化学反应进行的方向(张)

第四节化学反应进行的方向包钢一中张继强高中化学选修四第二章一、自发过程与非自发过程1、自发过程：在一定条件下，不需要外力作用就可以进行的过程。2、非自发过程：在一定条件下，需要持续外力作用，才能维持进行的过程。下列过程和反应属于自发进行的是A.物体由高处自由下落B.电解水C、钠与水反应D.电动水泵将水由低抽到高处E、氢气与氧气点燃生成水F、在室温下水结成冰G、一缕花香可以溢满居室I、一滴墨水染红一盆清水J、铁在潮湿空气中发生锈蚀K、石灰石的分解自发过程：ACEGIJ非自发过程BDFK化学反应中的自发过程(1)钠与水反应：2Na(s)+2H2O(l)=2NaOH+H2(g)△H=－368kJ/mol(2)铁生锈：3Fe(s)+3/2O2(g)=Fe2O3(s)△H=-824kJ/mol(3)氢气和氧气反应：2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)△H=－571.6kJ/mol共同点—放热反应△H＜03、自发过程的特点：(1).具有单向性.(2).体系趋向于高能状态低能状态(3).体系趋向于有序状态无序状态注意：(1)、自发反应需要的“一定条件”和非自发反应需要的“外力作用”的区别。(2)、自发反应是一种趋势，与反应速率无关。(3)、“非自发反应”和“不能发生的反应”的差别。二、化学反应进行方向的判据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△H＜0能量判据（焓判据）∶体系趋向于从高能状态转变为低能状态（△H﹤0）。思考：是不是所有放热反应都能自发进行呢？思与题问考为什么有些放热反应常温下能够自发进行？E反应历程反应物的能量总和生成物的能量总和△HH++OH-==H2OBa2++SO42-==BaSO4↓Cu(OH)2+2H+==Cu2++2H2O活化能几乎为0有些放热反应为什么需要点燃或加热？E反应历程反应物的能量总和生成物的能量总和△HC+O2===CO22H2+O2===2H2OFe+S===FeS点燃点燃加热活化能0Ea放热反应的进行需要最初的反应动力？E反应历程反应物的能量总和生成物的能量总和△H为什么有些放热反应需要持续加热？Cu+2H2SO4===CuSO4+SO2↑+2H2O加热△HEa由于与环境的热交换，导致反应过程中放出的热量，不足以产生维持反应持续进行所需的推动力—环境提供能量E反应历程反应物的能量总和生成物的能量总和吸热反应为什么能够发生？△H△HEa当环境提供能量时，吸热反应也能发生。C+CO2===2CO高温CaCO3===CaO+CO2高温C+H2O===CO+H2高温反应条件与反应过程中的能量变化的关系反应历程E反应物的能量总和生成物的能量总和反应历程E反应物的能量总和生成物的能量总和反应历程E反应物的能量总和生成物的能量总和反应历程E反应物的能量总和生成物的能量总和常温下可自发进行的反应需要加热或点燃才能自发进行的反应需要持续加热才能发生的放热反应在持续加热条件下发生的吸热反应(1)2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8H2O(s)=NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l)(2)NaHCO3(s)+HCl(aq)==NaCl(aq)+CO2(g)+H2O(l)(3)2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)(4)(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g)吸热反应在常温下都不能自发进行吗？△H﹥O吸热反应结论：△HO有利于反应自发进行，但自发反应不一定要△HO焓变只是反应能否自发进行的一个因素,但不是唯一因素。只根据焓变来判断反应方向是不全面的。E反应历程反应物的能量总和生成物的能量总和△H引起某些吸热反应能自发进行的“气球”是什么呢？克劳修斯（德国）有序混乱讨与流交论克劳修斯（德国）(1)熵：描述体系混乱度的物理量，符号：S单位：J·mol-1·K-1体系有自发向混乱度增加(即熵增)的方向变化的倾向，这是自然界的普遍规律。2、熵判据(2)熵变：用△S表示。△S=S生成物总熵－S反应物总熵在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵增大（△S＞0），这个原理叫做熵增原理。又称为熵判据。(3)熵判据：体系趋向于由有序状态转变为无序状态，即混乱度增加（△S＞0）。且△S越大，越有利于反应自发进行。与物质的状态有关固态液态气态熵增熵增S(冰)S(水)S(水蒸气)与物质的分子结构有关S(CH4)S(C2H6)S(C3H8)S(C4H10)物质熵值的特点1、同一物质状态改变：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多的反应。4.生成气体的反应。导致熵增(△S＞0）的一些因素固态液态气态熵增熵增(1)2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)△H﹥O在一定条件下反应的实例熵增拉动(2)Na(l)+KCl(l)===NaCl(l)+K(g)高温SiO2的还原SiO2+2C===Si+2CO—“从沙滩到用户”的关键反应SiO2+C===Si+CO2高温高温自发反应一定是熵增加的反应吗？2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)结论：△SO有利于反应自发进行，自发反应不一定要△SO熵变是反应能否自发进行的一个因素,但不是唯一因素。焓判据与熵判据判断反应的自发性焓变熵变反应的自发性△H0△S0△H0△S0？△H0△S0？△H0△S0反应能够自发进行反应不能自发进行要正确判断一个化学反应能否自发进行,必须综合考虑反应的焓变△H和熵变△S美国物理化学家吉布斯研究表明：在温度、压强一定的条件下，化学反应自发进行方向的判据是吉布斯自由能(1)△G=△H-T△S△G=△H-T△S＜0反应能自发进行△G=△H-T△S＞0反应不能自发进行△G=△H-T△S＝0反应达到平衡状态（G~吉布斯自由能T~绝对温度)3、复合判据（自由能变化△G）(2)反应进行方向的判断方法：(3)当∆H0,∆S0,或∆H0,∆S0时,反应是否自发进行与温度有关，一般低温时焓变影响为主，高温时，熵变影响为主，而温度影响的大小要∆H、∆S的具体数值而定。(4)过程的自发性只能用于判断过程的方向，不能确定过程是否一定会发生和过程发生的速率。如涂有防锈漆和未涂防锈漆的钢制器件，其发生腐蚀过程的自发性是相同的，但只有后者可以实现。△G=△H-T△S(5)．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；高温高压下可以是石墨转化为金刚石，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。△H△S∆H0∆S0高温下反应自发进行∆H0∆S0所有温度下反应不能自发进行∆H0∆S0所有温度下反应自发进行∆H0∆S0低温下反应自发进行放热反应熵减反应判断下列反应的进行趋势NH3(g)+HCl(g)==NH4Cl(s)△H0△S0低温对此类反应有利高温对此类反应不利△G=△H-T△SH0S0高温对此类反应有利低温对此类反应不利NH4Cl(s)==NH3(s)+HCl(g)知识回顾化学反应与能量的变化(焓判据)化学反应与熵值的变化(熵判据)“焓”与“熵”共同对化学反应的自发性产生影响吉布斯自由能的定量判断理解反应设计反应△SO有利于反应自发进行△HO有利于反应自发进行从“熵”的角度看世界薛定谔所著《生命是什么？》“热力学第二定律是一个最深刻、最普遍的定律。它有着自身忧郁的美，象所有重要定律一样，引起人们的崇敬之情。”—英国作家C.P.Snow正如“能”的观点被人们普遍接受一样，“熵”的观点也越来越多地被人们用来解释物理、化学、生命、信息、生活中的诸多行为与现象。•在自然科学领域，化学反应是按熵增的方向进行的；在生命科学领域，动植物的生命发展是按熵增方向进行的；在社会科学领域，人类社会的发展进步是按熵增方向进行的。熵与环境熵增就是污染熵与生命：生命的基本特征是新陈代谢，从熵的角度看新陈代谢实际上是生命体汲取低熵排出高熵物质的过程。当系统的总熵变小于零时，生命处在生长、发育的阶段，向着更加高级有序的结构迈进。当总熵变为零时，生命体将维持在一个稳定、成熟的状态，而总熵变大于零的标志则是疾病、衰老、死亡。熵与社会熵增就是社会混乱1、下列说法正确的是∶（）A、凡是放热反应都是自发的，吸热反应都是非自发性的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、自发进行的反应一定容易发生；D、自发反应在恰当条件下才能实现2、25℃和1.01×105Pa时，反应2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)；△H=+56.76kJ/mol，自发进行的原因是∶A、是吸热反应；B、是放热反应；C、是熵减少的反应；D、熵增大效应大于能量效应。DD3、下列关于判断过程的方向的说法正确的是A、所有自发进行的化学反应都为放热反应B、高温高压下可以使石墨转化为金刚石是自发的化学反应C、由焓判据和熵判据组合而成的复合判据，将更适合于所有过程。D、同一物质的固、液、气三种状态的熵值由大到小。谢谢，再见