第二章化学反应进行的方向和限度

第二章化学反应进行的方向和限度
第二章化学反应进行的方向和限度

第二章 化学反应进行的方向和限度

教学内容

1. 焓变与变化方向;

2. 熵变与变化方向;

3. 吉布斯函数变与变化方向;

4. 化学反应的限度——化学平衡。

教学要求

理解标准熵、标准生成吉布斯函数变、标准平衡常数等有关概念;掌握反应的熵变与吉布斯函数变的求算方法;熟悉等温等压条件下化学反应进行方向的判断方法;掌握吉布斯方程及转化温度的计算方法;掌握标准平衡常数(Θ

K )的表达和Θ

K 与标准吉布斯函数变的关系及化学平衡的相关计算;了解影响化学平衡移动的有关因素。

知识点与考核点

1.熵(S )

系统内微观质点混乱度的量度。Ωln k S =(k 是Boltzmann 常数,Ω是微观状态数(与混乱度密切相关)。熵是状态函数。

2. 热力学第三定律

在0K 时,任何纯物质、完整晶体的绝对熵为0,(固体在0K 时,任何物质的 热运动停止,只有一种微观状态,即Ω=1)。

3. 标准摩尔熵(θ

m S )

一定温度下,1mol 纯物质在标准情况下的规定熵。

人为规定:处于标准条件下的水合H +

离子的标准熵为零,其它离子的标准

熵为其相对值。

4.影响熵的因素

① 相同物质S g > S l > S s ;

② 分子数越多、分子量越大、物质结构越复杂,熵越大; ③ 固体溶解于水,熵增加,而气体溶解于水,熵减小; ④ 温度越高,熵越大。 5.反应熵变的计算

对化学反应a A + f F = g G + d D

?m r S gS θm ,G + dS θm ,D – aS θm ,A – fS θm ,F =∑θνB

B ,m B S 。

注意:①计量系数;②物质的聚集状态。

6. 熵变与化学反应方向

等温等压条件下,熵变大于零(S ?> 0)有利于变化过程自发进行,但 不能单独作为判断化学反应方向的标准。

7. 焓变与化学反应方向

等温等压条件下,焓变小于零(H ?> 0)有利于变化过程自发进行,但 不能单独作为判断变化过程方向的标准。

8. 吉布斯函数

TS H G -= (G 为状态函数,为复合函数)。

9. 吉布斯函数变

S T H G ?-?=?(恒温、恒压下反应的推动力)(G ?不是状态函数......

)。

10. 标准摩尔生成吉布斯函数(Δf G m Θ)

在一定温度,标准状态下,由最稳定单质生成1mol 纯物质时反应的标准吉布斯函数变。

11. 化学反应标准吉布斯函数变(Θ?m r G )的计算

对化学反应 a A + f F = g G + d D

θ

?m

r G = g Δf G m θ,G + d Δf G m θ,D — a Δf G m θ,A — f Δf G m θ,F =Θ?∑B ,f B

B m G ν 注意:①计量系数,②物质的聚集状态。 12.ΔG 与ΔS 、ΔH 及T 的关系

13.等温、等压,判断变化过程自发进行方向的判据 ΔG < 0 过程正向自发进行

ΔG = 0 处于平衡状态 ΔG > 0 过程逆向自发进行

14.m r G ?与Θ?m r G 的区别

m r G ?是指参加反应物系中各物质处于任意状态下,

反应进度ξ=1时的吉布斯函数变。 由它判断(等温等压)实际条件下系统自发变化过程方向的判

据,m r G ?< 0,过程能正向自发进行。

而Θ

?m r G 指反应系统中各物质都处在标准态下(规定气体的分压为100kPa ,溶液浓度为

1 mol ·L –

1,确切地讲是各物质的活度都等于1),的吉布斯函数变,它只说明标准态下反应

自发进行的趋势。对指定反应,在一定温度下,Θ?m r G 是个确定的值。根据

ΘΘ-=?K RT G m r ln ,可以由Θ?m

r G 计算标准平衡常数,可见Θ

?m r G 是决定反应限度的物理量。当Θ?m r G 很大或很小时,也可用来近似判断变化过程方向。一般认为,若Θ

?m r G <-

40kJ ·mol –

1,反应可自发进行;Θ?m r G >+40kJ ·mol –

1,反应不能自发进行(因为此时Θ

K

已经非常小)。若反应40kJ ·mol –

1<Θ?m r G <+40kJ ·mol –

1,则要根据反应的具体条件,根

据m r G ?=Θ?m r G +J RT ln 来计算m r G ?值,再判断变化过程方向。

15.转化温度

一般认为反应的m r H ?和m r S ?与温度关系不大,这可以从化学热力学计算来进行说明。例如反应(g)CO (g)O 2

1

CO(g)22→+

,若在298.15K 、标准态下进行则有 =?Θ

K)15.298(m r H g)],(O 2

1g)(CO,[g),(CO 22ΘΘΘ?+?-?m f m f m

f H H H = –393.51 – ( – 110.53+ 0 ) = – 282.98 kJ ·mol –

1,

=?Θ

K)15.398(m r H – 285.0 kJ ·mol –1

(此计算只是为了说明问题,不是大学化学课程要求的内容)

可以看出,当此反应由298.15K 升温100K 至398.15K 时,Θ?m r H 仅增加了0.71%,所以温

度变化不大时,可以认为Θ?m r H 基本不变。

同样,当升高温度时,系统中的反应物和生成物的标准摩尔熵(Θ

m S )以近似相同的倍数增加,致使反应的标准摩尔熵变(Θ?m r S )变化不大。

所以可以用K)298(Θm r S ?和K)298(Θm r H ?近似求得 )(T G m r Θ

?,

()()(、K 298K 298m r m r m r S T H T G ?-?≈?; m r G ?= 0 系统处于平衡状 态(转化点), 转化温度T = K)

298(K)

298(Θ

Θ

??m r m r S H (应用此公式的前提是Θ?m r S 和Θ

?m r H 与温度关系不大)

例: (1)碳酸钙在常温、常压下是否能自发分解;

(2)若改变温度可以改变其反应方向,求转化温度。 解:(1)查表 )s (CaCO 3 = )s (CaO + 2CO Δf G m θ

/(kJ ·mol –1)-1128.84 -604.04 -394.36

Δf H m θ

/(kJ ·mol –1) -1206.92 -635.09 -393.51

S m θ

/(J ·mol –1) 92.9 39.75 213.64 注意单位

①由计算可知Δr G m θ

=-394.36 +(-604.04)—(-1128.84)= +130.44 kJ ·mol –1

Δr G m θ

> 0,非自发 (注意判据的适用条件是等温、等压)

Δr H m θ

=-393.51 + (-635.09)—(-1206.92)= +178.32 kJ ·mol –1 ,

Δr S m θ

=213.64 + 39.75 — 92.9 = +160.49J ·mol –1

②用公式ΘΘΘm

r m r m r S T H G ?-?=? = 178.32×1000-298.15×160.49=130470 (J ·mol –) (两种方法结果的微小误差是因为有效数字,或数据来源不同引起的)

(2)因为Θ

ΘΘ?-?≈?298

298S T H G T ,∴平衡时,S T H ?=? (0=?G ) 自发分解的临界温度1.111149

.1601000

32.178=-?-=

T )K (

即838℃以上过程可以自发进行。

在热力学中,物质的焓和吉布斯函数是“相对值”,而熵却是“绝对值”,

这是因为物质的“绝对焓”和“绝对吉布斯函数”值无法确定,必须人为地规定一个相对标准(就象以海平面为基准测定山高一样)。热力学关心的是某物理量在某过程中的变化量。虽然不知道其“绝对值”,但是用人为规定的相对标准也可以准确求出此“变化量”。例如求下述反应的焓变:

H 2(g ) + (1/2)O 2 (g ) = H 2O (l ) 若用“绝对焓”求反应的焓变,

g)],(O 2

1

g),(H [)O,(H 222ΘΘΘΘ?m m m m r H H l H H +-= (1)

若用标准生成焓来求,则

g)],(O 2

1g),(H [)O,(H 222Θ

Θ

ΘΘ?+

?-?=?m f m f m f m r H H l H H (2) 再根据标准摩尔生成焓Θ

?m f H 的定义,

0g),(O 0g),(H 22=?=?Θ

Θm f m f H H ;;带入方程(2)

得到,变化过程的)O,(H 2l H H m f m r Θ

Θ

?=?

吉布斯函数与焓相同,完全可以用“相对标准”可以求出某变化过程的“变化量”。而熵与焓、吉布斯函数不同,它是描述系统混乱度的状态函数,对纯净物质的完整晶体,在0K 时,物质的任何热运动都停止了,系统完全有序,因此热力学将绝对零度(0K )时,任何纯净物质完整晶体的熵值定为零。这就是说,任何物质的熵值都有相同的起点,可以直接从0K 时熵值开始测定,这样就可以求得物质的绝对熵值(标准熵)。

16.浓度平衡常数

aA + fF = gG + dD

( 平衡时 -+=v v +k f a (F )(A )c = _k d g D G )()(

K c =-+k k =f

F

a A d D g G c c c c ??,浓度平衡常数。(单位是(mol ·L –1)∑B

Bν, 化学计量数的代数和∑B

ν

=g+d–a–f。因此,K c 的量纲与化学计量数有关 。

∑B

ν

0,则K c 就有量纲。

17.分压

某组分气体的分压等于单独占有相同温度下与混合物气体具有相同体积时 所具有的压力。计算公式为 p B =

n n B

p 总 18.分压定律

p 总= p A + p B + p C + … 混合气体的总压等于各组分分压之和。 19.分压平衡常数

对气相反应 aA (g) + fF (g) = gG (g) + dD (g)

Kp =f

F

a A d D

g G p p p p ?? 分压平衡常数。 (Kp 、Kc 称为实验平衡常数) 在书写平衡常数表达式时,表达式中,不出现固体或纯液体物质和稀溶液的溶剂的浓度

项。

对平衡常数表达式中不包括固体或纯液体物质的浓度项一般有两种解释:

(1)认为在一定温度下,固态(或纯液态)物质的密度或蒸气压都是常数,因此可以并入平衡常数。例如298K 时 (a q )

OH (aq)H )O(H 2-++=l O)

(H )

(OH )(H 2c c c K -+Θ

?=

=?=ΘO)(H 2c K K W )(OH )(H -+?c c =1.0×10–14;

(2)认为凝聚态(固体或纯液体)的活度(有效浓度)为1。

20.标准平衡常数

对气相反应 aA (g) + fF (g) = gG (g) + dD (g) K

θ

=f

F a A d D g

G p p p p p p p p )()()()(ΘΘΘΘ (其中各项分压为平衡分压) 可以看出标准平衡常数没有量纲 21.反应商

J = f

F a A d

D g G p p p p p p p p )()()()(θθθθ (其中各项分压为任意分压)

22.Θ

K 、J 与变化过程方向 由等温方程Δr G m =Δr G m Θ+ RT ln J P 可得,平衡时 0 = Δr G m Θ+ RT ln J p ;

Δr G m θ

=-RT ln K

θ

代入等温方程

得到

J RT K RT G P m r ln ln +-=?

J < K Θ Δr G m < 0 过程正向自发 J = K Θ Δr G m = 0 平衡 J > K Θθ

Δr G m > 0 过程逆向进行

平衡常数反映的是达到平衡时化学反应可以达到的极限或“限度”,化学反应的“限度”与“程度”是不同的,化学反应的“程度”用化学反应“进度”或某一反应物的转化率(α)来衡量。

23. 标准平衡常数与吉布斯函数变 RT

G K m

r Θ

Θ

?-=ln

例1:求反应 2NO (g )= N 2(g) + O 2(g) 的:K)298(ΘK 和K)1000(ΘK 。

解:根据化学用表,可以求得 Δr G m Θ(298.15K )= -173.2 kJ ·mol –1 则ln K θ

(298.15K )=

87.6915

.298314.81000

2.173=??

可得 K Θ(298.15K )=2.2×1030

由Δr G m Θ(1000K)≈ Δr H θ

m (298.15)-1000×Δr S θ

m (298.15)

Δr G m Θ=-180.5 kJ ·mol –1 - 1000K ×(-0.0249 kJ ·mol –1·K –1)

=-155.6 kJ ·mol –1 则 ln K Θ(1000K )=

72.181000

314.810006.155=??--)

(;

K Θ(1000K )=1.3×108

21.温度对平衡的影响

)(ln 121

21

2T T T T H m -?=Θ

ΘΘR K K r 上例题也可以用此公式求出K Θ(1000K )

思考题与习题解答

1.下列说法是否正确?如不正确,请说明原因。

(1) 因为V q =ΔH ,而ΔH 与变化途径无关,,H 是状态函数,所以V q 也是 状态函数。

答:错, H 是状态函数,但是焓变.(ΔH )不是状态函数。V q =ΔH 只是数值关系。 (2)单质的标准生成焓(Θ?m f H )和标准生成吉布斯函数变(Θ

m f G ?)都为零, 因此其标准熵(Θ

?m S ))也为零。

答:错,因 H 和 G 的绝对值还无法得到,因此采用相对值,根据定义,最 稳定单质的Θm f H ?和Θ

?m f G 都为零,而S 有绝对值,除完美晶体在0K 时的熵等 于0外,其它条件下的熵(包括标准熵)皆不为零。但离子的熵也是相对值,

是以氢离子为相对标准(H +的Θ

m S = 0)。

(3)对于纯固、液、气态物质而言,100kPa 、298K 是其标准态。

答:对。虽然热力学标准态不指定...温度,但是任何温度都有其对应的标准态。 (4)H 、S 、G 都与温度有关,但ΔH ,ΔS ,ΔG 都与温度关系不大。

答:错,一般认为反应的ΔH ,ΔS 与温度关系不大,但ΔG =ΔH – T .ΔS ,所 以ΔG 与温度关系较大。

(5)等温等压条件下,用Θm r G ?就可以判断任何一个化学反应的方向。

答:错,等温等压条件下用m r G ?(>0 或<0)判断反应方向,而不是用Θ

m r G ? 。

(6)化学反应进度可以度量化学反应进行的程度,所谓1mol 反应是指各物质按化学反应方程式的计量关系进行的完全反应。

答:对

(7)Θ

K 与K C 、K P 在数值上是相等的,但量纲不一定相同,

答:(有关数值) K C 与Θ

K 的数值相等;当∑=B

B

时,P K 与ΘK 的数值也

相等。(有关量纲)Θ

K 没有量纲; 当∑=B

B

时,K C 与K P 也都没有量纲;

但是

∑≠B

B

时,K C 与K P 有量纲;

例如合成氨反应(g)NH 2(g)H 3(g)N 322=+

设平衡时 p (NH 3) =247 kPa ; p (N 2) =1kPa ; p (H 2) =10kPa 。 Kp =

323

H

N 2

NH

)()(2

23Pa Pa Pa P P P ??? = 432

2Pa 100001000Pa 247000)

()(? = 6.1×10-5 (kPa)- 2

假如单位用atm ,Kp = 6.1×105atm 2;或用mmHg ,Kp =1.06mmHg 2。 K

θ

=

3

H N 2

NH ))(()(223ΘΘΘp p p p p p

=53

2101.6100000/10000100000/1000100000/247000?=?)

()()

( 可以看出

∑≠B

B

0ν时,Kp 有量纲,且数值与K Θ

不等。 (8)Θ

m r G ?> 0,反应不能自发进行,但其平衡常数并不等于零。

答:Θ

m r G ?> 0,只能说明在标准态下,过程不能自发进行。在非标准态下, 而且|Θ

m r G ?|又不是很大时,不能用于判断反应方向。可逆反应平衡常数都 不应为零。

2.选择题(将正确答案的标号填入空格内) (1)下列物理量属于状态函数的是。

①T ②p ③V ④W ⑤H ⑥ΔH ⑦S ⑧G : 答:正确答案为① ② ③ ⑤ ⑦ ⑧。

(2)生产水煤气的反应为 C (s )+ H 2O (g )=== CO (g )+ H 2(g )

该反应的Θ

m r H ?= 131.3 kJ ·mol –

1,则该反应是 (∵系统ΔH >0,ΔS >0)。

①低温下正向不自发,高温下正向自发;②低温下正向自发,高温下正向不自发;③任何温度下正向都自发;④任何温度下正向都不自发

答:正确答案为①。

3.不用查表,将下列物质按标准熵Θ

m S 值由大到小的顺序排列。

(1)Si (s ) (2)Br (l ) (3)Br (g )

答: Θm S (3)>Θm S (2)>Θm S (1)

4.给出下列过程的Θm r G ?,Θm r H ?,Θm r S ?的正负号(或零)

(1)电解水生成H 2和O 2; (2)H 2O (g )273K H 2O (l ); (3)H 2O (l ) 268K H 2O (s ) 答:各变化量的符号如下表所示

5.SiC 是耐高温材料,问以硅石(SiO 2)为原料,在标准状态和298K 时能否制得SiC 。 解 SiO 2 + C = SiC + O 2

Θ

?m

f G kJ ·mol –1 –856.67 0 –62.76 0 -1mol J k 91.793)67.856(76.62?=---=Θ

?m r G > 0。

结论:不能在此条件下制备SiC 。

6.由二氧化锰制备金属锰可采取下列两种方法 (1)MnO 2(s )+ 2H 2(g )= Mn (s )+ 2H 2O (g )

Θm

r H ?=37.22 kJ ·mol –1 Θ

m r S ?=94.96J ·mol –1·K –1 (2)MnO 2(s )+2 C (s )= Mn (s )+ 2CO (g )

Θm r H ?=299.8 kJ ·mol –

1; Θ

m r S ?=363.3J ·mol –1·K –

1

试通过计算确定上述两个反应在298K 、标态下的反应方向?如果考虑工作温度越低越好,则采用那种方法较好?

解:(1)MnO 2(s) + 2H 2 (g) = Mn(s) + 2H 2O(g)

△r G Θm =△r H Θm -T △r S Θ

m =37.22kJ ·mol –1-298×

94.96×10 –3

=8.922 (kJ ·mol –1)

(2) MnO 2(s) + 2C(s) = Mn(s) + 2CO(g)

△r G Θm =△r H Θm -T △r H Θm = 299.8 ― 298 ×

363.3 × 10 –3

= 191.5 kJ ·mol –1

上述两个反应的Θ

?m r G 均大于0,所以298K ,100 kPa 下反应都不能自发正向进行。

95.3911096.9422.373

1

=?=??≈-Θ

Θ

m r m r S H T 转(K ) 2.82510

3.3638

.299T 3

2=?≈

-转(K ) 答:若考虑工作温度越低越好,易采用方程(1)的方法。 7.汞的冶炼可采用朱砂(HgS )在空气中灼烧

2HgS (s )+ 3O 2(g )= 2HgO (s )+ 2SO 2(g ) 而炉中生成的HgO 又将按下式分解 2HgO (s )= 2Hg (g )+ O 2(g )

试估算炉内的灼烧温度不得低于多少时,才可以得到Hg (g )?

已知HgS (s ),HgO (s )的Θm f H ?分别是 –58.2 kJ ·mol –

1,–90.83 kJ ·mol –

1;Θ

m

f G ?分别是–50.6,–58.56(kJ ·mol –

1);Θm S 分别是82.4 J ·mol –

1·K

–1

和70.29 J ·mol –

1·K –

1。

解: 查表得 2HgS (s ) + 3O 2 = 2HgO + 2SO 2

Θ

?m

f H /(kJ ·mol –1) –58.2 0 – 90.83 –297.04 Θ

m

S /(J ·mol –1·K –1)82.4 205.03 70.29 248.11 -1mol J k 34.6590)2.58(2)83.90(2)04.297(2?-=--?--?+-?=?Θ

m r H 11K mol J 09.1434.82203.205329.70211.2482--Θ?-=?-?-?+?=?m r S

Θ?m

r H <0; Θ

?m r S < 0 , 低温自发,高温非自发。 K 7.46010

09.14332

.6593

=?=??=-ΘΘ

m r m r S H T 转 结论(1):当升温至T > 4607.7K 时, 反应由自发转变为非自发。

2HgO (s ) = 2Hg (l ) + O 2(g )

Θ

?m f H kJ ·mol –1 – 90.83 61.32 0 Θm

S J ·mol –1·K –1 70.29 174.85 205.03

()-1mol kJ 0.30483.902032.612?=-?-+?=?Θm r H

11K mol J 15.41429.70203.205185.1742--Θ?=?-?+?=?m r S

Θ?m

r H >0; Θ

?m r S > 0 , 低温非自发,高温自发。 K 29.73410

15.4140.3043

=?=??=-ΘΘm r m r S H T 转; 结论(2)当升温至T > 740.29K 时, 反应由非自发转变为自发进行。 所以,当740.29K < T < 4607.77K 时。才可得到Hg(g)。

8.汽车尾气中含有CO ,能否用热分解的途径消除它? 已知热分解反应为CO (g )= C (s )+

2

1O 2(g ),该反应的Θ

m r H ?= 110.5 kJ ·mol –1,Θ

m

r S ? = – 89J ·mol –1·K –1 。 解: ∵△r G Θm =△r H Θm – T △r S Θm , 此反应△r H Θm >0, △r S Θm <0 ∴△r G Θ

m 永远大于

零,说明此反应在任何温度下反应都不能自发进行,又因

1mol kJ 173.0K)298(-?=Θ

?m r G >> 0,ΘK 很小(9.5×10–25)

,平衡产率很低,故不能用热解法除CO 。

9.在298K ,100kPa 条件下,金刚石和石墨的标准熵分别为2.45 J ·mol –

1·K

–1

和5.71

J ·mol –

1·K –

1,它们的燃烧反应热分别为–395.40 kJ ·mol

–1

和–393.51 kJ ·mol –

1,试求:

(1)在298K ,100kPa 条件下,石墨变成金刚石的Θ

m r G ?。

(2)说明在上述条件下,石墨和金刚石那种晶型较为稳定?

解: 已知: S Θm (石)=5.71J·mol 1·K –

1, S Θm (金)=2.45 J·

mol –

1·K –

1 C (石)+O 2(g)=CO 2(g) △r H Θm (1) = – 39351 kJ·

mol –

1 C (金)+O 2(g)=CO 2(g) △r H Θm (2)= – 395.40 kJ·

mol –

1 方程(1) —方程 (2) 得方程(3)C (石)→C (金) 根据Hess 定律 该反 △r H

Θ

m

(3)= △r H Θm (1) – △r H Θ

m (2) = –393.51 – (–395.40) = 1.89 kJ·

mol –

1 △r S Θm =2.45 – 5.71= – 3.26 J·

mol –1·K –

1

△r G Θm =△r H Θm –T △r S Θ

m = 1.89 – 298 ×

( – 3.26) ×10–3 = 2.86 kJ·mol –1 ∵△r G Θm > 0 ∴298K, 100kPa 下, 石墨较稳定

10.计算合成氨反应 N 2(g )+ 3H 2(g )= 2NH 3(g ) 在673K 时的标准平衡常数,并指出在673K ,下列三种情况下反应向何方向进行?

(1)p (NH 3)= 304kPa ,p (N 2)= 171kPa ,p (H 2)= 2022kPa ; (2)p (NH 3)= 600kPa ,p (N 2)= 625kPa ,p (H 2)= 1875kPa ; (3)p (NH 3)= 100kPa ,p (N 2)= 725kPa ,p (H 2)= 2175kPa ;

解:首先用热力学数据 求出Θ

K 。

查表得 N 2(g) + 3H 2(g) = 2 NH 3(g)

△r H Θm /( kJ ?mol –1) 0 0 –46.11

S Θm

/(J ·mol –1·K –1) 191.50 130.57 192.34 △r H Θm = 2×

(– 46.11)= – 92.22 kJ·mol –1 △r S Θm = 2×

192.34 – 3×130.57 – 191.50 = – 198.53 J·mol –1·K –1 △r G Θm (673K)= △r H Θm – T △r S Θm

= – 92.22×– (– 198.53)×10–3 = 41.39kJ·mol –

1·K –

1

Θ

K ln =RT

G m r Θ

?-=67310314.839.413??--= – 7.397 ;

K Θ= 6.13×10 – 4, 再求出各条件下的P J ,与Θ

K 进行比较。 (1) J 1=

()(

)

3

2

2022171

)304(ΘΘΘp

p p =6.5×10

– 4

J 1> K Θ

∴反应逆向进行

在计算压力商(J )时,各项一定要用相对压力,而且注意分子和分母的单位要一致,在此单位用的是kPa ,得出的结果J 与K Θ

进行比较后,做出判断。

(2) J 2=

()()

3

2

1875625)600(ΘΘ

Θp p p =8.7×10

– 4

J 2> K Θ

∴逆向进行

(3) J 3=

()()

3

2

2175725)100(ΘΘ

Θp p p =1.0×10

–5

J 3< K Θ

∴正向进行

11.试通过计算说明1000K 时能否用碳将Fe 2O 3、Cr 2O 3和CuO 中的金属还原出来? 解: (1) 2Fe 2O 3 +3C = 4Fe + 3CO 2

△f H Θm /(kJ ? mol –1

) 824.25 0 0 393.51

S Θm

/(J ? mol –

1·K –

1) 87.40 5.74 27.28 213.64 △r H Θm = 3 ×

(393.51) – 2 × (824.25) = – 467.97 kJ·mol –1 △r S Θm = 3 ×

213.64 + 4 × 27.28 – 3 × 5.74 – 2 × 87.40 = 558.02 J mol –1·K –1 △r G Θm =△r H Θm – T △r S Θm

= – 467.97 – 1000×558.02×10–3= – 1025.99 kJ·mol –1 ∵△r G Θm <0, ∴1000K 可用C 还原出Fe 。

(2) 2Cr 2O 3 + 3C = 4Cr + 3CO 2

△f H Θm /(kJ ? mol –1) 1139.72 0 0 393.51

S

Θm

/(J ·mol –1·K –1) 81.17 5.74 23.77 213.64

△r H Θm

= 3× (393.51) – 2×(1139.72) = –1098.91 J·mol –1

△r S Θm = 3×

213.64 + 4×23.77 – 3×5.74 – 81.17×2 = 556.44 J·mol –1·K –1 △r G Θm = –1098.91 – 1000×

556.44 ×10–3 = – 1655.35 J·mol –1 △r G Θm < 0,∴可用C 还原出Cr 。

(3) 2CuO + C = 2Cu + CO 2

△r H Θm /(kJ ? mol –1) 157.32 0 0 393.51

S Θm

/(J ·mol –1·K –1) 48.63 5.74 33.15 213.64 △r H Θm = 3 ×

(393.51) – 2 × (157.32) = 865.89 J·mol –1 △r S Θm = 213.64 + 2 ×

33.15 – 5.74 – 2 × 48.63 = 176.94 J·mol –1·K –1 △ r G Θm

= 865.89 – 1000 × 176.94 × 10–3 = 688.95 kJ· mol –1

△r G Θm > 0, ∴不能用C 还原出Cu

12.已知SiF 4(g )、SiCl 4(g )的标准生成吉布斯函数(Θ

m f G ?)分别为–1506和–569.8(kJ ·mol –

1),试用计算说明为什么HF (g )可以腐蚀SiO 2,而HCl (g )则不能?

解: 4HF(g) + SiO 2(g) = SiF 4(g) + 2H 2O(1)

△f G Θm /(kJ ? mol –1) –273.22 –856.67 1506 –237.18

Δr G Θm = 2 ×

(–237.18) + (1506)–(–856.67) – 4 × (–273.22 ) = –30.81 kJ·mol –1

Δr G Θm < 0, ∴反应可正向进行,HF 可被用来腐蚀SiO 2。

4HCl(g) + SiO 2 (g) = SiCl 4(g) + 2H 2O(l )

△f G Θm

/(kJ ? mol –1

) –95.30 –856.67 –617.01 –237.18 △r G Θm =2 ×

(–237.18) + (–569.8) – (–856.67) – 4× (–95.30) = 193.71 kJ· mol –1 ∵△r G Θm > 0 ∴不能正向进行,HCl 不能被用来腐蚀SiO 2。

13.试通过计算说明,为什么用BaCO 3热分解制取BaO ,反应温度要在1580K 左右,而将BaCO 3与碳黑或碎炭混合,按下式反应:

BaCO 3(s )+ C (s )= BaO (s )+ 2CO (g )

则所需温度可显著降低。已知BaCO 3(s )和BaO (s )的Θm f H ?分别是–1216 kJ · mol –

1,

–548.1 kJ · mol –

1;Θm S 分别是112 J ·mol –

1·K

–1

和72.09J ·mol –

1·K –

1。

解: BaCO 3 = BaO + CO 2

△f H Θm /(kJ ? mol –1) -1216 -548.1 -393.5

S Θm /(J ·mol –1·K –1

)112 72.09 213.64

△r H Θm

= -393.5 +(-548.1)—(-1216)= 274.4 kJ· mol -1 △r S Θm = 213.64 + 72.09 — 112 = 173.73 J·

mol -1·K -1 Θ?m

r H >0; Θ

?m r S > 0 , 低温非自发,高温自发。 转化温度 T = 73.1731000

4.274?=??Θ

Θ

m

r m r S H = 1580K BaCO 3 + C = BaO + 2CO

△f H Θm

/(kJ ? mol –1

)–1216 0 –548.1 –110.53 S Θm /(J ·mol –1·K –1)112 5.74 72.09 197.56

△r H Θm = 2×(–110.53)+(–548.1)–0 –(–1216)= 446.84(kJ·

mol -1) △r S Θm = 2×197.56 + 72.09 – 5.74 – 112 = 349.47 (J·

mol -1·K -1)

转化温度 T = Θ

Θ

??m

r m r S H = 47.3491000

84.446? = 1278(K ) 结论: 加还原剂后反应所需的温度降低。

化学反应进行的方向教案

第四节化学反应进行的方向 教学目标 1、知识与技能: (1)理解化学反应方向判断的焓判据及熵判据; (2)能用焓变和熵变说明化学反应的方向。 2、过程与方法: 通过学生已有知识及日常生活中的见闻,使学生构建化学反应方向的判据。学会运用比较、归纳、概括等方法对信息进行加工,构建新知识。 3、情感态度与价值观: 通过本节内容的学习,使学生体会事物的发展、变化常常受多种因素的制约,要全面分析问题。教学的重点和难点 焓减和熵增与化学反应方向的关系 教学方法 1、应用讨论交流的方法调动学生的积极性,充分发挥学生的想象力; 2、启发学生学会归纳、概括,对信息进行加工,得出结论; 3、注重从学生已有知识及日常生活的经验上构建新知识。

-10℃的液态水会自动结冰成为固态,就是熵减的过程(但它是放热的); 2Al(s)+ Fe 2O 3 (s)= Al 2 O 3 (s)+ 2Fe(s)△S = -39.35J·mol-1·K-1。 因此,反应熵变是与反应能否自发进行有关的又一个因素,但也不是唯一因素。 [板书]三、焓变与熵变对反应方向的共同影响。 [讲述]在一定条件下,一个化学反应能否自发进行,既与反应焓变有关,又与反应熵变有关。研究表明,在恒温、恒压下,判断化学反应自发性的判据是: [板书]体系自由能变化(△G、单位:KJ/mol):△G = △H - T△S [指出] 体系自由能变化综合考虑了焓变和熵变对体系的影响。 [板书] △H - T△S < 0 反应能自发进行; △H - T△S = 0 反应达到平衡状态; △H - T△S > 0 反应不能自发进行。 [展示] [举例]对反应CaCO 3(s)= CaO(s)+ CO 2 (g) △H = + 178.2 KJ·mol-1△S = +169.6 J·mol-1·K-1 室温下,△G =△H-T△S =178.2KJ·mol-1–298K×169.6×10-3KJ·mol-1·K-1 = 128 KJ·mol-1>0 因此,室温下反应不能自发进行; 如要使反应自发进行,则应使△H - T△S < 0, 则T>△H/△S=178.2 KJ·mol-1/0.1696 KJ·mol-1·K-1 = 1051K。 [知识应用]本节课一开始提出处理汽车尾气的反应: 2NO(g) + 2CO(g) = N 2(g) + 2CO 2 (g), 已知,298K、101KPa下,该反应△H = - 113.0 KJ·mol-1,△S = -143.5 J·mol-1·K-1 则△G =△H-T△S = - 69.68 KJ·mol-1 < 0 因此,室温下反应能自发进行。 [指出]但该反应速率极慢,需要使用催化剂来加速反应。 [总结]能量判据和熵判据的应用: 1、由能量判据知∶放热过程(△H﹤0)常常是容易自发进行; 2、由熵判据知∶许多熵增加(△S﹥0)的过程是自发的; 3、很多情况下,简单地只用其中一个判据去判断同一个反应,可能会出现相反的判断结

化学反应进行的方向-高考化学专题

考点41 化学反应进行的方向 1.自发过程 (1)含义 在一定条件下,不需要借助外力就可以自动进行的过程。 (2)特点 ①体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或释放热量); ②在密闭条件下,体系有从有序自发地转变为无序的倾向(无序体系更加稳定)。 2.化学反应方向的判据 (1)焓判据 放热反应过程中体系能量降低,ΔH<0,具有自发进行的倾向。 但有些吸热反应也可以自发进行,故只用焓变判断反应进行的方向有一定的局限性。 (2)熵判据 ①熵:衡量体系混乱程度的物理量,符号为S,单位为J·mol?1·K?1。 ②熵的大小:同种物质,三种聚集状态下,熵值由大到小的顺序为S(g)>S(l)>S(s)。 ③熵判据:体系的混乱度增加,ΔS>0,反应有自发进行的倾向。但有些熵减的过程也能自发进行,故 只用熵变来判断反应进行的方向也不全面。 (3)复合判据——自由能变化判据 在温度、压强一定的条件下,化学反应进行的方向是反应的焓变和熵变共同影响的结果,因此,把焓变和熵变判据结合起来组成的复合判据即自由能变化ΔG,更适合于所有过程的判断。ΔG=ΔH?TΔS(T 为开尔文温度),ΔG的正、负决定着反应的自发与否。

①ΔH-TΔS<0,反应能自发进行。 ②ΔH-TΔS=0,反应达到平衡状态。 ③ΔH-TΔS>0,反应不能自发进行。 考向化学反应方向的判定 典例1下列过程一定不能自发进行的是 A.2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g)ΔH>0 B.2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)ΔH<0 C.(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)+NH3(g)ΔH>0 D.2CO(g)===2C(s)+O2(g)ΔH>0 【解析】A.ΔH>0,ΔS>0,在较高温度下可满足ΔH-T·ΔS<0,即在较高温度下反应能自发进行,故A不选;B.ΔH<0,ΔS<0,温度较低时即可满足ΔH-T·ΔS<0,能自发进行,故B不选;C.ΔH>0,ΔS>0,在较高温度下可满足ΔH-T·ΔS<0,即在较高温度下反应能自发进行,故C不选;D.ΔH>0,ΔS<0,一般情况下ΔG=ΔH-T·ΔS>0,不能自发进行,故选D。 【答案】D 1.已知反应2CO(g)2C(s)+O2(g)的ΔH为正值,ΔS为负值,设ΔH和ΔS不随温度的改变而改变。则下列说法中,正确的是 A.低温下是自发变化 B.高温下是自发变化 C.低温下是非自发变化,高温下是自发变化 D.任何温度下是非自发变化 焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响

化学反应的方向和限度

专题化学反应的方向和限度 一、可逆反应与化学平衡状态 1.在密闭容器中进行反应:X2(g)+Y2(g)?2Z(g),已知X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1 mol·L-1、0.3 mol·L -1、0.2 mol·L-1,在一定条件下,当反应达到平衡时,各物质的浓度有可能是() A.Z为0.3 mol·L-1B.Y2为0.4 mol·L-1 C.X2为0.2 mol·L-1D.Z为0.4 mol·L-1 2.在一定温度下的定容容器中,当下列物理量不再发生变化时:①混合气体的压强,②混合气体的密度,③混合气体的总物质的量,④混合气体的平均相对分子质量,⑤混合气体的颜色,⑥各反应物或生成物的浓度之比等于系数之比,⑦某种气体的百分含量 (1)能说明2SO2(g)+O2(g)?2SO3(g)达到平衡状态的是________。 (2)能说明I2(g)+H2(g)?2HI(g)达到平衡状态的是________。 (3)能说明2NO2(g)?N2O4(g)达到平衡状态的是________。 (4)能说明C(s)+CO2(g)?2CO(g)达到平衡状态的是________。 (5)能说明A(s)+2B(g)?C(g)+D(g)达到平衡状态的是________。 (6)能说明NH2COONH4(s)?2NH3(g)+CO2(g)达到平衡状态的是________。 (7)能说明5CO(g)+I2O5(s)?5CO2(g)+I2(s)达到平衡状态的是________。 3.若上述题目改成一定温度下的恒压密闭容器,结果又如何? 二、化学平衡常数 5.书写下列化学平衡的平衡常数表达式。 (1)Cl2+H2O?HCl+HClO (2)C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g) (3)CH3COOH+C2H5OH?CH3COOC2H5+H2O (4)CO2-3+H2O?HCO-3+OH- (5)CaCO3(s)?CaO(s)+CO2(g) 题组一多个反应中平衡常数关系判断 1.研究氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时,涉及如下反应: 2NO2(g)+NaCl(s)?NaNO3(s)+ClNO(g)K1 2NO(g)+Cl2(g)?2ClNO(g)K2 则4NO2(g)+2NaCl(s)?2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g)的平衡常数K=________(用K1、K2表示)。 2.已知:①CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g) ②2CH3OH(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g) ③CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g) 某温度下三个反应的平衡常数的值依次为K1、K2、K3,则该温度下反应3CO(g)+3H2(g)?CH3OCH3(g)+CO2(g)的化学平衡常数K为________________(用K1、K2、K3表示)。 题组二平衡常数的影响因素及其应用 3.甲醇是重要的化学工业基础原料和清洁液体燃料。工业上可利用CO或CO2来生产燃料甲醇。已知制

2.2 化学反应的方向和限度练习题及答案解析3套_1

2.2 化学反应的方向和限度 第 2 课时 每课一练(苏教版选修 4) 基础达标 1.改变反应条件使化学平衡向正反应方向移动时,下列变化中正确的是( ) A.生成物浓度一定增大 B.生成物的物质的量分数一定增大 C.反应物的转化率一定提高 D.某生成物的产率可能提高 解析:如增大体积平衡向正方向移动,则生成物浓度减小,选项 A 错;如加入反应物平衡 向正方向移动,生成物的质量分数不一定增大,转化率有增大、有减小,故选项 B 、C 错; 不论取什么措施,生成物产率有可能提高,故选项 D 正确。 答案:D 2.如图所示,φ(X)为气态反应物在平衡混合物中的体积分数,T 为温度。符合该曲线的反应 是( ) A.2NH 3(g) N 2(g)+3H 2(g)(正反应为吸热反应) B.H 2(g)+I 2(g) 2HI(g)(正反应为放热反应) C.4NH 3(g)+5O 2(g) 4NO(g)+6H 2O(g)(正反应为放热反应) D .2SO 2(g )+O 2(g) 2SO 3(正反应为放热反应) 解析:随温度升高 φ(X )含量减小,则正反应一定是吸热反应,随压强增大 φ(X )含量 升高,则正方向一定是体积增大的方向即 ΔV (g )>0,故选项 A 正确。 答案:A 3.在密闭容器中,进行反应 X (g )+3Y(g) 2Z(g),达到平衡后,其他条件不变,只增 加 X 的量,下列叙述中不正确的是( ) A.正反应速率增大,逆反应速率减小 B.X 的转化率变大 C.Y 的转化率变大 D.正、逆反应速率都增大 解析:对于反应 X (g )+3Y (g ) 2Z (g )达到平衡只增加 X ,则平衡向右移动,正 反应速率增大,逆反应速率也随之逐渐增大,Y 转化率增大,X 的转化率却减小,故选 C 。 答案:C 4.可逆反应 3H 2(g )+N 2(g) 2NH 3(g) ΔH <0,达到平衡后,为了使 H 2 的转化率增大, 下列选项中采用的三种方法都正确的是( ) A.升高温度,降低压强,增加氮气 B.降低温度,增大压强,加入催化剂 C.升高温度,增大压强,增加氮气 D.降低温度,增大压强,分离出部分氨 解析:由于 ΔH <0,降低温度平衡向正方向移动,故 A 、C 错误;催化剂对化学平衡无影响, 故 B 错误;增大压强和分离出部分氨,都能增大 H 2 的转化率,故选 D 。

化学反应进行的方向及判断依据

课题:化学反应进行的方向及判断依据 设计者:浙江省磐安中学周岚岚 2010年6月1日 设计意图:让学生先从生活中的自发过程实例出发,展示有关情境图片,指出自发过程是“在一定条件下无需外界帮助就能自动进行的过程。”从中得出自发过程能发生的规律:1、能量趋于“最低”的趋势2、“有序”变为“无序”的规律。然后请学生找能自发进行的反应,同时介绍几个吸热反应,从所举的例子中找到影响化学反应自发进行因素:1、能量降低- 放热反应(焓变△H<0)2、混乱度增大(熵变△S

高中化学选修四第二章化学反应进行的方向知识点

第三节化学反应进行的方向 李度一中陈海思 1、反应熵变与反应进行方向 (1)熵:物质的一个状态函数,用来描述体系的混乱度,符号为S。单位:J··。(2)体系趋向于有序转变为无序,导致体系的熵增加,这叫做熵增原理,也是反应方向的判断依据。 (3)同一物质,在气态时熵值最大,液态时次之,固态时最小。即S(g)>S (l)>S(s) (4)方程式中气体计量数增大的方向就是熵增的方向。 2、反应方向判断依据 在温度。压强一定的条件下,化学反应的判断依据为: 反应能自发进行 反应达到平衡状态 反应不能自发进行 注意:(1)为负,为正时,任何温度反应都能自发进行 (2)为正,为负时,任务温度反应都不能自发进行 【习题一】 (2018春?集宁区校级期末)下列说法正确的是() A.熵增大的反应一定可自发进行 B.熵减小的反应一定可自发进行 C.△H<0的反应可能自发进行 D.△H>0的反应不可能自发进行 【考点】焓变和熵变. 【专题】化学平衡专题. 【分析】化学反应是否自发进行的判断依据是△H-T△S<0; 【解答】解:A、熵增大△S>0,当△H>0的反应,在低温下可能是非自发进行;在高温下可以是自发进行,故A错误; B、熵减小的反应△S<0,当△H>0的反应,一定是非自发进行的反应,故B错

误; C、△H<0的反应,△S>0的反应一定能自发进行,故C正确; D、△H>0的反应,△S>0,高温下反应可能自发进行,故D错误; 故选:C。 【习题二】 (2017秋?平顶山期末)下列说法正确的是() A.自发反应在任何条件下都能实现 B.自发反应在恰当条件下才能实现 C.凡是放热反应都是自发的,由于吸热反应都是非自发的 D.自发反应一定是熵增大,非自发反应一定是熵减小或不变 【考点】焓变和熵变. 【专题】化学反应中的能量变化. 【分析】△H-T△S<0的反应能够自发进行,△H-T△S>0的反应不能够自发进行,反应能否自发进行,决定于焓变和熵变两个因素,缺一不可,据此分析.【解答】解:△H-T△S<0的反应能够自发进行,△H-T△S>0的反应不能够自发进行,反应能否自发进行,决定于焓变和熵变两个因素,缺一不可, A、放热的熵减小的反应在高温下不能自发进行,故A错误; B、自发反应需要在一定条件下才能够实现,B正确; C、反能否自发进行,决定于焓变和熵变两个因素,缺一不可,故C错误; D、反应能否自发进行,决定于焓变和熵变两个因素,缺一不可,故D错误;故选:B。 【习题三】 (2017秋?赤峰期末)已知反应2CO(g)=2C(s)+O2(g)的△H为正值,△S 为负值.设△H和△S不随温度改变,下列说法中正确的是() A.低温下能自发进行 B.高温下能自发进行 C.低温下不能自发进行,高温下能自发进行 D.任何温度下都不能自发进行 【考点】焓变和熵变.

化学反应的方向和限度

高考化学一轮复习测试卷及解析(36): 化学反应的方向和限度 题组一 化学平衡状态的判断及平衡特征 1.(2011·山东理综,28)研究NO 2、SO 2、CO 等大气污染气体的处理具有重要意义。 (1)NO 2可用水吸收,相应的化学反应方程式为________________________________。 利用反应6NO 2+8NH 37N 2+12H 2O 也可处理NO 2。当转移1.2 mol 电子时,消耗的NO 2在标准状况下是________L 。 (2)已知:2SO 2(g)+O 2(g)2SO 3(g);ΔH =-196.6 kJ·mol -1 2NO(g)+O 2(g)2NO 2(g);ΔH =-113.0 kJ·mol -1 则反应NO 2(g)+SO 2(g) SO 3(g)+NO(g)的ΔH =________kJ·mol -1。 一定条件下,将NO 2与SO 2以体积比1∶2置于密闭容器中发生上述反应,下列能说明反应达到平衡状态的是________。 a .体系压强保持不变 b .混合气体颜色保持不变 c .SO 3和NO 的体积比保持不变 d .每消耗1 mol SO 3的同时生成1 mol NO 2 测得上述反应平衡时NO 2与SO 2体积比为1∶6,则平衡常数K =________。 (3)CO 可用于合成甲醇,反应方程式为CO(g)+2H 2(g)CH 3OH(g)。CO 在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如右图所示。 该反应ΔH ________0(填“>”或“<”)。实际生产条件控制在250 ℃、1.3×104 kPa 左右, 选择此压强的理由是__________________________________________________________。 2.(2011·浙江理综,27)某研究小组在实验室探究氨基甲酸铵(NH 2COONH 4)分解反应平衡常数和水解反应速率的测定。 (1)将一定量纯净的氨基甲酸铵固体置于特制的密闭真空容器中(假设容器体积不变,固体试样体积忽略不计),在恒定温度下使其达到分解平衡: NH 2COONH 4(s)2NH 3(g)+CO 2(g) 实验测得不同温度下的平衡数据列于下表: 温度/℃ 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 平衡总压强/kPa 5.7 8.3 12.0 17.1 24.0 平衡气体总浓度/mol·L -1 2.4×10-3 3.4×10-3 4.8×10-3 6.8×10-3 9.4×10-3 ①可以判断该分解反应已经达到平衡的是________。 A .2v (NH 3)=v (CO 2) B .密闭容器中总压强不变 C .密闭容器中混合气体的密度不变 D .密闭容器中氨气的体积分数不变 催化剂 △

化学反应进行的方向练习题

2011-2012学年高二化学选修4(人教版)同步练习第二章 第四节化学反应进行的方向 一.教学内容: 化学反应进行的方向 二.重点、难点: 1.能利用焓变和熵变说明反应进行的方向 2.熵判据既是本节的重点,也是难点 三.具体内容: (一)自发过程和自发反应 1.自发过程 2.自发反应 3.举例 (二)反应熵变与反应方向 1.熵 2.熵变 3.反应的自发过程与熵变 (三)焓变与熵变对反应方向的共同影响 1.焓和熵的关系 2.焓变和熵变的影响 3.化学反应方向的判据 4.对反应方向判据的讨论 【典型例题】 [例1]试判断用于汽车净化的一个反应2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)在298K、100kPa下能否自发进行? 已知:在298K、100kPa下该反应的△H=-113.0kJ·mol-1, △S=-145.3J·mol-1·K-1

答案:可以自发进行。 解析:考察利用公式计算判断自发反应过程。 [例2]已知在298.15K、100kPa下石灰石分解反应: CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)△H=+178.3kJ·mol-1△S=+160.4J·mol-1·K-1,试判断反应的自发性及自发进行的最低温度。 答案:非自发反应;1112K。 解析:考察基本公式的转化应用。 [例3]碳铵「(NH4)2CO3」在室温下就能自发的分解产生氨气,对其说法中正确的是() A.碳铵分解是因为生成易挥发的气体,使体系的熵增大 B.碳铵分解是因为外界给予了能量 C.碳铵分解是吸热反应,根据能量判断不能自发分解 D.碳酸盐都不稳定,都能自发分解 答案:A 解析:考察反应方向的基本判断。 [例4]下列过程属于熵增加的是() A.一定条件下,水由气态变成液态 B.高温高压条件下使石墨转变成金刚石 C.2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g) D.散落的火柴的无序排列 答案:CD 解析:有关熵的判断。 [例5]下列反应是自发进行的吸热反应的是() A.NaOH+HCl=NaCl+H2O B.(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g) C.2CO+O2点燃 2CO2 D.C(s)+H2O(g)高温 CO(g)+H2(g)

第二章 化学反应的方向部分作业的提示

第二章 化学反应的方向 一、选择题(每题2分,共40分) 1.如果系统经过一系列变化,最后又变到初始状态,则系统的 (A ) Q =0,W =0,ΔU =0,ΔH =0 (B ) Q ≠ 0,W ≠0,ΔU =0,ΔH =Q (C )Q =-W ,ΔU =Q+W ,ΔH =0 (D ) Q ≠ W ,ΔU =Q+W ,ΔH =0 2.体系的性质有广延性质和强度性质,下列哪一组均属广延性质 (A )T ,V ,H ,U ; (B )U ,S ,G ,H ; (C )S ,H ,G ,T (D )S ,T ,V ,G 。 3.在下列反应中,r m ΔH 等于AgBr(s)的f m ΔH 的反应是 (A ). Ag+ (aq) + Br- (aq) → AgBr (s) (B ). 2Ag (s) + Br 2 (g)→2AgBr (s) (C ). Ag (s) + 1 2 Br 2 (l) → AgBr (s) (D ) Ag (aq) +1 2 Br 2 (g) → AgBr (s) 4.若某体系所吸收的热量,全部用于体系的内能增加,则所需的条件是:①封闭系统 ②不 做体积功和其它功 ③恒压 ④恒温 (A )①和②; (B )①和③;(C )①和④;(D )②和④。 5.一般来说,以下哪种情况会导致熵值较小? (A) 分子数较多; (B )气体的量增加; (C) 分子对称性增加; (D )固体物质液化。 6.在标准条件下石墨燃烧反应的焓变为-393.6 kJ·mol-1,金刚石燃烧反应的焓变为-395.5 kJ·mol-1,则石墨转变成金刚石反应的焓变为 (A ). -789.1 kJ·mol-1 (B ). 0 (C ). +1.9 kJ·mol-1 (D )-1.9 kJ·mol-1 7.25℃时NaCl 晶体在水中的溶解度约为6 mol·L -1,若在1L 水中加入1 mol NaCl ,则 NaCl (s) + H 2O (l) → NaCl (aq)的 (A ). ΔS > 0,ΔG > 0 (B ) ΔS > 0,ΔG < 0 (C ). ΔG > 0,ΔS < 0 (D ). ΔG < 0,ΔS < 0 8.下列物质中可以认为具有最大摩尔熵的是 (A ). Li (g) (B ). Li (s) (C ). LiCl·H 2O (s) (D ). Li 2CO 3 (s) 9.下列反应中,r m ΔS 值最大的

化学反应的方向和限度

化学反应的方向和限度 主讲:程为民 一周强化 一、一周内容概述 本周学习了化学反应的方向和限度,重点介绍了:化学反应的方向、判断化学反应方向的依据、化学平衡的建立、化学平衡常数、平衡转化率等。 二、重难点知识剖析 (一)化学反应的方向 自发反应:在一定条件下无需要外界帮助就能自动进行的反应。 化学反应具有方向性。许多化学反应能自发进行,而其逆反应无法进行。如: Zn+CuSO 4=ZnSO 4 +Cu (二)判断化学反应方向的依据 1、判断反应能否自发进行的因素之一:焓变(△H) (1)若△H<0 ,一般正反应能自发进行。 (2)若△H>0 ,一般正反应不能自发进行;而逆反应能自发进行。 绝大多数放热反应都能自发进行,而且反应放出的热量越多,体系能量降低得也越多,反应越完全。因此,反应体系有趋向最低能量状态的倾向。 2、判断反应能否自发进行的因素之二:熵变(△S) 决定化学反应能否自发进行的另一个因素是体系的混乱度。衡量一个体系混乱度的物理量叫做熵,用符号S表示。体系中微粒之间无规则排列的程度越大,体系的熵越大。 熵变(△S):反应前后体系熵的变化叫做熵变,可用△S表示。如果发生变化后体系的混乱度增大,该过程的△S>0 ;反之△S<0 。 自发反应趋向于最大混乱度方向进行,即熵变△S>0的方向。 (1)若△S>0 ,一般正反应能自发进行。 (2)若△S<0 ,一般正反应不能自发进行;而逆反应能自发进行。

3、判断反应能否自发进行的综合因素:吉布斯自由能(△G) 在恒温压条件下,封闭系统的吉布斯自由能变:△G=△H-T△S。这一公式称为吉布斯等温方程式,是化学上最重要和最有用的公式之一。△G可作为反应或过程自发性的衡量标准:△G<0时,过程为自发过程;△G>0时,过程为非自发过程;△G=0时,处于平衡状态。 △G的符号和大小不但取决于△H和△S的符号和大小,也与温度密切相关,可能出现表所示的四种情况。 表△H、△S及T对反应自发性的影响 类型 △H △S △G(△H-T△S) 正反应的自发性 实例 I - + 永远是负 △H △S △G(△H-T△S) 正反应的自发性 实例 I - + 永远是负 任何温 (g)=3O2(g) Ⅱ + - 永远是正 任何温度均不自发 CO(g)=C(s)+度均自发 2O 3 O2(g) Ⅲ + + 低温为正, △S △G(△H-T△S) 正反应的自发性 实例 I - + 永远是负 任何温度均自 (g)=3O2(g) Ⅱ + - 永远是正 任何温度均不自发 CO(g)=C(s)+ 发 2O 3 O2(g) Ⅲ + + 低温为正, △G(△H-T△S) 正反应的自发性 实例 I - + 永远是负 任何温度均自发 2O3(g)=3O2(g) Ⅱ + - 永远是正 任何温度均不自发 CO(g)=C(s)+ O2(g) Ⅲ + + 低温为正, 正反应的自发性 实例 I - + 永远是负 任何温度均自发 2O (g)=3O2(g) 3 (g)=3O2(g) Ⅱ + - 永远是实例 I - + 永远是负 任何温度均自发 2O 3 (g) Ⅲ + + 低温为正, 正 任何温度均不自发 CO(g)=C(s)+O 2 I - + 永远是负 任何温度均自发 2O3(g)=3O2(g) Ⅱ + - 永远是正 任何 温度均不自发 CO(g)=C(s)+O (g) Ⅲ + + 低温为正, 2 I - + 永远是负 任何温度均自发 2O3(g)=3O2(g) Ⅱ + - 永远是正 任何温 (g) Ⅲ + + 低温为正, 度均不自发 CO(g)=C(s)+O 2 (g)=3O2(g) Ⅱ + - 永远是正 任何温度- + 永远是负 任何温度均自发 2O 3

《化学反应进行的方向》教学设计

《化学反应进行的方向》教学设计 一、教材分析与学情分析 本节课内容介绍了“焓判据、熵判据及自由能判据(△G=△H-T△S)”知识,有一定难度。人教版教材将本节内容安排在学生学习了化学反应及其能量变化、化学反应速率、化学平衡之后以知识介绍的方式呈现出来,让学生了解焓变只与初末状态有关而与途径无关,决定反应进行方向的因素不是单一的焓变,熵变也是决定因素之一。 教材从学生已有的知识和生活经验出发,分四个层次就化学反应的方向进行了介绍。第一,以学生熟悉的爬山方式,介绍焓变与途径无关,再以自发进行的放热反应为例,介绍化学反应有向能量降低的方向自发进行的倾向——焓判据;以生活现象为例,说明混乱度(熵)增加是自然界的普遍规律,也是化学反应自发进行的一种倾向——熵判据。第二,用实例说明单独运用上述判据中的任一种,都可能出现错误,都不是全面的。第三,要正确的判断化学反应的方向,需要综合考虑焓变和熵变的复合判据。第四,简单介绍了自由能判据的结论性内容。 二、教学目标 1、知识与技能: (1)理解判断化学反应方向的焓判据及熵判据; (2)能用焓变和熵变说明化学反应的方向; 2、过程与方法: 通过学生已有知识及日常生活中的见闻,构建化学反应方向的判据。学会运用比较、归纳、概括等方法对信息进行加工,构建新知识。 3、情感态度与价值观: (1)激发学生的学习兴趣,培养学生从微观的角度理解化学反应,培养学生尊重科学、严谨求学、勤于思考的态度,树立透过现象看本质的唯物主义观点。 (2)通过本节内容的学习,体会事物的发展、变化常常受多种因素的制约,要全面分析问题。 三、教学的重点和难点 焓判据、熵判据、自由能判据与化学反应方向的关系 四、教学方法 1、应用讨论交流的方法调动学生的积极性,充分发挥学生的想象力; 2、启发学生学会归纳、概括,对信息进行加工,得出结论; 3、注重从学生已有知识及日常生活的经验上构建新知识。 五、教学过程

化学反应进行的方向

《化学反应进行的方向》教学设计 \一、课程分析: 1 .教材的地位与作用 本节为人教版化学选修4第二章第四节《化学反应进行的方向》。主要介绍了“焓判据、熵判据及自由能变化(△G=△H-T△S)”知识,有一定难度。教材从学生已有的知识和生活经验出发,分四个层次就化学反应的方向进行了介绍。第一,以学生熟悉的自发进行的放热反应为例,介绍化学反应有向能量降低的方向自发进行的倾向——焓判据;以生活现象为例,说明混乱度(熵)增加是自然界的普遍规律,也是化学反应自发进行的一种倾向——熵判据。第二,用实例说明单独运用上述判据中的任一种,都可能出现错误,都不是全面的。第三,要正确的判断化学反应的方向,需要综合考虑焓变和熵变的复合判据。第四,简单介绍了自由能判据的结论性内容。 2. 教学目标 知识与技能: (1)通过学生日常生活中所见所闻以及常见的化学反应,让学生了解放热反应的自发性和某些吸热过程的自发性 (2)通过“有序”和“无序”的对比,引出熵的概念 (3)通过日常生活中的见闻引导学生,使学生明确根据反应的焓变和熵变的大小,只能判 断反应自发进行的可能性,不能决定反应是否一定发生或反应速率的大小。 过程与方法: 通过学生已有知识及日常生活中的见闻,使学生构建化学反应方向的判据。学会运用比较、归纳、概括等方法对信息进行加式,构建新知识 情感态度价值观: 通过日常生活中的焓变和熵变的具体实例,让学生明确化学与日常生活是息息相关的3.教学重难点 重点:熵判据难点:焓减与熵增与化学反应方向的关系 二、教学方法: 教师教法:创设情境、问题引导、重点讲解 学生学法:思考交流、分析讨论、习题检测 三、学生学情: 本节内容是在学生学习了化学反应及其能量变化、化学反应速率、化学平衡等知识之后,以知识介绍的方式呈现出来,让学生了解决定反应进行方向的因素不是单一的焓变,熵变也是决定因素之一。 四、教学过程: 【一、情景创设,导入新课】 提问:同学们知道二十一世纪的第三金属是指哪种金属吗?你知道它的用途吗?钛这种金属是如何被发现,又是怎样制备出来的呢?科学家们遇到了怎样的困难呢? (TiO2(s)+2Cl2(g)=TiCl4(l)+O2(g) TiCl4+2Mg=2MgC12+Ti)第一步科学家们就被难住了。这个反应在任何温度下都不反应,但是其逆向反应,四氯化钛与氧气却能在一定温度下反应生成二氧化钛,这是工业生产二氧化钛的一种方法。也就是说,这个反应根本不能按照科学家欲设的方向进行。这在科学研究中是很常见的,在同学们的学习中是否也遇到过类似的情况呢? 例如:CaCl2+Na2CO3=CaCO3+2NaCl、Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu以上两个反应的正向在常温常压下都能自动发生,而逆向反应在相同条件下却不能自动进行。也就说化学反应存在方向性。【设计意图】通过金红石无法直接制取钛,激发学生的学习兴趣,引出反应进行方向。

第二章化学反应进行的方向和限度.(DOC)

第二章 化学反应进行的方向和限度 教学内容 1. 焓变与变化方向; 2. 熵变与变化方向; 3. 吉布斯函数变与变化方向; 4. 化学反应的限度——化学平衡。 教学要求 理解标准熵、标准生成吉布斯函数变、标准平衡常数等有关概念;掌握反应的熵变与吉布斯函数变的求算方法;熟悉等温等压条件下化学反应进行方向的判断方法;掌握吉布斯方程及转化温度的计算方法;掌握标准平衡常数(Θ K )的表达和Θ K 与标准吉布斯函数变的关系及化学平衡的相关计算;了解影响化学平衡移动的有关因素。 知识点与考核点 1.熵(S ) 系统内微观质点混乱度的量度。Ωln k S =(k 是Boltzmann 常数,Ω是微观状态数(与混乱度密切相关)。熵是状态函数。 2. 热力学第三定律 在0K 时,任何纯物质、完整晶体的绝对熵为0,(固体在0K 时,任何物质的 热运动停止,只有一种微观状态,即Ω=1)。 3. 标准摩尔熵(θ m S ) 一定温度下,1mol 纯物质在标准情况下的规定熵。 人为规定:处于标准条件下的水合H + 离子的标准熵为零,其它离子的标准 熵为其相对值。 4.影响熵的因素 ① 相同物质S g > S l > S s ; ② 分子数越多、分子量越大、物质结构越复杂,熵越大; ③ 固体溶解于水,熵增加,而气体溶解于水,熵减小; ④ 温度越高,熵越大。 5.反应熵变的计算 对化学反应a A + f F = g G + d D =θ ?m r S gS θm ,G + dS θm ,D – aS θm ,A – fS θm ,F =∑θνB B ,m B S 。

注意:①计量系数;②物质的聚集状态。 6. 熵变与化学反应方向 等温等压条件下,熵变大于零(S ?> 0)有利于变化过程自发进行,但 不能单独作为判断化学反应方向的标准。 7. 焓变与化学反应方向 等温等压条件下,焓变小于零(H ?> 0)有利于变化过程自发进行,但 不能单独作为判断变化过程方向的标准。 8. 吉布斯函数 TS H G -= (G 为状态函数,为复合函数)。 9. 吉布斯函数变 S T H G ?-?=?(恒温、恒压下反应的推动力)(G ?不是状态函数...... )。 10. 标准摩尔生成吉布斯函数(Δf G m Θ) 在一定温度,标准状态下,由最稳定单质生成1mol 纯物质时反应的标准吉布斯函数变。 11. 化学反应标准吉布斯函数变(Θ?m r G )的计算 对化学反应 a A + f F = g G + d D θ ?m r G = g Δf G m θ,G + d Δf G m θ,D — a Δf G m θ,A — f Δf G m θ,F =Θ?∑B ,f B B m G ν 注意:①计量系数,②物质的聚集状态。 12.ΔG 与ΔS 、ΔH 及T 的关系 13.等温、等压,判断变化过程自发进行方向的判据 ΔG < 0 过程正向自发进行 ΔG = 0 处于平衡状态 ΔG > 0 过程逆向自发进行

化学反应的方向和限度

化学反应的方向和限度

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化学反应的方向和限度编号 22 【学习目标】 1、理解化学平衡常数的含义,并掌握判断化学平衡状态的标志。 2、小组积极讨论,合作探究有关化学平衡常数进行简单计算以及影响平衡的因素。 3、以极度的热情投入课堂,全力以赴,体验学习的快乐 【使用说明】利用一节课,认真阅读课本完成学案,下课收齐。下节课修改10 分钟后结合错题统计讨论10分钟,师生探究、学生展示20分钟,巩固落实5分钟。标有★★的B层可不做, 标有★或★★的C层可不做。 【课前导学】 一、化学平衡状态 【练习1】(1)下列方法可以证明2HI(g)H2(g)+I2(g)已达平衡状态的是______________ ①单位时间内生成n mol H2的同时生成n molHI; ②一个H—H键断裂的同时有两个H—I键断裂; ③百分组成w(HI)=w(I2)时; ④反应速率v(H2)=v(I2)=1/2v(HI); ⑤c(HI)︰c(H2)︰c(I2)=2︰1︰1; ⑥温度和体积一定时,容器内压强不再变化; ⑦温度和体积一定时,某一生成物浓度不再变化; ⑧条件一定,混合气体的平均相对分子质量不再变化; ⑨温度和体积一定时,混合气体的密度不再变化; ⑩温度和体积一定时,混合气体的颜色不再变化 (2)在上述⑥—⑩的说法中能说明2NO2(g)N2O4(g)达到平衡状态的是_______________ (3)在上述⑥—⑨的说法中能说明C(s)+ H2O(g)H2(g) +CO(g)达到平衡状态的是_____ 二、化学平衡常数 1、化学平衡常数及其应用 (1)对于反应 aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g) △H<0平衡常数K=____________________

化学反应的方向和限度(教案)

化学反应速率与化学平衡 第二单元化学反应的方向和限度 第一课时化学反应的方向判断化学反应方向的依据 【引入】: 自然界中有许多现象是可以自发进行的,请结合自己的生活经验举例说明. 自然界中水总是从高处往低处流 电流总是从电位高的地方向电位低的地方流动 室温下冰块自动融化 墨水扩散 食盐溶解于水 火柴棒散落 化学反应中镁条燃烧、酸碱中和、铁器暴露在潮湿空气中生锈、甲烷和氧气的混合气体遇明火就燃烧、锌与CuSO4溶液反应生成Cu和ZnSO4等,这些过程都是自发的,其逆过程就是非自发的. 一、化学反应的方向. 1.自发过程:在一定条件下,不借助外部力量就能自动进行的过程. 2.自发反应:在一定的条件下无需外界帮助就能自动进行的反应. 【过渡】: 如何判断一个过程,一个反应能否自发进行? 二、判断化学反应方向的依据. 【交流与讨论】: 酸碱中和、镁条燃烧等这些一定条件下能自发发生的反应有何共同特点? △H < O即放热反应 放热反应使体系能量降低,能量越低越稳定,△H < O有利于反应自发进行.

1.焓判据(能量判据). 体系趋向于从高能状态转变为低能状态 (这时体系会对外做功或者释放热量~△H ﹤0) 【设问】: 自发反应一定要△H < O ? NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)=CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l) △H= +37.30kJ/mol 【结论】: △H < O有利于反应自发进行,但自发反应不一定要△H < O. 焓变是反应能否自发进行的一个因素,但不是唯一因素. 为了解释这样一类与能量状态的高低无关的过程的自发性,科学家们提出了在自然界还存在着另一种能够推动体系变化的因素→熵. 2.熵判据. (1).熵:体系混乱度的量度,即熵是用来描述体系的混乱度. 符号:S 单位:J?mol-1?K-1 . 体系混乱度越大,熵值越大;体系混乱度越小,熵值越小. (2).熵变:反应前后体系熵的变化. 同一物质,S(g)﹥S(l)﹥S(s) 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 (△S >0),为熵增加反应. 【设问】: 火柴散落、墨水扩散过程混乱度如何变化?从混乱度变化角度分析它们为什么可以自发?

化学反应原理第二章测试题含答案

高二化学反应原理第二章化学反应的方向、限度和速率测试题含答案 质量检测 第Ⅰ卷(选择题,共54分) 一、选择题(本题包括18个小题,每题3分,共54分。每题只有一个选项符合题) 1.下列反应中,一定不能自发进行的是() A.2KClO3(s)====2KCl(s)+3O2(g) ΔH=-78.03 kJ·mol-1 ΔS=1 110 J·mol-1·K-1 B.CO(g)====C(s,石墨)+1/2 O2(g) ΔH =110.5 kJ·mol-1ΔS=-89.36 J·mol-1·K-1 C.4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)====4Fe(OH)3(s) ΔH =-444.3 kJ·mol-1 ΔS =-280.1 J·mol-1·K-1 D.NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)====CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l) ΔH =37.301 kJ·mol-1ΔS =184.05 J·mol-1·K-1 2.下列反应中,熵减小的是() A、(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g) B、2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g) C、 MgCO3(s)=MgO(s)+CO2(g) D、2CO(g)=2C(s)+O2(g) 3.反应4NH3(气)+5O2(气) 4NO(气)+6H2O(气)在10L密闭容器中进行,半分钟后,水蒸气的物质的量增加了0.45mol,则此反应的平均速率v(X)(反应物的消耗速率或产物的生成速率)可表示为( ) A. (NH3) = 0.010 mol/(L·s) B.v (O2) = 0.0010 mol/(L·s) C.v (NO) = 0.0010 mol/(L·s) D.v (H2O) = 0.045 mol/(L·s) 4.将4molA气体和2molB气体在2L的容器中混合,在一定条件下发生如下反应:2A(g)+B(g) 2C(g),若经2s后测得C的浓度为0.6mol·L-1,现有下列几种说法: ①用物质A的浓度变化表示的反应速率为0.3mol·L-1·s-1 ②用物质B的浓度变化表示的反应速率为0.6 mol·L-1·s-1 ③平衡时物质A的转化率为70%,

第二章 化学反应的方向

第二章 化学反应的方向、速率和限度 一、讲授学时数: 二、教学要求和目的: 1. 能用活化分子、活化能概念解释c 、T 、催化剂对反应速率的影响。 2. 掌握化学平衡的概念,平衡移动的规律及多重平衡规则。 3. 能用平衡常数K θ进行有关计算。 4. 掌握的ΔG θ、ΔH θ、ΔS θ计算,能用ΔG 判断反应方向,ΔG θ估计反应的程度。 5. 了解化学反应速率方程的概念。 6. 了解影响多相反应速率的因素。 三、重点难点: 四、教学方法: 采用多媒体和板书相结合的课堂讲授方法 §2.1化学反应的方向和吉布斯自由能变 2.1.1 化学反应的自发过程 自发过程:在一定条件下不需外界作功,一经引发就能自动进行的过程。例如: 水总是自动地从高处向低处流。铁在潮湿的空气中易生锈。 要使非自发过程得以进行,外界必须作功。例如:欲使水从低处输送到高处,可借助水泵作机械功来实现。 注意:能自发进行的反应,并不意味着其反应速率一定很大 2.1.2 影响化学反应方向的因素 1、化学反应的焓变 自发过程一般都朝着能量降低的方向进行。能量越低,体系的状态就越稳定。对化学反应,很多放热反应在298.15K ,标准态下是自发的。 例如: CH 4(g) + 2O 2(g) → CO 2(g) + 2H 2O(l) r m H θ? = -890.36 kJ·mol -1 曾试图以反应的焓变(r m H θ?)作为反应自发性的判据。认为在等温等压条件 下,当r m H θ?< 0时: 化学反应自发进行;r m H θ?> 0时: 化学反应不能自 发进行;但实践表明:有些吸热过程(r m H θ?> 0)亦能自发进行。 例如 1.NH 4Cl(s) → NH 4+(aq) + Cl -(aq) r m H θ? = 14.7 kJ·mol -1 2.Ag 2O(s) → 2Ag(s) + 1/2 O 2(g) r m H θ?=31.05 kJ·mol -1 可见,把焓变作为反应自发性的判据是不准确、不全面的。除了反应焓变以外,还有其它因素(体系混乱度的增加和温度等)。也是影响许多化学和物理过程自发进行的因素。 为什么有些吸热过程亦能自发进行呢? 例如 1.NH 4Cl(s) → NH 4+(aq) + Cl -(aq) r m H θ? = 14.7 kJ·mol -1 NH 4Cl 晶体中NH 4+和Cl -的排列是整齐有序的。NH 4C1晶体进入水中后,形成水合离子(以aq 表示)并在水中扩散。在NH 4Cl 溶液中,无论是NH 4+(aq)、Cl -(aq)还是水分子,它们的分布情况比NH 4Cl 溶解前要混乱得多。 再如:2.Ag 2O(s) → 2Ag(s) + 1/2 O 2(g) r m H θ?=31.05 kJ·mol -1

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