第二章第四节化学反应进行的方向

第四节化学反应进行的方向高山流水冰雪融化花开花谢一、化学反应原理的重要组成部分∶反应的快慢程度化学反应原理化学反应的限度反应进行的方向①自然界中水总是从高处往低处流；②室温下冰块自动融化；③墨水扩散；气体扩散；④食盐溶解于水；墨水滴入水中气体的扩散固体的溶解一、自发过程与自发反应非自发过程：在一定条件下，需要外界做功才能进行的过程。自发过程的特征：有明确的方向性，要逆转必须借助外界做功；具有做功的本领。1、自发过程:在一定条件下不需要外力作用就能自动进行的过程.2、自发反应：在给定条件下，能自发地进行到显著程度的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分。3、非自发反应：不能自发的进行，必须借助某种外力才能进行的反应练习：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）氢气燃烧（4）水分解成H2和O2过程自发自发自发非自发自发过程和自发反应自发反应：镁条燃烧：Mg(s)+O2(g)=MgO(s)酸碱中和：H++OH-=H2O铁器暴露在潮湿空气中会生锈：3Fe(s)+3/2O2(g)=Fe2O3(s)甲烷和氧气的混合气体遇明火就燃烧：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)那么我们该如何判断一个过程，一个反应能否自发进行呢？一个过程或者一个反应要自发的进行是否要符合什么条件呢？【探究】以“物体由高处自由下落”为代表，探究自发过程中有哪些变化趋势。1。自然界中水总是从高处往低处流；2。电流总是从电位高的地方向电位低的地方流动；观察下列几个自发进行的化学反应，找出它们的共同之处1.钠与水反应2Na(s)+2H2O(l)=2NaOH(aq)+H2(g)△H=－368kJ/mol2.铁生锈：3Fe(s)+3/2O2(g)=Fe2O3(s)△H=－824kJ/mol3.氢气和氧气反应：2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)△H=－571.6kJ/mol共同点：△H0，放热反应，高能向低能转化。共同点：高能向低能转化。二、反应方向的焓判据1、焓判据：放热过程中体系能量降低，因此具有自发进行的倾向若△H＜0,，正反应能自发进行若△H＞0,，正反应不能自发进行，而逆反应能自发进行注意：（1）焓判据只能用于判断过程的方向，能否实现要看具体条件；（2）焓判据只判断一定条件化学反应能否自发进行，与化学反应速率无关。（3）反应焓变是反应能否自发进行的一个因素，但不是唯一因素交流研讨19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应热：放热反应可以自发进行，而吸热反应则不能自发进行。你同意这种观点吗？请举例说明。2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8H2O(s)=BaCl2(s)+2NH3(g)+10H2O(l)NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)=CH3COONH4(aq)+CO2(g)+H2O(l)△H=+37.3kJ/molCaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)△H=+178.2kJ/mol2NaHCO3(s)=Na2CO3(s)+CO2(g)+H2O(g)△H=+126.1kJ/mol举例：吸热反应但是，有不少吸热反应也能自发进行，如∶NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)=CH3COONH4(aq)+CO2(g)+H2O(l)△H=+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2、多数自发进行的化学反应是放热反应，但也有不少吸热反应能自发进行，而且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3、反应放热有利于反应自发进行，反应吸热也有可能自发进行，说明反应焓变是与反应能否自发进行有关的一个因素，但不是唯一因素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？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？克劳修斯（德国）3、火柴棒散落4、墨水扩散由有序变为无序1、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2、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→1、熵（S）：用来描述体系混乱度的物理量符号：S单位：J•（mol•K）-12、熵的大小判断：（1）气态＞液态＞固态S(g)S(l)S(s)三、反应方向的熵判据熵值越大，体系混乱度越大，体系越无序（2）与物质的量成正比69.9Jmol-1K-147.9Jmol-1K-1188.7Jmol-1K-1S(g)S(l)S(s)三种状态下水的熵冰水水蒸气3、反应熵变:(1)符号：△S(2)表达式:△S=产物总熵（生成物）-反应物总熵例：产生气体的反应①气体体积增大的反应，△S0,熵增加反应②气体体积减小的反应，△S0,熵减小反应4、熵增原理：在与外界隔绝的体系中，自发过程将导致体系的熵增大，即：熵变大于零（△S＞0）练习：判断下列反应熵变大小：1、N2+3H2=2NH32、2C+O2=2CO3、CaCO3=CaO+CO2△S＜0△S＞0△S＞05、熵判据：体系有自发的向混乱度增加，（即熵增）的方向转变的倾向，因此可用熵变来判断反应进行的方向1、冰→液态水→水蒸气2、氯化钠晶体溶于水3、自发进行的吸热反应：N2O5分解：2N2O5(g)＝4NO2(g)+O2(g)△H=+56.7kJ/mol碳酸铵的分解：(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g)△H=+74.9kJ/mol共同点：熵（S）增加【探究】下列自发过程中熵变的特点：注意：１。熵判据只判断一定条件化学反应能否自发进行，与化学反应速率无关；２。熵变（△S）只决定于体系的始态和终态，与变化的途径无关；３。熵变只是反应能否自发进行的一种因素。４。若△Ｓ0，正向反应能自发进行；若△Ｓ0，正向反应不能自发进行，而逆向反应能自发进行。三、反应熵变与反应方向：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。是在用来判断化学反应方向时就称为熵判据•-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。有些熵减的反应一定条件下也可以自发进行•因此熵判据判断过程的方向也是不全面的•总结：自发过程的两大变化趋势：•（1）能量趋于减小(焓减）•（2）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NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)=CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l)△H=37.30kJ/mol△S=184.0J/mol/K高温下能自发反应举例：焓变熵变化学反应能否自发进行H＜0S＞0H＞0S＜0H＜0S＜0H＞0S＞0科学家们总结出了一条公式△G＝△H－T△S，△G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科学的，当△G0时，反应就可以自发进行任何温度都自发进行不能自发进行较低温度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（复合判据）1、吉布斯自由能△G单位：kJ/mol2、判据：△G＝△H－T△S（K=273+温度(℃)）△G＜0△G=0△G＞0反应正向自发进行反应处于平衡状态反应不能自发进行（正向不自发，逆向自发）3.使用判据应注意的问题：（1）判断反应的自发性要结合△H和△S，利用△G＝△H-T△S（2）条件是一定温度、压强下（3）反应具有自发性，只能说明这个反应有进行的趋势，但这个反应到底能不能反应，那还要看反应进行的限度和反应进行的速率。1．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。例如：金刚石有向石墨转化的倾向，但是能否发生，什么时候发生，多快才能完成，就不是能量判据和熵判据能解决的问题了。注意2．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，就可能出现相反的结果。例如：石墨经高温高压还是可以变为金刚石的。练习：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=-393.5kJ/molC(金刚石，s)+O2（g）=CO2（g）△H=-395.4kJ/mol关于金刚石和石墨的相互转化，下列说法正确的是（）A.石墨转化为金刚石是自发进行的过程B.金刚石转化为石墨是自发进行的过程C.石墨比金刚石能量低D.金刚石比石墨能量低ABC3.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.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5.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)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g)D.MgCO3(s)=MgO(s)+CO2(g)ABBA6.下列说法完全正确的是()A.放热反应均是自发反应B.ΔS为正值的反应均是自发反应C.物质的量增加的反应，ΔS为正值D.如果ΔH和ΔS均为正值，当温度升高时，反应可能自发进行7.下列反应中，ΔS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)＝CuSO4•5H2O(s)DA•8.某反应２AB(g)=C(g)+3D(g)在高温时能自发进行，其逆反应在低温下能自发进行，则该反应的ΔH、ΔS应为()•A.ΔH0，ΔS0•B.ΔH0，ΔS0•C.ΔH0，ΔS0•D.ΔH0，ΔS0C