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化學(xué);《化學(xué)反應(yīng)的方向》教案
第1節(jié) 化學(xué)反應(yīng)的方向
學(xué)習(xí)目標(biāo)
1． 理解熵及熵變的意義
2． 能用焓變和熵變說明化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向。
知識(shí)梳理
1． 焓變______(是，不是)決定反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的唯一因素。
2． 熵，符號(hào)為____，單位______，是描述_____________的物理量，熵值越大，___________。
在同一條件下，不同的物質(zhì)熵值______，同一物質(zhì)S(g)___S(l) ____ S(s) (＜,＞,＝)。
3． 熵變?yōu)開__________________________，用符號(hào)_______表示。
產(chǎn)生氣體的反應(yīng)，氣體的物質(zhì)的量增大的反應(yīng)，為熵值______(增大，減小，不變)的反應(yīng)，熵變?yōu)開_____(正，負(fù))值。
4．在___________一定的條件下，化學(xué)反應(yīng)的方向是____________共同影響的結(jié)果，反應(yīng)方向的判據(jù)為_______________。
當(dāng)其值：大于零時(shí)，反應(yīng)________________
小于零時(shí)，反應(yīng)_______________
等于零時(shí)，反應(yīng)________________
即在__________一定的條件下，反應(yīng)_____(放熱，吸熱)和熵______(增大，減小，不變)都有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行。
5．恒壓下溫度對(duì)反應(yīng)自發(fā)性的影響
種類 ΔH ΔS ΔH—TΔS 反應(yīng)的自發(fā)性 例
1 — + 2H2O2(g)→2H2O(g)+O2(g)
2 + — 2CO(g)→2C(s)+O2(g)
3 + + 在低溫
在高溫 CaCO3(s)→CaO(s)+CO2(g)
4 — — 在低溫
在高溫 HCl(g)+NH3(g)→NH4Cl(s)
當(dāng)ΔH，ΔS符號(hào)相同時(shí)，反應(yīng)方向與溫度T______(有關(guān)，無關(guān))
當(dāng)ΔH，ΔS符號(hào)相反時(shí)，反應(yīng)方向與溫度T______(有關(guān)，無關(guān))
學(xué)習(xí)導(dǎo)航
1．方法導(dǎo)引
�。�1）通過計(jì)算或分析能確定ΔH –TΔS的符號(hào)，進(jìn)而確定反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的方向是本節(jié)的重點(diǎn)。
�。�2）熵是體系微觀粒子混亂程度的量度。體系混亂度越大，其熵值越大。一般情況下氣態(tài)物質(zhì)的熵大于液態(tài)物質(zhì)的熵，液態(tài)物質(zhì)的熵大于固態(tài)物質(zhì)的熵；相同物態(tài)的不同物質(zhì)，摩爾質(zhì)量越大，或結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，熵值越大。
（3）對(duì)某化學(xué)反應(yīng)，其熵變?chǔ)為反應(yīng)產(chǎn)物總熵與反應(yīng)物總熵之差。在化學(xué)反應(yīng)過程中，如果從固態(tài)物質(zhì)或液態(tài)物質(zhì)生成氣態(tài)物質(zhì)，體系的混亂度增大；如果從少數(shù)的氣態(tài)物質(zhì)生成多數(shù)的氣態(tài)物質(zhì)，體系的混亂度也變大。這時(shí)體系的熵值將增加。根據(jù)這些現(xiàn)象可以判斷出過程的ΔS＞0。
（4）利用ΔH -TΔS 的符號(hào)可判斷恒溫恒壓條件下反應(yīng)的方向：ΔH -TΔS＜0時(shí)，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行；ΔH –TΔS = 0時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；ΔH–TΔS＞0反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。當(dāng)焓變和熵變的作用相反且相差不大時(shí)，溫度可能對(duì)反應(yīng)的方向起決定性作用，可以估算反應(yīng)發(fā)生逆轉(zhuǎn)的溫度（正為轉(zhuǎn)向溫度）：T(轉(zhuǎn))= �；瘜W(xué)反應(yīng)體系的焓變減少（ΔH＜0）和熵變增加（ΔS＞0）都有利于反應(yīng)正向進(jìn)行。
※（5）在一定溫度范圍內(nèi)，反應(yīng)或過程的ΔH（T）≈ΔH（298K）, ΔS（T）≈ΔS（298K）,式中溫度T既可以是298K，也可以不是298K，這是由于當(dāng)溫度在一定范圍改變時(shí)，反應(yīng)的ΔH =ΔfH(反應(yīng)產(chǎn)物)–ΔfH(反應(yīng)物)。盡管反應(yīng)物與生成物的ΔfH，S均相應(yīng)改變，但它們相加減的最終結(jié)果仍基本保持不變。
2．例題解析
例1．分析下列反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的溫度條件。
�。�1）2N2(g) + O2(g) → 2 N2O(g)；ΔH = 163 kJ. mol—1
�。�2）Ag (s) + Cl2( g ) → AgCl ( s)；ΔH = - 127 kJ. mol—1
�。�3）HgO(s)→ Hg ( l ) + O2( g )；ΔH = 91 kJ. mol—1
�。�4）H2O2( l ) → O2( g ) + H2O( l ) ；ΔH = - 98 kJ. mol—1
解析：反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的前提是反應(yīng)的ΔH-TΔS＜0，與溫度有關(guān)，反應(yīng)溫度的變化可能使ΔH-TΔS符號(hào)發(fā)生變化。
�。�1）ΔH ＞0，ΔS＜0，在任何溫度下，ΔH-TΔS＞0，反應(yīng)都不能自發(fā)進(jìn)行。
�。�2）ΔH ＜0，ΔS＜0，在較低溫度時(shí)，ΔH-TΔS＜0，即反應(yīng)溫度不能過高。
�。�3）ΔH ＞0，ΔS＞0，若使反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，即ΔH-TΔS＜0，必須提高溫度，即反應(yīng)只有較高溫度時(shí)自發(fā)進(jìn)行。
（4）ΔH ＜0，ΔS＞0，在任何溫度時(shí)，ΔH-TΔS＜0，即在任何溫度下反應(yīng)均能自發(fā)進(jìn)行。
例2．通常采用的制高純鎳的方法是將粗鎳在323K與CO反應(yīng)，生成的Ni(CO)4經(jīng)提純后在約473K分
解得到高純鎳。Ni( s ) + 4CO(g) Ni(CO)4 ( l ) 已知反應(yīng)的ΔH = -161 kJ. mol—1
ΔS = -420 J. mol—1. K—1。試分析該方法提純鎳的合理性。
分析：根據(jù)ΔH-TΔS = 0時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡，則反應(yīng)的轉(zhuǎn)折溫度為：
T =
當(dāng)T＜383K時(shí)，ΔH-TΔS＜0，反應(yīng)正向自發(fā)進(jìn)行；
當(dāng)T＞383K時(shí)，ΔH-TΔS＞0，反應(yīng)逆向自發(fā)進(jìn)行。
粗鎳在323K與CO反應(yīng)能生成Ni(CO)4，Ni(CO)4為液態(tài)，很容易與反應(yīng)物分離。Ni(CO)4在473K分解可得到高純鎳。因此，上述制高純鎳的方法是合理的。
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