(fā)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)是放熱反應(yīng)。即反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量。但并不是放熱反應(yīng)都能自發(fā)進(jìn)行，也不是講吸熱反應(yīng)就不能自發(fā)進(jìn)行。某些吸熱反應(yīng)也能自發(fā)進(jìn)行，如氯化銨與氫氧化鋇晶體的反應(yīng)，還有一些吸熱反應(yīng)在高溫下也能自發(fā)進(jìn)行。
3、混亂度：表示體系的不規(guī)則或無(wú)序狀態(tài)。?D?D混亂度的增加意味著體系變得更加無(wú)序。熵是熱力學(xué)上用來(lái)表示混亂度的狀態(tài)函數(shù)，符號(hào)為S，單位為：J?mol-1?K-1 。?D?D體系的無(wú)序性越高，即混亂度越高，熵值就越大。
4、在相同條件下，不同物質(zhì)的熵值不同，同一物質(zhì)在不同狀態(tài)時(shí)的熵值大小也不一樣，一般而言：固態(tài)時(shí)熵值最小，氣態(tài)時(shí)熵值最大。
5、熵變：化學(xué)反應(yīng)中要發(fā)質(zhì)的變化或物質(zhì)狀態(tài)的變化，因此存在混亂度的變化，叫做熵變，符號(hào)：△S △S＝S產(chǎn)物－S反應(yīng)物。在密閉條件下，體系由有序自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)序的傾向?D?D熵增
6、自發(fā)過(guò)程的熵判據(jù)：在與外界隔離的體系中，自發(fā)過(guò)程將導(dǎo)致體系的熵增大，這一經(jīng)驗(yàn)規(guī)律叫做熵增原理，是判斷化學(xué)反應(yīng)方向的另一判據(jù)?D?D熵判據(jù)。
7、判斷某一反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行，要研究分析：焓判據(jù)和熵判據(jù)對(duì)反應(yīng)方向的共同影響。
（二）化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向：
在一定的條件下，一個(gè)化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行，既可能與反應(yīng)的焓變有關(guān)，又可能與反應(yīng)的熵變有關(guān)。在溫度、壓力一定的條件下，化學(xué)反應(yīng)的方向是熵變和焓變共同影響的結(jié)果，反應(yīng)的判據(jù)是：DH－TDS（Ｔ為熱力學(xué)溫度，均為正值）。
DH－TDS<0，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行；
DH－TDS＝0，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；
DH－TDS>0，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。
即：在溫度、壓力一定的條件下，自發(fā)反應(yīng)總是向DH－TDS<0的方向進(jìn)行 高中數(shù)學(xué)，直至達(dá)到平衡狀態(tài)。
說(shuō)明：
1、在判斷反應(yīng)的方向時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮焓變和熵變這兩個(gè)因素。
2、在溫度、壓強(qiáng)一定的條件下，化學(xué)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的方向的判據(jù)是：
△G ＝ △H－T△S
其中：G 叫作吉布斯自由能。則：
△G ＝ △H －T△S ＜ 0 反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行
△G ＝ △H －T△S ＝0 反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)
△G ＝ △H－T△S ＞0 反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行
3、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。放熱反應(yīng)的焓變小于零，熵增加反應(yīng)的熵變大于零，都對(duì)DH－TDS<0作出貢獻(xiàn)，因此，放熱和熵增加有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行。即放熱的熵增加反應(yīng)一定能自發(fā)進(jìn)行，而吸熱的熵減小反應(yīng)一定不能自發(fā)進(jìn)行。
4、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。焓變對(duì)反應(yīng)的方向起決定性作用，DH－TDS<0，常溫、常壓下放熱反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行；熵變對(duì)反應(yīng)的方向起決定性作用，則熵增較大的反應(yīng)在常溫常壓下能自發(fā)進(jìn)行。
5、當(dāng)焓變和熵變的作用相反，且相差不大時(shí)，溫度有可能對(duì)反應(yīng)進(jìn)行的方向起決定性作用，使TDS的值大于DH值，反應(yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行。
6、在恒溫、恒壓下，用DG判斷化學(xué)反應(yīng)在該狀況時(shí)自發(fā)進(jìn)行的方向可列表表示：
焓變DH
熵變DS
△G
反應(yīng)在該狀況下能否自發(fā)進(jìn)行
＜０
＞０
＜０
自發(fā)進(jìn)行
＞０
＜０
＞０
不自發(fā)進(jìn)行
＞０
＞０
低溫時(shí)＞０,高溫時(shí)＜０
低溫不自發(fā),高溫自發(fā)
＜０
＜０
低溫時(shí)＜０,高溫時(shí)＞０
低溫自發(fā),高溫不自發(fā)
7、△H －T△S只能用于說(shuō)明該反應(yīng)在理論上能否在此條件下發(fā)生，是一個(gè)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的必要條件，只是反應(yīng)的可行性問(wèn)題。過(guò)程的自發(fā)性只用于判斷過(guò)程的方向，并不能確定該反應(yīng)在此條件下是否一定會(huì)發(fā)生以及過(guò)程發(fā)生的速率。
8、△H －T△S只用于一定溫度和壓強(qiáng)下的化學(xué)反應(yīng)方向的判斷，不能說(shuō)明在其他條件下該反應(yīng)的方向問(wèn)題。
【典型例題】
例1. 下列關(guān)于冰熔化為水的過(guò)程判斷正確的是 （ �。�
A、DH＞０，DS＜０ B、DH＜０，DS＞０
C、DH＞０，DS＞０ D、DH＜０，DS＜０
解析：物質(zhì)的狀態(tài)的變化過(guò)程中，液化和固化是放熱過(guò)程，熔化和汽化是吸熱過(guò)程，故DH＞０；冰融化為水，分子活動(dòng)增強(qiáng)，混亂度增加，故DS＞０。
答案：C
例2. 已知氧化性：Cl2＞Br2＞Fe3＋＞I2；還原性：I－＞Fe2＋＞Br－＞Cl－。下列反應(yīng)能正向自發(fā)進(jìn)行的是： �。ā 。�
A、Br2＋2 Fe2＋＝2 Fe3＋＋2 Br－ B、2 Fe3＋＋2 I－＝2 Fe2＋＋I(xiàn)2
C、I2＋2 Fe2＋＝2 Fe3＋＋2 I－ D、2 Fe3＋＋2 Cl－＝2 Fe2＋＋Cl2
解析：氧化還原反應(yīng)的方向是：強(qiáng)氧化劑與強(qiáng)還原劑反應(yīng)生成弱氧化劑和弱還原劑。即氧化劑的氧化性大于氧化產(chǎn)物的氧化性，還原劑的還原性大于還原產(chǎn)物的還原性。則A、B符合題意。C中，氧化性I2 ＞Fe3＋，D中氧化性：Fe3＋＞Cl2，均不符合題意。均不符合氧化還原反應(yīng)進(jìn)行的方向原則。
答案：AB
例3. 已知：CuSO4溶液分別與Na2CO3溶液、Na2S溶液的反應(yīng)情況如下：
（1）：CuSO4＋Na2CO3
Cu2＋＋CO32－＋H2O＝Cu（OH）2↓＋CO2↑ �。ㄖ饕�
Cu2＋＋CO32－＝CuCO3↓ （次要）
（2）CuSO4＋Na2S
Cu2＋＋S2－＝CuS↓ �。ㄖ饕�
Cu2＋＋S2－＋2H2O＝Cu（OH）2↓＋H2S↑ （次要）
則下列物質(zhì)的溶解度的比較正確的是：�。ā 。�
A、Cu（OH）2 ＞CuCO3 ＞CuS B、Cu（OH）2＜CuCO3 ＜CuS
C、CuS ＞Cu（OH）2＞CuCO3 D、CuS ＜Cu（OH）2 ＜CuCO3
解析：本題是有關(guān)物質(zhì)的溶解度的大小的問(wèn)題。主要進(jìn)行的方向是物質(zhì)的溶解度越小的方向。即：由（1）可知：Cu（OH）2的溶解度小于CuCO3的溶解度，由（2）可知：Cu（OH）2的溶解度大于CuS的溶解度。故本題為：D
答案：D
例4. 已知反應(yīng)2NO（g）＋2CO（g）＝N2（g）＋2CO2（g）在298K、100kPa的條件下，其DH＝－113.0kJ/mol，DS＝－145.3J/molK。
= 1 \* GB2 （1）請(qǐng)討論該反應(yīng)是否能用于消除汽車(chē)尾氣中的NO？請(qǐng)說(shuō)明理由。
= 2 \* GB2 （2）已知汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的溫度高于2000K。能否設(shè)計(jì)一個(gè)裝置使該反應(yīng)在發(fā)動(dòng)機(jī)中進(jìn)行？請(qǐng)分析說(shuō)明。若假定該反應(yīng)的DH隨溫度的變化忽略不計(jì)，請(qǐng)計(jì)算使該反應(yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行的最高溫度。
解析：
= 1 \* GB2 （1）能。因?yàn)樵摲磻?yīng)的DH－TDS＝－113.0－298×（－145.3）×10－3＝－69.68kJ/mol＜０，說(shuō)明該反應(yīng)在理論上是可行的，故有可能用于消除汽車(chē)尾氣中的NO。
= 2 \* GB2 （2）不能。因?yàn)閺腄H－TDS這個(gè)關(guān)系式以及DH＝－113.0kJ/mol，DS＝－145.3J/molK來(lái)看，隨著T（溫度）的升高，會(huì)使DH－TDS＞０，即反應(yīng)在較高的溫度下不能自發(fā)進(jìn)行。說(shuō)明在汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)中不可能進(jìn)行該反應(yīng)。
根據(jù)即該反應(yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行的最高溫度為777.7K。
答案： = 1 \* GB2 （1）能。因?yàn)樵摲磻?yīng)的DH－TDS＜０
= 2 \* GB2 （2）不能。因?yàn)殡S著T（溫度）的升高，會(huì)使DH－TDS＞０。該反應(yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行的最高溫度為777.7K
【模擬】
1、已知金剛石和石墨在氧氣中完全燃燒的熱化學(xué)方程式為：
① C （金剛石、s）＋O2 （g） ＝CO2 （g） △H1＝－395.41kJ/mol
② C （石墨、s）＋O2 （g） ＝ CO2 （g） △H2＝－393.51kJ/mol
關(guān)于金剛石與石墨的轉(zhuǎn)化，下列說(shuō)法正確的是
A、金剛石轉(zhuǎn)化成石墨是自發(fā)進(jìn)行的過(guò)程 B、石墨轉(zhuǎn)化成金剛石是自發(fā)進(jìn)行的過(guò)程
C、石墨比金剛石能量低 D、金剛石比石墨能量低
2、知道了某過(guò)程有自發(fā)性之后，則
A、可判斷出過(guò)程的方向 B、可確定過(guò)程是否一定會(huì)發(fā)生
C、可預(yù)測(cè)過(guò)程發(fā)生完成的快慢 D、可判斷過(guò)程的熱效應(yīng)
3、碳銨[（NH4）2CO3]在室溫下就能自發(fā)地分解產(chǎn)生氨氣，對(duì)其下列說(shuō)法中正確的是
A、碳銨分解是因?yàn)樯闪艘讚]發(fā)的氣體，使體系的熵增大
B、碳銨分解是因?yàn)橥饨缃o予了能量
C、碳銨分解是吸熱反應(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
4、下列反應(yīng)中，在高溫下不能自發(fā)進(jìn)行的是
A、（NH4 ）2CO3（s）＝NH4HCO3（s） NH3（g）
B、2N2O5（g）＝4NO2（g）＋O2（g）
C、MgCO3（s）＝MgO（s）＋CO2（s）
D、CO（g）＝C（s）＋1/2O2（g）
5、可用于判斷化學(xué)反應(yīng)的自發(fā)與否的是 �。ā 。�
A、僅用焓變 B、僅用熵變
C、僅用焓變和熵變的和 D、用DH－TDS
6、在298K時(shí)，氯化鈉在水中的溶解度為26g。如將1mol氯化鈉溶解在1L水中，此溶解過(guò)程中體系的DH－TDS和熵的變化情況是：�。ā 。�
A、DH－TDS＞0，DS＜0 B、DH－TDS＜0 ，DS ＞0
C、DH－TDS ＞0，DS＞0 D、DH－TDS＜0 ，DS＜0
7、已知反應(yīng)2CO（g）＝2C（s）＋O2（g）的DH為正值，DS為負(fù)值。設(shè)DH和DS不隨溫度而變，下列說(shuō)法正確的是 （ �。�
A、低溫下能自發(fā)進(jìn)行
B、高溫下能自發(fā)進(jìn)行
C、低溫下不能自發(fā)進(jìn)行，高溫下能自發(fā)進(jìn)行
D、任何溫度下都不能自發(fā)進(jìn)行
8、考察下述自然界的一些自然變化，可發(fā)現(xiàn)它們有一些共同的特點(diǎn)。下列說(shuō)法不正確的是：
A、都有一定的方向性，按某一量標(biāo)度由高到低自發(fā)進(jìn)行
B、都可以用來(lái)做功，自發(fā)過(guò)程一旦發(fā)生后體系做功的本領(lǐng)就會(huì)降低
C、有一定的進(jìn)行限度，自發(fā)過(guò)程總是單向地趨向于非平衡狀態(tài)
D、用一定的數(shù)據(jù)差來(lái)判斷自發(fā)變化能否發(fā)生
9、下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是 （ �。�
A、NH4NO3溶于水吸熱，說(shuō)明其溶于水不是自發(fā)過(guò)程
B、同一種物質(zhì)氣態(tài)時(shí)熵值最大，液態(tài)時(shí)次之，而固態(tài)時(shí)熵值最小
C、借助于外力能自發(fā)進(jìn)行的過(guò)程，其體系的能量趨向于從高能狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軤顟B(tài)
D、由能量判據(jù)和熵判據(jù)組合而成的復(fù)合判據(jù)，更適合于所有的過(guò)程
10、已知2CO（g） ＝ 2C （s） O2（g）是吸熱反應(yīng)，也是熵減反應(yīng)。有人曾提出可通過(guò)熱分解法消除CO對(duì)空氣的污染，你認(rèn)為這一建議可行嗎？
11、對(duì)于反應(yīng)C2H5OH（g）＝C2H4（g）＋H2O（g），DH＝45.78kJ/mol，DS＝126.19J/mol?K。請(qǐng)通過(guò)計(jì)算判斷在298.15K時(shí)，此反應(yīng)能否進(jìn)行？
12、高溫時(shí)空氣中的N2和O2會(huì)反應(yīng)生成NO而污染大氣：N2（g）＋O2（g）＝2NO（g）。試通過(guò)計(jì)算說(shuō)明在1200℃的條件下，此反應(yīng)能否正向自發(fā)進(jìn)行？估算自發(fā)進(jìn)行的最低溫度是多少？（已知：DH＝180.50kJ/mol，DS＝247.7J/mol?K）
【試題答案】
1、C 2、A 3、AC 4、D 5、D
6、B 7、D 8、C 9、A
10、不行，因?yàn)樵谌魏吻闆r下DH－TDS都大于0。
11、DH－TDS＝8156J/mol＞0，所以298.15K時(shí)，乙醇不能自發(fā)脫水生成乙烯
12、DH－TDS＝－184.32kJ/mol＜0，所以該反應(yīng)在1200℃的條件下能自發(fā)進(jìn)行。
根據(jù) 自發(fā)進(jìn)行的最低溫度為：728.7K。
本文來(lái)自：逍遙右腦記憶 http://yy-art.cn/gaozhong/41511.html
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