第四節(jié)化學反應進行的方向

1、第二章 化學反應速率和化學平衡第四節(jié) 化學反應進行的方向化學反應進行的快慢化學反應進行的快慢化學反應的限度化學反應的限度化學反應進行的方向化學反應進行的方向化學反應速率化學反應速率化學平衡化學平衡 ? ?一、自發(fā)過程和自發(fā)反應一、自發(fā)過程和自發(fā)反應1 1、自發(fā)過程：、自發(fā)過程：在一定條件下不需要外力在一定條件下不需要外力作用就能自動進行的過程。作用就能自動進行的過程。自發(fā)過程的特征：自發(fā)過程的特征：有明確的方向性，要逆轉(zhuǎn)有明確的方向性，要逆轉(zhuǎn)必須借助外界做功；具有做功的本領(lǐng)。必須借助外界做功；具有做功的本領(lǐng)。2 2、自發(fā)反應：、自發(fā)反應：在給定的一組條件下，一在給定的一組條件下，一個反應可以自

2、發(fā)地進行到顯著程度，就個反應可以自發(fā)地進行到顯著程度，就稱為自發(fā)反應。稱為自發(fā)反應。1 1、生活中的自發(fā)過程、生活中的自發(fā)過程(1)(1)自然界中水由高處往低處流，而不會自動自然界中水由高處往低處流，而不會自動從低處往高處流；從低處往高處流；(2)(2)生活中電流總是從電位高的地方向電位低生活中電流總是從電位高的地方向電位低的地方流動，其反方向也不會自動進行；的地方流動，其反方向也不會自動進行；(3)(3)生活中一般在室溫下，冰塊會融化；鐵器生活中一般在室溫下，冰塊會融化；鐵器暴露在潮濕空氣中會生銹；甲烷和氧氣的混暴露在潮濕空氣中會生銹；甲烷和氧氣的混合氣體遇明火就燃燒，這些過程都是自發(fā)的，合

3、氣體遇明火就燃燒，這些過程都是自發(fā)的，其逆過程就是非自發(fā)的。其逆過程就是非自發(fā)的。2、放熱的自發(fā)反應、放熱的自發(fā)反應(1)甲烷燃燒：甲烷燃燒：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) H=-802.3 kJ/mol(2)鐵生銹：鐵生銹：3Fe(s)+3/2O2(g)=Fe2O3(s) H=-824 kJ/mol(3)氫氣和氧氣反應：氫氣和氧氣反應：2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) H=-571.6 kJ/mol3 3、吸熱的自發(fā)過程、吸熱的自發(fā)過程 (1) (1)室溫下冰塊的融化；硝酸鹽類的溶解等室溫下冰塊的融化；硝酸鹽類的溶解等都是自發(fā)的吸熱過程。都是自發(fā)的吸熱過程。

4、(2)N(2)N2 2O O5 5分解：分解： 2N2N2 2O O5 5(g)=4NO(g)=4NO2 2(g)+O(g)+O2 2(g) (g) H=+56.7 kJ/molH=+56.7 kJ/mol(3) (3) 碳銨的分解：碳銨的分解：(NH(NH4 4 ) )2 2COCO3 3(s)=NH(s)=NH4 4HCOHCO3 3(s)+NH(s)+NH3 3(g) (g) H=+74.9 kJ/molH=+74.9 kJ/mol4 4、既不吸熱也不放熱的自發(fā)過程、既不吸熱也不放熱的自發(fā)過程兩種理想氣體的混合等兩種理想氣體的混合等說明說明：(1)(1)自然界中水由高處往低處流是自發(fā)自然

5、界中水由高處往低處流是自發(fā)過程，其逆過程就是非自發(fā)過程，甲烷與氧過程，其逆過程就是非自發(fā)過程，甲烷與氧氣混合遇火就燃燒是自發(fā)反應，其逆向是非氣混合遇火就燃燒是自發(fā)反應，其逆向是非自發(fā)反應。自發(fā)反應。 (2)(2)自發(fā)過程和自發(fā)反應可被利用來完成自發(fā)過程和自發(fā)反應可被利用來完成有用功。如向下流動的水可推動機器有用功。如向下流動的水可推動機器 ，甲烷，甲烷燃燒可在內(nèi)燃機中被利用來做功，可將氫氣燃燒可在內(nèi)燃機中被利用來做功，可將氫氣燃燒反應設計成燃燒電池等。燃燒反應設計成燃燒電池等。 (3)(3)非自發(fā)過程要想發(fā)生，則必須對它做非自發(fā)過程要想發(fā)生，則必須對它做功，如利用水泵可將水從低處流向高處，通功

6、，如利用水泵可將水從低處流向高處，通電可將水分解生成氫氣和氧氣。電可將水分解生成氫氣和氧氣。二、化學反應進行方向的判據(jù)二、化學反應進行方向的判據(jù)1 1、能量判據(jù)：、能量判據(jù)：自發(fā)過程的體系取向于從高能自發(fā)過程的體系取向于從高能狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軤顟B(tài)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軤顟B(tài)( (這時體系會對外部做功這時體系會對外部做功或釋放熱量或釋放熱量) )，這一經(jīng)驗規(guī)律就是能量判據(jù)。，這一經(jīng)驗規(guī)律就是能量判據(jù)。2 2、熵判據(jù)：、熵判據(jù)：自發(fā)過程的本質(zhì)取向于由有序轉(zhuǎn)自發(fā)過程的本質(zhì)取向于由有序轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序，導致體系的熵增大，這一經(jīng)驗規(guī)變?yōu)闊o序，導致體系的熵增大，這一經(jīng)驗規(guī)律叫做熵增原理，是反應方向判斷的熵判據(jù)。律叫做熵增原

7、理，是反應方向判斷的熵判據(jù)。(2)(2)在密閉條件下，體系有由有序自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)闊o在密閉條件下，體系有由有序自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序的傾向，這種推動體系變化的因素稱作熵。序的傾向，這種推動體系變化的因素稱作熵。 熵越大，排列越無序熵越大，排列越無序(3)(3)同一物質(zhì)，同一物質(zhì)，S Sg g S Sl l S Ss s。說明：說明：(1)(1)自發(fā)過程取向于最低能量狀態(tài)的傾向自發(fā)過程取向于最低能量狀態(tài)的傾向( (即能量判據(jù)即能量判據(jù)) )；自發(fā)過程取向于最大混亂度的傾；自發(fā)過程取向于最大混亂度的傾向向( (即熵判據(jù)即熵判據(jù)) )。(4)(4)結(jié)構(gòu)相似的同一類型的物質(zhì)，結(jié)構(gòu)相似的同一類型的物質(zhì)，M M越大

8、，越大，S S越大。越大。(5)(5)相對分子質(zhì)量相同的不同物質(zhì)，結(jié)構(gòu)越大，相對分子質(zhì)量相同的不同物質(zhì)，結(jié)構(gòu)越大， S S越大。越大。物質(zhì)的混亂度趨于增加物質(zhì)的混亂度趨于增加物質(zhì)具有的能量趨于降低物質(zhì)具有的能量趨于降低 H H( (焓變焓變) ) S S( (熵變熵變)0)0焓焓( (H H) )判據(jù)判據(jù)熵熵( (S S) )判據(jù)判據(jù)放熱反應放熱反應焓變焓變熵變熵變化學反應能否自發(fā)進行化學反應能否自發(fā)進行自發(fā)進行自發(fā)進行不自發(fā)進行不自發(fā)進行不能定性判斷不能定性判斷不能定性判斷不能定性判斷 H H00 H H000 H H00 S S00 S S00 S S00 S S00熵增原理熵增原理003

9、 3、能量判據(jù)和熵判據(jù)的應用、能量判據(jù)和熵判據(jù)的應用判斷反應進行的方向判斷反應進行的方向很多情況下，簡單地只用其中一個判據(jù)判斷同很多情況下，簡單地只用其中一個判據(jù)判斷同一個反應，可能會出現(xiàn)相反的判斷結(jié)果，一個反應，可能會出現(xiàn)相反的判斷結(jié)果，所以應所以應兩個判據(jù)兼顧。由能量判據(jù)兩個判據(jù)兼顧。由能量判據(jù)( (以焓變?yōu)榛A以焓變?yōu)榛A) )和熵和熵判據(jù)組合成的復合判據(jù)判據(jù)組合成的復合判據(jù)( (吉布斯自由能變吉布斯自由能變G)G)將更將更適合于所有的過程。適合于所有的過程。信息：信息：體系體系吉布斯自由能變化吉布斯自由能變化（ G G ）綜合考）綜合考慮了焓變和熵變對反應體系的影響：慮了焓變和熵變對反

10、應體系的影響： G= G= H-H-T T S S（為熱力學溫度，均為正值）。在為熱力學溫度，均為正值）。在恒溫、恒溫、恒壓恒壓下，用下，用 G G判斷化學反應在該狀況時自發(fā)進行判斷化學反應在該狀況時自發(fā)進行的方向顯得更為科學（的方向顯得更為科學（當當 G G 0 0時可自發(fā)進行時可自發(fā)進行）。）。請閱讀所給信息，然后回答問題請閱讀所給信息，然后回答問題反應在該狀況下反應在該狀況下能否自發(fā)進行能否自發(fā)進行自發(fā)進行自發(fā)進行不自發(fā)進行不自發(fā)進行低溫時低溫時, ,高溫時高溫時低溫時低溫時, ,高溫時高溫時低溫不自發(fā)低溫不自發(fā), ,高溫自發(fā)高溫自發(fā)低溫自發(fā)低溫自發(fā), ,高溫不自發(fā)高溫不自發(fā) H H 在

11、討論過程的方向時，指的是沒有外界干擾時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，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。如水泵可以把水從低水就可能出現(xiàn)相反的結(jié)果。如水泵可以把水從低水位升至高水位；用高溫可使石灰石分解。實現(xiàn)后位升至高水位；用高溫可使石灰石分解。實現(xiàn)后者的先決條件是要向體系中輸入能量，該過程的者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。本質(zhì)仍然是非自發(fā)性的。過程的自發(fā)性只能用于判斷過程的方向，不能過程的自發(fā)性只能用于判斷過程的方向，不能確定過程是否一定會發(fā)生和過程發(fā)生的速率。如確定過程是否一定

12、會發(fā)生和過程發(fā)生的速率。如涂有防銹漆和未涂防銹漆的鋼制器件，其發(fā)生腐涂有防銹漆和未涂防銹漆的鋼制器件，其發(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)。蝕過程的自發(fā)性是相同的，但只有后者可以實現(xiàn)。例例1 1：下列過程是非自發(fā)性的是：下列過程是非自發(fā)性的是( )( )A A、水由高處向低處流、水由高處向低處流 B B、天然氣的燃燒、天然氣的燃燒C C、鐵在潮濕空氣中生銹、鐵在潮濕空氣中生銹 D D、室溫下水結(jié)成冰、室溫下水結(jié)成冰例例2 2：碳銨：碳銨(NH(NH4 4) )2 2COCO3 3 在室溫下就能自發(fā)地分解產(chǎn)生氨在室溫下就能自發(fā)地分解產(chǎn)生氨氣，對其說法中正確的是氣，對其說法中正確的是

13、 ( )( )A A、碳銨分解是因為生成了易揮發(fā)的氣體，使體系的熵、碳銨分解是因為生成了易揮發(fā)的氣體，使體系的熵增大。增大。B B、碳銨分解是因為外界給予了能量、碳銨分解是因為外界給予了能量C C、碳銨分解是吸熱反應，根據(jù)能量判據(jù)不能自發(fā)分解、碳銨分解是吸熱反應，根據(jù)能量判據(jù)不能自發(fā)分解D D、碳酸鹽都不穩(wěn)定，都能自發(fā)分解。、碳酸鹽都不穩(wěn)定，都能自發(fā)分解。DA例例3 3：下列說法正確的是：下列說法正確的是( ( ) )A A、凡是放熱反應都是自發(fā)的，由于吸熱反應都是、凡是放熱反應都是自發(fā)的，由于吸熱反應都是非自發(fā)性的。非自發(fā)性的。B B、自發(fā)反應一定是熵增大，非自發(fā)反應一定是熵、自發(fā)反應一定是

14、熵增大，非自發(fā)反應一定是熵減小或不變減小或不變C C、自發(fā)反應在恰當條件下才能實現(xiàn)。、自發(fā)反應在恰當條件下才能實現(xiàn)。D D、自發(fā)反應在任何條件下都能實現(xiàn)。、自發(fā)反應在任何條件下都能實現(xiàn)。 C 例例4 4：知道了某過程有自發(fā)性之后，則：知道了某過程有自發(fā)性之后，則( )( )A.A.可判斷出過程的方向可判斷出過程的方向B.B.可確定過程是否一定會發(fā)生可確定過程是否一定會發(fā)生C.C.可預測過程發(fā)生完成的快慢可預測過程發(fā)生完成的快慢D.D.可判斷過程的熱效應可判斷過程的熱效應A例題5：已知金剛石和石墨在氧氣中完全燃燒的熱化學方程式為： C(金剛石、s)+O2(g) CO2(g) H1395.41kJ/mol C(石墨、s)+O2(g) CO2(g) H2393.51kJ/mol關(guān)于金剛石與石墨的轉(zhuǎn)化，下列說法正確的是A.金剛石轉(zhuǎn)化成石墨是自發(fā)進行的過程B.石墨轉(zhuǎn)化成金剛石是自發(fā)進行的過程C.石墨比金剛石能量低D.金剛石比石墨能量低A C例題例題6 6：下列反應中，在高溫下不能自發(fā)進行的是：下列反應中，在高溫下不能自發(fā)進行的