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1、第二章 化学反应速率和化学平衡,2020年8月15日星期六,第四节 化学反应进行的方向,化学反应进行的快慢,化学反应的限度,化学反应进行的方向,化学反应速率,化学平衡, ?,一、自发过程和自发反应,1、自发过程:在一定条件下不需要外力作用就能自动进行的过程。,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。,2、自发反应:在给定的一组条件下,一个反应可以自发地进行到显著程度,就称为自发反应。,1、生活中的自发过程,(1)自然界中水由高处往低处流,而不会自动从低处往高处流;,(2)生活中电流总是从电位高的地方向电位低的地方流动,其反方向也不会自动进行;,(3)生活中一般在
2、室温下,冰块会融化;铁器暴露在潮湿空气中会生锈;甲烷和氧气的混合气体遇明火就燃烧,这些过程都是自发的,其逆过程就是非自发的。,2、放热的自发反应,(1)甲烷燃烧:CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) H=-802.3 kJ/mol,(2)铁生锈:3Fe(s)+3/2O2(g)=Fe2O3(s) H=-824 kJ/mol,(3)氢气和氧气反应:2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) H=-571.6 kJ/mol,3、吸热的自发过程,(1)室温下冰块的融化;硝酸盐类的溶解等都是自发的吸热过程。,(2)N2O5分解: 2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g) H=+56
3、.7 kJ/mol,(3) 碳铵的分解:(NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g) H=+74.9 kJ/mol,4、既不吸热也不放热的自发过程,两种理想气体的混合等,说明:(1)自然界中水由高处往低处流是自发过程,其逆过程就是非自发过程,甲烷与氧气混合遇火就燃烧是自发反应,其逆向是非自发反应。 (2)自发过程和自发反应可被利用来完成有用功。如向下流动的水可推动机器 ,甲烷燃烧可在内燃机中被利用来做功,可将氢气燃烧反应设计成燃烧电池等。 (3)非自发过程要想发生,则必须对它做功,如利用水泵可将水从低处流向高处,通电可将水分解生成氢气和氧气。,二、化学反应进行方向的判据,1、
4、能量判据:自发过程的体系取向于从高能状态转变为低能状态(这时体系会对外部做功或释放热量),这一经验规律就是能量判据。,2、熵判据:自发过程的本质取向于由有序转变为无序,导致体系的熵增大,这一经验规律叫做熵增原理,是反应方向判断的熵判据。,(2)在密闭条件下,体系有由有序自发地转变为无序的倾向,这种推动体系变化的因素称作熵。 熵越大,排列越无序,(3)同一物质,Sg Sl Ss。,说明:(1)自发过程取向于最低能量状态的倾向(即能量判据);自发过程取向于最大混乱度的倾向(即熵判据)。,(4)结构相似的同一类型的物质,M越大,S越大。,(5)相对分子质量相同的不同物质,结构越大, S越大。,物质的
5、混乱度趋于增加,物质具有的能量趋于降低,H(焓变),S(熵变)0,放热反应,自发进行,不自发进行,不能定性判断,不能定性判断,H0,H0,H0,H0,S0,S0,S0,S0,熵增原理,0,3、能量判据和熵判据的应用,判断反应进行的方向,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结果,所以应两个判据兼顾。由能量判据(以焓变为基础)和熵判据组合成的复合判据(吉布斯自由能变G)将更适合于所有的过程。,信息:体系吉布斯自由能变化( G )综合考虑了焓变和熵变对反应体系的影响: G= H-TS(为热力学温度,均为正值)。在恒温、恒压下,用G判断化学反应在该状况时自发进行的方向
6、显得更为科学(当G 0时可自发进行)。,请阅读所给信息,然后回答问题,自发进行,不自发进行,低温时,高温时,低温时,高温时,低温不自发,高温自发,低温自发,高温不自发,H,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作用,就可能出现相反的结果。如水泵可以把水从低水位升至高水位;用高温可使石灰石分解。实现后者的先决条件是要向体系中输入能量,该过程的本质仍然是非自发性的。,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。如涂有防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。,例1:下列过程是非自发性
7、的是( ) A、水由高处向低处流 B、天然气的燃烧 C、铁在潮湿空气中生锈 D、室温下水结成冰,例2:碳铵(NH4)2CO3在室温下就能自发地分解产生氨气,对其说法中正确的是 ( ) A、碳铵分解是因为生成了易挥发的气体,使体系的熵增大。 B、碳铵分解是因为外界给予了能量 C、碳铵分解是吸热反应,根据能量判据不能自发分解 D、碳酸盐都不稳定,都能自发分解。,D,A,例3: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 非自发性的。 B、自发反应一定是熵增大,非自发反应一定是熵 减小或不变 C、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。,C,例4:知
8、道了某过程有自发性之后,则( ) 可判断出过程的方向 可确定过程是否一定会发生 可预测过程发生完成的快慢 可判断过程的热效应,A,例题5: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,例题6:下列反应中,在高温下不能自发进行的是,D. CO(g)C(s)1/2O2,B. 2N2O5(g)4NO2(g)O2(g),A. (NH4 )2CO3(s)NH4HCO3(s)+NH3(g),C. MgCO3(s)MgO(s)CO2(s),D,熵减,熵增,熵增,熵增,