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1、1 化学反应为什么能够自发进行？化学反应为什么能够自发进行？ E反应历程反应历程反应物的能量总和生成物的能量总和H是因为放热反应！ H+ + OH- = H2OBa2+ + SO42- = BaSO4Cu(OH)2 + 2H+ = Cu2+ + 2H2O 4Na + O2 = 2Na2O Cu + 4HNO3 = Cu(NO3)2 + 2NO2+ 2H2O 2 放热反应为什么需要点燃或加热？放热反应为什么需要点燃或加热？ E反应历程反应历程反应物的能量总和生成物的能量总和H 放热反应的进行需要最初的反应动力？C + O2 = CO22H2 + O2 = 2H2O Fe + S = FeS 点燃
2、点燃加热 活化能活化能活化能活化能EaEa H3E反应历程反应历程反应物的能量总和生成物的能量总和H 为什么有些为什么有些放热放热反应需要持续加热？反应需要持续加热？ Cu + 2H2SO4 = CuSO4 + SO2 + 2H2O 加热HEaEa H反应过程中放出的热量，不足以产生维持反应持续进行所需的推动力 环境提供能量环境提供能量4E反应历程反应历程反应物的能量总和生成物的能量总和 吸热反应为什么能够发生？吸热反应为什么能够发生？ HHEa 当环境提供能量时，吸热反应也能发生。 C + CO2 = 2CO 高温CaCO3 = CaO + CO2 高温C+ H2O = CO + H2 高温
3、5 反应条件与反应过程中的能量变化的关系反应条件与反应过程中的能量变化的关系 反应历程E反应物的能量总和生成物的能量总和反应历程E反应物的能量总和生成物的能量总和反应历程E反应物的能量总和生成物的能量总和反应历程E反应物的能量总和生成物的能量总和常温下可自发进行的反应 需要加热或点燃才能自发进行的反应 需要持续加热才能发生的放热反应 在持续加热条件下发生的吸热反应6实验实验 碳酸钠固体与盐酸的反应是碳酸钠固体与盐酸的反应是放热放热的的碳酸氢钠与盐酸反应是碳酸氢钠与盐酸反应是吸热吸热的的碳酸钠与碳酸氢钠与盐酸的反应 取适量的Na2CO3和NaHCO3固体(约1/3药匙)，分别与盐酸反应 吸热反应
4、在常温下不能自发进行吗？吸热反应在常温下不能自发进行吗？ 7反应历程反应历程E反应历程反应历程ENa2CO3NaHCO3 CO32- + H+ = HCO3- HCO3- + H+ = H2CO3 H2CO3 = H2O + CO2(g)放热放热反应反应吸热吸热反应反应H 0H 0 碳酸钠、碳酸氢钠与盐酸反应过程中的能量变化碳酸钠、碳酸氢钠与盐酸反应过程中的能量变化 8 常温下吸热反应也能自发进行？常温下吸热反应也能自发进行？E反应历程反应历程反应物的能量总和生成物的能量总和H 碳酸氢钠与盐酸的反应 吸热吸热反应反应 化学反应中的化学反应中的“大气球大气球” ” 熵熵 9描述体系混乱度的物理量
5、， 符号：S 单位：Jmol-1K-1 体系有自发向混乱度增加(即熵增)的方向变化的倾向，这是自然界的普遍规律。 新的新的物理量物理量 熵熵 10 过程的自发性能量能量趋于降低混乱度混乱度趋于增加势能的降低混乱度的增加实验实验 向试管中加入约5mL蒸馏水，滴加约1mLNaOH溶液。 再滴加酚酞！11 过程的不自发性能量能量趋于升高混乱度混乱度趋于降低12 与物质的状态有关与物质的状态有关与物质的状态有关与物质的状态有关 固态 液态 气态 熵增熵增熵增熵增熵增熵增熵增熵增S( (冰冰冰冰) ) S( (水水水水) ) S( (水蒸气水蒸气水蒸气水蒸气) ) 与物质的分子结构有关与物质的分子结构有
6、关与物质的分子结构有关与物质的分子结构有关S(CH4) S(C2H6) S(C3H8) S(C4H10) S(H2O) S(H2O2) 物质熵值的特点物质熵值的特点 13 从反应的整体过程看，反应是吸热的，从反应的整体过程看，反应是吸热的，但是熵值是增大的，这是反应得以自发进行但是熵值是增大的，这是反应得以自发进行的主要原因的主要原因反应历程反应历程E反应历程反应历程ENa2CO3NaHCO3放热放热反应反应吸热吸热反应反应 碳酸钠、碳酸氢钠与盐酸反应过程中的能量变化碳酸钠、碳酸氢钠与盐酸反应过程中的能量变化 14 熵拉动反应自发进行的实例熵拉动反应自发进行的实例 金属金属金属金属K K的制备
7、的制备的制备的制备 Na(l) + KCl(l) = NaCl(l) + K(g)高温在下列反应中为什么金属钠能还原金属钾？ 平衡移动平衡移动平衡移动平衡移动 熵的熵的熵的熵的“拉动拉动拉动拉动” ” ” ” 关键关键： 沸点 K Na 15 SiOSiO2 2的还原的还原的还原的还原 熵拉动反应自发进行的实例熵拉动反应自发进行的实例 SiO2 + 2C = Si + 2CO高温“从沙滩到用户从沙滩到用户从沙滩到用户从沙滩到用户”的关键反应的关键反应的关键反应的关键反应 SiO2 + C = Si + CO2高温比较以下两个反应，何者更具优势？ 实际实际： 高温下低价氧化物更加稳定， 即，高温
8、有利于CO生成16 熵拉动反应自发进行的实例熵拉动反应自发进行的实例 AlAl的冶炼的冶炼的冶炼的冶炼 2Al2O3 + 6Cl2 = 4AlCl3 + 3O2高温Al2O3 + 3Cl2 + 3C = 2AlCl3 + 3CO高温2C + O2 = 2CO 高温高温 Al2O3 AlCl3 Al Cl2Na化学方法化学方法化学方法化学方法 能量不利熵增不力 +）真实反应与理性思考的契合真实反应与理性思考的契合 17 焓判据与熵判据与反应的自发性 焓变焓变 熵变熵变 反应的自发性反应的自发性 H0H0 S0 S0 ？H0 S0反应能够自发进行反应能够自发进行反应不能自发进行反应不能自发进行对化
9、学反应进行分类的新视角 从定量的角度衡量焓变和熵变对化学自发性影响的重要18R. Clausius 克劳休斯 “熵”的概念的提出 1854年克劳修斯在表述热力学第二定律的过程中，引入一个新的概念 “熵”。19L. Boltzmann 波耳兹曼波耳兹曼 “熵”的物理意义 S = k logW 建立了“熵”此宏观物理量与某一宏观状态所对应的微观状态数之间的相互联系。S = k logWF = m aE = m c2牛顿运动定律爱因斯坦质能关系 20 焓判据与熵判据的定量关系 研究表明：在温度、压强一定的条件下，化学反应自发进行方向的判据是 吉布斯自由能吉布斯自由能G = H - T S G = H
10、 - T S 0 反应能自发进行反应能自发进行G = H - T S 0 反应不能自发进行反应不能自发进行 G = H - T S 0 反应达到平衡状态反应达到平衡状态（ G 吉布斯自由能吉布斯自由能）JWGibbs吉布斯吉布斯21放热放热反应 熵减熵减反应 判断下列反应的进行趋势判断下列反应的进行趋势 NH3(g) + HCl(g) = NH4Cl(s) H 0 S 0 S 0 高温高温对此类反应对此类反应有利有利低温低温对此类反应对此类反应不利不利 NH4Cl(s) = NH3(s) + HCl(g) 22街头一景23 2NO(g) + 2CO(g) = N2(g) + 2CO2(g)，
11、如果该反应速率极慢，如何加快反应速率如果该反应速率极慢，如何加快反应速率？请说明上述反应在什么条件下，可以自发进行？请说明上述反应在什么条件下，可以自发进行？思考：思考： 已知，已知， 298K、101KPa下反应下反应 H = - 113.0 KJmol-1 ，S = - 143.5 Jmol-1K-1 汽车尾气中含有汽车尾气中含有NO、CO等有害气体。怎样将等有害气体。怎样将它们转化为可参与大气循环的气体？它们转化为可参与大气循环的气体？ T 787K t514 24 知识回顾知识回顾 化学反应与能量的变化 化学反应与熵值的变化 “焓”与“熵”共同对化学反应的自发性产生影响 吉布斯自由能的
12、定量判断 理解反应理解反应设计反应设计反应25OH-无色无色紫色紫色26反应进行的方向反应进行的方向 焓判据与熵判据焓判据与熵判据+ NaOH+ H2OCH3CH2OH + NaOHCH3CH2ONa + H2O结构与性质的关系结构与性质的关系27 值得说明的若干问题 对反应以上的讨论，仅限于反应体系的自身行为 反应的可行性与反应的现实性的关系（人为的干预，可以改变反应的进行方向）（人为的干预，可以改变反应的进行方向）（反应的趋势的强弱不等同于反应速率的快慢）（反应的趋势的强弱不等同于反应速率的快慢）28 从“熵”的角度看世界薛定谔所著薛定谔所著生命是什么？生命是什么？ “热力学第二定律是一个最深刻、最普遍的定律。它有着自身忧郁的美，象所有重要定律一样，引起人们的崇敬之情。” 英国作家 C.P.Snow 正如“能”的观点被人们普遍接受一样，“熵”的观点也越来越多地被人们用来解释物理、化学、生命、信息、生活中的诸多行为与现象。29 知识回顾知识回顾 化学反应与能量的变化 化学反应与熵值的变化 “焓”与“熵”共同对化学反应的自发性产生影响 吉布斯自由能的定量判断 理解反应理解反应设计反应设计反应30谢谢 谢！谢！31
