Ⅰ 如何进行化学反应的可行性分析
化学反应进行的方向
科学家根据反应体系中存在着力图使自身能量趋于“最低”和“有序”变为“无序”的自然现象,对于化学反应进行的方向,提出了互相关联的能量判据和熵判据,即凡是能够使反应体系能量降低、熵增大的反应方向,就是化学反应容易进行的方向。但对于一个具体的反应,需应用两个判据综合进行分析,不能片面地做结论。
(一)自发过程与非自发过程:
不借助外力可以自动进行的过程称为自发过程,而必须在外力的作用下才能进行的过程为非自发过程。
说明:
1、体系有着趋于从能量高的状态变为能量低的状态的过程,此时体系对外界做功或放出能量?D?D这一经验规律就是能量判据。能量判据又称焓判据,即△H< 0的反应有自发进行的倾向,焓判据是判断化学反应进行方向的判据之一。
2、多数能自发进行的化学反应是放热反应。即反应物的总能量大于生成物的总能量。但并不是放热反应都能自发进行,也不是讲吸热反应就不能自发进行。某些吸热反应也能自发进行,如氯化铵与氢氧化钡晶体的反应,还有一些吸热反应在高温下也能自发进行。
3、混乱度:表示体系的不规则或无序状态。?D?D混乱度的增加意味着体系变得更加无序。熵是热力学上用来表示混乱度的状态函数,符号为S,单位为:J?mol-1?K-1 。?D?D体系的无序性越高,即混乱度越高,熵值就越大。
4、在相同条件下,不同物质的熵值不同,同一物质在不同状态时的熵值大小也不一样,一般而言:固态时熵值最小,气态时熵值最大。
5、熵变:化学反应中要发生物质的变化或物质状态的变化,因此存在混乱度的变化,叫做熵变,符号:△S △S=S产物-S反应物。在密闭条件下,体系由有序自发地转变为无序的倾向?D?D熵增
6、自发过程的熵判据:在与外界隔离的体系中,自发过程将导致体系的熵增大,这一经验规律叫做熵增原理,是判断化学反应方向的另一判据?D?D熵判据。
7、判断某一反应能否自发进行,要研究分析:焓判据和熵判据对反应方向的共同影响。
(二)化学反应进行的方向:
在一定的条件下,一个化学反应能否自发进行,既可能与反应的焓变有关,又可能与反应的熵变有关。在温度、压力一定的条件下,化学反应的方向是熵变和焓变共同影响的结果,反应的判据是:DH-TDS(T为热力学温度,均为正值)。
DH-TDS<0,反应能自发进行;
DH-TDS=0,反应达到平衡状态;
DH-TDS>0,反应不能自发进行。
即:在温度、压力一定的条件下,自发反应总是向DH-TDS<0的方向进行,直至达到平衡状态。
说明:
1、在判断反应的方向时,应同时考虑焓变和熵变这两个因素。
2、在温度、压强一定的条件下,化学反应自发进行的方向的判据是:
△G = △H-T△S
其中:G 叫作吉布斯自由能。则:
△G = △H -T△S < 0 反应能自发进行
△G = △H -T△S =0 反应达到平衡状态
△G = △H-T△S >0 反应不能自发进行
3、在温度、压强一定的条件下,焓因素和熵因素共同决定一个化学反应的方向。放热反应的焓变小于零,熵增加反应的熵变大于零,都对DH-TDS<0作出贡献,因此,放热和熵增加有利于反应自发进行。即放热的熵增加反应一定能自发进行,而吸热的熵减小反应一定不能自发进行。
4、当焓变和熵变的作用相反时,如果二者大小相差悬殊,可能某一因素占主导地位。焓变对反应的方向起决定性作用,DH-TDS<0,常温、常压下放热反应能自发进行;熵变对反应的方向起决定性作用,则熵增较大的反应在常温常压下能自发进行。
5、当焓变和熵变的作用相反,且相差不大时,温度有可能对反应进行的方向起决定性作用,使TDS的值大于DH值,反应能够自发进行。
6、在恒温、恒压下,用DG判断化学反应在该状况时自发进行的方向可列表表示:
焓变DH
熵变DS
△G
反应在该状况下能否自发进行
<0
>0
<0
自发进行
>0
<0
>0
不自发进行
>0
>0
低温时>0,高温时<0
低温不自发,高温自发
<0
<0
低温时<0,高温时>0
低温自发,高温不自发
7、△H -T△S只能用于说明该反应在理论上能否在此条件下发生,是一个化学反应发生的必要条件,只是反应的可行性问题。过程的自发性只用于判断过程的方向,并不能确定该反应在此条件下是否一定会发生以及过程发生的速率。
8、△H -T△S只用于一定温度和压强下的化学反应方向的判断,不能说明在其他条件下该反应的方向问题。
【典型例题】
例1. 下列关于冰熔化为水的过程判断正确的是()
A、DH>0,DS<0 B、DH<0,DS>0
C、DH>0,DS>0 D、DH<0,DS<0
解析:物质的状态的变化过程中,液化和固化是放热过程,熔化和汽化是吸热过程,故DH>0;冰融化为水,分子活动能力增强,混乱度增加,故DS>0。
答案:C
例2. 已知氧化性:Cl2>Br2>Fe3+>I2;还原性:I->Fe2+>Br->Cl-。下列反应能正向自发进行的是:()
A、Br2+2 Fe2+=2 Fe3++2 Br- B、2 Fe3++2 I-=2 Fe2++I2
C、I2+2 Fe2+=2 Fe3++2 I- D、2 Fe3++2 Cl-=2 Fe2++Cl2
解析:氧化还原反应的方向是:强氧化剂与强还原剂反应生成弱氧化剂和弱还原剂。即氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性,还原剂的还原性大于还原产物的还原性。则A、B符合题意。C中,氧化性I2 >Fe3+,D中氧化性:Fe3+>Cl2,均不符合题意。均不符合氧化还原反应进行的方向原则。
答案:AB
例3. 已知:CuSO4溶液分别与Na2CO3溶液、Na2S溶液的反应情况如下:
(1):CuSO4+Na2CO3
Cu2++CO32-+H2O=Cu(OH)2↓+CO2↑(主要)
Cu2++CO32-=CuCO3↓(次要)
(2)CuSO4+Na2S
Cu2++S2-=CuS↓(主要)
Cu2++S2-+2H2O=Cu(OH)2↓+H2S↑ (次要)
则下列物质的溶解度的比较正确的是:()
A、Cu(OH)2 >CuCO3 >CuS B、Cu(OH)2<CuCO3 <CuS
C、CuS >Cu(OH)2>CuCO3 D、CuS <Cu(OH)2 <CuCO3
解析:本题是有关物质的溶解度的大小的问题。主要进行的方向是物质的溶解度越小的方向。即:由(1)可知:Cu(OH)2的溶解度小于CuCO3的溶解度,由(2)可知:Cu(OH)2的溶解度大于CuS的溶解度。故本题为:D
答案:D
例4. 已知反应2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)在298K、100kPa的条件下,其DH=-113.0kJ/mol,DS=-145.3J/molK。
= 1 \* GB2 (1)请讨论该反应是否能用于消除汽车尾气中的NO?请说明理由。
= 2 \* GB2 (2)已知汽车发动机内的温度高于2000K。能否设计一个装置使该反应在发动机中进行?请分析说明。若假定该反应的DH随温度的变化忽略不计,请计算使该反应能够自发进行的最高温度。
解析:
= 1 \* GB2 (1)能。因为该反应的DH-TDS=-113.0-298×(-145.3)×10-3=-69.68kJ/mol<0,说明该反应在理论上是可行的,故有可能用于消除汽车尾气中的NO。
= 2 \* GB2 (2)不能。因为从DH-TDS这个关系式以及DH=-113.0kJ/mol,DS=-145.3J/molK来看,随着T(温度)的升高,会使DH-TDS>0,即反应在较高的温度下不能自发进行。说明在汽车的发动机中不可能进行该反应。
根据即该反应能够自发进行的最高温度为777.7K。
答案: = 1 \* GB2 (1)能。因为该反应的DH-TDS<0
= 2 \* GB2 (2)不能。因为随着T(温度)的升高,会使DH-TDS>0。该反应能够自发进行的最高温度为777.7K
【模拟试题】
1、已知金刚石和石墨在氧气中完全燃烧的热化学方程式为:
① C (金刚石、s)+O2 (g) =CO2 (g) △H1=-395.41kJ/mol
② C (石墨、s)+O2 (g) = CO2 (g) △H2=-393.51kJ/mol
关于金刚石与石墨的转化,下列说法正确的是
A、金刚石转化成石墨是自发进行的过程 B、石墨转化成金刚石是自发进行的过程
C、石墨比金刚石能量低 D、金刚石比石墨能量低
2、知道了某过程有自发性之后,则
A、可判断出过程的方向 B、可确定过程是否一定会发生
C、可预测过程发生完成的快慢 D、可判断过程的热效应
3、碳铵[(NH4)2CO3]在室温下就能自发地分解产生氨气,对其下列说法中正确的是
A、碳铵分解是因为生成了易挥发的气体,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,根据能量判据不能自发分解
D、碳酸盐都不稳定,都能自发分解
4、下列反应中,在高温下不能自发进行的是
A、(NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s) NH3(g)
B、2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)
C、MgCO3(s)=MgO(s)+CO2(s)
D、CO(g)=C(s)+1/2O2(g)
5、可用于判断化学反应的自发与否的是()
A、仅用焓变 B、仅用熵变
C、仅用焓变和熵变的和 D、用DH-TDS
6、在298K时,氯化钠在水中的溶解度为26g。如将1mol氯化钠溶解在1L水中,此溶解过程中体系的DH-TDS和熵的变化情况是:()
A、DH-TDS>0,DS<0 B、DH-TDS<0 ,DS >0
C、DH-TDS >0,DS>0 D、DH-TDS<0 ,DS<0
7、已知反应2CO(g)=2C(s)+O2(g)的DH为正值,DS为负值。设DH和DS不随温度而变,下列说法正确的是()
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
8、考察下述自然界的一些自然变化,可发现它们有一些共同的特点。下列说法不正确的是:
A、都有一定的方向性,按某一物理量标度由高到低自发进行
B、都可以用来做功,自发过程一旦发生后体系做功的本领就会降低
C、有一定的进行限度,自发过程总是单向地趋向于非平衡状态
D、用一定的数据差来判断自发变化能否发生
9、下列说法错误的是()
A、NH4NO3溶于水吸热,说明其溶于水不是自发过程
B、同一种物质气态时熵值最大,液态时次之,而固态时熵值最小
C、借助于外力能自发进行的过程,其体系的能量趋向于从高能状态转变为低能状态
D、由能量判据和熵判据组合而成的复合判据,更适合于所有的过程
10、已知2CO(g) = 2C (s) O2(g)是吸热反应,也是熵减反应。有人曾提出可通过热分解法消除CO对空气的污染,你认为这一建议可行吗?
11、对于反应C2H5OH(g)=C2H4(g)+H2O(g),DH=45.78kJ/mol,DS=126.19J/mol?K。请通过计算判断在298.15K时,此反应能否进行?
12、高温时空气中的N2和O2会反应生成NO而污染大气:N2(g)+O2(g)=2NO(g)。试通过计算说明在1200℃的条件下,此反应能否正向自发进行?估算自发进行的最低温度是多少?(已知:DH=180.50kJ/mol,DS=247.7J/mol?K)
【试题答案】
1、C 2、A 3、AC 4、D 5、D
6、B 7、D 8、C 9、A
10、不行,因为在任何情况下DH-TDS都大于0。
11、DH-TDS=8156J/mol>0,所以298.15K时,乙醇不能自发脱水生成乙烯
12、DH-TDS=-184.32kJ/mol<0,所以该反应在1200℃的条件下能自发进行。
根据 自发进行的最低温度为:728.7K。
Ⅱ 高中化学,化学反应一般怎么推产物
元素守恒最基本,不可能少元素也不能多,产物一般都是气体,沉淀,水,能凑出来的就一般不会有错,然后看看还剩什么元素,要是一般考试不会太难,和氧气反正都是氧化什么
Ⅲ 有什么方法来判断化学反应的产物
如果是氧化还原反应,就应该根据氧化剂与还原剂的性质来判断. 氧化剂化合价降低,还原剂化合价升高. 歧化反应,(同一种元素的氧化还原反应),归中即可.比如硫化氢和硫酸的产物就是二氧化硫了. 其实更多的是靠平时的积累,你平常看多了,记多了,做多了,就会发现它们的共通之处.单单判断是很难的.
Ⅳ 如何正确判断化学反应的产物
①钠在少量和过量氧气中生成的产物不同;
②少量二氧化硫和石灰水反应生成亚硫酸钙,二氧化硫过量时生成亚硫酸氢钙;
③C与O2反应充分和不充分时,产物不同;
④少量二氧化碳和烧碱反应生成碳酸盐,二氧化碳过量时生成碳酸氢钠;
⑤铁和浓硝酸以及稀硝酸反应生成的产物不同,铁过量和少量是产物也不一样;
⑥铁被氯气氧化时的产物一定是氯化铁;
⑦硫只能将Cu氧化为+1价.
解答:解:①钠在少量氧气中生成氧化钠,在过量氧气中生成过氧化钠,产物不同,故①正确;
②少量二氧化硫和石灰水反应生成亚硫酸钙,二氧化硫过量时生成亚硫酸氢钙,产物不同,故②正确;
③C与O2反应充分时生成二氧化碳,不充分时生成一氧化碳,产物不同,故③正确;
④少量二氧化碳和烧碱反应生成碳酸盐,二氧化碳过量时生成碳酸氢钠,产物不同,故④正确;
⑤铁和浓硝酸反应生成二氧化氮,与稀硝酸反应生成一氧化氮,产物不同,铁少量时生成的是硝酸铁,过量时生成的是硝酸亚铁,产物不同,故⑤正确;
⑥铁被氯气氧化时的产物一定是氯化铁,故⑥错误;
⑦铜和硫反应只能生成硫化亚铜,故⑦错误.
Ⅳ 我想问一下化学方程式应该怎样记,怎样知道产物是什么呢
1首先,学化学要牢记一个思想——守恒!这个思想贯彻中学化学的始终。
2化学方程式也遵循这个思想,我们要知道在一个任何一个化学方程式中都满足的是“质量守恒”和“元素守恒”,也就是在反映的过程中宏观上的质量从反应物到生成物是不变的,微观上的原子个数是不变的,元素种类也不会变。
3,接下来,按照反应类型可以把化学反应分为氧化还原和非氧化还原反应,也就是有无元素化合价变化的反应,氧化还原反应有元素化合价变化,这里又涉及到电荷守恒,即某一种元素失去电子数等于其他元素得到电子数。
4然后就要熟记各种反应规律,也就是怎样判断发生什么反应,反应判断正确了,产物自然也就能推出来了,举几个经常遇到的:有气体、沉淀、易分解物质生成的反应式复分解反应,其中有气体生成又包括置换产生气体,产物分解产生气体;沉淀又包含溶解度大小的问题,即溶解度大的可以置换出溶解度小的、、、等。
最后,化学反应规律有好多,需要一点一点积累,后总结发现规律,以后做题就可以得心应手了。
Ⅵ 怎样推断化学反应生成物
你先写出参与反应物质的反应式:
2Br-+ SO42-+4H+=Br2+SO2+2H2O
你看参与反应的物质全写出来了
根据消耗量最大的配
根据Br消耗配NaBr
根据H+消耗配H2SO4
就是2NaBr+H2SO4=+Na2SO4+Br2+SO2+2H2O就结束了
Ⅶ 化学反应的研究方法 以卤代烷为为例~谢谢 求高手指教
卤代烷分子中,由于C-X(X=Cl,Br,I)键是极性共价键,比较容易断裂,使卤代烷能够发生多种反应。 C-F键一般具有相当大的稳定性,其反应与其他卤素不同。
一、亲核取代反应
1.水解:与强碱的水溶液共热,则卤原子被羟基(-OH)取代生成醇。
2.与醇钠作用:与醇钠在相应醇溶液中反应。卤原子被烷氧基(-OR)取代生成醚,称为Williamson合成法。而叔卤代烷则主要得到消除产物烯烃。
3.与氰化钠或氰化钾作用:则卤原子被腈基取代生成腈(R-CN),而叔卤代烷则主要得到消除产物烯烃。
4.与氨作用:与氨作用,卤原子被氨基(-NH2)取代生成伯胺。
5.与硝酸银作用:与硝酸银的乙醇溶液作用,生成卤化银沉淀。
不同的卤代烷,其活性次序是:RI>RBr>RCl;当卤原子相同而烃基结构不同时,其活性次序为:3°>2°>1°。
二、消除(去)反应
卤代烷与强碱的醇溶液共热,主要发生消除反应,脱去一份子卤化氢生成烯烃。卤代烷脱卤化氢时,氢原子主要是从含氢较少的相邻碳原子上脱去,这是一条经验规律,称为Saytzeff规则。
三、与金属反应
1.与镁反应:与金属镁在无水乙醚中反应,生成烷基卤化镁。烷基卤化镁又称为格林雅(Grignard试剂)
,制备该试剂时除了溶剂乙醚外还有四氢呋喃、苯、其它醚等,以乙醚和四氢呋喃最佳。该试剂与二氧化碳反应,生成增加1个碳的羧酸。在空气中易被氧化并水解生成醇;可被分解为烃。
2.与锂反应:在惰性溶剂(如乙醚、石油醚等)中,与金属锂反应生成有机锂化合物。该化合物与卤化亚铜反应生成重要的有机合成试剂二烷基铜锂,称为有机铜锂试剂。该二烷基铜锂试剂与卤代烷反应生成烷烃,称为Corey-House合成。
编辑本段对人体的影响
有一定毒性。使用时应注意防护,避免吸入其蒸汽或与皮肤接触。
编辑本段常见的卤代烷氟利昂
无毒、无臭、不燃烧。主要用作制冷剂、气雾剂、发泡剂、清洗剂、灭火剂等,被紫外光照射后分解产物破坏臭氧层。
溴甲烷
无色气体,有强烈的神经毒性,常用的熏蒸杀虫剂。对人、畜有很大毒性。
其他
三氯甲烷(氯仿)、二氯甲烷(甲叉二氯)、四氯化碳、碘甲烷、溴乙烷、1,2-二氯乙烷等
Ⅷ 如何用绿色化学的观点分析化学反应 可以举例
绿色化学实验研究的中心问题是使化学反应及其产物具有以下特点:⑴采用无毒、无害的原料;⑵在无毒、无害的反应条件(催化剂、溶剂)下进行;⑶减量、循环、重复使用;⑷具有“原子经济性”,即反应具有高选择性,极少副产品,甚至实现零排放;⑸产品应是对环境友好的;⑹满足价廉物美的传统标准.根据不同情况设计的实验达到上述任一条或几条要求,就可以认为该化学实验达到了绿色化学实验的设计要求.
例如,要求学生以铜、浓硝酸、水、空气为原料,设计实验方案制取硝酸铜;并且用绿色化学的观点分析哪种方法最佳.学生主要设计出下列三种方案:
① Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
② 3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
③ 2Cu+O2 2CuO CuO+2HNO3= Cu(NO3)2+H2O
引导学生分析,制备相同物质的量的Cu(NO3)2时,消耗各种反应物、生成的污染物的物质的量和原子利用率,列出下表:
方案 Cu(NO3)2 Cu HNO3 NOx 原子利用率
① 3mol 3mol 12mol 6mol 59.6%
② 3mol 3mol 8mol 2mol 81%
③ 3mol 3mol 6mol 0 91%
注:原子利用率= 期望产品的相对分子质量/全部产品的相对原子质量之和×100%
分析上表可知方案①消耗硝酸的量最多,生成的污染物最多,原子利用率最低,是最差的方案.方案③消耗硝酸的量最少,生成的污染物最少,原子利用率最高,是最佳的方案.