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1、第四节化学反应进行的方向,学习要求： 1、焓的概念、熵的概念 2、利用焓变判断反应进行的方向 3、利用熵变判断反应进行的方向,自然界中水总是从高处往低处流； 墨水扩散，食盐溶解于水,如何判断一个过程，一个反应能否自发进行？,1、生活中的自发过程, 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；,生活中一般在室温下，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。,化学反应的方向,1.自发过程:在一定条件下不需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，具有做功的本领。要逆转必须借助外
2、界做功。 2.非自发过程 ：在一定条件下，需要外界做功才能进行的过程。 3. 自发反应:在一定条件下无需外界帮助就能自动进行的反应.,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。,(4)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
3、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。,(5)反应的自发性也受外界条件的影响。如常温下石灰石分解生成生石灰和二氧化碳是非自发性的，但在1273K时，这一反应就是自发的反应。,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/mo
4、l,(3)Fe(OH)2：4Fe(OH)2 + O2(g) +2H2O(l) = 4Fe(OH)3 ; H 0,NH3 + HCl = NH4Cl H 0,3、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=+56.7kJ/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,练习：判断自发与非自发（室温下） （1）打开活塞，分液漏斗中的水流进烧杯 （2）镁带燃烧 （3
5、）氢气燃烧 （4）水分解成H2和O2过程,自发,自发,自发,非自发,判断化学反应方向的依据,思考：高山流水为什么是自发过程？,对于化学反应，体系趋向于从高能状态转变为低能状态（这时体系会对外做功或者释放热量H 0） 因此：反应的焓变是制约化学反应是否自发进行的因素之一。,反应焓变与反应方向,体系趋向于从高能状态转变为低能状态（这时体系会对外做功或者释放热量H 0）。,多数能自发进行的化学反应是放热反应， 如常温、常压下，氢氧化亚铁被氧化为氢氧化铁的反应是自发的，反应放热 4Fe(OH)2(s) + 2H2O(l) + O2(g) = 4Fe(OH)3(s)； H=444.3KJ/mol,一、
6、能量判据,但是，有不少吸热反应也能自发进行，如 NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)=CO2(g) +CH3COONH4（aq）+H2O（l）； H（298K）=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温度（1200K）下则能自发进行。,放热反应过程中体系能量降低,因此具有自发进行的倾向,- 焓（H）判据,由此可见,运用能量判据主要依据反应焓变，而焓变（H）的确是一个与反应能否自发进行的因素，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素。,火柴棒散落,墨水扩散,由有序变
7、为无序,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,硝酸铵溶于水要吸热，但它能自发向水中扩散,为了解释这样一类与能量状态的高低无关 的过程的自发性，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熵,反应熵变与反应方向,1、在密闭条件下，体系由有序自发地转变为无序的倾向称为熵。 2、符号用S表示。 3、熵值越大，体系混乱度越大。 同一物质，S（g）S（l）S（s）。,二、熵判据,与有序体系相比，无序体系“更加稳定”可以采取更多的存在方式。由大量粒子组成的体系中，用熵来描述体系的混乱。,4、熵变和熵增原理,（1）熵变（S）化学反应中要发生物质的变化或物质状态的变化，因此存在着熵
8、变。 S=S反应产物S反应物 产生气体的反应、气体物质的物质的量增大的反应，熵变通常都是正值（ S 0），为熵增加的反应。许多熵增反应在常温常压下能自发进行，有些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。 （2）在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵增大，这个原理叫做熵增原理。该原理是用来判断过程的方向的又一个因素， 又称为熵判据。,5、焓判据和熵判据的应用,1、由焓判据知放热过程（H0）常常是容易自发进行； 2、由熵判据知若干熵增加（S0）的过程是自发的； -10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。因此熵判据判断过程的方向也是不全面的
9、 3、很多情况下，简单地只用其中一个判据去判断同一个反应，可能会出现相反的判断结果，所以我们应两个判据兼顾。由能量判据（以焓变为基础）和熵判据组合成的复合判据自由能将更适合于所有的反应过程。,三、焓变与熵变对反应方向的共同影响（复合判据-自由能变化）,在一定条件下，一个化学反应能否自发进行，既可能与反应焓变（H）有关，又可能与反应熵变（S）有关。在温度、压强一定的条件下，我们要判别化学反应的方向要考虑H、 S共同影响的结果。 反应焓变(能量判据) 反应方向 反应熵变(熵判据) （复合判据-自由能变化）,复合判据,1、体系自由能变化 （符号G，单位为kJ/mol）综合考虑了焓变和熵变对体系的影响
10、： G=HTS 这是恒温恒压下判断化学反应自发进行的判据，它不仅与焓变和熵变有关，还与温度有关，由上述关系式可推知：,2、反应进行方向的判断方法： G =HTS0)的反应能自发进行。 G =HTS=0 反应达到平衡状态 G= HTS0 (即H0, S0)反应不能自发进行。,当H0, S0 ,或H0 ,S0 时,反应是否自发 进行与温度有关，一般低温时焓变影响为主，高 温时，熵变影响为主，而温度影响的大小要H、S的具体数值而定。,3、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
11、现。,4、吉布斯自由能判断反应自发进行的方向 G= H -TS,NH3(g)+HCl(g)NH4Cl(s) H0 S 0 S0,判断这两个反应什么条件下自发进行,低温可行,高温可行,典例剖析,例1 下列过程是非自发的是（ ） 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 碳酸铵(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、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； C、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，都能自发分解。,D,A,3、下列说法正确的是
12、（ ） A、放热反应一定是自发进行的反应； B、吸热反应一定是非自发进行的； C、自发进行的反应一定容易发生； D、有些吸热反应也能自发进行。 4、250C和1.01105Pa时，反应 2N2O5（g）=4NO2（g）+O2（g）； H=56.76kJ/mol，自发进行的原因是 A、是吸热反应；B、是放热反应； C、是熵减少的反应； D、熵增大效应大于能量效应。,D,D,规律方法总结,自发反应中的焓变和熵变的关系：,1、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；也可能是熵无明显变化或增加的过程， 如甲烷燃烧、氢气和氯气化合等。 2、吸热的自发过程是熵增加的过程，如冰的融化、 硝
13、酸铵溶于水等。 3、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。,例3：下列说法正确的是( ) A、凡是放热反应都是自发的，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,解析：放热反应常常是容易进行的过程，吸热反应 有些也是自发的；自发反应的熵不一定增大 ，可能 减少，也可能不变。如Fe生锈、H2燃烧的过程是熵减小的过程，NH4NO3晶体溶于水，NH4HCO3分解是熵增的过程。H2和Cl2混合反应熵基本不变的过程。自发性只能用于判断过程的方向，是否能实现还要看具体的条件
14、。,练习题：,1、科学家根据体系存在着力图使_ 和_的自然现象，提出了相互关联的_和_，为最终解决上述问题提供了必要的理论根据。试分别举一例_，_。,自身能量趋于“最低”,“有序”变为“无序”,能量判据,熵判据,铁在潮湿空气中生锈,硝酸铵溶于水,2、以下自发反应可用能量判据来解释的是( ) A、硝酸铵自发地溶于水 B、2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)； H=+56.7kJ/mol C、(NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g); H=+74.9 kJ/mol D、2H2(g)+O2(g)=2H2O(l); H=-571.6 kJ/mol,D,3下列说法中，正确的
15、是 ( ) A化学反应总是伴随着能量变化的 B能够自发进行的反应不一定都是放热反应 C只有放热反应才能够自发进行 D能够自发进行的反应就一定能够发生并完成 4下列物质中，熵值(S)最大的是 ( ) A金刚石 BCl2(l) CI2(g) DCu(s),AB,C,5水在273 K、101105Pa时可转化为固态，在373 K时则又可转化为气态。若分别用S(g)、S(1)、S(s)表示水的气、液、固三种状态的熵值，则下列表达式中，正确的是 ( ) AS(g)S(1)S(s) CS(g)S(1)= S(s) DS(g)S(s)S(1),6、有关化学反应的说法，正确的是( ) A、自发反应都是放热反应 B、自发反应都是熵增大的反应 C、自发反应一定能实现 D、非自发反应在一定条件下能实现,D,B,4已知反应2H2 (g) + O2 (g) = 2H2O (1) H = _2858 kJmol-1，下列结论中，正确的是 ( ) AE(反应物)E(生成物) BE(反应物)E(生成物) C反应放热 D反应吸热,AC,5下列热化学方程式中，放出的热量最多的是 ( ) ACH4 (g)+2O2 (g) = CO2(g)+2H2O (1) H B2CH4 (g)+4O2 (g) =2CO2(g)+4H2O (1) H CCH4 (g)+2O2
