1、第二章第二章 第四节第四节化学反应进行的方向化学反应进行的方向自然界中有许多自然自然界中有许多自然而然的现象发生，请而然的现象发生，请同学们联系生活知识，同学们联系生活知识，列举一些能自动发生列举一些能自动发生的例子？的例子？铁制容器暴露在潮湿空气中会自发生锈；铁制容器暴露在潮湿空气中会自发生锈；自发反应：在自发反应：在下，下，需外界持久帮助就需外界持久帮助就 能能进行的反应，称为自发反应进行的反应，称为自发反应。自发过程：在自发过程：在下，下，借助外部力量就能借助外部力量就能进行的过程。进行的过程。阅读课本阅读课本P P3434 然后然后交流与讨论：交流与讨论：如何判断一个反应过程能否自发进
2、行呢？如何判断一个反应过程能否自发进行呢？2Na(s)+2H2O(l)=2NaOH(aq)+H2(g)H=368 kJmol-14Fe(OH)2(s)+O2(g)+2H2O(l)=4Fe(OH)3(s)H=444.3 kJmol-1NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l)H=57.3 kJmol-1H2(g)+F2(g)=2HF(g)H=546.6 kJmol-1 上述这些反应在上述这些反应在一定条的件下一定条的件下都能自发进行，都能自发进行，你知道这些反应能自发进行的主要原因吗？你知道这些反应能自发进行的主要原因吗？n能量判据：能量判据：体系趋向于从体系趋向于从高能状
3、态高能状态转变为转变为低低能能状态状态(H H0)0)。n对于化学反应而言，放热过程中体系能量降对于化学反应而言，放热过程中体系能量降低，因此有低，因此有自发自发进行的倾向，且放出的热量进行的倾向，且放出的热量越多，体系能量降低越多，反应越完全。越多，体系能量降低越多，反应越完全。共同特点：共同特点：H HO O 即放热反应一般具有自发进行的倾向即放热反应一般具有自发进行的倾向放热反应使体系能量降低，能量越低越放热反应使体系能量降低，能量越低越稳定，稳定，H HO O 有利于反应自发进行。有利于反应自发进行。反应物的总能量反应物的总能量高高生成物的总能量生成物的总能量低低放热反应放热反应H H
4、0 0高能状态高能状态低能状态低能状态思考：是不是所有自发进行的化学思考：是不是所有自发进行的化学 反应都是放热的呢？反应都是放热的呢？思思与与题题问问考考(NH4)2CO3(s)NH4HCO3(s)+NH3(g)H0NH4HCO3(s)NH3(g)+H2O(l)+CO2(g)H0不是不是结论：结论：H HO O有利于反应自发进行，有利于反应自发进行，但自发反应不一定都要但自发反应不一定都要H HO O2NH4Cl(s)+Ba(OH)28 H2O(s)NH3(g)+BaCl2(aq)+10H2O(l)焓变只是判断反应能否自发进行的一焓变只是判断反应能否自发进行的一个因素个因素,但不是唯一因素。
5、但不是唯一因素。思思与与察察观观考考讨讨与与流流交交论论阅读教材阅读教材p p3535火柴散落过程混乱度如何变化？火柴散落过程混乱度如何变化？从混乱度角度分析它为什么可以自发发生？从混乱度角度分析它为什么可以自发发生？即在密闭条件下，体系有从有序自发地即在密闭条件下，体系有从有序自发地转变为无序的倾向，转变为无序的倾向，即熵增加（即熵增加（S S0 0）有利于自发进行。有利于自发进行。在化学上用熵在化学上用熵(符号符号S)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。增大增大混乱程度越大越稳定混乱程度越大越稳定1、同一物质气态时熵值、同一物质气态时熵值最大最大，液态，液态较小较小
6、，固态时，固态时最小最小。2、固体的、固体的溶解溶解过程、品红过程、品红扩散扩散过程和气体过程和气体扩散扩散过程。过程。3、产生气体的反应和气体的物质的量、产生气体的反应和气体的物质的量增加增加的反应。的反应。清清识识知知单单在与外界隔离的体系中，自发过程的体系趋向在与外界隔离的体系中，自发过程的体系趋向于由有序转变为无序，导致体系的熵增大，这于由有序转变为无序，导致体系的熵增大，这一经验规律叫做一经验规律叫做，也是反应方向的另也是反应方向的另一个重要判剧一个重要判剧由于反应中生成气体是熵增大的过程，所以增由于反应中生成气体是熵增大的过程，所以增大了反应的自发性。大了反应的自发性。与之类似的如
7、用浓磷酸与食与之类似的如用浓磷酸与食盐固体反应制取盐固体反应制取HCl气体，对复分解反应来说看气体，对复分解反应来说看似矛盾，但生成了似矛盾，但生成了HCl气体，是熵增大的过程，气体，是熵增大的过程，HCl脱离反应体系，使得反应得以正常进行。在脱离反应体系，使得反应得以正常进行。在熔融态，用金属钠与熔融态，用金属钠与KCl反应制取钾，把反应温反应制取钾，把反应温度控制在金属钾的沸点以上，使钾以气体形式产度控制在金属钾的沸点以上，使钾以气体形式产生，既是熵增大的过程，又是减少生成物浓度平生，既是熵增大的过程，又是减少生成物浓度平衡向正反应方向移动的过程等，都是利用理论知衡向正反应方向移动的过程等
8、，都是利用理论知识来解释使识来解释使看似不能发生的反应看似不能发生的反应得以进行。得以进行。教材教材P35【学与问学与问】发生离子反应的条件之一发生离子反应的条件之一是产生气体，请你利用熵判椐进行解释？由此是产生气体，请你利用熵判椐进行解释？由此你对于理论的指导作用是否有新的体会？你对于理论的指导作用是否有新的体会？结论：结论：S SO O有利于反应自发进行，有利于反应自发进行，但自发反应不一定都要但自发反应不一定都要S S0 0熵变是反应能否自发进行的又一个因素熵变是反应能否自发进行的又一个因素,但不是唯一因素。但不是唯一因素。自发反应一定是熵增加的反应吗？你想一想有自发反应一定是熵增加的反
9、应吗？你想一想有没有由气态转变成固态的反应？也就是熵减小没有由气态转变成固态的反应？也就是熵减小的反应也能自发进行。的反应也能自发进行。不一定。不一定。【思考与交流】【思考与交流】NH3(g)+HCl(g)=NH4Cl(s)S0有，如：有，如：再如：再如：2Al(s)+Fe2O3(s)=Al2O3(s)+2Fe(s)S=39.35Jmol-1K-1 能自发进行能自发进行 根据你已有的知识和经验根据你已有的知识和经验,分析下列过程的焓分析下列过程的焓变、熵变与反应方向变、熵变与反应方向 焓变焓变 熵变熵变 NH3(g)+HCl(g)=NH4Cl(s)NH4Cl(s)=NH3(g)+HCl(g)加
10、热加热要正确判断一个化学反应能否自发进行要正确判断一个化学反应能否自发进行,必须必须综合考虑综合考虑反应的反应的焓变焓变H H和熵变和熵变S S。S0H0H 0S0反应是否自发还可能与反应是否自发还可能与有关有关2KClO3(s)=2KCl(s)+3O2(g)H=+78.03 kJmol-1S=494.4 Jmol-1K-1反应是否自发确实还与反应是否自发确实还与有关有关CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)H(298K)=+178.2 kJmol-1S(298K)=169.6 Jmol-1K-1化学反应进行方向的判据化学反应进行方向的判据 、能量判据、能量判据(焓判据）：焓判据）：是判
11、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。2 2、熵判据：、熵判据：能量最低原理。能量最低原理。熵增原理。熵增原理。是判断化学反应进行方向的另一判据。是判断化学反应进行方向的另一判据。3 3、复合判据：、复合判据：能量判据结合能量判据结合熵判据熵判据小结：小结：阅读教材阅读教材p p36 36 科学视野科学视野练习：判断下列过程的焓变、熵变的正负（填练习：判断下列过程的焓变、熵变的正负（填“0”或或“0”），并指出哪些能够用焓判据判），并指出哪些能够用焓判据判定？哪些能够用熵判据判定？定？哪些能够用熵判据判定？（1）溶解少量蔗糖于水中，）溶解少量蔗糖于水中，H_；S_；（
12、2)纯碳和氧气反应生成纯碳和氧气反应生成 CO(g)，H_；S_；（3）液态水蒸发变成水蒸气，）液态水蒸发变成水蒸气，H_；S_；（4）CaCO3(s)加热分解生成加热分解生成CaO(s)和和CO2(g)，H_；S_。00000000焓、熵判据判定焓、熵判据判定熵判据判定熵判据判定熵判据判定熵判据判定熵判据判定熵判据判定实例说明单独运用上述判据中的任一种，都可能出现实例说明单独运用上述判据中的任一种，都可能出现错误，都不是全面的。要正确的判断化学反应的方向，错误，都不是全面的。要正确的判断化学反应的方向，需要综合考虑焓变和熵变的复合判据。需要综合考虑焓变和熵变的复合判据。G H TS当当H0，
13、S0时，时，G0.这时反应自发进行；这时反应自发进行；当当H0，S0时，时，G 0.这时反应不自发进行；这时反应不自发进行；当当H0，S0或或 H 0，S0时，时，反应是否自发与温度有关。反应是否自发与温度有关。在恒温、恒压下，综合考虑判断化学反应自发在恒温、恒压下，综合考虑判断化学反应自发性的判据：性的判据：自由能自由能(G)与焓变、熵变的关系：与焓变、熵变的关系：3.3.复合判据：复合判据：1 1反应的自发性只能用于判断反应的方向，反应的自发性只能用于判断反应的方向，不能确定不能确定反应是否一定会发生和过程发生的速率。例如涂有防反应是否一定会发生和过程发生的速率。例如涂有防锈漆和未涂防锈漆
14、的钢制器件，其发生腐蚀过程的自锈漆和未涂防锈漆的钢制器件，其发生腐蚀过程的自发性是相同的，但只有后者可以实现。发性是相同的，但只有后者可以实现。2 2在讨论过程的方向时，在讨论过程的方向时，指的是没有外界干扰时体指的是没有外界干扰时体系的性质系的性质。如果允许外界对体系施加某种作用，就可。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。例如水泵可以把水从低水位升至能出现相反的结果。例如水泵可以把水从低水位升至高水位；高温高压下可以是石墨转化为金刚石，高水位；高温高压下可以是石墨转化为金刚石，实现实现的先决条件是要向体系中输入能量，该过程的本质仍的先决条件是要向体系中输入能量，该过程的本质
15、仍然是非自发性的。然是非自发性的。注意：注意：【例题例题】工业上可以用焦炭还原氧化铁得到金属铁，但是工业上可以用焦炭还原氧化铁得到金属铁，但是金属铝冶炼时，却是用电解熔融氧化铝的方法。请从自由金属铝冶炼时，却是用电解熔融氧化铝的方法。请从自由能的角度判断为什么不能用焦炭还原能的角度判断为什么不能用焦炭还原Al2O3炼制金属铝？炼制金属铝？已知：已知：298 K时，时，2Al2O3(s)+3C(s)4Al(s)+3CO2(g)H+2171 kJ/mol S635.5 J/(molK)解：解：G HTS 2 171 kJ/mol298 K635.510-3 kJ/(molK)1981 kJ/mol
16、因此室温下反应不能自发进行。该反应为吸热的熵增加反因此室温下反应不能自发进行。该反应为吸热的熵增加反应，升高温度可使应，升高温度可使HTS0，使反应能自发进行。，使反应能自发进行。假设反应焓变与反应熵变不随温度变化而变化假设反应焓变与反应熵变不随温度变化而变化即：即：当当G0时，反应才能发生，有：时，反应才能发生，有：21711000J/molT635.5J/(molK)0 得：得：T3416 K所以当所以当T3416K时，该反应才能自发进行，而这么高的时，该反应才能自发进行，而这么高的温度在工业生产中一般是很难满足的。温度在工业生产中一般是很难满足的。【课堂达标测试】1、下列过程是非自发的是
17、（、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.天然气的燃烧；天然气的燃烧；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。2、碳酸铵、碳酸铵(NH4)2CO3在室温下就能自发地分解产生在室温下就能自发地分解产生氨气，对其说法中正确的是：（氨气，对其说法中正确的是：（）A.其分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增大；其分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增大；B.其分解是因为外界给予了能量；其分解是因为外界给予了能量；C.其分解是吸热反应，据能量判据不能自发分解；其分解是吸热反应，据能量判据不能自发分解；D.碳酸盐都不稳定，都能自
18、发分解。碳酸盐都不稳定，都能自发分解。DA3、下列说法正确的是（、下列说法正确的是（）A.凡是放热反应都是自发的，由于吸热反应都是凡是放热反应都是自发的，由于吸热反应都是非自发的；非自发的；B.自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是 熵减少或不变；熵减少或不变；C.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；D.自发反应在任何条件下都能实现。自发反应在任何条件下都能实现。CC4、吸热反应一定是、吸热反应一定是()A.非自发的化学反应非自发的化学反应B.释放能量释放能量 C.贮存能量贮存能量 D.反应需要加热反应需要加热 5、在、在25和和1
19、.01105Pa时，时，反应反应2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)H +56.76kJ/mol 自发进行的原因是（自发进行的原因是（）A.是吸热反应；是吸热反应；B.是放热反应；是放热反应；C.是熵减少的反应；是熵减少的反应；D.熵增大效应大于能量效应。熵增大效应大于能量效应。D6、下列反应中，熵减小的是（、下列反应中，熵减小的是（）A.(NH4)2CO3(s)NH4HCO3(s)+NH3(g)B.2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)C.MgCO3(s)MgO(s)+CO2(g)D.2CO(g)2C(s)+O2(g)D今天作业：今天作业：优化设计优化设计P28 15P28 15题，交上来题，交上来
