1、化学反应进行的方向化学反应进行的方向【教学目标教学目标】了解反应的自发性与反应过程中能量变了解反应的自发性与反应过程中能量变 化及熵值变化的关系；能够用熵增原化及熵值变化的关系；能够用熵增原理判断化学反应进行的方向。理判断化学反应进行的方向。【教学重难点教学重难点】能够用熵增原理判断化学反应进行的能够用熵增原理判断化学反应进行的方向方向 这些过程都是这些过程都是在一定条件下不需要外力在一定条件下不需要外力作用就能自动进行的过程作用就能自动进行的过程,叫做自发过程，叫做自发过程，其其逆过程就是非自发过程。逆过程就是非自发过程。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
2、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；室温下冰块自动融化；室温下冰块自动融化；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；煤气与空气点燃就燃烧；煤气与空气点燃就燃烧；具有什么特点的过程才能自发进行？具有什么特点的过程才能自发进行？化学反应中的自发过程化学反应中的自发过程(1)甲烷燃烧：甲烷燃烧：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)H=802.3 kJ/mol(2)铁生锈：铁生锈：3Fe(s)+3/2O2(g)=Fe2O3(s)H=-824 kJ/mol(3)氢气和氧气反应：氢气和氧气反应：2H2(g)+O2(g)=2H2O(l
3、);H=571.6 kJ/mol共同点共同点?E反反 E生生,H0放热反应放热反应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；共同点共同点?能量由高到底能量由高到底一、自发过程与焓判据一、自发过程与焓判据共同特点：体系趋向于从高能状态转变共同特点：体系趋向于从高能状态转变为低能状态。为低能状态。1 1、焓判据：自发过程的体系取向于从高能、焓判据：自发过程的体系取向于从高能状态转变为低能状态状态转变为低能状态(这时体系会对外部做这时体系会对外部做功或释放热量，焓变小于功或释放热量，焓变小于0)0)
4、，这一经验规律，这一经验规律就是焓判据，是判断化学反应进行方向的判就是焓判据，是判断化学反应进行方向的判据之一。据之一。练习练习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：C(金刚石、s)+O2(g)CO2(g)H1395.41kJ/mol C(石墨、s)+O2(g)CO2(g)H2393.51kJ/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A C 有些过程也是自发的，这当中有的与物有些过程也是自发的，这当中有的与物质的能量高低无关，有的虽与能量高低有关，质的能量高低
5、无关，有的虽与能量高低有关，但用焓判据却无法解释清楚，例如：但用焓判据却无法解释清楚，例如：两种理想气体的混合可顺利自发进行两种理想气体的混合可顺利自发进行（1）既不吸热也不放热的自发过程）既不吸热也不放热的自发过程H2O2O2 H2（2）吸热的自发过程）吸热的自发过程室温下冰块的融化；室温下冰块的融化；硝酸盐类的溶解；硝酸盐类的溶解；常温常压下常温常压下N2O5的分解的分解2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)；H=+56.7kJ/mol碳铵的分解碳铵的分解(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g);H=+74.9 kJ/mol二、熵、二、熵、熵增原理、熵增原理、熵判据
6、熵判据1熵（混乱度）：在密闭条件下，体系熵（混乱度）：在密闭条件下，体系有由有序自发地转变为无序的倾向，这种有由有序自发地转变为无序的倾向，这种推动体系变化的因素称作熵。推动体系变化的因素称作熵。2、熵判据：在与外界隔离的体系中，自发、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。向时就称为熵判据。3同一物质在不同状态时熵值大小：在同一物质在不同状态时熵值大小：在气态时熵最大，液态时次之，固态时最小。气态时熵最大，液态时次之，固态时最小。体系混乱
7、度有增体系混乱度有增加的倾向加的倾向三、焓判据和熵判据的应用三、焓判据和熵判据的应用焓判据中，自发过程取向于最低能量状焓判据中，自发过程取向于最低能量状态的倾向。态的倾向。熵判据中，自发过程取向于最大混乱度熵判据中，自发过程取向于最大混乱度的倾向。的倾向。化学反应进行的方向判据：体系总化学反应进行的方向判据：体系总是要向着使自身能量降低（焓减）、混是要向着使自身能量降低（焓减）、混乱度增大（即熵增）（由有序趋向无序）乱度增大（即熵增）（由有序趋向无序）的方向转变的方向转变 很多情况下，简单地只用其中一个判据很多情况下，简单地只用其中一个判据判断同一个反应，可能会出现相反的判断判断同一个反应，可
8、能会出现相反的判断结果，所以应两个判据兼顾。由焓判据和结果，所以应两个判据兼顾。由焓判据和熵判据组合成的复合判据将更适合于所有熵判据组合成的复合判据将更适合于所有的过程。的过程。解释下列过程为什么能够自发进行？解释下列过程为什么能够自发进行？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；煤气与空气点燃就燃烧；煤气与空气点燃就燃烧；(4)甲烷燃烧：甲烷燃烧：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)H=802.3 kJ/mol(5)铁生锈：铁生锈：3Fe(s)+3/2O2(g)=Fe2O3(s)H=-824 kJ/mol(6)氢
9、气和氧气反应：氢气和氧气反应：2H2(g)+O2(g)=2H2O(l);H=571.6 kJ/mol（7）两种理想气体的混合可顺利自发进行）两种理想气体的混合可顺利自发进行H2O2O2 H2（8）室温下冰块的融化；）室温下冰块的融化；（9）硝酸盐类的溶解；）硝酸盐类的溶解；（10）常温常压下）常温常压下N2O5的分解的分解2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)；H=+56.7kJ/mol（11）碳铵的分解）碳铵的分解(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g);H=+74.9 kJ/mol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焓判据焓判据2熵判据熵判
10、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、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过程，如铁生锈、氢气燃烧等；也可能是熵无如铁生锈、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互变熵不变；活泼金属与酸的置换反应熵增等等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、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。
11、思考：思考：（1）有序排列的火柴散落时成为无序排列的）有序排列的火柴散落时成为无序排列的原因原因?（2）自发过程是否一定能发生？非自发过程）自发过程是否一定能发生？非自发过程是否一定不能发生？举例说明。是否一定不能发生？举例说明。（3）什么条件下非自发过程也能发生？）什么条件下非自发过程也能发生？1过程的自发性只能用于判断过程的方向，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不能确定过程是否一定会发生和过程发生的速率。速率。例如：金刚石有向石墨转化的倾向，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，多快才能完但是能否发生，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成，就不是能量判据和熵判据能解决的问题了。了。注意注意2在讨论过程的方向时，指的是没有外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。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例如：石墨经高温高压还是可以变为金刚石的。石的。
