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第四节化学反应进行的方向上课用的


自然界中有许多自然 而然发生的现象,请 同学们联系生活知识, 列举一些能自动发生 的例子?

水总是自发地由高处往低处流

问 题 与 思 考 ?自然界中水总是从高处往低处流;
?电流总是从电位高的地方向电位低的地方流动; ?室温下冰块自动融化; ?墨水扩散; ?食盐溶解于水; ?火柴棒散落等。 ?铁器暴露在潮湿空气中会生锈;

?酸碱中和; ?锌与CuSO4溶液会自动反应生成Cu和ZnSO4



识 清 单

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。
自发反应:在一定条件下不需外界帮助就能自动

进行的反应,称为自发反应 。

第二章 第四节 化学反应进行的方向

你 知 道 吗
下列反应在一定条件下都能自发进行,你知道这 些反应能自发进行的主要原因吗? C3H8(g) + 5O2(g) = 3CO2(g) + 4H2O(l) △H = -2217.5 kJ· -1 mol 2Na(s) + Cl2(g) = 2NaCl(s) △H = -822 kJ· -1 mol 4Fe(s) + 3O2(g) = Fe2O3(s) △H = -1648.4 kJ· -1 mol H2(g) + F2(g) = 2HF(g) △H = -546.6 kJ· -1 mol


共同特点:△H < O 即放热反应

识 清 单

放热反应使体系能量降低,能量越低越 稳定,△H < O 有利于反应自发进行

一、能量判据(焓判据)
反应物的总能量高

放 热 反 应

△H<0

生成物的总能量低

一、能量判据(焓判据)
?

思考:是不是所有自发进行的化学 能量判据:体系趋向于从高能状态转变为低 反应都是放热的? 能状态(△H < 0)。

?

对于化学反应而言,绝大多数的放热反应能
自发进行,且放出的热量越多,体系能量降

低越多,反应越完全
?

焓变(△H)是决定反应能否自发进行的因素

之一,但不是唯一因素。

注意:
(1)多数能自发进行的化学反应是放热反应

(2)有不少吸热过程也能自发进行
△H= +56.7kJ/mol
△H= +74.9kJ/mol

结论:△H < 0,有利于反应自发进行,但自发
反应不一定△H < 0!

二、熵判据
有序

混乱

混乱度
# # # # # # # A# # # # # # # # # # % % % % # % %B% % # % % % % # % % % % # % # % % # % # # % # % % # % # # % # % % # % # # % # % % # % # # % # %

始态

终态

初态有较高的“有序性”;混合后有序性就降 低了,也就是说混合过程中气体存在状态的“混乱 度”增加了。再如,一合火柴散落在地上,火柴头 总是趋向于混乱排列。

2、熵判据
火柴散落过程混乱度如何变化?

【归纳与总结】
自发过程的体系趋向于由有序转变为无序,导致体 系的熵增大,这一经验规律叫做熵增原理,也就是 反应方向判断的熵判据
混乱度越大越稳定,△S > 0 有利于反应自发进行。

填写下表:
定义 符号 单位 计算公式
△H=H(生成物)-H(反应物)

焓 物质所具有的能量 H KJ· -1 mol 焓变 生成物总能量与反应 △H KJ· -1 mol
物总能量之差


熵变

混乱度 生成物总熵与反应 物总熵之差

S

J· -1· -1 mol K

mol K △S J· -1· -1 △S=S(生成物)-S(反应物)


导致混乱度增加的因素

识 清 单

1、同一物质气态时熵值最大,液态较小,固态时最小。
2、固体的溶解过程、墨水扩散过程和气体扩散过程。

3、产生气体的反应和气体的物质的量增加的反应。

自发反应一定是熵增加的反应吗?
2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)

结论:△S > O有利于反应自发进行,
自发反应不一定要△S > O

熵变是反应能否自发进行的 一个因素,但不是惟一因素。

练习1 下列反应中,在高温下不能自发进行的是 ( D) A. (NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g)

熵增

B. 2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g) 熵增

C. MgCO3(s)=MgO(s)+CO2(g) 熵增
D. CO(g)=C(s)+1/2O2 熵减
点拨:反应后的气体分子数大于反应前的气 体分子数,故熵增加

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

三、复合判据
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

恒温恒压时判断反应是否能够自发进行 △H <0 △S>0 △H >0 △S <0
自发 非自发

△H <0
△H >0

△S <0
△S>0

不一定
不一定

三、复合判据(自由能变化)
△G=△H—T △S
当△G<0时,反应自发进行 当△G>0时,反应不自发进行 当△G=0时,可逆反应到达平衡状态

判断这两个反 应什么条件下 自发进行?

NH3(g)+HCl(g)=NH4Cl(s)

△H <0 △S <0 低温可行
CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)

△H >0

△S>0 高温可行

注意
1.反应的自发性只能用于判断反应的方向, 不能确定反应是否一定会发生和过程发生的速 率。例如金刚石有向石墨转化的倾向,但是能 否发生,什么时候发生,多快才能完成,就不 是能量判据和熵判据能解决的问题了。
2、反应的自发性也受外界条件的影响。如常 温下石灰石分解生成生石灰和二氧化碳是非自 发性的,但在1273K时,这一反应就是自发的 反应。

注意
3.在讨论过程的方向时,指的是没有外界干 扰时体系的性质。如果允许外界对体系施加某 种作用,就可能出现相反的结果。例如石墨经 高温高压还是可以变为金刚石的,实现的先决 条件是要向体系中输入能量,该过程的本质仍 然是非自发性的。

练习2 知道了某过程有自发性之后( A ) A.可判断出过程的方向 B.可确定过程是否一定会发生 C.可预测过程发生完成的快慢 D.可判断过程的热效应

【课堂达标测试】
1、下列说法不正确的是( C )

A. 焓变是一个与反应能否自发进行有关的因素,多数 能自发进行的反应都是放热反应。
B. 在同一条件下不同物质有不同的熵值,其体系的混 乱程度越大,熵值越大。 C. 一个反应能否自发进行取决于该反应放热还是吸热

D. 一个反应能否自发进行,与焓变和熵变的共同影响 有关

2、碳酸铵(NH4)2CO3在室温下就能自发地分解产生氨气, 对其说法中正确的是( )A A、其分解是因为生成了易挥发的气体,使体系的熵 增大; B、其分解是因为外界给予了能量; C、其分解是吸热反应,据能量判据能自发分解; D、碳酸盐都不稳定,都能自发分解。 3、250C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( D ) 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。

4、以下自发反应可用能量判据来解释的是( D ) A、硝酸铵自发地溶于水 B、2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g); △H=+56.7kJ/mol C、(NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g); △H=+74.9 kJ/mol D、2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) △H=-571.6 kJ/mol

5、下列反应中,熵减小的是( D ) A. (NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g) B. 2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g) C. MgCO3(s)=MgO(s)+CO2(g) D. 2CO(g)=2C(s)+O2(g)

小结:化学反应进行方向的判据
1、能量判据(焓判据): 能量最低原理。 是判断化学反应进行方向的判据之一。 2、熵判据: 熵增原理。 是判断化学反应进行方向的另一判据。 3、复合判据:能量判据结合熵判据

△G



△H- T△S

4、过程的自发性只能用于判断过程的方向,不能确 定过程一定会发生和过程发生的速率

小结:
化学反应的方向
共同影响

影响因素: 反应焓变

反应熵变

吸热

放热

熵增

熵减

焓减小有利于反应自发,熵增大有利于反应自发

【课堂达标测试】
1、下列过程是非自发的是∶( D ) A、水由高处向低处流; B、天然气的燃烧; C、铁在潮湿空气中生锈; D、室温下水结成冰。

2、碳酸铵〔(NH4)2CO3〕在室温下就能自发地分解产生氨 气,对其说法中正确的是∶(A ) A、其分解是因为生成了易挥发的气体,使体系的熵增大; B、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; D、碳酸盐都不稳定,都能自发分解。

3、下列说法正确的是∶( C ) A、凡是放热反应都是自发的,由于吸热反应都是非自 发的; B、自发反应一定是熵增大,非自发反应一定是熵减少 或不变; C、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。

4、自发进行的反应一定是∶( D ) A、吸热反应; B、放热反应; C、熵增加反应; D、熵增加或者放热反应。

5、250C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∶( D ) 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。

6、下列说法不正确的是( C



A. 焓变是一个与反应能否自发进行有关的因素, 多数的能自发进行的反应都是放热反应。
B. 在同一条件下不同物质有不同的熵值,其体系 的混乱程度越大,熵值越大。 C. 一个反应能否自发进行取决于该反应放热还是 吸热 D. 一个反应能否自发进行,与焓变和熵变的共同 影响有关

7、以下自发反应可用能量判据来解释的是( D ) A、硝酸铵自发地溶于水 B、2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g);△H=+56.7kJ/mol C、(NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g); △H=+74.9 kJ/mol
D、2H2(g)+O2(g)=2H2O(l); △H=-571.6 kJ/mol D 8、下列反应中,熵减小的是(



A. (NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g) B. 2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g) C. MgCO3(s)=MgO(s)+CO2(g) D. 2CO(g)=2C(s)+O2(g)

某化学反应其△H== —122 kJ· -1, mol ?S== 231 J· -1· -1,则此反应在下列哪 mol K 种情况下可自发进行 ( A ) A.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 C.仅在高温下自发进行 D.仅在低温下自发进行


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