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第二章 第四节 化学反应进行的方向,临川二中 刘肃林,化学反应条件的优化 工业合成氨,水总是自发地由高处往低处流,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？,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,铁器暴露在潮湿空气中会生锈； 酸碱中和； Zn与CuSO4溶液会自动反应生成Cu和ZnSO4 甲烷和氧气的混合气体遇明火就燃烧,自发过程,自发反应,（2）自发反应：在给定的条件下不需外界帮助就能进行到显著程度的反应，称为自发反应。,（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。,特征：,有明确的方向性，具有对外做功的本领。,2.非自发反应 ：,在一定条件下，需要外界做功才能进行的反应。,一、自发过程与自发反应,1.自发过程与自发反应,3.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。,寻找反应能否自发进行的判据,2Na(s) + 2H2O (l) = 2NaOH + H2 (g) H=368 kJ/mol (B) 3Fe(s)+3/2O2(g)=Fe2O3(s) H=824 kJ/mol (C) 2H2(g)+O2(g)=2H2O(l ) H=571.6kJ/mol (D)NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l) H=57.3kJ/mol,【思考与交流】,共同特点：,从能量角度分析它们为什么可以自发？,体系倾向于从高能态转变为低能态 H 0 有利于反应自发进行,H 0 即放热反应,1、焓判据 （1） H 0，有利于反应自发进行（体系趋向于从高能状态转变为低能状态这时体系会对外部做功或释放热量）。 （2）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。,二、化学反应进行方向的判断,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： C(金刚石、s)+O2(g) CO2(g) H1395.41kJ/mol C(石墨、s)+O2(g) CO2(g) H2393.51kJ/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,A C,课堂练习,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 H 0，有利于反应自发进行，但自发反应不一定H 0。,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。,（3）注意：,2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g) H=+56.7kJ/mol,(NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g) H=+74.9 kJ/mol,2NH4Cl(s)+ Ba(OH)28 H2O(s),有序,混乱,思考：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。还有哪些因素？,熵：用来量度体系混乱度的一个物理量，符号：S,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。如：固体的溶解等。,为了解释这样一类与能量状态的高低无关的过程的自发性，提出了在自然界还存在着另一种能够推动体系变化的因素熵。,2、熵判据 （1）熵：用来量度体系混乱度的一个物理量，符号：S，单位： Jmol1K1 T(K)=273+t() （2）熵值大小： 体系的混乱度越大，熵值越大； 同一条件下，不同物质的熵值不同； 同一物质，S（g）S（l）S（s）。,二、化学反应进行方向的判断,S=S(生成物)S(反应物),生成物总熵与反应物总熵之差,S 0 有利于反应自发进行。,熵增加过程：a.固体溶解；b.气体扩散；c.液体混合；d.水的气化 熵增加反应：气体物质的量增大的反应；,（3）常见熵增加过程与熵增加反应,（4）熵判据熵增原理 与外界隔绝的体系中，自发过程将导致体系的熵增大，即熵变大于零（符号： S0）,S 0有利于反应自发进行， 自发反应不一定要S 0,1、下列反应中，在高温下不能自发进行的是（ ）,D. CO(g)C(s)1/2O2,B. 2N2O5(g)4NO2(g)O2(g),A. (NH4 )2CO3(s)NH4HCO3(s)+NH3(g),C. MgCO3(s)MgO(s)CO2(g),D,熵减,熵增,熵增,熵增,课堂练习,思考：自发反应一定是熵增加的反应吗？, 2Al(s)+Fe2O3(s)=Al2O3(s)+2Fe(s) S=39.35Jmol-1K-1, -10 的水会自动结冰,（5）注意：,H=2528KJmol-1,3、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：Jmol1 T(K)=273+t() （2）自由能大小判断依据： 当G0时，反应不自发进行； 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； S 0 （2）H 0； S 0 （3）H 0； S 0 （4）H 0； S 0,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)= + 178.2kJmol-1, S(298K)= + 169.6Jmol-1K-1,低温可行,高温可行,课堂练习,H,S,化学反应进行方向的判据,、能量判据(焓判据）：,判据之一,、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,、复合判据：,焓判据结合熵判据,小结：,当G0时，反应不自发进行； 当G=0时，可逆反应到达平衡状态,、反应的自发性只能用于判断反应的方向，与化学反应速率无关。,、反应的自发性受外界条件的影响。,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。涂有漆的铁和未涂漆的铁发生腐蚀过程的自发性是相同的，但是只有后者能实现。,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。,4、注意,思考：只要条件合适，非自发反应一定能转变为自发反应？,解析：不对，例如二氧化碳和水转变为甲烷和氧气，石墨转化为金刚石等，其H0 ，S0在任何条件下其G0，不可能发生。,1、 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,C,2、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/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,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：H=+180.50kJmol-1 ，S =+247.7Jmol-1K-1，设H和S不随温度而变）,课堂练习,化学反应条件的优化 工业合成氨,
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