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第四节 化学反应进行的方向
答案：外力 自动进行 高能 低能 做功 释放 有序 无序 自发 显著 焓变 从有序自发地转变为无序 增大 熵增原理 焓判据 熵判据
1．自发过程与自发反应 (1)自发过程
①定义：不用借助于外力就可以自动进行的过程。
②自发过程的特征：都有方向性，且不能自动恢复原状，若要恢复必须借助外力。 ③常见的自发过程：室温下冰块自动融化、墨水扩散、自然界中水由高处往低处流等。 (2)自发反应
①定义：在一定条件下不需外界帮助，就能自动进行的反应，称为自发反应。 ②常见的自发反应：钠与水反应(放热反应)、酸碱中和反应(放热反应)、碳酸铵分解(吸热反应)、甲烷与氧气混合遇火就燃烧、锌与CuSO4溶液会自动反应生成Cu和ZnSO4等，其逆向都是非自发过程。
(3)自发过程和自发反应的应用
自发过程和自发反应可被利用来完成做功。如向下流动的水可推动机器；甲烷燃烧可在内燃机中被利用来做功，还可设计为燃料电池。非自发过程要想发生，则必须对它做功，如利用水泵可将水从低处流向高处，通电可将水分解生成氢气和氧气。
【例1】 过程的自发性的作用是( ) A．判断过程的方向
B．确定过程是否一定会发生 D．判断过程的热效应
C．判断过程发生的速率
解析：大量事实告诉我们，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和过程发生的速率，所以A正确，B、C不正确。放热反应常常是自发进行的，但有些吸热反应也能自发进行，D不正确。
答案：A
1
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2．焓变、熵变与反应方向
科学家根据体系存在着力图使自身能量趋于“最低”和由“有序”变为“无序”的自然现象，提出了互相关联的判据：焓判据和熵判据。
(1)焓
焓是一个状态函数，即物质系统内部的能量总和，用H表示，单位：kJ· mol。焓变是系统发生变化过程中的能量的变化，用ΔH表示。
(2)焓判据
以下反应都是放热反应，也都是自发反应： 1－1H2(g)＋O2(g)===H2O(l) ΔH＝－286 kJ·mol
2
1－1
Na(s)＋H2O(l)===NaOH(aq)＋H2(g) ΔH＝－184 kJ·mol
23－1
2Fe(s)＋O2(g)===Fe2O3(s) ΔH＝－824 kJ·mol
23
Al(s)＋3HCl(aq)===AlCl3(aq)＋H2(g) ΔH＜0
2CaO(s)＋H2O(l)===Ca(OH)2(aq) ΔH＜0
①放热反应过程中体系能量降低，许多自发反应趋向于从高能量状态转变为低能量状态(这时体系会对外部做功或释放热量)，这一经验就是焓判据。
②反应的焓变与反应方向的关系：
a．多数能自发进行的化学反应是放热反应。
例如：在常温、常压下，氢氧化亚铁被氧化为氢氧化铁的反应是自发进行的，反应放热： 4Fe(OH)2(s)＋O2(g)＋2H2O(l)===4Fe(OH)3(s) ΔH＝－444.3 kJ·mol。 b．有不少吸热反应也能自发进行。
例如：NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)===CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l) ΔH＝＋37.30 kJ·mol。
c．有一些吸热反应，在室温条件下不能自发进行，但在较高温度下则能自发进行。 例如：在室温下和较高温度下均为吸热反应的CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ΔH(298 K)＝＋178.2 kJ·mol ΔH(1 200 K)＝＋176.5 kJ·mol
由此可见，反应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。 (3)熵
①定义：用来描述体系混乱度的一个状态函数；体系混乱度越大，熵值越大；体系混乱度越小，熵值越小。符号用S表示，单位：J·mol·K。
②物质熵大小规律
a．物质的存在状态：对于同一物质，气态时熵值最大，固态时熵值最小，液态时介于2
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二者之间，即S(g)＞S(l)＞S(g)。
b．与物质的量的关系：物质的量越大，分子数越多，熵值越大等。 c．固体的溶解过程、液体扩散过程和气体的扩散过程，是熵增加的过程。 d．产生气体的反应和气体的物质的量增加的反应，是熵增加的过程。 ③熵变：系统发生变化前后体系熵的变化叫做熵变，用ΔS表示。 表达式：ΔS＝S(产物)－S(反应物) (4)熵判据
①定义：在与外界隔离的体系中，自发过程的体系趋向于由有序转变为无序，导致体系的熵增大，体系的混乱度增大，ΔS＞0有利于反应自发进行(体系的混乱度减小，ΔS＜0，不利于反应自发进行)，这一经验规律叫做熵增原理；在用来判据过程的方向时，就称为熵判据。
②反应的熵变与反应方向的关系
对于确定的化学反应，在一定条件下，具有确定的熵变。
a．许多熵增加的反应在常温、常压下可以自发地进行。产生气体的反应，气体物质的物质的量增大的反应，熵变通常都是正值，为熵增加反应。
例如：2H2O2(aq)===2H2O(l)＋O2(g) ΔS＝＋57.16 J·mol·K
NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)===CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l) ΔS＝＋184.0 J·mol
1
－
－1
－1
·K
b．有些熵增加的反应在常温、常压下不能自发进行，但在较高温度下可以自发进行。 例如：CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ΔS＝＋169.6 J·mol·K C(s，石墨)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) ΔS＝＋133.8 J·mol·K
c．铝热反应是熵减小的反应，它在一定条件下也可以自发进行。 例如：2Al(s)＋Fe2O3(s)===Al2O3(s)＋2Fe(s) ΔS＝－39.4 J·mol·K
事实证明，熵变是与反应能否自发进行的又一个因素，但也不是唯一因素。 【例2】 根据已有的知识和经验，分析下列过程的焓变、熵变与反应方向。 焓变 熵变 反应方向 ①NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s) ΔH__ ΔS__ __方向 加热
②NH4Cl(s)=====NH3(g)＋HCl(g) ΔH__ ΔS__ __方向 加热
③CaCO3(s)=====CaO(s)＋CO2(g) ΔH__ ΔS__ __方向
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2017_2024学年高中化学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2学案新人教版选修4
