【知识解析】反应熵变与反应方向

化学反应的方向一、化学反应的方向1．化学反应具有方向性，许多化学反应的正反应能自发进行，而其逆反应无法自发进行。

2．自发反应：在一定条件下无需外界帮助就能自动进行的反应。

二、判断化学反应方向的依据1．能量判据：自然界中的自发过程，都有由能量较高状态向能量较低状态转化的倾向；绝大多数放热反应都能自发进行，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。

反应的焓变是制约化学反应能否自发进行的因素之一。

2．熵判据：（1）熵：用来度量体系混乱程度的物理量。

熵值越大，混乱程度越大。

符号为S。

单位：J·mol－1·K－1。

（2）熵值大小的比较：同一种物质不同状态时熵值大小为S(g)＞S(l)＞S(s)。

（3）熵变：反应前后体系熵的变化，符号为ΔS。

若发生变化后体系的混乱度增大，该过程的ΔS＞0，反之，ΔS＜0。

（4）熵变与化学反应自发性关系ΔS＞0，反应自发进行；ΔS＜0，反应不能进行。

化学反应的ΔS越大，越有利于反应自发进行。

3．复合判据体系能量降低(ΔH＜0)和混乱度增大(ΔS＞0)都有促使反应自发进行的倾向，判断反应的自发性必须综合考虑反应的焓变和熵变。

在恒温、恒压时：（1）当ΔH＜0，ΔS＞0时，反应自发进行。

（2）当ΔH＞0，ΔS＜0时，反应不能自发进行。

（3）当ΔH＜0，ΔS＜0时，反应在较低温度下自发进行。

（4）当ΔH＞0，ΔS＞0时，反应在较高温度下自发进行。

〖巩固及拓展练习〗1．实验证明，多数能自发进行的反应都是放热反应。

对此说法的理解正确的是() A．所有的放热反应都是自发进行的B．所有的自发反应都是放热的C．焓变是影响反应是否具有自发性的一个重要因素D．焓变是决定反应是否具有自发性的惟一判据2．下列自发反应可用焓判据来解释的是()A．2N2O5(g)＝4NO2(g)＋O2(g) ΔH＝＋56.7 kJ·mol－1B．(NH4)2CO3(s)＝NH4HCO3(s)＋NH3(g) ΔH＝＋74.9 kJ·mol－1C．2H2(g)＋O2(g)＝2H2O(l)ΔH＝－286 kJ·mol－1D．CaCO3(s)＝CaO(s)＋CO2(g) ΔH＝＋178.2 kJ·mol－13．碳酸铵(NH4)2CO3在室温下就能自发的分解产生氨气，对其说法正确的是()A．碳酸铵分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增大B．碳酸铵分解是因为外界给予了能量C．碳酸铵分解是吸热反应，根据能量判据不能自发分解D．碳酸盐都不稳定，都能自发分解4．某反应：A＝B＋C在室温下不能自发进行，在高温下能自发进行，对该反应过程ΔH、ΔS的判断正确的是()A．ΔH＜0、ΔS＜0 B．ΔH＞0、ΔS＜0 C．ΔH＜0、ΔS＞0 D．ΔH＞0、ΔS＞05．下列说法中正确的是()A．凡是放热反应都是自发的，吸热反应都是非自发的B．自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是熵减小或不变的反应C．自发反应在恰当的条件下才能实现D．自发反应在任何条件下都能实现6．下列对熵的理解不正确的是()A．同种物质气态时熵值最大，固态时熵值最小B．体系越有序，熵值越小；越混乱，熵值越大C．与外界隔离的体系，自发过程将导致体系的熵减小D．25 ℃、1.01×105 Pa时，2N2O5(g)＝4NO2(g)＋O2(g)是熵增的反应7．在图中A、B两容器里，分别收集着两种互不作用的理想气体。

用焓变与熵变综合判断反应方向1 化学反应方向的判据在一定条件下，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，在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下，化学反应的方向可以用反应的焓变和熵变来综合判断，判据为ΔH－TΔS。

ΔH－TΔS＜0 反应正向能自发进行ΔH－TΔS＝0 反应达到平衡状态ΔH－TΔS＞0 反应正向不能自发进行上述判据可表述为在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下，自发反应总是向着ΔH－TΔS＜0的方向进行，直至达到平衡状态。

2 反应方向的吉布斯自由能判据（1）吉布斯自由能①符号：G。

②定义式：G＝H－TS。

（2）吉布斯自由能变（ΔG）①含义：表示一个封闭体系在等温、等压条件下做最大非体积功的能力。

②表达式：ΔG＝ΔH－TΔS。

（3）吉布斯自由能判据在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下，反应的方向可依据ΔG来判断。

ΔG＜0 反应正向能自发进行ΔG＝0 反应达到平衡状态ΔG＞0 反应正向不能自发进行在以上条件下，自发反应总是朝着吉布斯自由能减小的方向进行，直至达到平衡状态。

名师提醒（1）ΔH与ΔS共同影响一个化学反应在一定条件下能否自发进行。

若只简单地用焓变或熵变中的一个来判断同一个化学反应的方向，可能会出现相反的判断结果。

所以在判断化学反应的方向时，应该同时考虑两个因素，用ΔH－TΔS作为判据。

（2）化学反应方向与反应条件有关，不能随意将常温、常压下的结论用于其他温度、压强条件下发生的反应。

（3）“ΔH－TΔS判据”只能用于判断等温、等压条件下的反应，不能用于判断其他条件（如等温、等容）下的反应。

（4）“ΔH－TΔS判据”只能用于判断等温、等压及除了体积功以外不做其他功条件下反应正向自发进行的趋势，即反应发生的可能性，但它并不能说明在该条件下可能正向自发进行的反应能否实际发生，这是因为反应能否实际发生还涉及反应速率问题。

如涂有防锈漆和未涂防锈漆的钢制器件，其腐蚀过程的自发性是相同的，但只有后者会发生腐蚀。

化学反应与熵变熵（Entropy）是热力学中一个重要的概念，它代表了系统的无序程度或者混乱程度。

在化学反应中，熵变（ΔS）是一个决定反应进行方向的重要因素。

本文将探讨化学反应与熵变的关系，以及如何计算和解释熵变。

一、熵的定义和性质熵是热力学中的一个状态函数，符号为S。

根据热力学第二定律，对于孤立系统，熵总是增加的，即ΔS≥0。

孤立系统的熵增加，表示系统的无序性增加。

熵的计算需要先确定系统的微观状态数，即系统所能处于的不同的微观状态的数量。

根据玻尔兹曼公式，熵与状态数的关系为S=k lnW，其中k是玻尔兹曼常数，W是状态数。

熵的单位是焦耳/开尔文（J/K）。

二、化学反应与熵变的关系化学反应本质上是分子之间的重新组合与重排过程。

在化学反应中，反应的熵变被定义为物质在反应中熵的变化，即ΔS=ΣnS(products) -ΣmS(reactants)，其中ΔS表示熵变，n和m分别是产物和反应物的系数，S(products)和S(reactants)分别表示产物和反应物的熵。

根据熵变的正负值，可以判断一个反应是放热反应还是吸热反应。

当ΔS > 0时，系统的熵增加，反应是放热反应；当ΔS < 0时，系统的熵减少，反应是吸热反应；当ΔS = 0时，系统的熵不变，反应处于热力学平衡状态。

三、影响熵变的因素1. 物态变化：物质由固态到气态的变化，通常伴随着熵的增加。

例如冰融化成水，水蒸发成为气体等过程，都会使系统的熵增加。

相反，气体凝结成液体或固体，熵会减少。

2. 分子大小和自由度：分子越大，自由度越高，系统的熵也会相应增加。

例如氢气和氨气反应生成氮气和水蒸气，反应的熵变较大，因为氮气和水蒸气的分子比氢气和氨气的分子更大，自由度更高。

3. 反应物和产物的数量：当反应物与产物中的物质数量增加时，反应的熵变通常也会增加。

这是因为物质数量的增加增加了系统可能的微观状态数量。

4. 反应条件：压力和温度可以对反应的熵变产生影响。

实践的意义？
三、焓变和熵变对反应方向的共同影响
反应自发进行方向的判据：△H -T△S
△H -T△S ＜0, 自发进行 △H -T△S ＝0，可逆反应达平衡状态 △H -T△S >0，非自发进行
温度对反应自发性的情况
类 型
Байду номын сангаас△H
△S △H-T△S
反应的自发性
12+ 3-
+
永远是-
在任何温度都是自发反 应
2．在讨论过程的方向时，指的是没有外界干扰时 体系的性质。如果允许外界对体系施加某种作用， 就可能出现相反的结果。例如石墨经高温高压还是 可以变为金刚石的。
汽车尾气的主要污染物是一氧化氮以及燃
烧不完全所产生的一氧化碳，它们是现代
化城市的重要大气污染物，为了减轻汽车
尾气造成的大气污染,有人提出通过
2NO(g) + 2CO(g) === N2(g) + 2CO2(g) 来处理汽车尾气。
A.ΔH < 0，ΔS > 0
B. ΔH < 0，ΔS <0
C. ΔH > 0，ΔS > 0
D. ΔH > 0，ΔS < 0
已知室温（298K、101KPa）下： △H = - 113.0 KJ·mol-1 △S = -143.5 J·mol-1·K-1
判断该方案能否可行？
△H-T△S = - 70.2 KJ·mol-1 < 0,
因此，室温下反应能自发进行。
但该反应速率极慢。 思考：如何加快反应速 率？
一种汽车尾 气净化器。
-
永远是+
在任何温度下都是非自发 反应
-
在高温+