“化學(xué)反應(yīng)的方向”教學(xué)設(shè)計(jì)與探索

吳俊明

摘要：根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的特點(diǎn)，“化學(xué)反應(yīng)的方向”的教學(xué)定位為拓展性質(zhì)、科普性質(zhì)，設(shè)計(jì)了8條教學(xué)策略。只要有恰當(dāng)?shù)拇胧缤ㄟ^學(xué)案提供適當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)引導(dǎo)與指導(dǎo)、閱讀材料和討論練習(xí)題等，可以有效促使學(xué)生開展自主學(xué)習(xí)。附錄了作者設(shè)計(jì)的學(xué)案概要。

關(guān)鍵詞：化學(xué)反應(yīng)的方向；教學(xué)設(shè)計(jì)；學(xué)案

文章編號(hào)：1005–6629（2014）7–0047–03 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

“化學(xué)反應(yīng)的方向”是高中化學(xué)選修模塊《化學(xué)反應(yīng)原理》中比較難教難學(xué)的內(nèi)容，即使在大學(xué)，這一內(nèi)容的教學(xué)往往也不輕松。如何上好這節(jié)課？最近筆者對(duì)此作了一些思考和探索，現(xiàn)簡(jiǎn)述如下以就教于讀者。

1 教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)與定位

從化學(xué)發(fā)展的全部歷史來看，化學(xué)的基本問題是物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)和反應(yīng)。未來化學(xué)將重視研究物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系，研究物質(zhì)轉(zhuǎn)化的規(guī)律和控制手段，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的人工轉(zhuǎn)化和合成，對(duì)生活、生命和生產(chǎn)中的化學(xué)過程實(shí)現(xiàn)按需調(diào)控[1]。學(xué)習(xí)“化學(xué)反應(yīng)的方向”，有利于拓展學(xué)生的眼界，為他們了解化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控原理、了解現(xiàn)代化學(xué)及其特點(diǎn)打下基礎(chǔ)，從而有利于未來公民將來的發(fā)展。而且，熵概念已經(jīng)在社會(huì)科學(xué)領(lǐng)域廣泛使用，適當(dāng)?shù)仄占坝嘘P(guān)的知識(shí)是有必要的。學(xué)習(xí)本節(jié)還可以滲透科學(xué)方法教育：讓學(xué)生初步接觸、感受科學(xué)研究要重視條件和判斷依據(jù)；體驗(yàn)人的科學(xué)認(rèn)識(shí)是逐步發(fā)展、進(jìn)化并且是有其核心的，不是簡(jiǎn)單的證實(shí)、證偽過程，為他們將來理解科學(xué)的發(fā)展模式提供生動(dòng)的實(shí)例；以及感受建立適當(dāng)?shù)某橄蟾拍钍强茖W(xué)的重要方法等等。

本節(jié)教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)是：概念和生疏的名詞術(shù)語多，“自發(fā)反應(yīng)”、“化學(xué)反應(yīng)的方向”、“判據(jù)”、“熵”、“熵變”、“焓判據(jù)”和“熵判據(jù)”以及“自由能”等，學(xué)生都是第一次接觸，并且內(nèi)容抽象，不易理解；學(xué)生有關(guān)化學(xué)反應(yīng)方向及其判斷的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)比較隱蔽、分散，難以“喚醒”；雖然學(xué)生已經(jīng)學(xué)過焓變，但對(duì)其理解不深，可能對(duì)焓變的物理和化學(xué)意義，以及焓變值與反應(yīng)熱的符號(hào)相反仍然不太理解；對(duì)討論焓變和熵變的前提條件也難理解，其方法論意義往往被教師和學(xué)生忽視。

根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的特點(diǎn)，本節(jié)課宜定位為拓展性質(zhì)、科普性質(zhì)，重視聯(lián)系實(shí)際，又適當(dāng)注意中學(xué)教學(xué)特點(diǎn)，不能照搬大學(xué)教學(xué)的那一套。當(dāng)初在制定課程標(biāo)準(zhǔn)時(shí)把熵變寫進(jìn)來，要求“能用焓變和熵變說明化學(xué)反應(yīng)的方向”，本意也是做一些科普性質(zhì)的滲透。是不是做到了面向全體學(xué)生、發(fā)揮學(xué)習(xí)集體作用、讓學(xué)生有機(jī)會(huì)提出疑問，學(xué)生的興趣如何、提出的問題多不多，學(xué)得輕松不輕松，是衡量本節(jié)課的過程標(biāo)準(zhǔn)和效果標(biāo)準(zhǔn)。

2 教學(xué)策略設(shè)計(jì)

根據(jù)上述分析，本節(jié)教學(xué)宜主要采用下列教學(xué)策略：

（1）以“通過實(shí)例體現(xiàn)判斷反應(yīng)方向的必要性→簡(jiǎn)介焓判據(jù)及其局限性→簡(jiǎn)介熵判據(jù)及其局限性→形成綜合判斷規(guī)則及其實(shí)際應(yīng)用”為邏輯主線。

（2）由于學(xué)生對(duì)“熵”和“熵判據(jù)”概念理解得如何，對(duì)本節(jié)課的教學(xué)效果影響很大，把“熵”概念作為本節(jié)課的重點(diǎn)、難點(diǎn)和關(guān)鍵。

（3）以對(duì)焓變的理解作為對(duì)熵變理解的鋪墊。

（4）通過通俗解釋和類比舉例，使學(xué)生了解抽象概念的物理和化學(xué)意義，通過簡(jiǎn)介“自由能”概念，促進(jìn)對(duì)綜合判斷規(guī)則意義的理解。

（5）通過練習(xí)提供學(xué)習(xí)“支架”促進(jìn)學(xué)生對(duì)熵變的理解、讓學(xué)生初步學(xué)會(huì)判據(jù)的應(yīng)用。通過學(xué)生的交流討論，促進(jìn)并及時(shí)了解學(xué)生的理解情況。

（6）注意介紹思想方法，用閱讀材料彌補(bǔ)教科書不夠通俗之不足。

（7）盡量由學(xué)生自主地閱讀教科書和參考材料，避免由教師枯燥、乏味地講述抽象的理論內(nèi)容。

3 探索：能否讓學(xué)生主動(dòng)地學(xué)習(xí)

像這類學(xué)生很不熟悉的內(nèi)容，包括筆者在內(nèi)，過去多認(rèn)為只能采用知識(shí)灌輸?shù)姆椒?。能不能以學(xué)生為學(xué)習(xí)主體讓他們主動(dòng)地學(xué)習(xí)？現(xiàn)在看來，只要有恰當(dāng)?shù)拇胧?，例如通過學(xué)案提供適當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)引導(dǎo)與指導(dǎo)、閱讀材料和討論練習(xí)題等，還是有可能做到的。

也許有人會(huì)擔(dān)心學(xué)案篇幅較大。筆者認(rèn)為，如果能有助于學(xué)生理解和掌握，有一點(diǎn)篇幅是值得的。其實(shí)，篇幅問題的關(guān)鍵在教材的編寫，教材編好了，學(xué)案的篇幅就可能縮小。從實(shí)際情況看，目前的幾種教科書中，“化學(xué)反應(yīng)的方向”篇幅長(zhǎng)的有8頁之多，短的為兩三頁，并且或多或少都有插圖，尚有優(yōu)化的空間。

下面附錄筆者設(shè)計(jì)的學(xué)案供讀者參考。

4 “化學(xué)反應(yīng)的方向”學(xué)案（概要）

[導(dǎo)言]

要利用化學(xué)反應(yīng)、使之更好地為人類服務(wù)，需要研究化學(xué)反應(yīng)的方向、限度和快慢（速率）問題。本節(jié)討論化學(xué)反應(yīng)方向的判斷，會(huì)涉及到一些抽象的、不熟悉的概念。為減小學(xué)習(xí)困難，建議您以下列材料配合對(duì)教科書的閱讀和理解，然后通過練習(xí)加深和檢驗(yàn)理解，學(xué)習(xí)時(shí)要注意跟同學(xué)和老師討論、交流。

[閱讀材料1]化學(xué)反應(yīng)方向 自發(fā)反應(yīng)判據(jù)

自然界中的物質(zhì)千千萬萬，有些物質(zhì)只要能滿足一定條件就能夠相互發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，有些物質(zhì)相互之間卻根本不能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。弄清某些物質(zhì)之間能不能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，能使我們避免無謂地花費(fèi)許多精力。例如，汽車尾氣中的一氧化氮和一氧化碳對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量有很大的危害，能不能把一氧化氮中的氧轉(zhuǎn)移給一氧化碳，使它們發(fā)生反應(yīng)分別變成沒有危害或者危害較小的氮?dú)夂投趸迹窟@對(duì)治理汽車污染很有意義！如果能，我們就可以集中精力尋找使它們發(fā)生反應(yīng)的適宜條件；如果不能，就不必盲目地探索以避免徒勞無功。這樣，判斷它們能不能向生成氮?dú)夂投趸嫉姆较虬l(fā)生化學(xué)反應(yīng)，就成了首先要解決的問題。

與此類似的問題通常稱為化學(xué)反應(yīng)方向的判斷問題。要判斷，就必須先確定判斷的依據(jù)（判據(jù)），然后確定判斷的規(guī)則。這一節(jié)主要就研究化學(xué)反應(yīng)方向的判據(jù)及其使用規(guī)則。

實(shí)際上，許多化學(xué)反應(yīng)在特定的條件下（例如恒溫恒壓，或者恒溫恒容）是能夠自動(dòng)發(fā)生的（自發(fā)反應(yīng)），對(duì)化學(xué)反應(yīng)方向進(jìn)行判斷就是判斷一個(gè)化學(xué)反應(yīng)在特定條件下能不能向預(yù)期方向自發(fā)進(jìn)行。

[閱讀材料2]用焓作判據(jù)

化學(xué)反應(yīng)方向的判據(jù)有哪些呢？通過物理學(xué)的學(xué)習(xí)我們已經(jīng)知道，能量較低的物體比較穩(wěn)定，物體能夠自發(fā)地由高能量狀態(tài)向低能量狀態(tài)運(yùn)動(dòng)。你能舉例嗎？

[練習(xí)與思考、討論]

1.舉例說明：能量較低的物體比較穩(wěn)定，物體能夠自發(fā)地由高能量狀態(tài)向低能量狀態(tài)運(yùn)動(dòng)。

一些化學(xué)家由此想到，物質(zhì)發(fā)生放熱反應(yīng)后，生成物的總能量比反應(yīng)物的總能量低，即系統(tǒng)的能量降低，由恒壓時(shí)化學(xué)反應(yīng)吸收的熱（即焓變）可以判斷化學(xué)反應(yīng)的方向。

ΔH<0，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行

ΔH>0，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行

這個(gè)想法得到了不少事實(shí)證明，例如：

2H2（g）+O2（g）=2H2O（l），ΔH=-571.6 kJ·mol-1

2Na（s）+Cl2（g）=2NaCl（s），ΔH=-822 kJ·mol-1

……

可是人們后來發(fā)現(xiàn)，一些吸熱反應(yīng)也能自發(fā)進(jìn)行。例如：

2N2O5（g）=4NO2（g）+O2（g），ΔH=56.7 kJ·mol-1

（NH4）2CO3（s）=NH4HCO3（s）+NH3（g），ΔH=74.9 kJ·mol-1 NH4HCO3（s）+CH3COOH（aq）=CO2（g）+

CH3COONH4（aq）+H2O（l），ΔH=37.30 kJ·mol-1 CaCO3（s）=CaO（s）+CO2（g），ΔH（1200K）=37.30kJ·mol-1

……

看來，只用焓變制定的判斷規(guī)則是有缺陷的，還有別的因素需要考慮，只能在特殊情況下使用，應(yīng)該修正為：

在特定條件下，ΔH<0，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行

ΔH>0，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行

[閱讀材料3]熵也是一種判據(jù)

為了解釋上述現(xiàn)象，德國(guó)化學(xué)家霍斯特曼（A. F. Horstmann，1842～1929）等人引用了熵（S）的概念。所謂熵（entropy）指熱能（Q）除以溫度（T）所得的熱溫商（Q/T）。通過物理學(xué)的學(xué)習(xí)我們已經(jīng)知道，物體做機(jī)械功時(shí)要消耗能量同時(shí)也總要發(fā)熱，熵實(shí)際上反映了由于物體發(fā)熱導(dǎo)致少做的功的大小。物體發(fā)熱是由于構(gòu)成它的微粒無規(guī)則運(yùn)動(dòng)并相互碰撞的結(jié)果。對(duì)于由大量微粒構(gòu)成的體系，熵實(shí)際上描述了體系的混亂度、無組織性和不確定性。在通常情況下，構(gòu)成微粒的組織性、有序性越差，即混亂度越大，體系就越不容易改變、越穩(wěn)定，其熵值就越大；反過來，構(gòu)成微粒的組織性、有序性越強(qiáng)，即混亂度越小，體系就越容易改變、越不穩(wěn)定，其熵值就越小。因此，熵可以用來描述體系狀態(tài)，是描述體系狀態(tài)的一種物理量。

[練習(xí)與思考、討論]

2.根據(jù)混亂度推測(cè)下列變化過程的熵值變化（注意是在什么條件下發(fā)生的）：

（1）物質(zhì)由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)、再由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)；

（2）物質(zhì)溶解、擴(kuò)散；

（3）物質(zhì)發(fā)生分解；

（4）生成氣體的化學(xué)反應(yīng)；

（5）生成沉淀的化學(xué)反應(yīng)；

（6）溶液發(fā)生結(jié)晶。

可見，不僅焓變會(huì)影響化學(xué)反應(yīng)的方向，熵變也會(huì)影響化學(xué)反應(yīng)的方向，它也是化學(xué)反應(yīng)方向的一種判據(jù)。

[閱讀材料4]綜合判斷規(guī)則 自由能

在化學(xué)反應(yīng)中焓變和熵變是同時(shí)發(fā)生的，如果它們的影響相反，如何作出綜合判斷呢？1882年，德國(guó)化學(xué)家亥姆霍茲（H. L. F. vonHelmholtz，1821～1894）提出，就像熱只能部分地轉(zhuǎn)化為功那樣，化學(xué)能在自由地轉(zhuǎn)化為其他形式的能或功（“自由能”）的同時(shí)，總要有一部分（TΔS）以熱的形式釋放出來。綜合焓變和熵變的影響，可以得到下列判斷規(guī)則：

ΔH-TΔS<0，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行

ΔH-TΔS=0，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)

ΔH-TΔS>0，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行

科學(xué)實(shí)踐證明，在恒溫恒壓情況下，這個(gè)判斷規(guī)則適用于所有的化學(xué)反應(yīng)和其他過程。

[練習(xí)與思考、討論]

3.填表：

在一定溫度和壓強(qiáng)下，

5.思考、討論：

（1）要判斷化學(xué)反應(yīng)的方向，需要綜合焓變和熵變的影響?？墒?，有時(shí)只由焓變值或者熵變值也能做出正確的推測(cè)，為什么？什么情況下可以由焓變值做出推測(cè)？什么情況下可以由熵變值做出推測(cè)？

（2）有些反應(yīng)在常溫下不能自發(fā)進(jìn)行，但在高溫下就可以自發(fā)進(jìn)行了。這類反應(yīng)有什么特點(diǎn)？

6.已知反應(yīng)2NO（g）+2CO（g）=N2（g）+2CO2（g）在298K、100kPa時(shí)的ΔH為-746.8 kJ·mol-1，ΔS為-197.5 kJ·mol-1，判斷在常溫下該反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行。實(shí)際上，一氧化氮和一氧化碳在常溫下幾無反應(yīng)，如何解釋和解決？

參考文獻(xiàn)：

[1]王佛松，王夔，陳新滋，彭旭明主編.展望21世紀(jì)的化學(xué)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000：132～134，139～146.

[閱讀材料2]用焓作判據(jù)

化學(xué)反應(yīng)方向的判據(jù)有哪些呢？通過物理學(xué)的學(xué)習(xí)我們已經(jīng)知道，能量較低的物體比較穩(wěn)定，物體能夠自發(fā)地由高能量狀態(tài)向低能量狀態(tài)運(yùn)動(dòng)。你能舉例嗎？

[練習(xí)與思考、討論]

1.舉例說明：能量較低的物體比較穩(wěn)定，物體能夠自發(fā)地由高能量狀態(tài)向低能量狀態(tài)運(yùn)動(dòng)。

一些化學(xué)家由此想到，物質(zhì)發(fā)生放熱反應(yīng)后，生成物的總能量比反應(yīng)物的總能量低，即系統(tǒng)的能量降低，由恒壓時(shí)化學(xué)反應(yīng)吸收的熱（即焓變）可以判斷化學(xué)反應(yīng)的方向。

ΔH<0，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行

ΔH>0，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行

這個(gè)想法得到了不少事實(shí)證明，例如：

2H2（g）+O2（g）=2H2O（l），ΔH=-571.6 kJ·mol-1

2Na（s）+Cl2（g）=2NaCl（s），ΔH=-822 kJ·mol-1

……

可是人們后來發(fā)現(xiàn)，一些吸熱反應(yīng)也能自發(fā)進(jìn)行。例如：

2N2O5（g）=4NO2（g）+O2（g），ΔH=56.7 kJ·mol-1

（NH4）2CO3（s）=NH4HCO3（s）+NH3（g），ΔH=74.9 kJ·mol-1 NH4HCO3（s）+CH3COOH（aq）=CO2（g）+

CH3COONH4（aq）+H2O（l），ΔH=37.30 kJ·mol-1 CaCO3（s）=CaO（s）+CO2（g），ΔH（1200K）=37.30kJ·mol-1

……

看來，只用焓變制定的判斷規(guī)則是有缺陷的，還有別的因素需要考慮，只能在特殊情況下使用，應(yīng)該修正為：

在特定條件下，ΔH<0，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行

ΔH>0，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行

[閱讀材料3]熵也是一種判據(jù)

為了解釋上述現(xiàn)象，德國(guó)化學(xué)家霍斯特曼（A. F. Horstmann，1842～1929）等人引用了熵（S）的概念。所謂熵（entropy）指熱能（Q）除以溫度（T）所得的熱溫商（Q/T）。通過物理學(xué)的學(xué)習(xí)我們已經(jīng)知道，物體做機(jī)械功時(shí)要消耗能量同時(shí)也總要發(fā)熱，熵實(shí)際上反映了由于物體發(fā)熱導(dǎo)致少做的功的大小。物體發(fā)熱是由于構(gòu)成它的微粒無規(guī)則運(yùn)動(dòng)并相互碰撞的結(jié)果。對(duì)于由大量微粒構(gòu)成的體系，熵實(shí)際上描述了體系的混亂度、無組織性和不確定性。在通常情況下，構(gòu)成微粒的組織性、有序性越差，即混亂度越大，體系就越不容易改變、越穩(wěn)定，其熵值就越大；反過來，構(gòu)成微粒的組織性、有序性越強(qiáng)，即混亂度越小，體系就越容易改變、越不穩(wěn)定，其熵值就越小。因此，熵可以用來描述體系狀態(tài)，是描述體系狀態(tài)的一種物理量。

[練習(xí)與思考、討論]

2.根據(jù)混亂度推測(cè)下列變化過程的熵值變化（注意是在什么條件下發(fā)生的）：

（1）物質(zhì)由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)、再由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)；

（2）物質(zhì)溶解、擴(kuò)散；

（3）物質(zhì)發(fā)生分解；

（4）生成氣體的化學(xué)反應(yīng)；

（5）生成沉淀的化學(xué)反應(yīng)；

（6）溶液發(fā)生結(jié)晶。

可見，不僅焓變會(huì)影響化學(xué)反應(yīng)的方向，熵變也會(huì)影響化學(xué)反應(yīng)的方向，它也是化學(xué)反應(yīng)方向的一種判據(jù)。

[閱讀材料4]綜合判斷規(guī)則 自由能

在化學(xué)反應(yīng)中焓變和熵變是同時(shí)發(fā)生的，如果它們的影響相反，如何作出綜合判斷呢？1882年，德國(guó)化學(xué)家亥姆霍茲（H. L. F. vonHelmholtz，1821～1894）提出，就像熱只能部分地轉(zhuǎn)化為功那樣，化學(xué)能在自由地轉(zhuǎn)化為其他形式的能或功（“自由能”）的同時(shí)，總要有一部分（TΔS）以熱的形式釋放出來。綜合焓變和熵變的影響，可以得到下列判斷規(guī)則：

ΔH-TΔS<0，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行

ΔH-TΔS=0，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)

ΔH-TΔS>0，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行

科學(xué)實(shí)踐證明，在恒溫恒壓情況下，這個(gè)判斷規(guī)則適用于所有的化學(xué)反應(yīng)和其他過程。

[練習(xí)與思考、討論]

3.填表：

在一定溫度和壓強(qiáng)下，

5.思考、討論：

（1）要判斷化學(xué)反應(yīng)的方向，需要綜合焓變和熵變的影響?？墒?，有時(shí)只由焓變值或者熵變值也能做出正確的推測(cè)，為什么？什么情況下可以由焓變值做出推測(cè)？什么情況下可以由熵變值做出推測(cè)？

（2）有些反應(yīng)在常溫下不能自發(fā)進(jìn)行，但在高溫下就可以自發(fā)進(jìn)行了。這類反應(yīng)有什么特點(diǎn)？

6.已知反應(yīng)2NO（g）+2CO（g）=N2（g）+2CO2（g）在298K、100kPa時(shí)的ΔH為-746.8 kJ·mol-1，ΔS為-197.5 kJ·mol-1，判斷在常溫下該反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行。實(shí)際上，一氧化氮和一氧化碳在常溫下幾無反應(yīng)，如何解釋和解決？

參考文獻(xiàn)：

[1]王佛松，王夔，陳新滋，彭旭明主編.展望21世紀(jì)的化學(xué)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000：132～134，139～146.

[閱讀材料2]用焓作判據(jù)

化學(xué)反應(yīng)方向的判據(jù)有哪些呢？通過物理學(xué)的學(xué)習(xí)我們已經(jīng)知道，能量較低的物體比較穩(wěn)定，物體能夠自發(fā)地由高能量狀態(tài)向低能量狀態(tài)運(yùn)動(dòng)。你能舉例嗎？

[練習(xí)與思考、討論]

1.舉例說明：能量較低的物體比較穩(wěn)定，物體能夠自發(fā)地由高能量狀態(tài)向低能量狀態(tài)運(yùn)動(dòng)。

一些化學(xué)家由此想到，物質(zhì)發(fā)生放熱反應(yīng)后，生成物的總能量比反應(yīng)物的總能量低，即系統(tǒng)的能量降低，由恒壓時(shí)化學(xué)反應(yīng)吸收的熱（即焓變）可以判斷化學(xué)反應(yīng)的方向。

ΔH<0，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行

ΔH>0，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行

這個(gè)想法得到了不少事實(shí)證明，例如：

2H2（g）+O2（g）=2H2O（l），ΔH=-571.6 kJ·mol-1

2Na（s）+Cl2（g）=2NaCl（s），ΔH=-822 kJ·mol-1

……

可是人們后來發(fā)現(xiàn)，一些吸熱反應(yīng)也能自發(fā)進(jìn)行。例如：

2N2O5（g）=4NO2（g）+O2（g），ΔH=56.7 kJ·mol-1

（NH4）2CO3（s）=NH4HCO3（s）+NH3（g），ΔH=74.9 kJ·mol-1 NH4HCO3（s）+CH3COOH（aq）=CO2（g）+

CH3COONH4（aq）+H2O（l），ΔH=37.30 kJ·mol-1 CaCO3（s）=CaO（s）+CO2（g），ΔH（1200K）=37.30kJ·mol-1

……

看來，只用焓變制定的判斷規(guī)則是有缺陷的，還有別的因素需要考慮，只能在特殊情況下使用，應(yīng)該修正為：

在特定條件下，ΔH<0，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行

ΔH>0，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行

[閱讀材料3]熵也是一種判據(jù)

為了解釋上述現(xiàn)象，德國(guó)化學(xué)家霍斯特曼（A. F. Horstmann，1842～1929）等人引用了熵（S）的概念。所謂熵（entropy）指熱能（Q）除以溫度（T）所得的熱溫商（Q/T）。通過物理學(xué)的學(xué)習(xí)我們已經(jīng)知道，物體做機(jī)械功時(shí)要消耗能量同時(shí)也總要發(fā)熱，熵實(shí)際上反映了由于物體發(fā)熱導(dǎo)致少做的功的大小。物體發(fā)熱是由于構(gòu)成它的微粒無規(guī)則運(yùn)動(dòng)并相互碰撞的結(jié)果。對(duì)于由大量微粒構(gòu)成的體系，熵實(shí)際上描述了體系的混亂度、無組織性和不確定性。在通常情況下，構(gòu)成微粒的組織性、有序性越差，即混亂度越大，體系就越不容易改變、越穩(wěn)定，其熵值就越大；反過來，構(gòu)成微粒的組織性、有序性越強(qiáng)，即混亂度越小，體系就越容易改變、越不穩(wěn)定，其熵值就越小。因此，熵可以用來描述體系狀態(tài)，是描述體系狀態(tài)的一種物理量。

[練習(xí)與思考、討論]

2.根據(jù)混亂度推測(cè)下列變化過程的熵值變化（注意是在什么條件下發(fā)生的）：

（1）物質(zhì)由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)、再由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)；

（2）物質(zhì)溶解、擴(kuò)散；

（3）物質(zhì)發(fā)生分解；

（4）生成氣體的化學(xué)反應(yīng)；

（5）生成沉淀的化學(xué)反應(yīng)；

（6）溶液發(fā)生結(jié)晶。

可見，不僅焓變會(huì)影響化學(xué)反應(yīng)的方向，熵變也會(huì)影響化學(xué)反應(yīng)的方向，它也是化學(xué)反應(yīng)方向的一種判據(jù)。

[閱讀材料4]綜合判斷規(guī)則 自由能

在化學(xué)反應(yīng)中焓變和熵變是同時(shí)發(fā)生的，如果它們的影響相反，如何作出綜合判斷呢？1882年，德國(guó)化學(xué)家亥姆霍茲（H. L. F. vonHelmholtz，1821～1894）提出，就像熱只能部分地轉(zhuǎn)化為功那樣，化學(xué)能在自由地轉(zhuǎn)化為其他形式的能或功（“自由能”）的同時(shí)，總要有一部分（TΔS）以熱的形式釋放出來。綜合焓變和熵變的影響，可以得到下列判斷規(guī)則：

ΔH-TΔS<0，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行

ΔH-TΔS=0，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)

ΔH-TΔS>0，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行

科學(xué)實(shí)踐證明，在恒溫恒壓情況下，這個(gè)判斷規(guī)則適用于所有的化學(xué)反應(yīng)和其他過程。

[練習(xí)與思考、討論]

3.填表：

在一定溫度和壓強(qiáng)下，

5.思考、討論：

（1）要判斷化學(xué)反應(yīng)的方向，需要綜合焓變和熵變的影響。可是，有時(shí)只由焓變值或者熵變值也能做出正確的推測(cè)，為什么？什么情況下可以由焓變值做出推測(cè)？什么情況下可以由熵變值做出推測(cè)？

（2）有些反應(yīng)在常溫下不能自發(fā)進(jìn)行，但在高溫下就可以自發(fā)進(jìn)行了。這類反應(yīng)有什么特點(diǎn)？

6.已知反應(yīng)2NO（g）+2CO（g）=N2（g）+2CO2（g）在298K、100kPa時(shí)的ΔH為-746.8 kJ·mol-1，ΔS為-197.5 kJ·mol-1，判斷在常溫下該反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行。實(shí)際上，一氧化氮和一氧化碳在常溫下幾無反應(yīng)，如何解釋和解決？

參考文獻(xiàn)：

[1]王佛松，王夔，陳新滋，彭旭明主編.展望21世紀(jì)的化學(xué)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000：132～134，139～146.