第四節(jié)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向

第二章化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡5/11/2024第四節(jié)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向12化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的快慢化學(xué)反應(yīng)的限度化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向——化學(xué)反應(yīng)速率——化學(xué)平衡——?3一、自發(fā)過(guò)程和自發(fā)反應(yīng)1、自發(fā)過(guò)程：在一定條件下不需要外力作用就能自動(dòng)進(jìn)行的過(guò)程。自發(fā)過(guò)程的特征：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)。如水往低處流，燃料的燃燒……2、自發(fā)反應(yīng)：在給定的一組條件下，一個(gè)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)。41、生活中的自發(fā)過(guò)程(1)自然界中水由高處往低處流，而不會(huì)自動(dòng)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的地方流動(dòng)，其反方向也不會(huì)自動(dòng)進(jìn)行；(3)生活中一般在室溫下，冰塊會(huì)融化；鐵器暴露在潮濕空氣中會(huì)生銹；甲烷和氧氣的混合氣體遇明火就燃燒，這些過(guò)程都是自發(fā)的，其逆過(guò)程就是非自發(fā)的。52、放熱的自發(fā)反應(yīng)(1)甲烷燃燒：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)

△H=-802.3kJ/mol(2)鐵生銹：3Fe(s)+3/2O2(g)=Fe2O3(s)

△H=-824kJ/mol(3)氫氣和氧氣反應(yīng)：2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)

△H=-571.6kJ/mol3、吸熱的自發(fā)過(guò)程(1)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(guò)程。(2)N2O5分解：2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g)

△H=+56.7kJ/mol(3)碳銨的分解：(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g)

△H=+74.9kJ/mol6說(shuō)明：(1)自然界中水由高處往低處流是自發(fā)過(guò)程，其逆過(guò)程就是非自發(fā)過(guò)程，甲烷與氧氣混合遇火就燃燒是自發(fā)反應(yīng)，其逆向是非自發(fā)反應(yīng)。(2)自發(fā)過(guò)程和自發(fā)反應(yīng)可被利用來(lái)完成有用功。如向下流動(dòng)的水可推動(dòng)機(jī)器，甲烷燃燒可在內(nèi)燃機(jī)中被利用來(lái)做功，可將氫氣燃燒反應(yīng)設(shè)計(jì)成燃燒電池等。(3)非自發(fā)過(guò)程要想發(fā)生，則必須對(duì)它做功，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。7問(wèn)：自發(fā)反應(yīng)一定能發(fā)生反應(yīng)，而非自發(fā)反應(yīng)一定不能發(fā)生反應(yīng)嗎？答：自發(fā)反應(yīng)、非自發(fā)反應(yīng)是指該反應(yīng)過(guò)程是否有自發(fā)進(jìn)行的傾向，而這個(gè)過(guò)程是否一定會(huì)發(fā)生則不能確定。如碳的燃燒是一個(gè)自發(fā)反應(yīng)，但要想發(fā)生反應(yīng)，需借助外界條件點(diǎn)燃才能發(fā)生。8二、化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的判據(jù)1、焓判據(jù)：自發(fā)過(guò)程的體系趨于從高能狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軤顟B(tài)(這時(shí)體系會(huì)對(duì)外部做功或釋放熱量)，因此可用△H來(lái)判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向。2、熵判據(jù)①熵：在密閉條件下，體系有從有序自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)序的傾向。因?yàn)榕c有序相比，無(wú)序體系“更加穩(wěn)定”。科學(xué)家用熵（符號(hào)S）來(lái)量度這種混亂的程度。②熵增原理：在與外界隔離的體系中，自發(fā)過(guò)程將導(dǎo)致體系的熵增加，即熵變△S＞0。熵越大，排列越無(wú)序。熵是體系混亂度的表現(xiàn)。③熵值大小的比較：同一種物質(zhì)不同狀態(tài)時(shí)熵值大小為S(g)＞S(l)＞S(s)，凡氣體分子總數(shù)增多的反應(yīng)一定是熵增大的反應(yīng)。④熵判據(jù)：體系有自發(fā)地向混亂度增大的方向轉(zhuǎn)變的傾向，因此可用熵增原理來(lái)判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向。9②物質(zhì)的混亂度趨于增加①物質(zhì)具有的能量趨于降低

H(焓變)

S(熵變)>0焓(H)判據(jù)熵(S)判據(jù)放熱反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行不自發(fā)進(jìn)行不能定性判斷不能定性判斷

H<0

H<0

H>0

H>0

S>0

S>0

S<0

S<0熵增原理<03、復(fù)合判據(jù)判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向③很多情況下，簡(jiǎn)單地只用其中一個(gè)判據(jù)判斷同一個(gè)反應(yīng)，可能會(huì)出現(xiàn)相反的判斷結(jié)果，所以應(yīng)兩個(gè)判據(jù)兼顧。由能量判據(jù)(以焓變?yōu)榛A(chǔ))和熵判據(jù)組合成的復(fù)合判據(jù)(吉布斯自由能變△G)將更適合于所有的過(guò)程。10信息：體系吉布斯自由能變化（

G）綜合考慮了焓變和熵變對(duì)反應(yīng)體系的影響：

G=

H-T

S（Ｔ為熱力學(xué)溫度，均為正值）。在恒溫、恒壓下，用

G判斷化學(xué)反應(yīng)在該狀況時(shí)自發(fā)進(jìn)行的方向顯得更為科學(xué)（當(dāng)

G<0時(shí)可自發(fā)進(jìn)行）。請(qǐng)閱讀所給信息，然后回答問(wèn)題＜０自發(fā)進(jìn)行＞０不自發(fā)進(jìn)行低溫時(shí)＞０,高溫時(shí)＜０低溫時(shí)＜０,高溫時(shí)＞０低溫不自發(fā),高溫自發(fā)低溫自發(fā),高溫不自發(fā)

H

Ｓ

Ｇ11②物質(zhì)的混亂度趨于增加①物質(zhì)具有的能量趨于降低焓(H)判據(jù)熵(S)判據(jù)3、復(fù)合判據(jù)判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向③很多情況下，簡(jiǎn)單地只用其中一個(gè)判據(jù)判斷同一個(gè)反應(yīng)，可能會(huì)出現(xiàn)相反的判斷結(jié)果，所以應(yīng)兩個(gè)判據(jù)兼顧。由能量判據(jù)(以焓變?yōu)榛A(chǔ))和熵判據(jù)組合成的復(fù)合判據(jù)(吉布斯自由能變△G)將更適合于所有的過(guò)程。⑤在討論過(guò)程的方向時(shí)，指的是沒(méi)有外界干擾時(shí)體系的性質(zhì)。如果允許外界對(duì)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位升至高水位；用高溫可使石灰石分解。實(shí)現(xiàn)后者的先決條件是要向體系中輸入能量，該過(guò)程的本質(zhì)仍然是非自發(fā)性的。④過(guò)程的自發(fā)性只能用于判斷過(guò)程的方向，不能確定過(guò)程是否一定會(huì)發(fā)生和過(guò)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)生腐蝕過(guò)程的自發(fā)性是相同的，但只有后者可以實(shí)現(xiàn)。12例1：下列過(guò)程是非自發(fā)性的是()A、水由高處向低處流B、天然氣的燃燒C、鐵在潮濕空氣中生銹D、室溫下水結(jié)成冰例2：碳銨[(NH4)2CO3]在室溫下就能自發(fā)地分解產(chǎn)生氨氣，對(duì)其說(shuō)法中正確的是()A、碳銨分解是因?yàn)樯闪艘讚]發(fā)的氣體，使體系的熵增大。B、碳銨分解是因?yàn)橥饨缃o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D、碳酸鹽都不穩(wěn)定，都能自發(fā)分解。DA13例3：下列說(shuō)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)一定是熵減小或不變C、自發(fā)反應(yīng)在恰當(dāng)條件下才能實(shí)現(xiàn)。D、自發(fā)反應(yīng)在任何條件下都能實(shí)現(xiàn)。C例4：知道了某過(guò)程有自發(fā)性之后，則()可判斷出過(guò)程的方向可確定過(guò)程是否一定會(huì)發(fā)生可預(yù)測(cè)過(guò)程發(fā)生完成的快慢可判斷過(guò)程的熱效應(yīng)A14例題5：已知金剛石和石墨在氧氣中完全燃燒的熱化學(xué)方程式為：①C(金剛石、s)+O2(g)＝CO2(g)△H1＝－395.41kJ/mol②C(石墨、s)+O2(g)＝CO2(g)△H2＝－393.51kJ/mol關(guān)于金剛石與石墨的轉(zhuǎn)化，下列說(shuō)法正確的是A.金剛石轉(zhuǎn)化成石墨是自發(fā)進(jìn)行的過(guò)程B.石墨轉(zhuǎn)化成金剛石是自發(fā)進(jìn)行的過(guò)程

C.石墨比金剛石能量低D.金剛石比石墨能量低AC15例題6：下列