1、第二章化学反应的方向、限度与速率第二章化学反应的方向、限度与速率第一节第一节 化学反应的方向化学反应的方向1. 1.通过对日常生活中自发进行的过程的认知，知道化学反应是有方向的，知通过对日常生活中自发进行的过程的认知，知道化学反应是有方向的，知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关。道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关。2 2认识焓判据和熵判据的局限性，会用认识焓判据和熵判据的局限性，会用H HT TS S判断反应正向自发进行判断反应正向自发进行的趋势。的趋势。学习目标学习目标知识体系知识体系冰雪融化冰雪融化高山流水高山流水自发过程和非自发过程自发过程和非自发过程自发过程：自发过程：(1)自
2、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；(2)电流总是从电位高的地方向电位低的电流总是从电位高的地方向电位低的地方流动；地方流动；(3)室温下冰块自动融化；室温下冰块自动融化；(4)墨水扩散；墨水扩散；(5)食盐溶解于水。食盐溶解于水。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
3、(g)自发过程自发过程 在温度和压强一定条件下，不借助光、电等外部力量就能自动进行的过程。在温度和压强一定条件下，不借助光、电等外部力量就能自动进行的过程。自发反应：自发反应： 在一定温度和压强下，不借助光、电等外部力量即能进行，或具有发生的可在一定温度和压强下，不借助光、电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。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呢？一个过程或者一个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？反应要自发的进行是否要符合什么条件呢？自发过程：自发过程：(1)自然
4、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；(2)电流总是从电位高的地方向电位低的电流总是从电位高的地方向电位低的地方流动；地方流动；(3)室温下冰块自动融化；室温下冰块自动融化；(4)墨水扩散；墨水扩散；(5)食盐溶解于水。食盐溶解于水。观察下列自发进行的化学反应，找出它们的共同之处观察下列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 kJmol-1(2)铁生锈：铁生锈： 3Fe (s)+3/2O2 (g)=Fe2O3 (s) H=824 kJmol-1(3)氢气和氧气反应：氢气和氧
5、气反应： 2H2(g)+O2(g)=2H2O(l ) H=571.6 kJmol-1 19世纪世纪,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应可以自发进行,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。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。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2.有不少吸热反应也能自发进行有不少吸热反应也能自发进行 CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) H=+178.2kJmol-1 4Fe(OH)2(s)+2H2
6、O(l)+O2(g)= 4Fe(OH)3(s) H=-444.3kJmol-1NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)=CH3COONH4(aq) +CO2(g)+H2O(l) H= +37.30kJmol-13.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一、反应焓变与反应方向一、反应焓变与反应方向 反应焓变判断是反应能否自发进行的一个因素，但不是唯一反应焓变判断是反应能否自发进行的一个因素，但不是唯一因素因素 。不能仅用反应焓变来判断反应能否自发进行。不能仅用反应焓变来判断反应能否自发进行。几个
7、常见的现象几个常见的现象 固体硝酸铵、氢氧固体硝酸铵、氢氧化钠、氯化钠和蔗糖都能化钠、氯化钠和蔗糖都能溶于水，是什么因素决定溶于水，是什么因素决定它们的溶解过程能自发进它们的溶解过程能自发进行？行？二、反应熵变与反应方向二、反应熵变与反应方向 1、描述体系无序程度的物理量、描述体系无序程度的物理量熵（熵（S）熵值越大，体系无序程度越大。熵值越大，体系无序程度越大。 许多上增加的反应在常温常压下都是自发进行的；有些熵减小的反应许多上增加的反应在常温常压下都是自发进行的；有些熵减小的反应在一定条件下也能自发进行；不能仅用熵变来判断反应能否自发进行。在一定条件下也能自发进行；不能仅用熵变来判断反应能
8、否自发进行。 (3) 气体体积增大的反应，气体体积增大的反应，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，S S(l) S(s)。1.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)AB2.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
9、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B3.适用判据应注意的问题：适用判据应注意的问题：三、用焓变和熵变综合判断反应方向三、用焓变和熵变综合判断反应方向GH-TS1.研究表明等温等压及除了体积功外不做其他功的条件下，自发反应总是向研究表明等温等压及除了体积功外不做其他功的条件下，自发反应总是向H-TS0 的方向进行，直至达到平衡状态。的方向进行，直至达到平衡状态。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）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
10、应到底）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。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）判断反应的自发性要同时考虑）判断反应的自发性要同时考虑H、S、和温度，利用、和温度，利用H-TS进行进行判断；判断；（2）给定条件不能自发地反应，通过改变条件使反应能够正向自发进行；）给定条件不能自发地反应，通过改变条件使反应能够正向自发进行；2KClO3(s)= 2KCl(s)+3O2(g) H=-78.3kJmol-1 S=+494.4 Jmol-1K-1 CO(g)=C(s,石墨石墨)+1/2O2(g)H=+11
11、0.5kJmol-1 S=-89.4 Jmol-1K-1 4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2 (g)= 4Fe(OH)3(s)H=-444.3kJmol-1 S=-280.1 Jmol-1K-1NH4HCO3 (s)+CH3COOH(aq)=CO2 (g) +CH3COONH4(aq)+H2O(l)H=+37.30kJmol-1 S=+184.0 Jmol-1K-1 放热反应的焓变小于零，熵增加反应的熵变大于零，都对放热反应的焓变小于零，熵增加反应的熵变大于零，都对H-TS0有所贡献，因此放热反应和熵增加有利于反应自发进行。有所贡献，因此放热反应和熵增加有利于反应自发进行。H0、S0
12、一定一定能能自发反应自发反应H0、S0一定一定不能不能自发反应自发反应H0、S0低温低温下能自发反应下能自发反应H0、S0高温高温下能自发反应下能自发反应3.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，反应可能自发进行均为正值，当温度升高时，反应可能自发进行D4.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
13、(g)+O2(g)2SO3(g) C. N2(g)+3H2(g)2NH3(g) D. CuSO4(s)+5H2O(l)CuSO45H2O(s)A5.节能减排是指节约物质资源和能量资源，减少废弃物和环境有节能减排是指节约物质资源和能量资源，减少废弃物和环境有害物害物(包括三废和噪声等包括三废和噪声等)排放。排放。 (1)实现实现 “节能减排节能减排” 和和“低碳经济低碳经济”的一项重要课题就是如何的一项重要课题就是如何将将CO2转化为可利用的资源。目前工业上有一种方法是用转化为可利用的资源。目前工业上有一种方法是用CO2来来生产燃料甲醇。一定条件下发生反应：生产燃料甲醇。一定条件下发生反应：CO
14、2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)，如图表示该反应过程中，如图表示该反应过程中能量能量(单位为单位为kJmol-1)的变化，关于该反的变化，关于该反应的下列说法中，正确的是应的下列说法中，正确的是_(填字母填字母)。A.H0，S0 B.H0，S0C.H0，S0 D.H0，S0C(2)将煤加工成水煤气可降低污染并能提高燃料的利用率。将水蒸将煤加工成水煤气可降低污染并能提高燃料的利用率。将水蒸气通过红热的炭即产生水煤气，化学方程式为气通过红热的炭即产生水煤气，化学方程式为C(s)+H2O(g)=H2(g)+CO(g) H=+131.3 kJmol1，S=+133.7 Jmol-
15、1K-1该反应在常温下能否自发进行？该反应在常温下能否自发进行？_(填填“能能”或或“不能不能”)。根据根据HTS=+131.3 kJmol-1-298 K0.133 7 kJmol-1K-1 91.46 kJmol-10,不能所以常温下不能自发进行。所以常温下不能自发进行。6、（、（ 课本第课本第50页）本节课开始提出用于净化汽车尾气的反应：页）本节课开始提出用于净化汽车尾气的反应： 2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)，该反应在，该反应在 298K、101KP下，下， H=746.8KJmol-1，S=197.5Jmol-1K-1，试计算该反应室温是否有自发进行的趋势。试计算该反应室温是否有自发进行的趋势。 如果假定该反应的如果假定该反应的H 随温度的变化忽略不计，那么该反应能随温度的变化忽略不计，那么该反应能够自发进行的最高温度是多少？够自发进行的最高温度是多少？(反应温度应低于多少？反应温度应低于多少？)试想现在这一方案未能大面积实施的原因是什么？试想现在这一方案未能大面积实施的原因是什么？(3)未找到合适的催化剂，反应速率太慢，难以实施未找到合适的催化剂，反应速率太慢，难以实施(1)室温下该反应的室温下该反应的HTS=-687.9 kJmol-10，反应能自发进行。，反应能自发进行。(2) 要使反应自发进行，要使反应自发进行，H-TS0。
