1、第二章 化学反应速率和化学平衡,第四节 化学反应进行的方向,高山流水,冰雪融化,花开花谢,一、化学反应原理的重要组成部分 反应的快慢程度 化学反应原理 化学反应的限度 反应进行的方向,自然界中水总是从高处往低处流； 室温下冰块自动融化； 墨水扩散；气体扩散； 食盐溶解于水；,墨水滴入水中,气体的扩散,固体的溶解,化学反应的方向,1.自发过程:在一定条件下不需外力作用就能自动进行的过程. 2.非自发过程 ：在一定条件下，需要外界做功才能进行的过程。 3.自发过程的特征：有明确的方向性，要逆转必须借助外界做功；具有做功的本领。,练习：判断自发与非自发（室温下） （1）打开活塞，分液漏斗中的水流进烧
2、杯 （2）镁带燃烧 （3）氢气燃烧 （4）水分解成H2和O2过程,自发,自发,自发,非自发,如何判断一个过程，一个反应能否自发进行？,自发过程和非自发过程,自发反应： 镁条燃烧：Mg(s)+O2(g)=MgO(s) 酸碱中和：H+OH-=H2O 铁器暴露在潮湿空气中会生锈：3Fe(s)+3/2O2(g)=Fe2O3(s) 甲烷和氧气的混合气体遇明火就燃烧： CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g),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。 自发反应： 在一定温度、压强下，不借助(光、电能等）外部力量 即能进行，或具有发生的可能性的反应称为自发反应。,自发反应
3、是从属于自发过程的，是属于自发过程的一部分。,那么我们该如何判断一个过程，一个反应能否自发进行呢？一个过程或者一个反应要自发的进行是否要符合什么条件呢？,【探究】以“物体由高处自由下落”为代表，探究自发过程中有哪些变化趋势。,1。自然界中水总是从高处往地处流； 2。电流总是从电位高的地方向电位低的地方流动；,观察下列几个自发进行的化学反应，找出它们的共同之处 1.钠与水反应2Na(s)+2H2O(l)=2NaOH(aq)+H2(g) H=368 kJ/mol 2.铁生锈：3Fe (s)+3/2O2 (g)=Fe2O3 (s) H=824 kJ/mol 3.氢气和氧气反应：2H2(g)+O2(g
4、)=2H2O(l ) H=571.6kJ/mol,共同点：H0，放热反应，高能向低能转化。,共同点：高能向低能转化。,一、反应焓变与反应方向 ：,注意： （1）焓判据只能用于判断过程的方向，能否实现要看具体条件； （2）焓判据只判断一定条件化学反应能否自发进行，与化学反应速率无关。 （3）反应焓变是反应能否自发进行的一个因素，但不是唯一因素,自发过程的体系取向于从高能状态转变为低能状态(这时体系会对外部做功或释放热量，焓变小于0)，这一经验规律就是焓判据，是判断化学反应进行方向的判据之一。,交流 研讨,19世纪，化学家们曾认为决定化学反应能否自发进行的因素是反应热：放热反应可以自发进行，而吸热
5、反应则不能自发进行。你同意这种观点吗？请举例说明。,举例：,吸热反应,但是，有不少吸热反应也能自发进行， 如 NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)= CH3COONH4(aq)+CO2(g)+H2O(l) H=+37.3kJ/mol 还有一些吸热反应在室温条件下不能自发进行，但在较高温度下则能自发进行，如在室温下吸热反应的碳酸钙分解反应不能自发进行，但同样是这个吸热反应在较高温度（1200K）下则能自发进行。,放热反应过程中体系能量降低,因此具有自发进行的倾向,- 焓（H）判据,由此可见：,1。运用能量判据主要依据反应焓变，而 焓变（H）的确是一个与反应能否自发进行 的因素之一，但不是
6、决定反应能否自发进行 的唯一因素。 2。对于某些反应而言： 若 H0，正向反应不能自发进行，而逆向 反应能自发进行。,一副崭新的扑克牌被洗过后会怎样？ 如果没有法律的制约，世界会怎样？ 下课铃一响教室里会怎样？ 你能发现这些看似不相干的事件之间的联系吗？,克劳修斯 （德国）,熵,S,3。火柴棒散落,4。墨水扩散,由有序变为无序,1。同一种物质，其气态时会通过分子的扩散自发形成均匀的混合物,2。硝酸铵溶于水要吸热，但它能自发向水中扩散,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，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,二、熵（S）： 1.描述体系混乱度的物理量 2.符号：
7、S 单位：Jmol-1K-1,3.大小判据： （1）物质的混乱度：体系混乱度越大，熵值越大； （2）同一条件：不同物质的熵值不同；,（3）物质的存在状态：S(g) S(l) S(s)。,69.9Jmol-1K-1,47.9Jmol-1K-1,188.7Jmol-1K-1,S(g)S(l)S(s),三种状态下水的熵,冰 水 水蒸气,标准状况下：1mol不同物质的熵S(Jmol-1K-1),4.反应熵变:反应产物的总熵与反应物总熵之差 (1)符号：S (2)表达式:S =S(生成物) S (反应物) (3)正负判断： 气体体积增大的反应，S0,熵增加反应 气体体积减小的反应，S0,熵减小反应,练习
8、：判断下列反应熵变大小： 1、N2+3H2=2NH3 2、2C+O2=2CO 3、CaCO3=CaO+CO2,S0,S0,S0,1、冰 液态水 水蒸气 2、氯化钠晶体溶于水 3、自发进行的吸热反应： N2O5分解： 2N2O5(g) 4NO2(g)+O2(g) H=+56.7kJ/mol 碳酸铵的分解： (NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g) H=+74.9 kJ/mol,共同点：熵（S）增加,【探究】下列自发过程中熵变的特点：,注意： 。熵判据只判断一定条件化学反应能否自发进行，与化学反应速率无关； 。熵变（S）只决定于体系的始态和终态，与变化的途径无关； 。熵变只是
9、反应能否自发进行的一种因素。 。若 0 ，正向反应能自发进行； 若0 ，正向反应不能自发进行，而逆向反应能自发进行。,三、反应熵变与反应方向： 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。是在用来判断化学反应方向时就称为熵判据,-10的液态水能自动结冰成为固态 铝热反应是熵减反应，它在一定条件下也可自发进行。 有些熵减的反应一定条件下也可以自发进行 因此熵判据判断过程的方向也是不全面的,总结：自发过程的两大变化趋势： （1）能量趋于减小(焓减） （2）混乱度趋于增大（熵增）,举例：,科学家们总结出了一条公式G HT S，G代 表的是自由能，用自由能来判断反应进行
10、的方向是最全面 最科学的，当G0时，反应就可以自发进行,任何温度都自发进行,不能自发进行,较低温度时自发进行,高温时自发进行,总结：,四、焓变与熵变对反应方向的共同影响 1.判据： G HT S 2.判据与反应的自发性： 0 反应不能自发进行 3.适用判据应注意的问题： （1）判断反应的自发性要结合H和S，利用 G H-TS （2）条件是一定温度、压强下 （3）反应具有自发性，只能说明这个反应有进行的趋势，但这个反应到底能不能反应，那还要看反应进行的限度和反应进行的速率。,1过程的自发性只能用于判断过程的方向，不能确定过程是否一定会发生和过程发生的速率。 例如：金刚石有向石墨转化的倾向，但是能
11、否发生，什么时候发生，多快才能完成，就不是能量判据和熵判据能解决的问题了。,注意,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。,小结,一、化学反应进行方向的判据,1焓判据,2熵判据,二、理解熵的含义和熵的变化,1、放热的自发过程可能是熵减小的过程， 如铁生锈、氢气燃烧等；也可能是熵无明显变化或增加的过程，如金刚石和石墨的互变熵不变；活泼金属与酸的置换反应熵增等,2、吸热的自发过程应为熵增加的过程， 如冰的融化、硝酸铵溶于水等。,3、无热效应的自发过程是熵增加的过程， 如两种理想气体的混合
12、等。,练习： 1.能用能量判据判断下列过程的方向的是（ ） A. 水总是自发的由高处往低处流 B. 放热反应容易自发进行，吸热反应不能自发进行 C. 有序排列的火柴散落时成为无序排列 D. 多次洗牌后，扑克牌的毫无规律的混乱排列的几率大 2.已知石墨、金刚石燃烧的热化学方程式分别为： C(石墨，s)+O2（g）=CO2 （g）H=-393.5kJ/mol C(金刚石，s)+O2 （g） =CO2 （g）H=-395.4kJ/mol 关于金刚石和石墨的相互转化，下列说法正确的是（ ） A.石墨转化为金刚石是自发进行的过程 B.金刚石转化为石墨是自发进行的过程 C.石墨比金刚石能量低 D.金刚石比
13、石墨能量低,A,BC,3.下列过程属于熵增加的是（ ） A.固体的溶解过程 B.气体扩散过程 C.水蒸气变为液态水 D.CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) 4.下列说法中，正确的是（ ） A.自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是熵减小或不变 B.自发反应在恰当条件下才能实现 C.自发反应在任何条件下均能实现 D.同一物质的固、液、气三种状态的熵值相同 5.下列反应中在高温下不能自发进行的是（ ） A.CO(g)=C(s) +/2O2(g) B.2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g) C.(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g) D.MgCO3(s)=MgO(
14、s)+CO2(g),AB,B,A,6.下列说法完全正确的是( ) A.放热反应均是自发反应 B.S为正值的反应均是自发反应 C.物质的量增加的反应，S为正值 D.如果H和S均为正值，当温度升高时，反应可能 自发进行 7.下列反应中，S最大的是( ) A.CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g) B.2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) C.N2(g)+3H2(g)2NH3(g) D.CuSO4(s)+5H2O(l)CuSO45H2O(s),D,A,8.某反应AB(g)=C(g)+3D(g)在高温时能自发进行，其逆反应在低温下能自发进行，则该反应的H、S应为( ) A.H 0 B. H 0，S 0 D. H 0，S 0,C,