第1節(jié)

化學反應的方向第2章

化學反應的方向、限度與速率聯(lián)想·質疑汽車尾氣中的主要污染物是一氧化氮和一氧化碳，它們是現(xiàn)代化城市中的重要大氣污染物。為了減輕大氣污染，人們提出通過以下反應來處理汽車尾氣的想法。2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)鈦合金是21世紀新型金屬，用途廣泛，可以制造航空航天器材，人造骨骼，記憶合金……上個世紀科學家想利用下列反應制備金屬鈦。TiO2(s)+2Cl2(g)=TiCl4(l)+O2(g)TiCl4(l)+Mg(s)=Ti(s)+MgCl2(s)判斷反應能否自發(fā)進行化學反應進行的方向如果是你，首先應該做的是什么？自發(fā)過程和自發(fā)反應自然界中有許多自然而然發(fā)生的現(xiàn)象，那么是否所有的化學反應都能夠自發(fā)進行呢？水總是自發(fā)地從高處流向低處，而相反的過程卻不能自發(fā)進行。自發(fā)過程：在一定條件(T、P)下，不需要外力作用就能自動進行的過程。非自發(fā)過程：在一定條件（T、P）下，需要持續(xù)借助外力作用才能進行的過程。外力作用一般指的是：光照（光能）、通電（電能）等；而加熱、點燃、高溫都是為了達到某一反應溫度，屬于一定溫度范疇，不屬于外力作用。自發(fā)過程和自發(fā)反應自發(fā)反應：在一定條件（T、P）下，不需要外力作用（光能，電能）就能自動進行的化學反應。非自發(fā)反應：在一定條件（T、P）下，需要持續(xù)借助外力作用（光能，電能）才能進行的化學反應?！舅伎肌坑^察下列自發(fā)進行的反應,有什么共同點?2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)ΔH=－572kJ/molH2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)ΔH=－184kJ/mol2Na(s)+2H2O(l)=2NaOH(aq)+H2(g)ΔH=－368kJ/mol2Fe(s)+3/2O2(g)=Fe2O3(s)ΔH=－824kJ/molNaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l)ΔH=－56kJ/mol共同點：ΔH＜0焓減小，放熱反應反應焓變與反應方向焓判據：焓減小有利于反應自發(fā)進行放熱反應物生成物焓反應過程體系趨向于從能量高的狀態(tài)轉變?yōu)槟芰康偷臓顟B(tài)，因此反應放熱有利于反應自發(fā)進行。反應焓變與反應方向【交流·討論】1、對于C(s)+O2(g)=CO2(g)△H=-393.5kJ/mol，有同學認為這個過程不能自發(fā)，因為需要點燃，你怎么看？2、為什么有些放熱反應需要持續(xù)加熱呢？例如：H2(g)+CuO(s)=Cu(s)+H2O(1)△H=-128.5KJ/molEa很小，常溫即能自發(fā)。Ea稍大，但Ea＜△H，給予外界條件一經引發(fā)后即能自發(fā)。Ea稍大，且Ea＞△H，需持續(xù)給予外界條件才能自發(fā)。反應物Ea△H生成物反應進程能量反應物Ea△H生成物反應進程能量反應物Ea△H生成物反應進程能量0反應焓變與反應方向【思考】很多放熱反應有自發(fā)進行的傾向，是不是吸熱反應就不能自發(fā)進行呢？NaHCO3(s)+HCl(aq)=NaCl(aq)+CO2(g)+

H2O(l)

ΔH=+31.4kJ/molNH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)=CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l)ΔH=+37.30kJ·mol-1CaCO3(S)=CaO(s)+CO2(g)△H(298K)=+178.2kJ·mol-1/△H(1200K)=+176.5kJ·mol-1結論：反應焓變是與反應能否自發(fā)進行有關的一個因素，但不是唯一因素小結：①多數能自發(fā)進行的化學反應是放熱反應，不少吸熱反應也能自發(fā)進行。

②ΔH<0，有利于反應自發(fā)進行，但不能僅用反應焓變來判斷反應能否自發(fā)進行。反應熵變與反應方向NaCl晶胞Cl-Na+有序無序自發(fā)無序程度低無序程度高固體硝酸銨、氫氧化鈉、氯化鈉和蔗糖都能溶于水，是什么因素決定它們的溶解過程能自發(fā)進行？反應熵變與反應方向不需要外界的任何作用，氣體通過分子的擴散，自發(fā)地混合均勻。有序無序自發(fā)無序程度低無序程度高反應熵變與反應方向克勞修斯

（德國）熵：用來描述一個由大量粒子組成的體系無序程度的物理量。符號：S單位：J·mol-1·K-1體系有向混亂度增加(即熵增)的方向變化的傾向，這是自然界的規(guī)律。（混亂度：微粒間無規(guī)則排列程度）體系混亂度越大，熵值越大，即S值越大。化學反應的熵變（entropychange）ΔS：反應產物的總熵與反應物的總熵之差。對于確定的化學反應，在一定條件下具有確定的熵變?！鱏=S生成物總熵－S反應物總熵反應熵變與反應方向熵值最大熵值最小【結論】同一物質的熵值：氣態(tài)＞液態(tài)＞固態(tài)物質熵大小規(guī)律69.9J·mol-1K-147.9J·mol-1K-1188.7J·mol-1K-1三種狀態(tài)下水的熵冰

水

水蒸氣反應熵變與反應方向與物質的狀態(tài)有關固態(tài)液態(tài)氣態(tài)熵增熵增S(固)<S(液)<<S(氣)與物質的分子結構有關S(CH4)<S(C2H6)<S(C3H8)<S(C4H10)

物質熵值的特點物質的組成越復雜其熵值越大與氣體分子的物質的量有關物質的量越大，分子數越多，熵值越大。例如：2N2O5(g)＝4NO2(g)＋O2(g)ΔS＞0反應熵變與反應方向2．相同溫度和壓強下，關于物質熵的大小比較，合理的是(

)A．1molCH4(g)＜1molH2(g)

B．1molH2O(g)＜2molH2O(g)C．1molH2O(s)＞1molH2O(l)

D．1molC(s，金剛石)＞1molC(s，石黑)B反應熵變與反應方向2H2O2(aq)=2H2O(l)+O2(g)

ΔS=+57.2J·mol-1·K-1NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)=CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l)ΔS=+184.0J·mol-1·K-1CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)

ΔS=+169.6J·mol-1·K-1C(s，石墨)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)

ΔS=+133.8J·mol-1·K-1【思考】觀察下列自發(fā)進行的反應，ΔS有什么共同點?判斷化學反應方向的依據——熵判據：①

S>0的反應有自發(fā)進行的傾向

②ΔS越大，越有利于反應的自發(fā)進行【思考與交流】自發(fā)反應一定是熵增加的反應嗎？2Al(s)+Fe2O3(s)=Al2O3(s)+2Fe(s)ΔS=－39.4J?mol-1?K-1

熵變是反應能否自發(fā)進行一個因素，但也不是唯一因素。用焓變和熵變綜合判斷化學反應的方向在等溫、等壓及除了體積功以外不做其他功的條件下，化學反應的方向可以用反應的焓變和熵變來綜合判斷，判據為ΔH-TΔS

ΔH-TΔS<0反應正向能自發(fā)進行ΔH-TΔS=0反應達到平衡狀態(tài)ΔH-TΔS>0反應正向不能自發(fā)進行上述判據可表述為：在等溫、等壓及除了體積功以外不做其他功的條件下，自發(fā)反應總是向著ΔH-TΔS<0的方向進行，直至達到平衡狀態(tài)。用焓變和熵變綜合判斷化學反應的方向資

料

在

線反應方向的吉布斯自由能判據吉布斯自由能（符號G）的定義式為G＝

H－TS。ΔG為反應的吉布斯自由能變：ΔG＝

ΔH-TΔS，表示的是一個封閉體系在等溫、等壓條件下做最大非體積功的能力。在等溫、等壓及除了體積功以外不做其他功的條件下，反應的方向可依據ΔG來判斷：ΔG＜

0反應正向能自發(fā)進行ΔG＝

0反應達到平衡狀態(tài)ΔG＞

0反應正向不能自發(fā)進行在以上條件下，自發(fā)反應總是朝著吉布斯自由能減小的方向進行，直至達到平衡狀態(tài)。用焓變和熵變綜合判斷化學反應的方向ΔHΔSΔH－TΔS反應情況－＋永遠是負值在任何溫度下反應都能自發(fā)進行＋－永遠是正值在任何溫度下反應都不自發(fā)進行＋＋低溫為正；高溫為負低溫下反應不自發(fā)進行；高溫下反應自發(fā)進行－－低溫為負；高溫為正低溫下反應自發(fā)進行；高溫下反應不自發(fā)進行△H△S?H>0?S>0高溫下反應自發(fā)進行?H<0?S<0所有溫度下反應不能自發(fā)進行?H<0?S>0所有溫度下反應自發(fā)進行?H<0?S<0低溫下反應自發(fā)進行大大高，小小低①相同條件下，自發(fā)變化的逆過程是非自發(fā)過程②自發(fā)變化或非自發(fā)變化是在給定條件下而言的③減焓、增熵有利于反應的進行用焓變和熵變綜合判斷化學反應的方向(1)自發(fā)反應在任何條件下均可發(fā)生(

)(2)當溫度升高時，吸熱且熵增加的反應一定能自發(fā)進行(

)(3)ΔH＜0，ΔS＞0的反應在溫度低時都不能自發(fā)進行(

)(4)一定溫度下NH4HCO3(g)=NH3(g)＋H2O(g)＋CO2(g)

ΔH＝＋185.57kJ·mol-1能自發(fā)進行，原因是ΔS＞0(

)(5)一定溫度下，反應MgCl2(l)=Mg(l)＋Cl2(g)的ΔH＞0，ΔS＞0(

)(6)反應NH3(g)＋HCl(g)

=

NH4Cl(s)在室溫下可自發(fā)進行，則該反應的ΔH＜0()(7)常溫下，反應C(s)＋CO2(g)=2CO(g)不能自發(fā)進行，則該反應的ΔH>0(

)(8)反應CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)ΔH<0，可自發(fā)進行的溫度條件是低溫(

)(9)在其他外界條件不變的情況下，使用催化劑可以改變化學反應進行的方向(

)×××√√√√√×小結＜＜＞＝＞小結小結2NO(g)＋2CO(g)=N2(g)＋2CO2(g)

在298K、100kPa下，該反應的ΔH＝-746.8kJ·mol－1、ΔS＝-197.5J·mol－1·K－1，在通常條件下，用上述化學反應處理汽車尾氣是否具有可行性，闡述判斷的理由。【理解應用】用于汽車尾氣凈化反應例析ΔH－TΔS＝－746.8kJ·mol－1－298K×(－197.5×10－3)kJ·mol－1·K－1≈-687.9kJ·mol－1＜0該反應能自發(fā)進行，利用此反應解決汽車污染問題可行小結ΔH－TΔS＜0，只能判斷反應的可能性。不能說明反應在該條件下可能進行的正向自發(fā)反應能否實際發(fā)生。反應能否實際發(fā)生還涉及反應速率問題。課堂練習4．下列說法不正確的是(

)A．放熱及熵增加的反應，一定能自發(fā)進行B．P4(s)+3NaOH(aq)+3H2O(l)==3NaH2PO2(aq)+P