第二章第四節(jié) 化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向

1、學(xué)習(xí)要求：學(xué)習(xí)要求：1、焓的概念、熵的概念、焓的概念、熵的概念2、利用焓變判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向、利用焓變判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向3、利用熵變判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向、利用熵變判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向第二章第四節(jié)第二章第四節(jié)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向1、生活中的自發(fā)過程、生活中的自發(fā)過程(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)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(jìn)行；的地方流動，其反方向也不會自動進(jìn)行；(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

2、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(yīng)、放熱的自發(fā)反應(yīng)(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(yīng)：氫氣和氧氣反應(yīng)：2H2(g)+O2(g)=2H2O(l); H=-571.6 kJ/mol3、吸熱的自發(fā)過程、吸熱的自

3、發(fā)過程 (1)室溫下冰塊的融化；硝酸鹽類的溶解等都室溫下冰塊的融化；硝酸鹽類的溶解等都是自發(fā)的吸熱過程。是自發(fā)的吸熱過程。(2)N2O5分解：分解： 2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)； H=+56.7kJ/mol(3) 碳銨的分解：碳銨的分解：(NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g); H=+74.9 kJ/mol4、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一、自發(fā)過程和自發(fā)反應(yīng)一、自發(fā)過程和自發(fā)反應(yīng)1、自發(fā)過程：在一定條件下不需要外力、自發(fā)過程：在一定條件下不需要外力作用就能自動進(jìn)行的過程。作用就能自動進(jìn)

4、行的過程。2、自發(fā)反應(yīng)：在給定的一組條件下，一、自發(fā)反應(yīng)：在給定的一組條件下，一個反應(yīng)可以自發(fā)地進(jìn)行到顯著程度，就個反應(yīng)可以自發(fā)地進(jìn)行到顯著程度，就稱為自發(fā)反應(yīng)。稱為自發(fā)反應(yīng)。說明說明：(1)自然界中水由高處往低處流是自發(fā)自然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(yīng)，其逆向是非氣混合遇火就燃燒是自發(fā)反應(yīng)，其逆向是非自發(fā)反應(yīng)。自發(fā)反應(yīng)。 (2)自發(fā)過程和自發(fā)反應(yīng)可被利用來完成有自發(fā)過程和自發(fā)反應(yīng)可被利用來完成有用功。如向下流動的水可推動機(jī)器用功。如向下流動的水可推動機(jī)器 ，甲烷燃，甲烷燃燒可在內(nèi)燃機(jī)中被利用來

5、做功，可將氫氣燃燒可在內(nèi)燃機(jī)中被利用來做功，可將氫氣燃燒反應(yīng)設(shè)計成燃燒電池等。燒反應(yīng)設(shè)計成燃燒電池等。 (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，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(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的判據(jù)二、化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的判據(jù)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狀自發(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)態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軤顟B(tài)(這時體系會對外部做功或釋放這時體系會對外部做功或釋放熱量熱量)，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、熵判據(jù)

6、：、熵判據(jù)：自發(fā)過程的本質(zhì)取向于由有序轉(zhuǎn)變自發(fā)過程的本質(zhì)取向于由有序轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序，導(dǎo)致體系的熵增大，這一經(jīng)驗規(guī)律叫做為無序，導(dǎo)致體系的熵增大，這一經(jīng)驗規(guī)律叫做熵增原理，是反應(yīng)方向判斷的熵判據(jù)。熵增原理，是反應(yīng)方向判斷的熵判據(jù)。(2)對于密閉體系，在恒壓和不作其他功的條件下發(fā)生變對于密閉體系，在恒壓和不作其他功的條件下發(fā)生變化，吸收或放出的熱量等于體系的焓的變化?；?，吸收或放出的熱量等于體系的焓的變化。(3)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。向，這種推動體系變化的因素稱作熵。(4)同一物質(zhì)，在氣態(tài)時熵最大，

7、液態(tài)時次之，固態(tài)時最同一物質(zhì)，在氣態(tài)時熵最大，液態(tài)時次之，固態(tài)時最小。小。(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；自發(fā)過程取向于最大混亂度的傾向發(fā)過程取向于最大混亂度的傾向(即熵判據(jù)即熵判據(jù))說明說明：3、能量判據(jù)和熵判據(jù)的應(yīng)用、能量判據(jù)和熵判據(jù)的應(yīng)用(1)由能量判據(jù)知：放熱過程常常是容易進(jìn)行的。由能量判據(jù)知：放熱過程常常是容易進(jìn)行的。(2)由熵判據(jù)知：若干熵增的過程是自發(fā)的。由熵判據(jù)知：若干熵增的過程是自發(fā)的。(3)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(yīng)，可能會出現(xiàn)相反的判斷結(jié)果，所

8、以應(yīng)一個反應(yīng)，可能會出現(xiàn)相反的判斷結(jié)果，所以應(yīng)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(chǔ)以焓變?yōu)榛A(chǔ))和熵判和熵判據(jù)組合成的據(jù)組合成的復(fù)合判據(jù)復(fù)合判據(jù)(吉布斯自由能變吉布斯自由能變G= S+T H)將更適合于所有的過程。將更適合于所有的過程。(4)過程的自發(fā)性過程的自發(fā)性只能只能用于判斷過程的方向，用于判斷過程的方向，不能不能確定過程是否一定會發(fā)生和過程發(fā)生的速率確定過程是否一定會發(fā)生和過程發(fā)生的速率。如。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

9、現(xiàn)。(5)在討論過程的方向時，指的是沒有外界干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擾時體系的性質(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位升至高水位；用高溫可使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)后者的先決條件是要向體石灰石分解。實現(xiàn)后者的先決條件是要向體系中輸入能量，該過程的本質(zhì)仍然是非自發(fā)系中輸入能量，該過程的本質(zhì)仍然是非自發(fā)性的。性的。(6)反應(yīng)的自發(fā)性也受外界條件的影響。如常反應(yīng)的自發(fā)性也受外界條件的影響。如常溫下石灰石分解生成生石灰和二氧化碳是非溫下石灰石

10、分解生成生石灰和二氧化碳是非自發(fā)性的，但在自發(fā)性的，但在1273K時，這一反應(yīng)就是自時，這一反應(yīng)就是自發(fā)的反應(yīng)。發(fā)的反應(yīng)。例例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、水由高處向低處流、水由高處向低處流 B、天然氣的燃燒、天然氣的燃燒C、鐵在潮濕空氣中生銹、鐵在潮濕空氣中生銹 D、室溫下水結(jié)成冰、室溫下水結(jié)成冰例例2：碳銨：碳銨(NH4)2CO3在室溫下就能自發(fā)地分解在室溫下就能自發(fā)地分解產(chǎn)生氨氣，對其說法中正確的是產(chǎn)生氨氣，對其說法中正確的是( )A、碳銨分解是因為生成了易揮發(fā)的氣體，使體系、碳銨分解是因為生成了易揮發(fā)的氣體，使體系的熵增大。的熵增大。B、碳銨分解是因為外界

11、給予了能量、碳銨分解是因為外界給予了能量C、碳銨分解是吸熱反應(yīng)，根據(jù)能量判據(jù)不能自發(fā)分解、碳銨分解是吸熱反應(yīng)，根據(jù)能量判據(jù)不能自發(fā)分解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：下列說法正確的是：下列說法正確的是( )A、凡是放熱反應(yīng)都是自發(fā)的，由于吸熱反應(yīng)都是、凡是放熱反應(yīng)都是自發(fā)的，由于吸熱反應(yīng)都是非自發(fā)性的。非自發(fā)性的。B、自發(fā)反應(yīng)一定是熵增大，非自發(fā)反應(yīng)一定是熵、自發(fā)反應(yīng)一定是熵增大，非自發(fā)反應(yīng)一定是熵減小或不變減小或不變C、自發(fā)反應(yīng)在恰當(dāng)條件下才能實現(xiàn)。、自發(fā)反應(yīng)在恰當(dāng)條件下才能實現(xiàn)。D、自發(fā)反應(yīng)在任何條件下都能實現(xiàn)。、自發(fā)反應(yīng)在任何條件下都能實現(xiàn)。

12、 C 解析：放熱反應(yīng)常常是容易進(jìn)行的過程，吸熱反應(yīng)解析：放熱反應(yīng)常常是容易進(jìn)行的過程，吸熱反應(yīng)有些也是自發(fā)的；自發(fā)反應(yīng)的熵不一定增大有些也是自發(fā)的；自發(fā)反應(yīng)的熵不一定增大 ，可能，可能減少，也可能不變。過程的自發(fā)性只能用于判斷過程減少，也可能不變。過程的自發(fā)性只能用于判斷過程的方向，是否能實現(xiàn)還要看具體的條件。的方向，是否能實現(xiàn)還要看具體的條件。規(guī)律方法總結(jié)規(guī)律方法總結(jié)自發(fā)反應(yīng)中的焓變和熵變的關(guān)系自發(fā)反應(yīng)中的焓變和熵變的關(guān)系1、放熱的自發(fā)過程可能是熵減小的過程，如鐵生銹、放熱的自發(fā)過程可能是熵減小的過程，如鐵生銹、氫氣燃燒等；也可能是熵?zé)o明顯變化或增加的過程，氫氣燃燒等；也可能是熵?zé)o明顯變化或

13、增加的過程，如甲烷燃燒、氫氣和氯氣化合等。如甲烷燃燒、氫氣和氯氣化合等。2、吸熱的自發(fā)過程是熵增加的過程，如冰的融化、吸熱的自發(fā)過程是熵增加的過程，如冰的融化、硝酸銨溶于水等。硝酸銨溶于水等。3、無熱效應(yīng)的自發(fā)過程是熵增加的過程，如兩種理想、無熱效應(yīng)的自發(fā)過程是熵增加的過程，如兩種理想氣體的混合等。氣體的混合等。練習(xí)題：練習(xí)題：1、科學(xué)家根據(jù)體系存在著力圖使、科學(xué)家根據(jù)體系存在著力圖使_和和_的自然現(xiàn)象，提出了相互關(guān)聯(lián)的的自然現(xiàn)象，提出了相互關(guān)聯(lián)的_和和_，為最終解決上述問題提供了必，為最終解決上述問題提供了必要的理論根據(jù)。試分別舉一例要的理論根據(jù)。試分別舉一例_，_。自身能量趨于自身能量趨于“最低最低”“有序有序”變?yōu)樽優(yōu)椤盁o序無序”能量判據(jù)能量判據(jù)熵判據(jù)熵判據(jù)鐵在潮濕空氣中生銹鐵在潮濕空氣中生銹硝酸銨溶于水硝酸銨溶于水2、以下自發(fā)反應(yīng)可用能量判據(jù)來解釋的是、以下自發(fā)反應(yīng)可用能量判據(jù)來解釋的是( )A、硝酸銨自發(fā)地溶于水、硝酸銨自發(fā)地溶于水B、2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)； H=+56.7kJ/molC、(NH4 )2CO3