第三節(jié)

化學(xué)反應(yīng)的方向第二章化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡學(xué)習(xí)目標(biāo)1、知道化學(xué)反應(yīng)是有方向的。2、知道化學(xué)反應(yīng)的方向與反應(yīng)的焓變和熵變有關(guān)。3、能判斷熵的變化（熵增或熵減）4、能結(jié)合具體事例說明反應(yīng)自發(fā)進行的方向?？赡娣磻?yīng)進行的方向：化學(xué)反應(yīng)進行的方向1、化學(xué)反應(yīng)速率角度2、化學(xué)平衡角度v正

>v逆v正

<v逆向正反應(yīng)方向進行向逆反應(yīng)方向進行v正

=v逆平衡狀態(tài)Q<K向正反應(yīng)方向進行Q>K向逆反應(yīng)方向進行Q=K平衡狀態(tài)如果一個化學(xué)反應(yīng)已經(jīng)發(fā)生，方向也就確定了。如果還沒發(fā)生，就需要依據(jù)科學(xué)理論，對它是否能夠發(fā)生，以及在什么條件下發(fā)生做出判斷。電流從電勢高到底熱量從高傳到低自然界中有一些過程是自發(fā)進行的，而且是有方向性的。水從高處流向低處“自發(fā)過程”在一定條件下不用借助外力就能自動進行。“方向1”高能量低能量對外做功或釋放熱量抽水上山：借助水泵，持續(xù)消耗電能讓水沸騰：借助燃料燃燒，持續(xù)消耗熱能非自發(fā)過程

：在一定條件下，需要持續(xù)借助外力才能進行的過程。紅墨水?dāng)U散花香四溢火柴掉地硝酸銨的溶解自然界中有一些過程是自發(fā)進行的，而且是有方向性的。自發(fā)方向2：有序（混亂度?。o序（混亂度大）冬天水結(jié)冰自發(fā)春天冰融水自發(fā)“自發(fā)”是有一定條件的“自發(fā)”是一定條件下的自發(fā)，條件變了，可能由原來的“自發(fā)”變成“非自發(fā)”在一定條件下，不需外界幫助就能自動進行的化學(xué)反應(yīng)。自發(fā)反應(yīng)：有些化學(xué)反應(yīng)也是自發(fā)進行的，而且有方向性。非自發(fā)反應(yīng)：在一定條件下，必須借助某種外力才能進行的化學(xué)反應(yīng)。鋼鐵生銹氫氣的燃燒鋅與硫酸銅溶液鎂與硫酸溶液Ba(OH)2·8H2O與NH4Cl晶體如何解釋下列化學(xué)反應(yīng)是自發(fā)反應(yīng)？①H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l)②1/2H2(g)+1/2Cl2(g)=HCl(g)③Na(s)+H2O(l)=NaOH(aq)+1/2H2(g)④鐵生銹：2Fe(s)+3/2O2(g)=Fe2O3(s)⑤NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l)?H=-286kJ·mol-1?H=-92kJ·mol-1?H=-184kJ·mol-1?H=-824kJ·mol-1?H=-57.3kJ·mol-1課堂練習(xí)1、請說說下列反應(yīng)能夠自發(fā)進行的原因。反應(yīng)物的總能量高生成物的總能量低放熱反應(yīng)H<0體系的能量降低一、焓判據(jù)（能量判據(jù)）對于化學(xué)反應(yīng)而言，絕大多數(shù)的放熱反應(yīng)能自發(fā)進行，且放出的熱量越多，體系能量降低越多，反應(yīng)越完全。19世紀(jì)，化學(xué)家們曾認為決定化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進行的因素是反應(yīng)熱：放熱反應(yīng)可以自發(fā)進行，吸熱反應(yīng)則不能自發(fā)進行。你同意這種觀點嗎？焓判據(jù)：體系趨向于從能量高的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰康偷臓顟B(tài)，因此放熱反應(yīng)（△H<0）有利于反應(yīng)自發(fā)進行。2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8H2O(s)=2NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l)

△H>0△2N2O5(g)=4NO2(g)+O2

(g)△H=+109.8kJ/molNaHCO3(s)+HCl＝NaClaq)+CO2(g)+

H2O(l)

△H=＋31.4kJ/mol焓變只是反應(yīng)能否自發(fā)進行的一個因素,但不是惟一因素。只根據(jù)焓變來判斷反應(yīng)方向是不全面的。這些吸熱反應(yīng)也是自發(fā)反應(yīng)吸熱反應(yīng)能自發(fā)進行。怎么解釋？閱讀課本P41-42了解描述體系混亂(或無序)程度的物理量熵體系除了具有從高能狀態(tài)自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軤顟B(tài)的傾向，還有從有序自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序的傾向。氣體的擴散

德國科學(xué)家克勞修斯(R.Clausius)最早提出了另一個推動體系變化的因素，并稱之為“熵”（符號S）的概念，用熵表示體系混亂度，S=Q/T。描述體系混亂(或無序)程度的物理量。單位：J·mol-1·K-1熵(S)：課堂練習(xí)2、試根據(jù)熵的定義判斷下列過程中體系的熵變大于零還是小于零。(1)水蒸氣冷凝成水(2)硫酸銅溶于水(3)CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)(4)2N2O5(g)＝4NO2(g)+O2(g)(5)2H2(g)+O2(g)＝2H2O(l)△S<0△S>0△S>0△S<0△S>0化學(xué)反應(yīng)中，固態(tài)物質(zhì)或液態(tài)物質(zhì)生成氣態(tài)物質(zhì)，體系的混亂度增大；從較少的氣態(tài)物質(zhì)生成較多的氣態(tài)物質(zhì)，體系的混亂度也增大(1)與物質(zhì)的存在狀態(tài)有關(guān)：對于同一種物質(zhì)，等物質(zhì)的量的該物質(zhì)其熵值（混亂度）大小與物質(zhì)的存在狀態(tài)有關(guān)。S(g)>S(l)>S(s)，即氣態(tài)>液態(tài)>固態(tài)。(2)與物質(zhì)的量有關(guān)：物質(zhì)的量越大，分子數(shù)越多，熵值越大。(3)不同物質(zhì)熵值間的關(guān)系：物質(zhì)的組成越復(fù)雜，其熵值越大，一般組成物質(zhì)的原子種類相同時，一個分子中的原子數(shù)目越多，其混亂度越大，熵值也越大。熵的大小規(guī)律二、熵判據(jù)大多數(shù)產(chǎn)生氣體的反應(yīng)、氣體物質(zhì)的物質(zhì)的量增大的反應(yīng)，熵變通常都是正值（△S＞0），是自發(fā)反應(yīng)。熵變：變化前后體系或反應(yīng)前后物質(zhì)的熵的變化。用符號?S表示。?S=S(生成物)－S(反應(yīng)物)?S＞0熵增?S＜0熵減熵判據(jù)：體系趨向于從有序轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序，因此熵增反應(yīng)（

△s>0）有利于反應(yīng)自發(fā)進行。2.粗硅的制備:SiO2(s)+2C(s)=Si(s)+2CO(g)C的還原性是弱于Si的，此反應(yīng)為什么能夠發(fā)生呢？1.金屬鉀的制備：Na(l)+KCI(l)=K(g)+NaCI(l)Na的活潑性是弱于K的，此反應(yīng)為什么能夠發(fā)生呢？思考：如何解釋下列反應(yīng)發(fā)生的原因。主要是因為Na的沸點高于K的沸點。我們可以控制反應(yīng)溫度，使K沸騰為氣體，Na保持液體。從而使反應(yīng)熵值增大，即S>0,以利于反應(yīng)自發(fā)。3.

H3PO4(l)+NaCI(s)=

NaH2PO4(s)+HCI(g)

H3PO4的酸性是弱于HCI，此反應(yīng)為什么能夠發(fā)生呢？同樣是因為熵增原理同樣是因為熵增原理2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)4Fe(OH)2(s)+O2(g)+2H2O(l)=4Fe(OH)3(s)催化劑

nCH2=CH2(g）

[CH2—CH2]n思考：判斷下列自發(fā)反應(yīng)熵的變化這些化學(xué)反應(yīng)的ΔS<0，但是都可以自發(fā)進行。所以，不能只根據(jù)熵增或熵減來判斷化學(xué)反應(yīng)進行的方向。事實上，只有孤立體系(與環(huán)境既沒有物質(zhì)交換也沒有能量交換)或者絕熱體系(與環(huán)境既沒有物質(zhì)交換也沒有熱量交換)，自發(fā)過程才向著熵增的方向進行。單獨使用焓判據(jù)，或者熵判據(jù)往往會得出錯誤的結(jié)論2H2(g)+O2(g)=2H2O(I)△S<0依熵判據(jù)，熵減小不利于反應(yīng)自發(fā)△H<0依焓判據(jù)，放熱有利于反應(yīng)自發(fā)結(jié)論：自發(fā)反應(yīng)的方向與焓變、熵變有關(guān)，判斷反應(yīng)自發(fā)進行的方向，需綜合考慮體系的焓變和熵變。三、復(fù)合判據(jù)——自由能在等溫、等壓條件的封閉體系中，?G=?H–T?S

（Ｔ為熱力學(xué)溫度，為正值）1876年，吉布斯（美）提出自由能變化ΔG，并認為化學(xué)反應(yīng)總是向著自由能減小（ΔG<0）的方向進行，直至達到平衡。吉布斯自由能變化△G綜合考慮了焓變和熵變對體系的影響當(dāng)ΔG<0，反應(yīng)能自發(fā)進行；當(dāng)ΔG＝0，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)；當(dāng)ΔG>0，反應(yīng)不能自發(fā)進行。①2KClO3(s)=2KCl(s)+3O2(g)△H=-78.03kJ·mol-1△S=494.4J·mol-1·K-1②CO(g)=C(s,石墨)+1/2O2(g)△H=110.5kJ·mol-1△S=-89.36J·mol-1·K-1課堂練習(xí)3、根據(jù)?G=?H–T?S判斷下列反應(yīng)在T=298K時否自發(fā)進行③4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)=4Fe(OH)3(s)△H=-444.3kJ·mol-1△S=-280.1J·mol-1·K-1△H=178.2kJ·mol-1△S=169.6J·mol-1·K-1④CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)自發(fā)非自發(fā)自發(fā)非自發(fā)若T=1298K，計算能否自發(fā)自發(fā)2.反應(yīng)進行方向的判斷方法（等溫、等壓）③?H>0，?S＞0？低溫下能自發(fā)高溫下能自發(fā)?G＝?H－T?S①?H＜0，?S＞0②?H＞0，?S＜0)?G＝?H－T?S＜0

反應(yīng)能自發(fā)進行?G＝?H－T?S＞0

反應(yīng)不能自發(fā)進行④?H＜0，?S<0？取決于溫度“自發(fā)反應(yīng)”也是有一定條件的1．反應(yīng)的自發(fā)性只能用于判斷反應(yīng)的方向，不能確定反應(yīng)是否一定會發(fā)生和過程發(fā)生的速率。例如涂有防銹漆和未涂防銹漆的鋼制器件，二者發(fā)生腐蝕過程的自發(fā)性是相同的，但只有后者可以實現(xiàn)。2．在討論過程的方向時，指的是沒有外界干擾時體系的性質(zhì)。如果允許外界對體系施加某種作用，就可能出現(xiàn)相反的結(jié)果。例如水泵可以把水從低水位升至高水位；高溫高壓下可以使石墨轉(zhuǎn)化為金剛石，實現(xiàn)的先決條件是要向體系中輸入能量，該過程的本質(zhì)仍然是非自發(fā)性的。特別提示：C課堂練習(xí)4、下列說法中正確的是（）A.能自發(fā)進行的反應(yīng)一定能迅速發(fā)生反應(yīng)B.非自發(fā)進行的反應(yīng)一定不可能發(fā)生反應(yīng)C.能自發(fā)進行的反應(yīng)實際可能沒有發(fā)生反應(yīng)D.常溫下，2H2O=2H2+O2↑，即常溫下水的分解反應(yīng)是自發(fā)反應(yīng)電解化學(xué)反應(yīng)進行的方向反應(yīng)焓變反應(yīng)熵變復(fù)合判據(jù)?G=?H–T?S<0自發(fā)

課堂小結(jié)溫度影響因素焓減小有利于反應(yīng)自發(fā)熵增大有利于反應(yīng)自發(fā)課堂達標(biāo)1、一定條件下發(fā)生反應(yīng):CO2(g)+3H2(g)

CH3OH(g)

+H20(g)，如圖表示該反應(yīng)過程中能量(單位為KJ/mol)的變化。關(guān)于該反應(yīng)的下列說法中，正確的是（）A.ΔH>O，ΔS>0B.ΔH>O，ΔS<0C.ΔH<0，ΔS<0D.ΔH<0，ΔS>0C

2、已知下列反應(yīng)都能自發(fā)進行，其中不能用“焓判據(jù)”解釋的是(

)A.2Na(s)＋Cl2(g)＝2NaCl(s)

ΔH＜0B.C3H8(g)＋5O2(g)＝3CO2(g)＋4H2O(l)

ΔH＜0C.2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8H2O(s)=2NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l)ΔH＞0D.2Mg(s)＋O2(g)＝2MgO(s)

ΔH＜0C3、關(guān)于下列過程熵變的判斷不正確的是（)A.溶解少量食鹽于水中，△S>0B.純碳和氧氣反應(yīng)生成CO(g),△S>0C.H2O(g)變成液態(tài)水，△S>0D.CaCO3(s)加熱分解為CaO(s)和CO2(g),△S>0C4、汽車尾氣(含烴類、CO、NO與SO2等)是城市主要污染源之一，治理的辦法之一是在汽車排氣管上裝催化轉(zhuǎn)化器，它使NO與CO反應(yīng)生成可參與大氣生態(tài)循環(huán)的無毒氣體，其反應(yīng)原理是2NO(g)＋2CO(