第四节--化学反应进行的方向.pptx

第四节 化学反应进行的方向1.1.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；2.2.墨水扩散，食盐溶解于水墨水扩散，食盐溶解于水；生活中的自发过程生活中的自发过程3.3.生活中，一般在室温下，冰块会融化；铁器暴露在生活中，一般在室温下，冰块会融化；铁器暴露在潮湿的空气中会生锈；甲烷和氧气的混合气体遇明火潮湿的空气中会生锈；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就燃烧，这些过程都是自发的，其逆过程就是非自发的。的。在一定条件下不需外力作用就能自动进行在一定条件下不需外力作用就能自动进行的过程。的过程。自发过程的特征：自发过程的特征：在一定条件下无需外界帮助就能自动进行在一定条件下无需外界帮助就能自动进行的反应。的反应。有明确的方向性，具有做功的本领。有明确的方向性，具有做功的本领。要逆转必须借助外界做功。要逆转必须借助外界做功。1.1.自发过程自发过程:2.2.自发反应自发反应:一、自发过程的能量判据一、自发过程的能量判据能量判据：能量判据：自发过程的体系倾向于从高能状态转变为低能状态自发过程的体系倾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时体系会对外部做功或释放热量)。能量判据又称焓判据，即能量判据又称焓判据，即H0 0的反应有自发进行的反应有自发进行的倾向，焓判据是判断化学反应进行方向的判据之一。的倾向，焓判据是判断化学反应进行方向的判据之一。(1)(1)甲烷燃烧：甲烷燃烧：CHCH4 4(g)+2O(g)+2O2 2(g)=CO(g)=CO2 2(g)+2H(g)+2H2 2O(g)O(g)H=-802.3 kJ/mol=-802.3 kJ/mol(2)(2)铁生锈：铁生锈：2Fe(s)+3/2O2Fe(s)+3/2O2 2(g)=Fe(g)=Fe2 2O O3 3(s)(s)H=-824 kJ/mol=-824 kJ/mol(3)(3)氢气和氧气反应：氢气和氧气反应：2H2H2 2(g)+O(g)+O2 2(g)=2H(g)=2H2 2O(l)O(l)H=-571.6 kJ/mol=-571.6 kJ/mol放热的自发反应放热的自发反应二、自发过程的熵判据二、自发过程的熵判据1.1.混乱度和熵混乱度和熵 表示体系的不规则或无序状态。表示体系的不规则或无序状态。混乱度的增加意味着体系变得更加无序。混乱度的增加意味着体系变得更加无序。科学家常用熵来度量这种混乱（或有序）的程度。科学家常用熵来度量这种混乱（或有序）的程度。注意注意 同一物质，在气态时熵最大，液态时次之，固态时同一物质，在气态时熵最大，液态时次之，固态时最小。最小。2.2.熵判据熵判据 在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵增大，这一经验规律叫做熵增原理，是判断化学反应方增大，这一经验规律叫做熵增原理，是判断化学反应方向的另一判据向的另一判据熵判据。熵判据。有序排列的火有序排列的火柴变为无序的柴变为无序的排列排列.下列过程吸热，为什么可以自发进行？下列过程吸热，为什么可以自发进行？(1)(1)室温下冰块的融化，硝酸盐类的溶解等都是自发的吸室温下冰块的融化，硝酸盐类的溶解等都是自发的吸热过程。热过程。(2)N(2)N2 2O O5 5分解：分解：2N2N2 2O O5 5(g)=4NO(g)=4NO2 2(g)+O(g)+O2 2(g)(g)H=+56.7 kJ/mol=+56.7 kJ/mol(3)(3)碳酸铵的分解：碳酸铵的分解：(NH(NH4 4)2 2COCO3 3(s)=NH(s)=NH4 4HCOHCO3 3(s)+NH(s)+NH3 3(g)(g)H=+74.9 kJ/mol=+74.9 kJ/mol上述过程都是熵增过程，故可以自发进行。上述过程都是熵增过程，故可以自发进行。焓判据和熵判据的应用焓判据和熵判据的应用1.1.由焓判据知：放热过程（由焓判据知：放热过程（H0 0）常常是容易自发进行）常常是容易自发进行的；的；2.2.由熵判据知：熵增加（由熵判据知：熵增加（S0 0）的过程是自发进行的；）的过程是自发进行的；3.3.很多情况下，简单地只用其中一个判据去判断同一个反很多情况下，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，所以我们应兼顾两个判应，可能会出现相反的判断结果，所以我们应兼顾两个判据。由能量判据（以焓变为基础）和熵判据组合成的复合判据。由能量判据（以焓变为基础）和熵判据组合成的复合判据据自由能将更适合于所有的反应过程。自由能将更适合于所有的反应过程。1.1.体系自由能变化（符号体系自由能变化（符号G，单位为，单位为kJ/molkJ/mol）G=H-T-TS2.2.反应进行方向的判断方法（恒温、恒压）反应进行方向的判断方法（恒温、恒压）G=H-T-TS0(0(即即H0,0,S0)0)反应能自发进行。反应能自发进行。G=H-T-TS=0 =0 反应达到平衡状态。反应达到平衡状态。G=H-T TS 0(0(即即H0,0,S0)0)反应不能自发进行。反应不能自发进行。三、焓变与熵变对反应方向的共同影响三、焓变与熵变对反应方向的共同影响 当当H0,0,S0,0,或或H0,0,S0 0 时时,反应是否自反应是否自发进行与温度有关，一般低温时以焓变影响为主，高温发进行与温度有关，一般低温时以焓变影响为主，高温时，以熵变影响为主，而温度影响的大小要依据时，以熵变影响为主，而温度影响的大小要依据H、S的具体数值而定。的具体数值而定。NHNH3 3(g)+HCl(g)=NH(g)+HCl(g)=NH4 4Cl(s)Cl(s)H0 0 S0 0CaCOCaCO3 3(s)=CaO(s)+CO(s)=CaO(s)+CO2 2(g)(g)H 0 0 S 0 0低温可行低温可行高温可行高温可行判断这两个反应什么条件下能自发进行判断这两个反应什么条件下能自发进行1.1.自发反应一定能发生反应，而非自发反应一定不能自发反应一定能发生反应，而非自发反应一定不能发生反应吗？发生反应吗？提示：提示：自发反应、非自发反应是指该反应过程是否有自发反应、非自发反应是指该反应过程是否有自发进行的倾向，而这个过程是否一定会发生则不能自发进行的倾向，而这个过程是否一定会发生则不能确定。如碳的燃烧是一个自发反应，但要想发生反应，确定。如碳的燃烧是一个自发反应，但要想发生反应，需借助外界条件点燃才能发生。需借助外界条件点燃才能发生。122.2.放热反应是否都能自发进行？吸热反应是否都不能放热反应是否都能自发进行？吸热反应是否都不能自发进行？自发进行？提示：提示：（1 1）多数能自发进行的化学反应是放热反应。）多数能自发进行的化学反应是放热反应。例如：酸碱中和反应。例如：酸碱中和反应。(2)(2)有些吸热反应也能自发进行。有些吸热反应也能自发进行。例如：例如：NHNH4 4HCOHCO3 3(s)=NH(s)=NH3 3(g)+H(g)+H2 2O(g)+COO(g)+CO2 2(g)(g)H=+185.57 kJ=+185.57 kJmolmol-1-1。（3 3）有一些吸热反应在室温条件下不能自发进行，但）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。在较高温度下则能自发进行。例如：例如：CaCOCaCO3 3的分解反应。的分解反应。133.3.熵增的反应是否都能自发进行？熵减的反应是否都熵增的反应是否都能自发进行？熵减的反应是否都不能自发进行？不能自发进行？提示：提示：（1 1）许多熵增的反应在常温、常压下可以自发）许多熵增的反应在常温、常压下可以自发进行。进行。例如例如：2H2H2 2O O2 2(aq)=2H(aq)=2H2 2O(l)+OO(l)+O2 2(g)(g)。（2 2）有些熵增的反应在常温、常压下不能自发进行，）有些熵增的反应在常温、常压下不能自发进行，但在较高温度下可以自发进行。但在较高温度下可以自发进行。例如：例如：CaCOCaCO3 3（s s）=CaO=CaO（s s）+CO+CO2 2（g g）。）。（3 3）铝热反应是熵减的反应，它在一定条件下也可以）铝热反应是熵减的反应，它在一定条件下也可以自发进行。自发进行。例如：例如：2Al(s)+Fe2Al(s)+Fe2 2O O3 3(s)=Al(s)=Al2 2O O3 3(s)+2Fe(s)(s)+2Fe(s)。144.4.试比较试比较H H2 2O O（s s）、）、H H2 2O O（l l）、）、H H2 2O O（g g）的熵的大小。）的熵的大小。提示：提示：同种物质不同状态时，体系的混乱度越大，其同种物质不同状态时，体系的混乱度越大，其熵也越大，因此水的三种状态的熵的大小为熵也越大，因此水的三种状态的熵的大小为S SH H2 2O(g)O(g)S SH H2 2O(l)O(l)S SH H2 2O(s)O(s)。15【典例【典例1 1】（双选）下列说法不正确的是】（双选）下列说法不正确的是()()A.A.体系有序性越高，熵值就越低体系有序性越高，熵值就越低B.B.自发过程将导致体系的熵增大自发过程将导致体系的熵增大C.C.吸热反应不可以自发进行吸热反应不可以自发进行D.D.同种物质气态时熵值最大同种物质气态时熵值最大【自主解答】【自主解答】选选B B、C C。161.1.在讨论过程的方向时，指的是没有外界干扰时体系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。出现相反的结果。2.2.过程的自发性只能用于判断过程的方向，不能确定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发生和过程发生的速率。过程是否一定发生和过程发生的速率。注意注意化学反应化学反应进行的方向进行的方向一、能量判据一、能量判据二、熵判据二、熵判据三、复合判据三、复合判据放热过程（放热过程（H0 0）常常是容易自发进行的；）常常是容易自发进行的；熵增过程（熵增过程（S0 0）常常是容易自发进行）常常是容易自发进行的的；G=H-T-TSG 0 0 反应能自发进行。反应能自发进行。G=0 =0 反应达到平衡状态。反应达到平衡状态。G0 0 反应不能自发进行。反应不能自发进行。1 1下列说法中，正确的是下列说法中，正确的是 ()()A A化学反应总是伴随着能量的变化化学反应总是伴随着能量的变化B B能够自发进行的反应不一定都是放热反应能够自发进行的反应不一定都是放热反应C C只有放热反应才能够自发进行只有放热反应才能够自发进行D D能够自发进行的反应就一定能够发生并完成能够自发进行的反应就一定能够发生并完成ABAB2.2.下列说法正确的是（下列说法正确的是（）A.A.放热反应一定是自发进行的反应放热反应一定是自发进行的反应B.B.吸热反应一定是非自发进行的吸热反应一定是非自发进行的C.C.自发进行的反应一定容易发生自发进行的反应一定容易发生D.D.有些吸热反应也能自发进行有些吸热反应也能自发进行3.25 3.25 和和1.01101.01105 5 PaPa时时,反应反应2N2N2 2O O5 5(g)=4NO(g)=4NO2 2(g)+O(g)+O2 2(g)(g)H=+56.76 kJ/mol=+56.76 kJ/mol，自发进行的原因是，自发进行的原因是()()A.A.是吸热反应是吸热反应 B.B.是放热反应是放热反应C.C.是熵减少的反应是熵减少的反应 D.D.熵增大效应大于能量效应熵增大效应大于能量效应D DD D4.4.碳酸铵碳酸铵(NH(NH4 4)2 2COCO3 3在室温下就能自发地分解产生氨在室温下就能自发地分解产生氨气，对其说法中正确的是（气，对其说法中正确的是（）A.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.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.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.D.碳酸盐都不稳定，都能自发分解。碳酸盐都不稳定，都能自发分解。A A