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1、研究化学反应进行的快慢Stillwatersrundeep.流静水深流静水深,人静心深人静心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望。有生命必有希望新课标人教版选修四新课标人教版选修四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水总是从高处往低处流；自然界中水总是从高处往低处流；墨水扩散，食盐溶解于水墨水扩散，食盐溶解于水1、生活中的自发过程、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；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；铁器暴露在潮生活
2、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。烧，这些过程都是自发的，其逆过程就是非自发的。高山流水冰雪融化花开花谢说明说明：(1)自然界中水由高处往低处流是自发过程，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。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。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
3、动机器如向下流动的水可推动机器，甲烷燃烧可在内燃，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机中被利用来做功，可将氢气燃烧反应设计成燃烧电池等。电池等。(3)非自发过程要想发生，则必须对它做功，如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。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，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就可能出现
4、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。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，石灰石分解生成生石灰和二氧化碳是非自发性的，但在但在1273K时，这一反应就是自发的反应。时，这一反应就是自发的反应。自发过程：自发过程：在一定条件下，不借助外部力量就能自动进行的过程。在一定条件下，不借助外部力量就能自动进行的
5、过程。自发反应：自发反应：在一定温度、压强下，不借助在一定温度、压强下，不借助在一定温度、压强下，不借助在一定温度、压强下，不借助( (光、电能等）外部力光、电能等）外部力光、电能等）外部力光、电能等）外部力量即能进行，或具有发生的可能性的反应称为自发反应。量即能进行，或具有发生的可能性的反应称为自发反应。量即能进行，或具有发生的可能性的反应称为自发反应。量即能进行，或具有发生的可能性的反应称为自发反应。自发反应是从属于自发过程的，是属于自发过程的一部自发反应是从属于自发过程的，是属于自发过程的一部分。分。那么我们该如何判断一个过程，一个反应能否自发进行呢那么我们该如何判断一个过程，一个反应能
6、否自发进行呢？一个过程或者一个反应要自发的进行是否要符合什么条？一个过程或者一个反应要自发的进行是否要符合什么条件呢？件呢？自发过程中变化趋势：自发过程中变化趋势：自然自然界中水总是从高处往地处流；电流总是从电位高界中水总是从高处往地处流；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；的地方向电位低的地方流动；室温下冰块自动融化；观察下列几个自察下列几个自发进行的化学反行的化学反应，找出它，找出它们的共同之的共同之处钠与水反与水反应2Na(s)+2H2Na(s)+2H2 2O(l)=2NaOH(aq)+HO(l)=2NaOH(aq)+H2 2(g)H=(g)H=368 kJ/m
7、ol368 kJ/mol(2)(2)铁生生锈：3Fe (s)+3/2O3Fe (s)+3/2O2 2 (g)=Fe(g)=Fe2 2O O3 3 (s) (s) H=H=824 kJ/mol824 kJ/mol(3)(3)氢气和氧气反气和氧气反应：2H2H2 2(g)+O(g)+O2 2(g)=2H(g)=2H2 2O(l ) H=O(l ) H=571.6kJ/mol571.6kJ/mol共同点：共同点：H0，放热反应，高能向低能转化。，放热反应，高能向低能转化。共同点：高能向低能转化。共同点：高能向低能转化。一、反一、反应焓变与反与反应方向方向：自发过程的体系取向于自发过程的体系取向于从高
8、能状态转变为低能状从高能状态转变为低能状态态(这时体系会对外部做功或释放热量，焓变小这时体系会对外部做功或释放热量，焓变小于于0)，这一经验规律就是焓判据，是判断，这一经验规律就是焓判据，是判断化学化学反反应进行方向的判据之一。应进行方向的判据之一。注意：注意：（1）焓判据只能用于判断过程的方向，能否实现）焓判据只能用于判断过程的方向，能否实现要看具体条件；要看具体条件；（2）焓判据只判断一定条件）焓判据只判断一定条件化学化学反应能否自发进反应能否自发进行，与行，与化学化学反应速率无关。反应速率无关。（3）反）反应焓变是反是反应能否自能否自发进行的一个因素，行的一个因素，但不是唯一因素但不是唯
9、一因素交流交流研研讨讨19世纪，化学家们曾认为决定化世纪，化学家们曾认为决定化学反应能否自发进行的因素是反学反应能否自发进行的因素是反应热：放热反应可以自发进行，应热：放热反应可以自发进行，而而吸热反应则不能自发进行。你吸热反应则不能自发进行。你同意这种观点吗？请举例说明同意这种观点吗？请举例说明。2NH2NH4 4Cl(s)+Ba(OH)Cl(s)+Ba(OH)2 28H8H2 2O(s)=BaClO(s)=BaCl2 2(s)+2NH(s)+2NH3 3(g)+10H(g)+10H2 2O(l)O(l)NHNH4 4HCOHCO3 3(s)+CH(s)+CH3 3COOH(aq)=CHCO
10、OH(aq)=CH3 3COONHCOONH4 4(aq)+CO(aq)+CO2 2(g)+H(g)+H2 2O(l)O(l)H H=37.3kJ/mol=37.3kJ/molCaCOCaCO3 3(s)=CaO(s)+CO(s)=CaO(s)+CO2 2(g)(g)H H=178.2kJ/mol=178.2kJ/mol2NaHCO2NaHCO3 3(s)=Na(s)=Na2 2COCO3 3(s)+CO(s)+CO2 2(g)+H(g)+H2 2O(g)O(g)H H=126.1kJ/mol=126.1kJ/mol举例：总结：焓变作为判断反应自发性的依据：若若H0H0H0，正向反应不能自发进
11、行，而逆向反应能自正向反应不能自发进行，而逆向反应能自发进行。发进行。墨水滴入水中气体的扩散固体的溶解一副崭新的扑克牌被洗过后会怎样？一副崭新的扑克牌被洗过后会怎样？如果没有法律的制约，世界会怎样？如果没有法律的制约，世界会怎样？下课铃一响教室里会怎样？下课铃一响教室里会怎样？你能发现这些看似不相干的事件之间的联系吗？你能发现这些看似不相干的事件之间的联系吗？克克劳劳修修斯斯（德德国国）二、熵（二、熵（S）：）：1.描述体系混乱度的物理量描述体系混乱度的物理量2.符号：符号：S单位：位：Jmol-1K-13.大小判据：大小判据：（1）物）物质的混乱度：体系混乱度越大，的混乱度：体系混乱度越大，
12、熵值越大；越大；（2）同一条件：不同物）同一条件：不同物质的的熵值不同；不同； （3）物质的存在状态：）物质的存在状态：S(g)S(l)S(s)。 69.9Jmol69.9Jmol-1-1K K-1-147.9Jmol47.9Jmol-1-1K K-1-1188.7Jmol188.7Jmol-1-1K K-1-1S(g)S(l)S(s)三种状态下水的熵三种状态下水的熵冰冰水水水蒸气水蒸气CHCH4 4OO2 2COCO2 2H H2 2NHNH3 3186.15186.15205.03205.03214214130130192192H H2 2O(l)O(l)HNOHNO3 3(l)(l)Br
13、Br2 2(l)(l)69.969.9156156152152NaClNaClFeFe金刚石金刚石金刚石金刚石SiOSiO2 2CuOCuO72.172.127.327.32.42.441.8441.8442.742.7标标标标准准准准状状状状况况况况下下下下： 1 1mmo ol l不不不不同同同同物物物物质质质质的的的的熵熵熵熵S S( (J Jmmo ol l- -1 1K K- -1 1 ) ) 4.反反应熵变:反反应产物的物的总熵与反与反应物物总熵之差之差(1)符号：符号：S(2)表达式表达式:S=S(生成物生成物)S(反反应物物)(3)正正负判断：判断：气体体气体体积增大的反增大的
14、反应，S0,熵增加反增加反应气体体气体体积减小的反减小的反应，S0S01、冰、冰液液态水水水蒸气水蒸气2、氯化化钠晶体溶于水晶体溶于水3、自、自发进行的吸行的吸热反反应：N2O5分解：分解：2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)H=+56.7kJ/mol碳酸碳酸铵的分解：的分解：(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g)H=+74.9kJ/mol共同点：熵（共同点：熵（S）增加）增加【探究】下列自发过程熵变的特点【探究】下列自发过程熵变的特点三、反三、反应熵变与反与反应方向方向：在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵增大，这
15、一经验规律叫做熵增原理。是在用来判断熵增大，这一经验规律叫做熵增原理。是在用来判断化学化学反应方向时就称为熵判据反应方向时就称为熵判据注意：注意：（1）熵变只是反应能否自发进行的一种因素；）熵变只是反应能否自发进行的一种因素；（2）熵变（）熵变（S）只决定于体系的始态和终态，与变化）只决定于体系的始态和终态，与变化的途径无关；的途径无关；（3）熵判据只判断一定条件）熵判据只判断一定条件化学化学反应能否自发进行，反应能否自发进行，与与化学化学反应速率无关。反应速率无关。总结：自发过程的两大变化趋势：总结：自发过程的两大变化趋势：（1）能量趋于减小）能量趋于减小(焓减）焓减）（2）混乱度趋于增大（
16、熵增）混乱度趋于增大（熵增）2KClO3(s)= 2KCl(s)+3O2(g)H=-78.3kJ/mol S=494.4J/mol/K一定能自发反应一定能自发反应CO(g)=C(s,石墨)+1/2O2(g)H=110.5kJ/mol S=-89.4J/mol/K 一定不能自发反应一定不能自发反应4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2 (g)= 4Fe(OH)3(s)H=-444.3kJ/mol S=-280.1J/mol/K低温下能自发反应低温下能自发反应NH4HCO3 (s)+CH3COOH(aq)=CO2 (g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l)H=37.30kJ/mol S
17、=184.0J/mol/K高温下能自发反应高温下能自发反应举例：焓变熵变化学反化学反应能否自能否自发进行行 H H0 0 S S0 0 H H0 0 S S0 0 H H0 0 S S0 0 H H0 0 S S0 0科学家们总结出了一条公式科学家们总结出了一条公式GHTS，G代表代表的是自由能，用自由能来判断反应进行的方向是最全面最的是自由能，用自由能来判断反应进行的方向是最全面最科学的，当科学的，当G0时，反应就可以自发进行时，反应就可以自发进行任何温度都自发进行不能不能自发进行较低温度时自发进行较低温度时自发进行高温时自发进行高温时自发进行总结：四、焓变与熵变对反应方向的共同影响四、焓变
18、与熵变对反应方向的共同影响1.判据：判据：H-TS2.判据与反应的自发性：判据与反应的自发性：0反应不能自发进行反应不能自发进行3.适用判据适用判据应注意的注意的问题：（1）判断反）判断反应的自的自发性要性要结合合H和和S，利用利用H-TS（2）条件是一定温度、）条件是一定温度、压强强下下（3）反反应具具有有自自发性性，只只能能说明明这个个反反应有有进行行的的趋势，但但这个个反反应到到底底能能不不能能反反应，那那还要要看看反反应进行行的的限限度度和和反反应进行的速率。行的速率。1.能用能量判据判断下列过程的方向的是（ ）A. 水总是自发的由高处往低处流B. 放热反应容易自发进行，吸热反应不能自
19、发进行C. 有序排列的火柴散落时成为无序排列D. 多次洗牌后，扑克牌的毫无规律的混乱排列的几率大A针对性练习：针对性练习：2.已知石墨、金刚石燃烧的热化学方程式分别为：C(石墨，s)+O2（g）=CO2 （g） H H=-393.5kJ/mol=-393.5kJ/molC(金刚石，s)+O2 （g） =CO2 （g） H H=-395.4kJ/mol=-395.4kJ/mol关于金刚石和石墨的相互转化，下列说法正确的是（关于金刚石和石墨的相互转化，下列说法正确的是（ ）A.A.石墨转化为金刚石是自发进行的过程石墨转化为金刚石是自发进行的过程B.B.金刚石转化为石墨是自发进行的过程金刚石转化为石
20、墨是自发进行的过程C.C.石墨比金刚石能量低石墨比金刚石能量低D.D.金刚石比石墨能量低金刚石比石墨能量低BC3.下列过程属于熵增加的是（ ）A.固体的溶解过程B.气体扩散过程C.水蒸气变为液态水D.C CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)4.下列说法中，正确的是（ ）A.自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是熵减小或不变B.自发反应在恰当条件下才能实现C.自发反应在任何条件下均能实现D. 同一物质的固、液、气三种状态的熵值相同ABB5.下列反应中在高温下不能自发进行的是（ ）A.CO(g)=C(s) +1/2O2(g) B.2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)C.(NH4) 2
21、CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g)D.MgCO3(s)=MgO(s)+CO2(g)A6.下列说法完全正确的是下列说法完全正确的是()A.放热反应均是自发反应放热反应均是自发反应B.S为正值的反应均是自发反应为正值的反应均是自发反应C.物质的量增加的反应，物质的量增加的反应，S为正值为正值D.如果如果H和和S均为正值，当温度升高时，均为正值，当温度升高时，反应可能自发进行反应可能自发进行D7.下列反下列反应中，中，S最大的是最大的是()A.CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)B.2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)C.N2(g)+3H2(g)2NH3(g)D.CuSO4(s)+5H2O(l)CuSO45H2O(s)8.某某反反应AB(g)=C(g)+3D(g)在在高高温温时能能自自发进行行，其其逆逆反反应在低温下能自在低温下能自发进行，行，则该反反应的的H、S应为()A.H0B.H0，S0，S0D.H0，S0AC再再 见见细节决定成败细节决定成败
