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第二章化学反应速率和化学平衡第四节化学反应进行的方向知识目标：1.通过日常生活中所见所闻以及常见的化学反应，了解放热反应的自发性和某些吸热过程的自发性。2.通过“有序”和“无序”的对比，引出熵的概念。3.通过日常生活中的见闻，明确根据反应的焓变和熵变的大小，只能判断反应自发进行的可能性，不能决定反应是否一定发生或反应速率的大小。能力目标：1.通过已有知识及日常生活中的见闻，构建化学反应方向的判据。2.学会运用比较、归纳、概括等方法对信息进行加式，构建新知识。学习重难点重点：熵判据。难点：焓减与熵增与化学反应方向的关系。生活中的自发过程自由落体自发过程的共同特点: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。1.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2.自发反应：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。一.化学反应的方向3.非自发反应：在一定条件下，需要外界做功才能进行的反应。4.关系：条件改变，非自发反应可能转变为自发反应1、自发反应一定能自动进行，而非自发反应一定不能发生，这句话对吗？说明理由。【思考与交流】【解析】不对，某些自发反应需要在一定条件下才能自动进行，非自发反应具备了一定条件也能发生。例如甲烷燃烧是自发反应，但需要点燃或加热才能发生；石灰石分解为氧化钙和二氧化碳常温下为非自发反应，在高温下可以发生。下列过程和反应属于自发进行的是A、物体由高处自由下落B、电解水C、钠与水反应D.电动水泵将水由低抽到高处E、氢气与氧气点燃生成水F、在室温下水结成冰G、一缕花香可以溢满居室I、一滴墨水染红一盆清水J、铁在潮湿空气中发生锈蚀K、石灰石的分解自发过程：ACEGIJ非自发过程BDFK【思考与交流】如何判断一个过程，一个反应能否自发进行？二.化学反应进行方向的判断酸碱中和、镁条燃烧等这些一定条件下能自发发生的反应有何共同特点？【思维建模】从能量角度分析它们为什么可以自发？日常生活中长期积累的经验而总结得到一条经验规律→能量判据（焓判据）∶体系趋向于从高能状态转变为低能状态（这时体系会对外做功或者释放热量～△H﹤0）。结论：（1）放热反应过程中体系能量降低,因此具有自发进行的倾向。（2）焓减的反应（放热）一般自发进行，但也有一些吸热反应能自发进行。1.从能量判断（焓判据）如：2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8H2O(s)=NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l)1、已知金刚石和石墨在氧气中完全燃烧的热化学方程式为：①C(金刚石、s)+O2(g)＝CO2(g)△H1＝－395.41kJ/mol②C(石墨、s)+O2(g)＝CO2(g)△H2＝－393.51kJ/mol关于金刚石与石墨的转化，下列说法正确的是（）A.金刚石转化成石墨是自发进行的过程B.石墨转化成金刚石是自发进行的过程C.石墨比金刚石能量低D.金刚石比石墨能量低AC课堂练习②只能判断一定条件下化学反应能否自发进行，与化学反应速率无关③△H0，有利于反应自发进行，但自发反应不一定△H0。①条件改变，自发反应和非自发反应可能相互转化（某一条件下的自发反应在另一条件下可能是非自发反应）如：CaO+CO2=CaCO3；常温下为自发反应，高温条件下其逆反应是自发反应。【注意】2N2O5(g)＝4NO2(g)+O2(g)△H=+56.7kJ/mol(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g)△H=+74.9kJ/mol△H0有利于反应自发进行，但自发反应不一定要△H0。总之：焓变只是反应能否自发进行的一个因素,但不是唯一因素。只根据焓变来判断反应方向是不全面的。墨水溶解扩散火柴散落有趋向于最大混乱度的倾向克劳修斯（德国）S熵：用来量度体系混乱度的一个物理量，符号：S（1）熵是体系混乱度的量度，即熵是用来描述体系的混乱度，符号用S表示,单位：J•mol-1•K-1（3）体系混乱度越大越稳定，熵值越大；体系混乱度越小，熵值越小。（5）产生气体的反应、气体物质的物质的量增大的反应，熵变通常都是正值（△S＞0），为熵增加反应。（2）在密闭条件下，体系由有序自发地转变为无序的倾向称为熵增。2、反应自发进行的熵判据（4）同一物质，S（g）﹥S（l）﹥S（s）。（6）熵变（△S）∶△S=S反应产物－S反应物（7）在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵增大，这个原理叫做熵增原理。该原理是用来判断过程的方向的又一个因素，称为熵判据。（8）许多熵增反应在常温常压下能自发进行，有些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。△S0有利于反应自发进行。1、判断下列反应的熵变D.CO(g)＝C(s)＋1/2O2B.2N2O5(g)＝4NO2(g)＋O2(g)A.(NH4)2CO3(s)＝NH4HCO3(s)+NH3(g)C.MgCO3(s)＝MgO(s)＋CO2(g)熵减熵增熵增熵增课堂练习2N2O5(g)＝4NO2(g)+O2(g)△H=+56.7kJ/mol(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g)△H=+74.9kJ/mol这两个反应都是吸热反应，但却能自发进行，为什么？两个反应都是混乱度增大的反应。【思考】2Al(s)+Fe2O3(s)=Al2O3(s)+2Fe(s)△S=－39.35J•mol-1•K-1结论：△S0有利于反应自发进行,自发反应不一定要△S0.熵变是反应能否自发进行一个因素，但不是唯一因素。-10℃的液态水能自动结冰成为固态,△S0.【思考与交流】自发反应一定是熵增加的反应吗？因此,熵判据判断过程的方向也是不全面的3、自由能判据正确判断一个化学反应是否能够自发进行，必须综合考虑反应的焓变和熵变（1）自由能（恒温、恒压）△G=△H-T·△S符号：△G；单位：J·mol－1[T(K)=273+t(℃)]（2）自由能大小判断依据：①当△G0时，反应自发进行；②当△G0时，反应不自发进行；③当△G=0时，可逆反应到达平衡状态。1、恒温恒压时判断反应是否能够自发进行（1）△H＜0；△S0（2）△H0；△S＜0（3）△H＜0；△S＜0（4）△H0；△S0自发非自发不一定不一定2、判断这两个反应什么条件下自发进行？（1）NH3(g)+HCl(g)＝NH4Cl(s)△H＜0；△S＜0（2）CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)△H(298K)=+178.2kJ•mol-1,△S(298K)=+169.6J•mol-1•K-1低温可行高温可行课堂练习△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当∆H0,∆S0,或∆H0,∆S0时,反应是否自发进行与温度有关，一般低温时焓变影响为主，高温时，熵变影响为主，而温度影响的大小要∆H、∆S的具体数值而定。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会发生和过程发生的速率。如涂有防锈漆和未涂防锈漆的钢制器件，其发生腐蚀过程的自发性是相同的，但只有后者可以实现。【注意】1.25℃和1.01×105Pa时,反应2N2O5(g)＝4NO2(g)+O2(g)△H=+56.76kJ/mol,自发进行的原因是()A.是吸热反应B.是放热反应C.是熵减少的反应D.熵增大效应大于能量效应D课堂练习化学反应进行方向的判据１、能量判据(焓判据）：判据之一２、熵判据：能量最低原理——焓减小有利于反应自发。熵增原理。判据之一３、复合判据：焓判据结合熵判据小结：①当△G0时，反应自发进行；②当△G0时，反应不自发进行；③当△G=0时，可逆反应到达平衡状态△G=△H-T·△S1、下列说法中正确的是（）A.凡是放热反应都是自发的，吸热反应都是非自发的B.自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是熵减小或不变C.熵增加且放热的反应一定是自发反应D.非自发反应在任何条件下都不能实现C2、以下自发反应可用焓判据来解释的是()A、硝酸铵自发地溶于水B、2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g)；△H=+56.7kJ/molC、(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g);△H=+74.9kJ/molD、2H2(g)+O2(g)=2H2O(l);△H=-571.6kJ/molD课堂练习3、高温时空气中的N2和O2会反应生成NO而污染大气：N2(g)＋O2(g)===2NO(g)。试通过计算说明在1200℃的条件下，此反应能否正向自发进行？估算自发进行的最低温度是多少？已知：该反应的ΔH＝＋180.50kJ·mol－1；ΔS＝＋24.77J·mol－1·K－1【解析】1200℃时，该反应的ΔH－TΔS＝180.05kJ·mol－1－(1200＋273)K×24.77J·mol－1·K－1×10－3kJ·J－1＝144.01kJ·mol－10，故该温度下反应不能正向自发进行。ΔH－TΔS0时反应能自发进行，故有TΔH/ΔS＝180.50kJ·mol－1/0.02477kJ·mol－1·K－1＝7287K，即此反应自发进行的最低温度为7287K。答案：1200℃不能自发进行；自发进行的最低温度是7287K。