第二章第四节-化学反应进行的方向

学习要求：1、焓的概念、熵的概念2、利用焓变判断反应进行的方向3、利用熵变判断反应进行的方向4、化学反应进行的方向1、生活中的自发过程(1)自然界中水由高处往低处流，而不会自动从低处往高处流；(2)生活中电流总是从电位高的地方向电位低的地方流动，其反方向也不会自动进行；(3)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，其逆过程就是非自发的。2、放热的自发反应(1)甲烷燃烧：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)△H=-802.3kJ/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/mol3、吸热的自发过程(1)室温下冰块的融化；硝酸盐类的溶解等都是自发的吸热过程。(2)N2O5分解：2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g)；△H=+56.7kJ/mol(3)碳铵的分解：(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g);△H=+74.9kJ/mol4、既不吸热也不放热的自发过程两种理想气体的混合等一、自发过程和自发反应1、自发过程：在一定条件下不需要外力作用就能自动进行的过程。2、自发反应：在给定的一组条件下，一个反应可以自发地进行到显著程度，就称为自发反应。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。二、化学反应进行方向的判据1、能量判据：自发过程的体系取向于从高能状态转变为低能状态(这时体系会对外部做功或释放热量)，这一经验规律就是能量判据。2、熵判据：自发过程的本质取向于由有序转变为无序，导致体系的熵增大，这一经验规律叫做熵增原理，是反应方向判断的熵判据。说明：(1)自发过程取向于最低能量状态的倾向(即能量判据)；自发过程取向于最大混乱度的倾向(即熵判据)(2)对于密闭体系，在恒压和不作其他功的条件下发生变化，吸收或放出的热量等于体系的焓的变化。(3)在密闭条件下，体系有由有序自发地转变为无序的倾向，这种推动体系变化的因素称作熵。(4)同一物质，在气态时熵最大，液态时次之，固态时最小。3、能量判据和熵判据的应用(1)由能量判据知：放热过程常常是容易进行的。(2)由熵判据知：若干熵增的过程是自发的。(3)很多情况下，简单地只用其中一个判据判断同一个反应，可能会出现相反的判断结果，所以应两个判据兼顾。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)将更适合于所有的过程。(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。(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。如水泵可以把水从低水位升至高水位；用高温可使石灰石分解。实现后者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。(6)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。例1：下列过程是非自发性的是()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、室温下水结成冰例2：碳铵[(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、碳铵分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增大。B、碳铵分解是因为外界给予了能量C、碳铵分解是吸热反应，根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。DA例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。C解析：放热反应常常是容易进行的过程，吸热反应有些也是自发的；自发反应的熵不一定增大，可能减少，也可能不变。过程的自发性只能用于判断过程的方向，是否能实现还要看具体的条件。规律方法总结自发反应中的焓变和熵变的关系1、放热的自发过程可能是熵减小的过程，如铁生锈、氢气燃烧等；也可能是熵无明显变化或增加的过程，如甲烷燃烧、氢气和氯气化合等。2、吸热的自发过程是熵增加的过程，如冰的融化、硝酸铵溶于水等。3、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等。练习题：1、科学家根据体系存在着力图使________________和_______________的自然现象，提出了相互关联的________和_________，为最终解决上述问题提供了必要的理论根据。试分别举一例_________________，___________。自身能量趋于“最低”“有序”变为“无序”能量判据熵判据铁在潮湿空气中生锈硝酸铵溶于水2、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/molD3、有关化学反应的说法，正确的是()A、自发反应都是放热反应B、自发反应都是熵增大的反应C、自发反应一定能实现D、非自发反应在一定条件下能实现D