新人教版化学高中选修四2.4：化学反应进行的方向

自然界中有许多能自然而然发生的现象，请同学们联系生活知识，列举一些能自发进行的例子？生活中的自发过程高山流水电流生活中的自发过程高山流水高能状态低能状态水总是自发地从高处往低处流——有趋向于最低能量状态的倾向。利用水泵可将水从低处流向高处生活中的自发过程高电势状态低电势状态电流总是自发地从高电势流向低电势——有趋向于最低电势状态的倾向。Na投入H2O中铁生锈生活中的自发反应Cu和AgNO3反应NaOH和HCl反应生活中的自发反应自发过程：在一定条件下，不借助外部力量就能自动进行的过程在给定的一组条件下，一个反应可以自发地进行到显著程度，就称为自发反应。如何判断一个过程，一个反应能否自发进行？自发反应：非自发过程：在一定条件下，需要持续外力作用才能维持进行的过程。寻找反应能否自发进行的判据第四节化学反应进行的方向Cu和AgNO3反应NaOH和HCl反应Na投入H2O中铁生锈Cu(s)+2AgNO3(aq)=Cu(NO3)2(aq)+2Ag(s)△H=-181.75kJ·mol-1NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l)△H=-57.3kJ·mol-12Na(s)+2H2O(l)=2NaOH(aq)+H2(g)△H=-636.1kJ·mol-1Fe(s)……Fe2O3(aq)△H=-790.7kJ·mol-1自发反应共同点——放热反应△H＜0二、化学反应进行方向的判据1、能量判据（焓判据）能量判据（焓判据）∶自发过程的体系趋向于从高能状态转变为低能状态（△H﹤0）。即△H＜0的反应有自发进行的倾向。多数能自发进行的化学反应是放热反应反应物的总能量高生成物的总能量低放热反应△H＜0焓判据是判断化学反应进行方向的判据之一。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2N2O5(g)＝4NO2(g)+O2(g)△H=+56.7kJ/mol(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g)△H=+74.9kJ/molNH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)=CO2(g)+CH3COONH4（aq）+H2O（l）；△H（298K）=＋37.3KJ/mol结论：△HO有利于反应自发进行但自发反应不一定要△HO焓变是反应能否自发进行的一个因素,但不是唯一因素。自发反应一定要△HO？冰块融化品红在水中扩散你能解释蒸汽扩散和火柴混乱的真正原因吗？蒸汽扩散火柴散落有序排列的火柴散落时自发地成为无序排列——趋向于体系混乱度增大有序混乱火柴散落克劳修斯（德国）熵S定义：描述体系混乱度的物理量符号：S单位：J·mol-1·K-1体系混乱度越大，熵值越大；体系混乱度越小，熵值越小。熵增原理(又称为熵判据).体系有自发向混乱度增加的方向变化的倾向。(即熵增△S＞0)△S=S生成物总熵－S反应物总熵△S越大，越有利于反应自发进行CH4O2CO2186.15205.03214H2O(l)HNO3(l)Br2(l)69.9156152NaClFe金刚石72.127.32.4标准状况下：1mol不同物质的熵S(Jmol-1K-1)知识介绍熵值最大熵值最小（1）物质的混乱度：体系混乱度越大，熵值越大；（2）同一条件：不同物质的熵值不同；（3）物质的存在状态：S(g)S(l)S(s)。2N2O5(g)＝4NO2(g)+O2(g)△H=+56.7kJ/mol(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g)△H=+74.9kJ/mol思考:两个反应都是混乱度增大的反应。熵增，△S＞0，有利于自发反应这两个反应都是吸热反应，但却能自发进行，为什么？1、同一物质状态改变：2、固体的溶解过程、墨水扩散过程和气体扩散过程。3、反应过程中气体物质的量增多的反应。4.生成气体的反应。导致熵增(△S＞0）的一些因素固态液态气态熵增熵增自发反应一定是熵增加的反应吗？2Al(s)+Fe2O3(s)=Al2O3(s)+2Fe(s)△S=－39.35J•mol-1•K-1结论：△SO，有利于反应自发进行，自发反应不一定要△SO。熵变是反应能否自发进行一个因素,但不是唯一因素。铝热反应（△S＜0）也能自发反应。CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)这个反应能否自发进行？已知：△H(298K)=+178.2KJ•mol-1,△S(298K)=+169.6J•mol-1•K-1思考总结：自发过程的变化趋势1.能量趋于降低2.混乱度趋于增加美国物理化学家吉布斯自由能研究表明：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△G=△H-T△S（G~吉布斯自由能T~绝对温度+)△G=△H-T△S＜0反应能自发进行△G=△H-T△S＞0反应不能自发进行△G=△H-T△S＝0反应达到平衡状态反应进行方向的判断方法：2、物质的混乱度趋于增加1、物质具有的能量趋于降低H(焓变)S(熵变)0焓(H)判据熵(S)判据放热反应焓变熵变化学反应能否自发进行自发进行不自发进行不能定性判断不能定性判断H0H0H0H0S0S0S0S0熵增原理0三、复合判据△H△S∆H0∆S0高温下反应自发进行∆H0∆S0所有温度下反应不能自发进行∆H0∆S0所有温度下反应自发进行∆H0∆S0低温下反应自发进行新人教版化学高中选修四2.4：化学反应进行的方向新人教版化学高中选修四2.4：化学反应进行的方向1）H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l)△S=+80.7J·mol-1·K-1放热熵增吸热熵减放热熵减吸热熵增2）TiO2(s)+2Cl2(g)=TiCl4(l)+O2(g)△H=+161.9kJ·mol-13）NH3(g)+HCl(g)=NH4Cl(s)△H=-176.9kJ·mol-1△S=-38.4J·mol-1·K-1△S=-284.3J·mol-1·K-1△S=+169.6J·mol-1·K-14）CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)应用判据解决问题根据你已有的知识和经验,分析下列过程的焓变、熵变与是能否自发进行△H=+178.2kJ·mol-1△H=-57.3kJ·mol-1自发不自发自发高温自发，低温不自发新人教版化学高中选修四2.4：化学反应进行的方向新人教版化学高中选修四2.4：化学反应进行的方向从“熵”的角度看世界薛定谔所著《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。新人教版化学高中选修四2.4：化学反应进行的方向新人教版化学高中选修四2.4：化学反应进行的方向熵与环境在环境学家看来熵增就是污染……熵在其他领域的应用新人教版化学高中选修四2.4：化学反应进行的方向新人教版化学高中选修四2.4：化学反应进行的方向衰老是生命系统的熵的一种长期的缓慢的增加，也就是说随着生命的衰老，生命系统的混乱度增大，当熵值达极大值时即死亡，这是一个不可抗拒的自然规律。熵与生命：熵在其他领域的应用新人教版化学高中选修四2.4：化学反应进行的方向新人教版化学高中选修四2.4：化学反应进行的方向•1.即便我们知道了制约宇宙的有关定律，我们仍然不能利用它们去预言遥远的未来。这是因为物理方程的解会呈现出一种称作混沌的性质。这表明方程可能是不稳定的：在某一时刻对系统作非常微小的改变，系统的未来行为很快会变得完全不同.•2.在不稳定或混沌的系统中，一般地存在一个时间尺度，初始状态下的小改变在这个时间尺度将增长到两倍。在地球大气的情形下，这个时间尺度是五天的数量级，大约为空气绕地球吹一圈的时间。•3.人们可以在五天之内作相当准确的天气预报，但是要做更长远得多的天气预报，就既需要大气现状的准确知识，又需要一种不可逾越的复杂计算。我们除了给出季度平均值以外，没有办法对六个月以后做具体的天气预报。•4.我们还知道制约化学和生物的基本定律，这样在原则上，我们应能确定大脑如何工作。但是制约大脑的方程几乎肯定具有混沌行为，初始态的非常小的改变会导致非常不同的结果。这样，尽管我们知道制约人类行为的方程，但在实际上我们不能预言它。•5.宇宙的其他地方对于地球上发生的任何事物根本不在乎。绕着太阳公转的行星的运动似乎最终会变成混沌，尽管其时间尺度很长。这表明随着时间流逝，任何预言的误差将越来越大。在一段时间之后，就不可能预言运动的细节。•6.太阳和其他恒星绕着银河系的运动，以及银河系绕着其局部星系团的运动也是混沌的。我们观测到，其他星系正离开我们运动而去，而且它们离开我们越远，就离开得越快。这意味着我们周围的宇宙正在膨胀：不同星系间的距离随时间而增加。•7.中国这块大地上，存在过许多民族。这许多民族，不管是共时态存在还是历时态存在，均可以寻到某种内在的关系。族与族之间的关系有两种：一为血缘性；另为社会性。民族之间不只是存在着血缘性的关系，也还存在社会性的关系，其中最主要是文化关系。•8.目前，虽然“大众创业、万众创新”的热潮已遍及全国，很多有志青年步入创业大军，但大学生创业成功率低仍是一个不争的事实。可以说，我国大学生创业还处于起步阶段，真正实现大学生从入学到毕业、从毕业到创业，仍需要全方位、多角度、系统化的理念和实践支撑，需要更多的社会力量去思考、探索。因此，要想创业成功，仅仅具有迎难而上的勇气是不够的。新人教版化学高中选修四2.4：化学反应进行的方向新人教版化学高中选修四2.4：化学反应进行的方向