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第二章化学反应速率和化学平衡,第四节化学反应进行的方向,化学反应进行的快慢,化学反应的限度,化学反应进行的方向,化学反应速率,化学平衡,?,化学反应原理的组成部分,自然界中水总是从高处往低处流；正电荷是从电势高的地方向电势低的地方流动；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。,这些生活中的现象将向何方发展，我们非常清楚，因为它们有明显的自发性其中是否蕴藏了一定的科学原理？,自然界中水总是从高处往低处流；墨水扩散，食盐溶解于水,1、生活中的自发过程,生活中电流总是从电位高的地方向电位低的地方流动.,生活中一般在室温下，冰块会融化；铁器暴露在潮湿空气中会生锈；甲烷和氧气的混合气体遇明火就燃烧，这些过程都是自发的。,那么我们该如何判断一个过程，一个反应能否自发进行呢？一个过程或者一个反应要自发的进行是否要符合什么条件呢？,以上过程的反方向都不会自发进行？,1.自发过程:在一定条件下不需外力作用就能自动进行的过程.自发过程的特征：有明确的方向性，具有做功的本领。要逆转必须借助外界做功。2.非自发过程：在一定条件下，需要持续借助人为作用力才能进行的过程。3.自发反应:在一定条件下无需外界帮助就能自动进行的反应.,自发反应是从属于自发过程的，是属于自发过程的一部分。,说明：(1)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。如向下流动的水可推动机器，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。(3)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氢气和氧气。,(4)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。如水泵可以把水从低水位升至高水位。,(5)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。,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=-2217.5kJmol-12Na(s)+Cl2(g)=2NaCl(s)H=-822kJmol-14Fe(s)+3O2(g)=Fe2O3(s)H=-1648.4kJmol-1H2(g)+F2(g)=2HF(g)H=-546.6kJmol-1,共同特点：HO即放热反应,放热反应使体系能量降低，能量越低越稳定，HO有利于反应自发进行,1、能量判据（焓判据）,反应物的总能量高,生成物的总能量低,放热反应,H0,化学反应进行方向的判据,日常生活中长期积累的经验而总结得到一条经验规律能量判据（焓判据）自发过程体系趋向于从高能状态转变为低能状态（这时体系会对外做功或者释放热量即H0）。,思考：是不是所有自发进行的化学反应都是放热的？,结论：HO有利于反应自发进行，但自发反应不一定要HO,2NH4Cl(s)+Ba(OH)28H2O(s)=NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l),焓变只是反应能否自发进行的一个因素,但不是惟一因素。只根据焓变来判断反应方向是不全面的。,HO,2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g),(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g),墨水滴入水中,气体的扩散,固体的溶解,火柴的散落,一副崭新的扑克牌被洗过后会怎样？如果没有法律的制约，世界会怎样？下课铃一响教室里会怎样？你能发现这些看似不相干的事件之间的联系吗？,有序,混乱,克劳修斯（德国）,熵,S,由有序变为无序,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,反应熵变与反应方向,1、在密闭条件下，体系由有序自发地转变为无序的倾向称为熵。2、符号用S表示。3、熵值越大，体系混乱度越大。,二、熵判据,1、同一物质气态时熵值最大，液态较小，固态时最小。S（g）S（l）S（s）。2、固体的溶解过程、墨水扩散过程和气体扩散过程。3、反应过程中气体物质的量增加的反应。,导致混乱度增加的一些因素,反应熵变与反应方向,二、熵判据,与有序体系相比，无序体系“更加稳定”可以采取更多的存在方式。由大量粒子组成的体系中，用熵来描述体系的混乱程度。,4、熵变和熵增原理,（1）熵变（S）反应的熵变为产物总熵与反应物总熵之差。对于确定的化学反应，在一定条件下具有确定的熵变。(2)表达式:S=S(生成物)S(反应物)产生气体的反应、气体物质的物质的量增大的反应，熵变通常都是正值（S0），为熵增加的反应。许多熵增反应在常温常压下能自发进行，有些在室温条件下不能自发进行，但在较高温度下则能自发进行。（3）在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵增大，这一经验规律叫做熵增原理。在用来判断化学反应方向时就称为熵判据。,2、熵判据,注意：（1）熵变只是反应能否自发进行的一种因素；（2）熵变（S）只决定于体系的始态和终态，与变化的途径无关；（3）熵判据只判断一定条件化学反应能否自发进行，与化学反应速率无关。,总结：自发过程的两大变化趋势：（1）能量趋于减小(焓减）（2）混乱度趋于增大（熵增）,5、焓判据和熵判据的应用,1、由焓判据知放热过程（H0）常常是容易自发进行；2、由熵判据知若干熵增加（S0）的过程是自发的；-10的液态水能自动结冰成为固态、铝热反应是熵减反应，它在一定条件下也可自发进行。因此熵判据判断过程的方向也是不全面的3、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，所以我们应两个判据兼顾。由能量判据（以焓变为基础）和熵判据组合成的复合判据(吉布斯自由能变G)将更适合于所有的反应过程。,三、焓变与熵变对反应方向的共同影响,1、用焓变和熵变的复合判据判断反应的方向,体系的自由能变化（符号为G，单位为kJmol-1）综合考虑了焓变和熵变对体系的影响，可用于化学反应自发进行方向的判断：,G=H-TS,当G0时，反应不能自发进行,当G=0反应达平衡状态,结合教材P36“科学视野”理解思考,2、用符合判据判断反应方向的有关规律,放热的熵增反应一定能自发进行，放热的熵减小反应或熵无明显变化的反应，也可能自发进行，如氢气的燃烧、甲烷的燃烧等。,吸热的熵减小反应一定不能自发进行，而吸热的自发过程一定是熵增加的过程，如：冰的融化。,无热效应的自发过程是熵增加的过程。如两种理想气体的混合。,当焓变和熵变的作用相反时，如果而这相差悬殊，可能某一因素占主导地位。,此外，如果熵变和焓变的作用相反且相差不大时，温度有可能对反应的方向起决定作用。,根据G0判断的只是反应能否自发进行的可能性，具体的反应能否实际发生，还涉及化学反应速率等问题。,2KClO3(s)=2KCl(s)+3O2(g),H=-78.03kJmol-1,S=494.4Jmol-1K-1,CO(g)=C(s,石墨)+1/2O2(g),H=110.5kJmol-1,S=-89.36Jmol-1K-1,判断下列反应能否自发进行,4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)=4Fe(OH)3(s),H=-444.3kJmol-1,S=-280.1Jmol-1K-1,H(298K)=178.2kJmol-1,S(298K)=169.6Jmol-1K-1,CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g),2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。例如水泵可以把水从低水位升至高水位；高温高压下可以使石墨转化为金刚石，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。,影响因素：,焓减小有利于反应自发，熵增大有利于反应自发,温度,【课堂测试】,1、下列过程是非自发的是（）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、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。,D,A,3、下列说法正确的是（）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（）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。,C,D,5、下列说法不正确的是（）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E.非自发反应在一定条件下能实现,C,6、以下自发反应可用能量判据来解释的是()A、硝酸铵自发地溶于水B、2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)；H=+56.7kJ/molC、(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g);H=+74.9kJ/molD、2H2(g)+O2(g)=2H2O(l);H=-571.6kJ/mol,D,D,7、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),8、某化学反应其H=122kJmol-1，S=231Jmol-1K-1，则此反应在下列哪种情况下可自发进行()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,A,
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