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第二章 化學反應速率和化學平衡,第四節(jié) 化學反應進行的方向,1,學習要求： 1.掌握焓的概念、熵的概念 2.利用焓判據(jù)判斷反應進行的方向 3.利用熵判據(jù)判斷反應進行的方向 4.利用復合判據(jù)判斷反應進行的方向,,2,未涂防銹漆的鋼制器件會生銹、香水會擴散到空氣中等，這些都是不用借助外力就可以自發(fā)進行的過程；用水泵把水從低水位升至高水位，高溫高壓可以使石墨轉(zhuǎn)化為金剛石，這些是必須在外界對體系施加某種作用時才能實現(xiàn)的過程?；瘜W反應中為什么有的能夠自發(fā)進行，不需要借助外力，而有些反應或過程需要在特定條件下才能進行呢？這就是化學反應進行的方向的問題。,3,一：化學反應的方向,1.自發(fā)反應：,2.非自發(fā)反應 ：,在一定溫度和壓強下，無需外界幫助就能自動進行的反應。,自發(fā)過程的特征：,有明確的方向性，具有對外做功的本領。 要逆轉(zhuǎn)必須借助外界做功。,在一定條件下，需要外界做功才能進行的反應。,4,說明： (1)自然界中水由高處往低處流是自發(fā)過程，其逆過程就是非自發(fā)過程，甲烷與氧氣混合遇火就燃燒是自發(fā)反應，其逆向是非自發(fā)反應。 (2)自發(fā)過程和自發(fā)反應可被利用來完成有用功。如向下流動的水可推動機器 ，甲烷燃燒可在內(nèi)燃機中被利用來做功，可將氫氣燃燒反應設計成燃料電池等。 (3)非自發(fā)過程要想發(fā)生，則必須對它做功，如利用水泵可將水從低處流向高處，通電可將水分解生成氫氣和氧氣。,5,1.能量判據(jù)：反應焓變與反應方向,體系趨向于從高能狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軤顟B(tài)（這時體系會對外做功或者釋放熱量～△H ﹤0）。,⑤4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)=4Fe(OH)3(s)△H0,二：判斷化學反應方向的依據(jù),① CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H=－802.3 kJ/mol,②2Fe(s)+3/2O2(g)=Fe2O3(s) △H=－824 kJ/mol,③ 2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) △H=－571.6 kJ/mol,④NH3 + HCl = NH4Cl △H 0,(1).大多數(shù)放熱反應(△H0)都能自發(fā)進行。,6,①室溫下硝酸銨的溶解： NH4NO3(s)=NH4＋＋(aq)＋NO3－(aq) △H0,③2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8H2O(s)=2NH3(g)+BaCl2(s)+ 10H2O(l) △H0,(2).有的吸熱反應(△H0)在一定條件下也能自發(fā)進行,焓變(△H)是制約化學反應能否自發(fā)進行的因素之一 但不是唯一因素。,7,1.熵：衡量一個體系混亂度的物理量稱為熵。 2.符號：用S表示。 3.單位：J·mol－1·K－1 T(K)=273+t(℃) 4.熵值S越大，體系混亂度越大。 同一物質(zhì)，S（g）﹥S（l）﹥S（s）。,5.大多數(shù)自發(fā)反應有趨向于體系混亂度增大的傾向。,2.熵判據(jù)：反應熵變與反應方向,熵變(△S):化學反應前后體系熵的變化。 △S=S產(chǎn)物－S反應物,△S0 熵增反應能自發(fā)進行,產(chǎn)生氣體的反應、氣體物質(zhì)的物質(zhì)的量增大的反應,△S0 熵減反應難自發(fā)進行,8,－10℃的液態(tài)水能自動結冰成為固態(tài)、H2在O2中燃燒為熵減反應，它在一定條件下也可自發(fā)進行。因此熵判據(jù)判斷過程的方向也是不全面的。 很多情況下，簡單地只用其中一個判據(jù)去判斷同一個反應，可能會出現(xiàn)相反的判斷結果，所以我們應兩個判據(jù)兼顧。由能量判據(jù)（以焓變?yōu)榛A）和熵判據(jù)組合成的復合判據(jù)－自由能將更適合于所有的反應過程。,9,3.復合判據(jù):焓變與熵變對反應方向的共同影響∶（——自由能變化△Ｇ）,,?G=?H—T?S,?G 0的反應 不能自發(fā)進行,?H0 能自發(fā)進行 ?H0, ?S0, ?S0 ？,10,4、吉布斯自由能判斷反應自發(fā)進行的方向 △G= △H -T△S,NH3(g)+HCl(g)＝NH4Cl(s) △H＜0 △S 0 △S0,判斷這兩個反應什么條件下自發(fā)進行,低溫可行,高溫可行,11,典例剖析∶,1. 下列過程是非自發(fā)的是∶（ ） A、水由高處向低處流； B、天然氣的燃燒； C、鐵在潮濕空氣中生銹；D、室溫下水結成冰 2. 碳酸銨〔(NH4)2CO3〕在室溫下就能自發(fā)地分解產(chǎn)生氨氣，對其說法中正確的是∶（ ） A、其分解是因為生成了易揮發(fā)的氣體，使體系的熵增大； B、其分解是因為外界給予了能量； C、其分解是吸熱反應，據(jù)能量判據(jù)不能自發(fā)分解；D、碳酸鹽都不穩(wěn)定，都能自發(fā)分解。,,D,AC,12,3.下列說法正確的是∶（ ） A、放熱反應一定是自發(fā)進行的反應； B、吸熱反應一定是非自發(fā)進行的； C、自發(fā)進行的反應一定容易發(fā)生； D、有些吸熱反應也能自發(fā)進行。 4. 250C和1.01×105Pa時，反應 2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g) △H=＋56.8kJ/mol 自發(fā)進行的原因是： A、是吸熱反應；B、是放熱反應； C、是熵減少的反應； D、熵增大效應大于能量效應。,D,D,13,5.下列說法正確的是( ) A、凡是放熱反應都是自發(fā)的，吸熱反應都是非自發(fā)性的 B、自發(fā)反應一定是熵增大，非自發(fā)反應一定是熵減小或不變 C、自發(fā)反應在恰當條件下才能實現(xiàn)。 D、自發(fā)反應在任何條件下都能實現(xiàn)。,C,6.水在273 K、1．01×105Pa時可轉(zhuǎn)化為固態(tài)，在373 K時則又可轉(zhuǎn)化為氣態(tài)。若分別用S(g)、S(1)、S(s)表示水的氣、液、固三種狀態(tài)的熵值，則下列表達式中，正確的是 ( ) A．S(g)S(1)S(s) C．S(g)S(1)= S(s) D．S(g)S(s)S(1),B,14,7.某化學反應其△H= -122 kJ·mol-1，?S= 231 J·mol-1·K-1，則此反應在下列哪種情況下可自發(fā)進行 ( ) A．在任何溫度下都能自發(fā)進行 B．在任何溫度下都不能自發(fā)進行 C．僅在高溫下自發(fā)進行 D．僅在低溫下自發(fā)進行,A,15,9．煤中含有硫，燃燒時會產(chǎn)生有害的SO2，用生石灰可以消除SO2，減少污染，其反應為CaO(s)+SO2(s) == CaSO3(s) 298 K、1.01×105Pa時，此反應的△H= - 402.0 kJ·mol-1，?S= 345.7 J·mol-1·K-1，在室溫下自發(fā)進行。則保持此反應自發(fā)進行的最高爐溫是多少(焓變△H及熵變?S受溫度的影響可忽略)?,?G =?H—T?S ?H/ ?S T -402000J.mol-1/345.7J/mol.K=-1163K,16,3．下列說法中，正確的是 ( ) A．化學反應總是伴隨著能量變化的 B．能夠自發(fā)進行的反應不一定都是放熱反應 C．只有放熱反應才能夠自發(fā)進行 D．能夠自發(fā)進行的反應就一定能夠發(fā)生并完成 4．下列物質(zhì)中，熵值(S)最大的是 ( ) A．金剛石 B．Cl2(l) C．I2(g) D．Cu(s),AB,C,17,