1、第二章化学反应速率和化学平衡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第四节化学反应进行的方向 栏目链接栏目链接 栏目链接栏目链接 栏目链接栏目链接1.了解自发过程和化学反应的自发性。了解自发过程和化学反应的自发性。2.通过通过“有序有序”和和“无序无序”的对比，了解熵和熵变的概的对比，了解熵和熵变的概念。念。3.初步了解焓变和熵变对化学反应方向的影响，能用焓初步了解焓变和熵变对化学反应方向的影响，能用焓变和熵变说明化学反应的方向。变和熵变说明化学反应的方向。栏目链接栏目链接 栏目链接栏目链接 栏目链接栏目链接 栏目链接栏目链接 栏目链接栏目链接有关化学反应进行的有关化学反应进行的_
2、、_和和_是化学反应原理的三个重要组成部分。科学家根据体系存是化学反应原理的三个重要组成部分。科学家根据体系存在着力图使自身能量趋于在着力图使自身能量趋于_和由和由_变为变为_的自然现象，提出了互相关联的的自然现象，提出了互相关联的_判据和判据和_判据，为最终解决上述问题提供了必要的依据判据，为最终解决上述问题提供了必要的依据。要点一自发过程和自发反应要点一自发过程和自发反应 栏目链接栏目链接方向方向快慢快慢限度限度“最低最低”“有序有序”“无序无序”焓焓熵熵 栏目链接栏目链接1自发过程自发过程(1)含义：在一定条件下，含义：在一定条件下，_ 就可以自动进就可以自动进行的过程。行的过程。(2)
3、特点：特点：体系趋向于从体系趋向于从_状态转变为状态转变为_状态状态(体系对外部体系对外部_或者或者_热量热量)。在密闭条件下，体系有从在密闭条件下，体系有从_自发转变为自发转变为_的倾向，即的倾向，即_原理。原理。栏目链接栏目链接不用借助于外力不用借助于外力高能高能低能低能做功做功释放释放有序有序无序无序熵增熵增 栏目链接栏目链接2自发反应自发反应在给定的一组条件下，可以在给定的一组条件下，可以_地进行到显著程度地进行到显著程度的化学反应的化学反应。栏目链接栏目链接自发自发 栏目链接栏目链接应用应用思考思考1.“自发反应一定能自动进行，而非自发反应一定不能发生自发反应一定能自动进行，而非自发
4、反应一定不能发生”这句话对吗？说明理由。这句话对吗？说明理由。提示：提示：不对。某些自发反应需在一定条件下才能自动进不对。某些自发反应需在一定条件下才能自动进行，非自发反应具备了一定条件也能发生。如甲烷燃烧是自行，非自发反应具备了一定条件也能发生。如甲烷燃烧是自发反应，但需点燃或加热才能反应；石灰石分解为氧化钙和发反应，但需点燃或加热才能反应；石灰石分解为氧化钙和二氧化碳为非自发反应，在高温下可以发生。二氧化碳为非自发反应，在高温下可以发生。栏目链接栏目链接 栏目链接栏目链接综合综合拓展拓展一、自发过程和非自发过程一、自发过程和非自发过程1自发过程的共同特点：体系趋于从高能量状态转变自发过程的
5、共同特点：体系趋于从高能量状态转变为低能量状态，如：为低能量状态，如：自然界中水总是从高处往低处流；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；电流总是从电位高的地方向电位低的地方流动；室温下冰室温下冰块自动融化；块自动融化；铁器暴露在潮湿空气中会生锈；铁器暴露在潮湿空气中会生锈；甲烷与氧甲烷与氧气混合遇火就燃烧；气混合遇火就燃烧；锌与锌与CuSO4溶液会自动反应生成溶液会自动反应生成Cu和和ZnSO4等等都是自发过程，其逆向都是非自发过程。其中等等都是自发过程，其逆向都是非自发过程。其中都是自发反应，其逆向都是非自发反应。都是自发反应，其逆向都是非自发反应。栏目链
6、接栏目链接 栏目链接栏目链接2自发过程和自发反应可被用来完成有用功：如向下自发过程和自发反应可被用来完成有用功：如向下流动的水可推动机器，甲烷燃烧可在内燃机中被用来做功，流动的水可推动机器，甲烷燃烧可在内燃机中被用来做功，锌与锌与CuSO4溶液的反应可被设计成原电池，可将氢气燃烧应溶液的反应可被设计成原电池，可将氢气燃烧应设计成燃料电池等。设计成燃料电池等。3非自发过程要想发生，则必须对它做功：如利用水非自发过程要想发生，则必须对它做功：如利用水泵可使水从低处流向高处，通电可使水分解生成氢气和氧气。泵可使水从低处流向高处，通电可使水分解生成氢气和氧气。栏目链接栏目链接 栏目链接栏目链接1下列过
7、程是非自发的是下列过程是非自发的是()A水由高处向低处流水由高处向低处流B煤炭的燃烧煤炭的燃烧C铁在潮湿空气中生锈铁在潮湿空气中生锈D室温下水结成冰室温下水结成冰尝试尝试应用应用解析：解析：自然界中水由高处向低处流、煤炭的燃烧、铁在自然界中水由高处向低处流、煤炭的燃烧、铁在潮湿空气中生锈、室温下冰的融化，都是自发过程，其逆潮湿空气中生锈、室温下冰的融化，都是自发过程，其逆向都是非自发的。向都是非自发的。答案：答案：D 栏目链接栏目链接 栏目链接栏目链接要点二化学反应进行方向的判据要点二化学反应进行方向的判据1焓判据焓判据放热反应过程中体系能量放热反应过程中体系能量_，具有自发进行的倾，具有自发
8、进行的倾向，因此可用向，因此可用_来判断反应进行的方向来判断反应进行的方向。2熵判据熵判据(1)熵：在密闭条件下，体系有从熵：在密闭条件下，体系有从_自发地转变为自发地转变为_的倾向。因为与有序体系相比，的倾向。因为与有序体系相比，_体系体系“更加稳更加稳定定”，可以采取更多的存在方式。科学家用，可以采取更多的存在方式。科学家用_(符号为符号为_)来量度这种混乱来量度这种混乱(或无序或无序)的程度。的程度。栏目链接栏目链接降低降低焓变焓变有序有序无序无序无序无序S熵熵 栏目链接栏目链接(2)熵增原理。熵增原理。在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系
9、的熵_，即熵变，即熵变(符号符号S)_零。零。(3)熵值大小的比较。熵值大小的比较。同一种物质不同状态时熵值大小为同一种物质不同状态时熵值大小为S(g)_S(l)_S(s)。(4)熵判据。熵判据。体系有自发地向混乱度体系有自发地向混乱度_(即即_)的方向转的方向转变的倾向，因此可用变的倾向，因此可用_来判断反应进行的方向。来判断反应进行的方向。栏目链接栏目链接增大增大大于大于增加增加熵增熵增熵变熵变 栏目链接栏目链接3复合判据复合判据过程的自发性只能用于判断过程的方向，不能确定过程过程的自发性只能用于判断过程的方向，不能确定过程_ 和过程和过程 _ ，若允许外界对体系施加，若允许外界对体系施加
10、某 种 作 用，就 可 能 出 现 相 反 的 结 果。综 合 考 虑某 种 作 用，就 可 能 出 现 相 反 的 结 果。综 合 考 虑_和和_的复合判据，将更适合于所的复合判据，将更适合于所有的过程，只根据一个方面来判断反应进行的方向是不全有的过程，只根据一个方面来判断反应进行的方向是不全面的。面的。栏目链接栏目链接是否一定会发生是否一定会发生发生的速率发生的速率焓判据焓判据熵判据熵判据 栏目链接栏目链接2.是否是否S0的过程一定能自发进行，的过程一定能自发进行，S0的过程一定的过程一定不能自发进行？不能自发进行？提示：提示：不是。一个过程的不是。一个过程的S0，只能说明该过程有自，只能
11、说明该过程有自发进行的倾向，而这个过程是否一定会发生则不能确定；发进行的倾向，而这个过程是否一定会发生则不能确定；S0的过程也能自发进行，如的过程也能自发进行，如10的液态水会自动结冰的液态水会自动结冰成为固态。成为固态。应用应用思考思考 栏目链接栏目链接 栏目链接栏目链接综合综合拓展拓展二、决定和影响化学反应进行方向的因素二、决定和影响化学反应进行方向的因素1化学反应的方向与焓变的关系化学反应的方向与焓变的关系(1)多数能自发进行的化学反应是放热反应。多数能自发进行的化学反应是放热反应。例如：在常温、常压下，氢氧化亚铁被氧化为氢氧化铁例如：在常温、常压下，氢氧化亚铁被氧化为氢氧化铁的反应是自
12、发的，反应放热：的反应是自发的，反应放热：4Fe(OH)2(s)2H2O(l)O2(g)=4Fe(OH)3(s)H(298 K)444.3 kJmol1。(2)有些吸热反应也能自发进行。有些吸热反应也能自发进行。例如：例如：NH4HCO3(s)CH3COOH(aq)=CO2(g)CH3COONH4(aq)H2O(l)H(298 K)37.30 kJmol1。(3)有一些吸热反应在室温条件下不能自发进行，但在较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。高温度下则能自发进行。栏目链接栏目链接 栏目链接栏目链接例如：在室温下和较高温度下均为吸热过程的例如：在室温下和较高温度
13、下均为吸热过程的CaCO3的的分解反应分解反应CaCO3(s)=CaO(s)CO2(g)H(298 K)178.2 kJmol1，H(1200 K)176.5 kJmol1。栏目链接栏目链接 栏目链接栏目链接2化学反应的方向与熵变的关系化学反应的方向与熵变的关系反应的熵变反应的熵变S为反应产物总熵与反应物总熵之差；对于为反应产物总熵与反应物总熵之差；对于确定的化学反应，在一定条件下具有确定的熵变。确定的化学反应，在一定条件下具有确定的熵变。(1)许多熵增加的反应在常温、常压下可以自发进行。产许多熵增加的反应在常温、常压下可以自发进行。产生气体的反应，气体物质的物质的量增大的反应，熵变通常生气体
14、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，为熵增加反应。都是正值，为熵增加反应。栏目链接栏目链接 栏目链接栏目链接例如例如：2H2O2(aq)=2H2O(l)O2(g)。(2)有些熵增加的反应在常温、常压下不能自发进行，但有些熵增加的反应在常温、常压下不能自发进行，但在较高温度下可以自发进行。在较高温度下可以自发进行。例如例如：CaCO3(s)=CaO(s)CO2(g)；C(石墨石墨，s)H2O(g)=CO(g)H2(g)。栏目链接栏目链接 栏目链接栏目链接(3)铝热反应是熵减小的反应，它在一定条件下也可以自铝热反应是熵减小的反应，它在一定条件下也可以自发进行。发进行。2Al(s
15、)Fe2O3(s)=Al2O3(s)2Fe(s)。任何反应体系都有趋向于从高能状态转变为低能状态和任何反应体系都有趋向于从高能状态转变为低能状态和从有序自发地转变为无序的倾向，因此影响和决定化学反应从有序自发地转变为无序的倾向，因此影响和决定化学反应进行方向的因素是焓变和熵变。进行方向的因素是焓变和熵变。栏目链接栏目链接 栏目链接栏目链接三、焓变与熵变对反应方向的共同影响三、焓变与熵变对反应方向的共同影响1用焓变和熵变的复合判据判断反应的方向用焓变和熵变的复合判据判断反应的方向体系的自由能变化体系的自由能变化(符号为符号为G，单位为，单位为kJmol1)综合考综合考虑了焓变和熵变对体系的影响，
16、可用于化学反应自发进行的虑了焓变和熵变对体系的影响，可用于化学反应自发进行的方向的判断，方向的判断，GHTS。(1)当当H0，S0时，时，G0，反应自发进行。，反应自发进行。(2)当当H0，S0时，时，G0，反应不能自发进行。，反应不能自发进行。(3)当当H0，S0或或H0，S0时，反应是否自时，反应是否自发进行与温度有关，在一定温度下可使发进行与温度有关，在一定温度下可使G0，即反应达到，即反应达到平衡状态。平衡状态。栏目链接栏目链接 栏目链接栏目链接2用复合判据判断反应用复合判据判断反应方向的有关规律方向的有关规律 栏目链接栏目链接 栏目链接栏目链接尝试尝试应用应用2下列关于冰融化为水的过
17、程判断正确的是下列关于冰融化为水的过程判断正确的是()AH0，S0BH0，S0CH0，S0 DH0，S0解析：解析：融化是吸热的变化，故融化是吸热的变化，故H0，冰融化成水，分，冰融化成水，分子活动能力增强，混乱度增大，故子活动能力增强，混乱度增大，故S0。答案：答案：C 栏目链接栏目链接 栏目链接栏目链接 栏目链接栏目链接 栏目链接栏目链接例例1 下列说法正确的是下列说法正确的是()A在常温下，放热反应一般能自发进行，吸热反应在常温下，放热反应一般能自发进行，吸热反应都不能自发进行都不能自发进行BNH4HCO3(s)=NH3(g)H2O(g)CO2(g)H185.57 kJ/mol，能自发进
18、行，原因是体系有自发地向混乱，能自发进行，原因是体系有自发地向混乱度增加的方向转变的倾向度增加的方向转变的倾向C因为焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓因为焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓变或熵变均可以单独作为反应自发性的判据变或熵变均可以单独作为反应自发性的判据D在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂，可在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂，可以改变化学反应进行的方向以改变化学反应进行的方向一、焓判据和熵判据一、焓判据和熵判据 栏目链接栏目链接 栏目链接栏目链接解析：解析：正确解答本题，首先要明确焓判据和熵判据对正确解答本题，首先要明确焓判据和熵判据对化学反应方向的影响，然后利用自
19、由能变化化学反应方向的影响，然后利用自由能变化(复合判据复合判据)进进行综合分析判断，同时要注意催化剂在化学反应中的作用。行综合分析判断，同时要注意催化剂在化学反应中的作用。A项错误，有些熵值增大的吸热反应可以自发进行；项错误，有些熵值增大的吸热反应可以自发进行；C项错项错误的原因是要将二者综合起来即利用复合判据进行判断；误的原因是要将二者综合起来即利用复合判据进行判断；D项中使用催化剂只能降低反应的活化能，不能改变反应项中使用催化剂只能降低反应的活化能，不能改变反应的方向。的方向。答案：答案：B 栏目链接栏目链接 栏目链接栏目链接名师点睛：名师点睛：焓变和熵变都是与反应能否自发进行有关的焓变
20、和熵变都是与反应能否自发进行有关的因素，但又都不能独立地作为反应自发性的判据，要判断反因素，但又都不能独立地作为反应自发性的判据，要判断反应进行的方向，必须综合考虑体系的焓变和熵变对反应方向应进行的方向，必须综合考虑体系的焓变和熵变对反应方向的综合影响。的综合影响。栏目链接栏目链接 栏目链接栏目链接变式变式应用应用1以下自发反应可用能量判据来解释的是以下自发反应可用能量判据来解释的是()A硝酸铵自发地溶于水硝酸铵自发地溶于水B2N2O5(g)=4NO2(g)O2(g)H56.7 kJ/molC(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)NH3(g)H74.9 kJ/molD2H2(g)O2(
21、g)=2H2O(l)H571.6 kJ/mol 栏目链接栏目链接 栏目链接栏目链接解析：解析：能量判据能够说明放热反应为自发反应，而能量判据能够说明放热反应为自发反应，而A、B、C三个自发过程均为吸热过程，显然不能用能量判据三个自发过程均为吸热过程，显然不能用能量判据来解释来解释。只有。只有D项可以用能量判据解释项可以用能量判据解释。答案：答案：D 栏目链接栏目链接 栏目链接栏目链接例例2下列反应中，一定不能自发进行的是下列反应中，一定不能自发进行的是()A2KClO3(s)=2KCl(s)3O2(g)H78.03 kJ/molS1110 J/(molK)BCO(g)=C(石墨石墨)O2(g)
22、H110.5 kJ/molS89.36 J/(molK)C4Fe(OH)2(s)2H2O(l)O2(g)=4Fe(OH)3(s)H444.3 kJ/molS280.1 J/(molK)二、交合判据二、交合判据 栏目链接栏目链接 栏目链接栏目链接DNH4HCO3(s)CH3COOH(aq)=CO2(g)CH3COONH4(aq)H2O(l)H37.301 kJ/molS184.05 J/(molK)解析：解析：A.反应为放热的熵增加反应，一定能自发进行；反应为放热的熵增加反应，一定能自发进行；C.焓变对反应的方向起决定性作用，焓变对反应的方向起决定性作用，HTS0，常温、，常温、常压下反应能自发
23、进行；常压下反应能自发进行；D.熵变对反应的方向起决定性作熵变对反应的方向起决定性作用，用，HTS0，常温、常压下反应能自发进行。，常温、常压下反应能自发进行。答案：答案：B 栏目链接栏目链接 栏目链接栏目链接名师点睛：名师点睛：(1)放热的熵增加放热的熵增加(即即H0，S0)的反应的反应一定能自发进行。一定能自发进行。(2)吸热的熵减小吸热的熵减小(即即H0，S0)的反应一定不能自的反应一定不能自发进行。发进行。(3)当焓变和熵变对当焓变和熵变对HTS贡献相反时，如果二者相贡献相反时，如果二者相差悬殊，可能某一因素占主导地位。可能是焓变起决定性差悬殊，可能某一因素占主导地位。可能是焓变起决定
24、性作用，即大多数放热反应是自发反应；可能是熵变起决定作用，即大多数放热反应是自发反应；可能是熵变起决定性作用，若干熵增加的反应是自发反应。性作用，若干熵增加的反应是自发反应。(4)当在焓变和熵变随温度变化不大的范围内，可以假当在焓变和熵变随温度变化不大的范围内，可以假定它们为常数，此时温度有可能对反应的方向起决定性作定它们为常数，此时温度有可能对反应的方向起决定性作用。一些反应在低温下是非自发反应，而在高温下为自发用。一些反应在低温下是非自发反应，而在高温下为自发反应。反应。栏目链接栏目链接 栏目链接栏目链接变式变式应用应用2 试 判 断 用 于 汽 车 净 化 的 一 个 反 应：试 判 断
25、 用 于 汽 车 净 化 的 一 个 反 应：2 N O(g)2CO(g)=N2(g)2CO2(g)在在298 K、100 kPa下能否自发进行。下能否自发进行。已知在已知在298 K、100 kPa下，该反应的下，该反应的H113.0 kJ/mol，S145.3 J/(molK)。解析：解析：判断一个化学反应方向是否自发进行，在一定温判断一个化学反应方向是否自发进行，在一定温度、压强下，若度、压强下，若HTS0，则反应就能够自发进行；若，则反应就能够自发进行；若HTS0，则反应达到平衡状态，若，则反应达到平衡状态，若HTS0，则，则反应不能自发进行。因为本题中反应不能自发进行。因为本题中HTS113.0 kJ/mol298 K145.3103 kJ/(molK)69.7 kJ/mol0。因此室温下该反应能自发进行。因此室温下该反应能自发进行。答案：答案：可以自发进行可以自发进行 栏目链接栏目链接
