1、 第四节化学反应进行的方向高高山山流流水水冰雪融化冰雪融化花开花谢花开花谢 一、化学反应原理的重要组成部分一、化学反应原理的重要组成部分 反应的快慢程度反应的快慢程度 化学反应原理化学反应原理 化学反应的限度化学反应的限度 反应进行的方向反应进行的方向 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；室温下冰块自动融化；室温下冰块自动融化；墨水扩散；气体扩散；墨水扩散；气体扩散；食盐溶解于水；食盐溶解于水；墨水滴入水中墨水滴入水中气体的扩散气体的扩散固体的溶解固体的溶解化学反应的方向1.自发过程自发过程:在在一定条件下一定条件下不需外力作用就能自动进行的过程不需外力作用就能自动进行
2、的过程.2.非自发过程非自发过程：在一定条件下，：在一定条件下，需要外界做功需要外界做功才能进行的过才能进行的过程。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；具有做功的本领做功；具有做功的本领。练习：判断自发与非自发（练习：判断自发与非自发（室温下室温下）（1）打开活塞，分液漏斗中的水流进烧杯打开活塞，分液漏斗中的水流进烧杯（2）镁带燃烧镁带燃烧（3）氢气燃烧氢气燃烧（4）水分解成水分解成H H2 2和和O O2 2过程过程 自发自发自发自发自发自发非自发非自发如何判断一个过程，一个反应能否自发进行？如何判断一个过程，一个
3、反应能否自发进行？自发过程和非自发过程自发过程和非自发过程自发反应：自发反应：镁条燃烧：镁条燃烧：Mg(s)+O2(g)=MgO(s)酸碱中和：酸碱中和：H+OH-=H2O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：3Fe(s)+3/2O2(g)=Fe2O3(s)甲烷和氧气的混合气体遇明火就燃烧：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：自发过程：在一定条件下，不借助外部力量就能自动在一定条件下，不借助外部力量就能自动进行的过程。进行的过程。自发反应：自发反应：在一定温度、压强下，不借助在一定温度、压强下，不借助(光、电能等
4、）外部力量光、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即能进行，或具有发生的可能性的反应称为自发反应。那么我们该如何判断一个过程，一个反应能否自发进行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？么条件呢？自发反应是从属于自发过程的，是属于自发过程的一部分。自发反应是从属于自发过程的，是属于自发过程的一部分。【探究探究】以以“物体由高处自由下落物体由高处自由下落”为代表，探究自发为代表，探究自发过程中有哪些变化趋势。过程中有哪些变化趋势。1。自然界中水总是从高处往地
5、处流；。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；。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.钠与水反应钠与水反应2Na(s)+2H2O(l)=2NaOH(aq)+H2(g)H=368 kJ/mol2.铁生锈：铁生锈：3Fe(s)+3/2O2(g)=Fe2O3(s)H=824 kJ/mol3.氢气和氧气反应：氢气和氧气反应：2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)H=571.6kJ/mol共同点：共同点：H0，放热反应，高能向低能转化。，放热反应，高能向低能
6、转化。共同点：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一、反应焓变与反应方向 ：注意：注意：（1 1）焓判据只能用于判断过程的方向，能否实现要看具）焓判据只能用于判断过程的方向，能否实现要看具体条件；体条件；（2 2）焓判据只判断一定条件化学反应能否自发进行，与）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。化学反应速率无关。（3 3）反应焓变是反应能否自发进行的一个因素，）反应焓变是反应能否自发进行的一个因素，但不是但不是唯一因素唯一因素 自发过程的体系自发过程的体系取向于取向于从高能状态转变为低能状态从高能状态转变为低能状态(这时这时体系会对外部做功或
7、释放热量，体系会对外部做功或释放热量，焓变小于焓变小于0 0)，这一经验规，这一经验规律就是律就是焓判据焓判据，是判断化学反应进行方向的判据之一。，是判断化学反应进行方向的判据之一。交流交流 研讨研讨1919世纪，化学家们曾认为决定化世纪，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，应热：放热反应可以自发进行，而吸热反应则不能自发进行。你而吸热反应则不能自发进行。你同意这种观点吗？请举例说明同意这种观点吗？请举例说明。2NH4Cl(s)+Ba(OH)28H2O(s)=BaCl2(s)+2NH3(g)+10H2O(l)NH4HCO3(s
8、)+CH3COOH(aq)=CH3COONH4(aq)+CO2(g)+H2O(l)H=+37.3kJ/molCaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)H=+178.2kJ/mol2NaHCO3(s)=Na2CO3(s)+CO2(g)+H2O(g)H=+126.1kJ/mol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
9、温度（1200K）下则能自发进行。放热反应过程中体系能量降低放热反应过程中体系能量降低,因此具有因此具有自发进行的倾向自发进行的倾向,-,-焓（焓（H H）判）判据据由此可见：1。运用。运用能量判据能量判据主要依据反应焓变，而主要依据反应焓变，而焓变（焓变（H）的确是一个与反应能否自发进行）的确是一个与反应能否自发进行的因素的因素之一之一，但不是决定反应能否自发进行，但不是决定反应能否自发进行的的唯一因素唯一因素。2。对于某些反应而言：。对于某些反应而言：若若 H0H0H0，正向反应不能自发进行，而逆向，正向反应不能自发进行，而逆向反应能自发进行。反应能自发进行。一副崭新的扑克牌被洗过后会怎样
10、？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？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？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？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）3。火柴棒散落。火柴棒散落4。墨水扩散。墨水扩散由有序变为无序由有序变为无序1。同一种物质，其气态时会通过分子的扩。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。硝酸铵溶于水要吸热，但它能自发向水中扩散水中扩散为了解释这样一类为了解释这样一类与能量状态的高低无关与能量状态的高低无关
11、的过程的自发性的过程的自发性，提出了在自然界还存在，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着另一种能够推动体系变化的因素二、熵（二、熵（S）：）：1.描述体系混乱度的物理量描述体系混乱度的物理量 2.符号：符号：S 单位：单位：Jmol-1K-1 3.大小判据：大小判据：（1）物质的混乱度：）物质的混乱度：体系混乱度越大，熵值越大；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；）同一条件：不同物质的熵值不同；（3）物质的存在状态：）物质的存在状态：S(g)S(l)S(s)。69.9Jmol-1K-147.9Jmol-1K-1188.7Jmol-1K-1S(g)(g
12、)S(l)(l)S(s)(s)三种状态下水的熵三种状态下水的熵 冰冰 水水 水蒸气水蒸气CH4O2CO2H2NH3186.15205.03214130192H2O(l)HNO3(l)Br2(l)69.9156152NaClFe金刚石金刚石SiO2CuO72.127.32.441.8442.7标准状况下：标准状况下：1mol不同物质的熵不同物质的熵S(Jmol-1K-1)4.反应熵变反应熵变:反应产物的总熵与反应物总熵之差反应产物的总熵与反应物总熵之差 (1)符号：符号：S (2)表达式表达式:S=S(生成物生成物)S(反应物反应物)(3)正负判断：正负判断：气体体积增大的反应，气体体积增大的反
13、应，S0,熵增加反应熵增加反应 气体体积减小的反应，气体体积减小的反应，S0，正向反应能自发进行；，正向反应能自发进行；若若0，正向反应不能自发进行，而逆向反应能自，正向反应不能自发进行，而逆向反应能自发进行。发进行。三、反应熵变与反应方向三、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应方向时就称为熵判据-10的液态水能自动结冰成为固态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。铝
14、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：总结：自发过程的两大变化趋势：（1）能量趋于减小）能量趋于减小(焓减）焓减）（2）混乱度趋于增大（熵增）混乱度趋于增大（熵增）2KClO3(s)=2KCl(s)+3O2(g)H=-78.3kJ/mol S=494.4J/mol/K一定能自发反应一定能自发反应CO(g)=C(s,石墨石墨)+1/2O2(g)H=110.5kJ/mol S=-89.4J/mol/K 一定不能自
15、发反应一定不能自发反应4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)=4Fe(OH)3(s)H=-444.3kJ/mol S=-280.1J/mol/K低温下能自发反应低温下能自发反应NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)=CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l)H=37.30kJ/mol S=184.0J/mol/K高温下能自发反应高温下能自发反应举例：焓变焓变熵变熵变化学反应能否自发进行化学反应能否自发进行H H0 0S S0 0H H0 0S S0 0H H0 0S S0 0H H0 0S S0 0科学家们总结出了一条公式科学家们总结出了一条公式G HT S，G代
16、代表的是自由能，用自由能来判断反应进行的方向是最全面表的是自由能，用自由能来判断反应进行的方向是最全面最科学的，当最科学的，当G0时，反应就可以自发进行时，反应就可以自发进行 任何温度都自发进行不能不能自发进行较低温度时自发进行较低温度时自发进行高温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四、焓变与熵变对反应方向的共同影响 1.判据：判据：G HT S 2.判据与反应的自发性：判据与反应的自发性：0 反应不能自发进行反应不能自发进行 3.适用判据应注意的问题：适用判据应注意的问题：（1）判断反应的自发性要结合）判断反应的自发性要结合H和和S，利用，利用 G H-TS（2
17、）条件是一定温度、压强下）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，）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。反应进行的速率。1 1过程的自发性只能用于判断过程的方向，不能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。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，但是能否发例如：金刚石有向石墨转化的倾向，但是能否发生，什么时候发生，多快才能完成，就不是能量生，什么时候发生，多快才能完
18、成，就不是能量判据和熵判据能解决的问题了。判据和熵判据能解决的问题了。注意注意2 2在讨论过程的方向时，指的是没有外界干扰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。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。例如：石墨经高温高压还是可以变为金刚石的。小结小结一、化学反应进行方向的判据一、化学反应进行方向的判据1 1焓判据焓判据2 2熵判据熵判据二、理解熵的含义和熵的变化二、理解熵的含义和熵的变化1 1、放热的自发过程可能是熵减小的过程，、放热的自发过程可能是熵减小的
19、过程，如铁生锈、氢气燃烧等；也可能是熵无明如铁生锈、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变熵不变；活泼金属与酸的置换反应熵增等等2 2、吸热的自发过程应为熵增加的过程，、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。如冰的融化、硝酸铵溶于水等。3 3、无热效应的自发过程是熵增加的过程，、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等。如两种理想气体的混合等。练习：练习：1.能用能量判据判断下列过程的方向的是（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
20、低处流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：已知石墨、金刚石燃烧的热化学方程式分别为：C(石墨，石墨，s)+O2（g）=CO2（g）H=-393.5kJ/molC(金刚石，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（关于金刚石和石墨的相互转化，下
21、列说法正确的是（）A.石墨转化为金刚石是自发进行的过程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石墨比金刚石能量低D.金刚石比石墨能量低金刚石比石墨能量低ABC3.下列过程属于熵增加的是（下列过程属于熵增加的是（）A.固体的溶解过程固体的溶解过程B.气体扩散过程气体扩散过程C.水蒸气变为液态水水蒸气变为液态水D.CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)4.下列说法中，正确的是（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
22、应在恰当条件下才能实现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（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(s)+CO2(g)ABABB BA A6.下列说法完全正确的是下列说法完全正确的是()A.放热反应均是自发反应放热反应均是自发反应 B.S为正值的反应
23、均是自发反应为正值的反应均是自发反应 C.物质的量增加的反应，物质的量增加的反应，S为正值为正值 D.如果如果H和和S均为正值，当温度升高时，反应可能均为正值，当温度升高时，反应可能 自发进行自发进行7.下列反应中，下列反应中，S最大的是最大的是()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)DA8.某反应某反应AB(g)=C(g)+3D(g)在高温时能自发进行，其逆反在高温时能自发进行，其逆反应在低温下能自发进行，则该反应的应在低温下能自发进行，则该反应的H、S应为应为()A.H 0 B.H 0，S 0，S 0 D.H 0，S 0C
