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第二章 化学反应速率与化学平衡
第三节 化学反应的方向
第一课时 化学反应的方向
新课导入
自然界中水总是自动从高处往低处流；
电流总是从自动电位高的地方向电位低的地方流动；
室温下冰块自动融化；
墨水自动扩散；
食盐自动溶解于水；
火柴棒自动散落等。
上述过程有何共同点？
有明显的自发性
如何理解自发性了？
自发过程与自发反应
自发过程：在一定条件下，不借助外部力量就能自动进行的过程。
非自发过程 ：在一定条件下，需要持续借助人为作用力才能进行的过程。
生活中常见的自发过程
这些过程都是自发的，其逆过程就是非自发的。
自发过程与自发反应
自发反应：在一定条件下，无需外力，有能自动发生反应的趋势的一类反应，称为自发反应 。
1.自发反应具有方向性：即在一定条件下反应的某个方向是自发进行的，其逆方向在相同条件下一定不能自发进行
2.自发反应是指该反应过程有自发进行的倾向：但不一定能够实际发生，发生时速率也不一定大，非自发反应在一定条件下也可能发生。如煤的燃烧是自发反应，但在常温下不能自发进行。
PS：
自发过程与自发反应
思考：1.从能量角度分析这些自发过程过程一般有什么共同特点？
2.在一定的温度、压强条件下，有的化学反应也是自发进行的，如何判断化学反应自发进行的方向？
对外做功或释放热量
高能状态
低能状态
化学反应进行的方向与焓变的关系
大多数放热反应可以自发进行。请猜测焓变(ΔH )与反应自发进行的关系
△H= -285.8 kJ·mol-1
△H= -216.8 kJ·mol-1
△H= -57.3kJ·mol-1
H2(g) + 1/2O2(g) = H2O(l)
Zn(s) + CuSO4 (aq) = ZnSO4(aq)+ Cu(s)
NaOH(aq) + HCl(aq) = NaCl(aq) + H2O(l)
放热反应(△H<0 )具有自发进行的倾向　　　
反应热
反应过程
能量
反应物
生成物
思考：可否依据△H的正负将化学反应分为自发反应和非自发反应？
化学反应进行的方向与焓变的关系
能量判据：体系趋向于从高能状态转变为低能状态（△H ＜ 0）。
对于化学反应而言，绝大多数的放热反应能自发进行，且放出的热量越多，体系能量降低越多，反应越完全。
焓变（△H）是决定反应能否自发进行的因素之一，但不是唯一因素。
反应物的总能量高
生成物的总能量低
放热反应
H＜0
化学反应进行的方向与焓变的关系
2N2O5(g)＝4NO2(g) + O2(g) △H= ＋56.7kJ/mol
(NH4 ) 2CO3(s) ＝NH4HCO3(s)+NH3(g) △H= ＋74.9kJ/mol
下列反应也能够自发进行
NaHCO3(s)+HCl(aq) ＝NaCl(aq)+CO2(g)+H2O(l) △H= ＋31.4kJ/mol
思考：什么因素驱动了吸热反应的自发进行？
花香四溢、酒香扩散、食盐溶解于水有什么共同的特点？
CaCO3(s)==CaO(s)+CO2(g) △H= ＋178.5 kJ/mol
高温
有序
混乱
化学反应进行的方向与熵变的关系
【熵、熵变的概念】
(1)熵的概念：自发过程的体系趋向于由有序转变为无序，体系的混乱度增大。体系的混乱度常用熵来描述，熵的概念是表示体系的混乱或无序程度的物理量，其符号为S，单位：J/(mol·K)
。熵值越大，体系的混乱度越大
(2)熵变：生成物与反应物的熵值之差，用ΔS表示
化学反应进行的方向与熵变的关系
(1)同一条件下，不同的物质熵值不同
(2)同一物质的熵与其聚集状态及外界条件有关，对同一种物质不同状态时熵值大小为S(g)>S(l)>S(s)
(3)物质的量越大，分子数越多，熵值越大
(4)反应过程中气体物质的量增加的反应是熵增大
(5)固体的溶解过程、墨水扩散过程和气体扩散过程是熵增大
【影响熵大小的因素】
化学反应进行的方向与熵变的关系
【思考】下列自发过程的熵变有何特点？
(1)冰→ 液态水 → 水蒸气
(2)氯化钠晶体溶于水
(3)自发进行的吸热反应：
N2O5分解：2N2O5(g) 4NO2(g)+O2(g) ΔH=+56.7kJ/mol
碳酸铵的分解：(NH4 )2CO3(s) NH4HCO3(s)+NH3(g) ΔH=+74.9 kJ/mol
共同点：熵（S）增加
ΔS=S产物总熵－S反应物总熵
化学反应进行的方向与熵变的关系
2.熵变与反应方向
熵变（△S）
△S=S(产物）-S(反应物）
△S>0,熵增反应
△S<0,熵减反应
体系趋向于从有序状态转变为无序状态，
因此熵增反应(△S>0 )具有自发进行的倾向 。
熵变只是判别反应能否自发进行的一个因素，但也不是唯一因素。
自由能与化学反应的方向
思考：我们已经知道:ΔH<0有利于反应自发;ΔS>0有利于反应自发。
这两个因素都对反应的自发性产生重要影响，但都有各自的局限性，那么我能不能把这两个因素合并起来,一块考虑呢
自由能与化学反应的方向
研究表明：在等温、等压条件下封闭体系中，自由能的变化综合反应了体系的焓变和熵变对自发过程的影响：
（ G ：自由能 T：绝对温度)
化学反应总是向着自由能减小的方向进行，直到体系达到平衡
△G = △H - T△S
当△G＜ 0 时， 反应能自发进行
当△G ＞0时，反应不能自发进行
当△G＝0 时，反应达到平衡状态
注意： G这个判据指的是在T、P一定的条件下反应自动发生的趋势，即反应发生的可能性，并不能说明反应能否实际发生和发生的速率！
复合判据
△G 不仅与焓变和熵变有关，还与温度有关
△H
△S
H>0
S<0
所有温度下
反应不能自发进行
H<0
S<0
低温下
反应自发进行
H>0
S>0
高温下
反应自发进行
H<0
S>0
所有温度下
反应自发进行
总结归纳
化
学
反
应
方
向
的
判
断
焓判据
熵判据
复合判据
放热过程中体系能量降低，ΔH＜0， 具有自发进行的倾向，但有些吸热反应也可以自发进行，故焓变只是影响反应反向的一种因素
①熵的大小：同种物质，熵值：气态>液态>固态
②熵判据：体系的无序程度增加(即熵增)，ΔS＞0反应有自发进行的倾向，但有些熵减的过程也能自发进行，故熵变只是影响反应方向的一种因素
＞0，反应不能自发进行
ΔH-TΔS
=0，反应达到平衡
＜0，反应能自发进行
随堂训练
1.汽车尾气(含烃类、CO、NO与SO2等)是城市主要污染源之一，治理的办法之一是在汽车排气管上装催化转化器，它使NO与CO反应生成可参与大气生态循环的无毒气体，其反应原理是2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)。由此可知，下列说法正确的是(　　)
A．该反应是熵增大的反应
B．该反应不能自发进行，因此需要合适的催化剂
C．该反应常温下能自发进行，催化剂条件只是增大反应的速率
D．该反应常温下能自发进行，因为正反应是吸热反应
C
随堂训练
2.下列说法正确的是 （ ）
A. 放热反应都是自发的，吸热反应都是非自发的
B. 自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是熵减少或不变
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
随堂训练
3.下列对于化学反应方向说法正确的是(　　)
A．反应3NO2(g)＋H2O(l)=2HNO3(aq)＋NO(g)在一定条件下能自发进行，
说明该反应的ΔH＞0
B．常温下反应2Na2SO3(s)＋O2(g)=2Na2SO4(s)能自发进行，则ΔH＜0
C．反应2Na2O2(s)＋2CO2(g)=2Na2CO3(s)＋O2(g)能自发进行，
则该反应的ΔH＞0
D．一定温度下，反应2NaCl(s)=2Na(s)＋Cl2(g)的ΔH＜0
B
随堂训练
4.石墨、金刚石燃烧的热化学方程式分别为
C(石墨) + O2 (g) = CO2(g) ΔH=-393.51 kJ·mol-1
C(金刚石) + O2 (g) = CO2(g) ΔH=-395.41 kJ·mol-1
关于金刚石和石墨的相互转化，下列说法正确的是（ ）
A.石墨转化成金刚石是自发进行的过程
B.金刚石转化成石墨是自发进行的过程
C.金刚石比石墨更稳定
D.金刚石比石墨能量低
B
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