化学反应进行的方向课标详解.pptx

学习要求：学习要求：1.焓的概念、熵的概念焓的概念、熵的概念2.利用焓变判断反应进行的方向利用焓变判断反应进行的方向3.利用熵变判断反应进行的方向利用熵变判断反应进行的方向4.利用复合判据判断反应进行的方向利用复合判据判断反应进行的方向化学反应进行的方向和限度化学反应进行的方向和限度一：化学反应的方向一：化学反应的方向1.自发反应：自发反应：2.非自发反应非自发反应：在在一定温度和压强下，一定温度和压强下，无需外界帮助无需外界帮助就就能自动进行能自动进行的反应。的反应。自发过程的特征：自发过程的特征：有明确的有明确的方向性方向性，具有对外做功的本领。，具有对外做功的本领。要逆转必须借助外界做功。要逆转必须借助外界做功。在在一定条件一定条件下，下，需要外界做功需要外界做功才能进行的反应。才能进行的反应。说明说明：(1)自然界中水由高处往低处流是自发过程，其逆自然界中水由高处往低处流是自发过程，其逆过程就是非自发过程，甲烷与氧气混合遇火就燃烧是过程就是非自发过程，甲烷与氧气混合遇火就燃烧是自发反应，其逆向是非自发反应。自发反应，其逆向是非自发反应。(2)自发过程和自发反应可被利用来完成有用功。自发过程和自发反应可被利用来完成有用功。如向下流动的水可推动机器如向下流动的水可推动机器，甲烷燃烧可在内燃机中，甲烷燃烧可在内燃机中被利用来做功，可将氢气燃烧反应设计成燃烧电池等。被利用来做功，可将氢气燃烧反应设计成燃烧电池等。(3)非自发过程要想发生，则必须对它做功，如利非自发过程要想发生，则必须对它做功，如利用水泵可将水从低处流向高处，通电可将水分解生成用水泵可将水从低处流向高处，通电可将水分解生成氢气和氧气。氢气和氧气。1.能量判据：反应焓变能量判据：反应焓变与反应方向与反应方向体系趋向于从体系趋向于从高能状态高能状态转变为转变为低能状态低能状态（这时（这时体系会体系会对外做功对外做功或者或者释放释放热量热量H 0H 0）。4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)=4Fe(OH)3(s)H0二：判断化学反应方向的依据二：判断化学反应方向的依据 CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)H=802.3 kJ/mol2Fe(s)+3/2O2(g)=Fe2O3(s)H=824 kJ/mol 2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)H=571.6 kJ/molNH3+HCl =NH4Cl H 0(1).大多数放热反应大多数放热反应(H02NH4Cl(s)+Ba(OH)28H2O(s)=2NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l)H0CaCO3(s)=CaO(s)+O2(g)H0高温(2).有的吸热反应有的吸热反应(H0)在一定条件下在一定条件下也能自发进也能自发进行行焓变焓变(H)是制约化学反应能否自发进行的因素是制约化学反应能否自发进行的因素之一之一但不是但不是唯一因素。唯一因素。1.衡量一个体系混乱度的物理量称为衡量一个体系混乱度的物理量称为熵熵。2.符号：符号：用用S表示。表示。3.单位：单位：Jmol1K1 T(K)=273+t()4.熵值熵值S越大，体系混乱度越大。越大，体系混乱度越大。同一物质，同一物质，S（g）S（l）S（s）。）。5.大多数自发反应有趋向于体系混乱度增大的大多数自发反应有趋向于体系混乱度增大的倾向。倾向。2.熵判据：熵判据：反应熵变与反应方向反应熵变与反应方向熵变熵变(S):化学反应前后体系熵的变化。化学反应前后体系熵的变化。S=S产物产物S反应物反应物S0 熵增反应熵增反应能自发进行能自发进行产生气体的反应、气体物质的物质的量增大的反应产生气体的反应、气体物质的物质的量增大的反应S0 熵减反应熵减反应难自发进行难自发进行 10的液态水能自动结冰成为固态、的液态水能自动结冰成为固态、H2在在O2中燃烧为熵减反应，它在一定条件下也可中燃烧为熵减反应，它在一定条件下也可自发进行。自发进行。因此熵判据判断过程的方向也是因此熵判据判断过程的方向也是不全面的。不全面的。很多情况下，简单地只用其中一个判据去判很多情况下，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，断同一个反应，可能会出现相反的判断结果，所以我们应两个判据所以我们应两个判据兼顾兼顾。由能量判据（以。由能量判据（以焓变为基础）和熵判据组合成的焓变为基础）和熵判据组合成的复合判据复合判据自由能自由能将更适合于所有的反应过程。将更适合于所有的反应过程。3.复合判据复合判据:焓变与熵变对反应方向的共同影响焓变与熵变对反应方向的共同影响（自由能变化自由能变化）G=HTS G 0的反应的反应 不能自发进行不能自发进行 H0 能自发进行能自发进行 H0,S0 不能自发进行不能自发进行 H0,S0,S0？4、吉布斯自由能判断反应自发进行的方向、吉布斯自由能判断反应自发进行的方向 G=H-TS NH3(g)+HCl(g)NH4Cl(s)H0 S 0 S0判断这两个反判断这两个反应什么条件下应什么条件下自发进行自发进行低温可行低温可行高温可行高温可行反应总是在一定条件下进行的。要讨论反应的自发性，反应总是在一定条件下进行的。要讨论反应的自发性，也要指明反应条件。如果没有交代反应条件，只讲也要指明反应条件。如果没有交代反应条件，只讲“某某某反应不自发某反应不自发”“某某反应自发某某反应自发”，实际上是指在常温，实际上是指在常温常压下进行的反应。常压下进行的反应。“一定条件一定条件”指指“一定的温度一定一定的温度一定压强压强”。例如，反应。例如，反应 CaCO3=CaO+CO2 在常温常在常温常压是非自发的，而在高温下则是自发发生的。压是非自发的，而在高温下则是自发发生的。用吉布提用吉布提自由能计算公式（自由能计算公式（G=H-TS）来判断反应能否自发）来判断反应能否自发进行时，可以看到进行时，可以看到T对对G的值有影响，在某些情况下，的值有影响，在某些情况下，可能决定可能决定G是大于是大于0还是小于还是小于0；式中；式中H 是一个与温度、是一个与温度、压强有关的物理量。因此，讨论压强有关的物理量。因此，讨论G是大于是大于0还是小于还是小于0，实际上也是在一定温度与压强下进行的。实际上也是在一定温度与压强下进行的。“外界帮助外界帮助”这句话中，指的是为反应体系提供能量。这句话中，指的是为反应体系提供能量。“帮助帮助”并并不是指提供反应发生的温度和压强等反应条件，也不是点燃、使用不是指提供反应发生的温度和压强等反应条件，也不是点燃、使用催化剂等等。一定的温度、一定的压强是反应所需要的条件。很多催化剂等等。一定的温度、一定的压强是反应所需要的条件。很多场合下场合下,提高温度提高温度,往往是为了加速反应。合成氨反应在常温常压下，往往是为了加速反应。合成氨反应在常温常压下，G0,是放热的自发反应。但是，常温常压下实际上无法觉察到是放热的自发反应。但是，常温常压下实际上无法觉察到反应的发生，只有在高温、高压、催化剂存在下，才有实际的应用反应的发生，只有在高温、高压、催化剂存在下，才有实际的应用价值。又如，硝酸铵价值。又如，硝酸铵NH4NO3的分解反应，的分解反应，H0，在任，在任何温度下都能自发进行。在常温常压下，反应速率慢，难以观察到何温度下都能自发进行。在常温常压下，反应速率慢，难以观察到反应的发生。但加热到高温，或受猛烈撞击，发生爆炸性分解：反应的发生。但加热到高温，或受猛烈撞击，发生爆炸性分解：2NH4NO3=N2+O2+4H2O。撞击或加热大大提高反应速率，发。撞击或加热大大提高反应速率，发生剧烈分解。氢气氧气化合成水的反应在常温下也是自发的。常温生剧烈分解。氢气氧气化合成水的反应在常温下也是自发的。常温下将下将H2与与O2混合，不能观察到有明显现象，在氢氧燃料电池中，混合，不能观察到有明显现象，在氢氧燃料电池中，反应在常温下就能进行。在钯粉催化下反应在常温下就能进行。在钯粉催化下H2与与O2的混合气体也能快的混合气体也能快速生成水。点燃氢气氧气，能迅速化合成水，也只是加速了反应速速生成水。点燃氢气氧气，能迅速化合成水，也只是加速了反应速率。率。从热力学分析，从热力学分析，“外界帮助外界帮助”指的是对体系做指的是对体系做“有有用功用功”。例如，水的分解在常温常压下是不自发的，。例如，水的分解在常温常压下是不自发的，但通电，为体系提供电能，可以使水分解成但通电，为体系提供电能，可以使水分解成H2和和O2。电解反应都是非自发反应。电解反应都是非自发反应,“通电通电”对体系对体系做有用功，使反应在常温常压下得以进行。而原电做有用功，使反应在常温常压下得以进行。而原电池反应是自发反应，它能对外作电功。自发反应和池反应是自发反应，它能对外作电功。自发反应和其他自发过程一样，具有对外作功的能力。因此，其他自发过程一样，具有对外作功的能力。因此，自发反应和非自发反应的区别在于在一定条件下，自发反应和非自发反应的区别在于在一定条件下，反应的发生是需要外界对体系作功，还是反应体系反应的发生是需要外界对体系作功，还是反应体系具有能对外界作功的能力。具有能对外界作功的能力。典例剖析典例剖析 1.下列过程是非自发的是下列过程是非自发的是（）A、水由高处向低处流；、水由高处向低处流；B、天然气的燃烧；、天然气的燃烧；C、铁在潮湿空气中生锈；、铁在潮湿空气中生锈；D、室温下水结成冰、室温下水结成冰2.碳酸铵碳酸铵(NH4)2CO3在室温下就能自发地分解产在室温下就能自发地分解产生氨气，对其说法中正确的是生氨气，对其说法中正确的是（）A、其分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵、其分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增大；增大；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、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、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。DAC3下列说法中，正确的是下列说法中，正确的是 ()A化学反应总是伴随着能量变化的化学反应总是伴随着能量变化的 B能够自发进行的反应不一定都是放能够自发进行的反应不一定都是放热反应热反应 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能够自发进行的反应就一定能够发能够自发进行的反应就一定能够发生并完成生并完成4下列物质中，熵值下列物质中，熵值(S)最大的是最大的是 ()A金刚石金刚石 BCl2(l)CI2(g)DCu(s)ABC3.下列说法正确的是下列说法正确的是（）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、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、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、有些吸热反应也能自发进行。、有些吸热反应也能自发进行。4.250C和和1.01105Pa时，反应时，反应 2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)H=56.8kJ/mol 自发进行的原因是：自发进行的原因是：A、是吸热反应；、是吸热反应；B、是放热反应；、是放热反应；C、是熵减少的反应；、是熵减少的反应；D、熵增大效应大于能量效应。、熵增大效应大于能量效应。DD5.下列说法正确的是下列说法正确的是()A、凡是放热反应都是自发的，吸热反应都是非自发、凡是放热反应都是自发的，吸热反应都是非自发性的性的B、自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是熵减、自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是熵减小或不变小或不变C、自发反应在恰当条件下才能实现。、自发反应在恰当条件下才能实现。D、自发反应在任何条件下都能实现。、自发反应在任何条件下都能实现。C 6.水在水在273 K、101105Pa时可转化为固态，在时可转化为固态，在373 K时则又可转化为气态。若分别用时则又可转化为气态。若分别用S(g)、S(1)、S(s)表示水的气、液、固三种状态的熵值表示水的气、液、固三种状态的熵值，则下列表达式中，正确的是，则下列表达式中，正确的是 ()AS(g)S(1)S(1)S(s)CS(g)S(1)=S(s)DS(g)S(s)S(1)B 7.某化学反应其某化学反应其H=-122 kJmol-1，S=231 Jmol-1K-1，则此反应在下列哪种情况下可自发进，则此反应在下列哪种情况下可自发进行行 ()A在任何温度下都能自发进行在任何温度下都能自发进行 B在任何温度下都不能自发进行在任何温度下都不能自发进行 C仅在高温下自发进行仅在高温下自发进行 D仅在低温下自发进行仅在低温下自发进行A