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化学反应的方向
第二章 化学反应速率与化学平衡
1.了解放热反应的自发性和某些吸热过程的自发性，知道化学反应是有方向的;
2.通过“有序”和“无序”的对比，引出熵的概念;
3.知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关，能利用能量判椐、熵判椐和复合判据对反应进行方向的判断。
化学反应原理
化学反应的方向
化学反应的快慢
化学反应的限度
——？
——化学反应速率
——化学平衡
水从高处向低处流
自然界中的自发过程体现了
自然界变化的方向性
热茶变凉
一、自发过程与自发反应
自发过程：在一定条件下，不需要借助外力作用就能自动进行的过程。
自发反应：在一定条件下，无需外界帮助，一经引发即能自动进行的化学反应。
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。
体系趋向于从高能量状态转换为低能量状态
体系趋向于从有序状态转换为无序状态
概念辨析
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
自发反应具有方向性
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。
自发反应是指该反应过程有自发进行的倾向
二、焓变与反应方向
下列反应在一定条件下都能自发进行，你知道这些反应能自发进行的原因吗？
①Na(s)+H2O(l)===NaOH(aq)+1/2H2(g)
②铁生锈：2Fe(s)+3/2O2(g)=== Fe2O3(s)
③Zn(s)+CuSO4(aq)===ZnSO4(aq)+Cu(s)
④Mg(s)+H2SO4(aq)===MgSO4(aq)+H2(g)
---大多数自发反应为放热反应。
H= -184kJ/mol
H= -824kJ/mol
H= -217kJ/mol
H= -851.5kJ/mol
反应物的总能量高
生成物的总能量低
放热反应
H < 0
体系的能量降低
在19世纪，一些化学家认为，决定反应能否自发进行的因素是反应热，放热反应可以自发进行，而吸热反应不能自发进行。吸热反应都不能自发进行吗？
2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8 H2O(s)===NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l) H ﹥0
NaHCO3(s)+HCl(aq)===NaCl(aq)+CO2(g)+ H2O(l) H=+31.4kJ/mol
这些反应是吸热反应，但在常温下能自发进行。
【结论】焓减有利于反应自发进行，
但不是唯一的因素。
三、熵变与反应方向
硝酸铵溶于水的过程
气体的自发扩散过程
不需要外界的任何作用，气体通过分子的扩散自发地混合均匀。
这些过程共同特点：
混乱度小（有序）
混乱度大（无序）
自发的
三、熵变与反应方向
体系除了具有从高能状态自发地转变为低能状态的倾向，还有从有序自发地转变为无序的倾向。
熵(S)：
描述体系混乱(或无序)程度的物理量。
单位：J·mol-1·K-1
熵变（△S）：
△S = S(生成物）-— S(反应物）
△S>0,熵增反应
△S<0,熵减反应
标准状况下：1 mol 不同物质的熵 S (J· mol-1·K-1)
CH4 O2 CO2
186.15 205.03 214
H2O(l) HNO3(l) Br2(l)
69.9 156 152
NaCl Fe 金刚石
72.1 27.3 2.4
思考：同一物质不同状态下熵值相等吗？
同一物质：S(g)>S(l)>S(s)。
体系混乱度越大，熵值越大；
体系混乱度越小，熵值越小。
下列对熵变的判断不正确的是(　　)
A．少量的食盐溶解于水中：ΔS>0
B．炭和氧气反应生成CO(g)：ΔS>0
C．气态水变成液态水：ΔS>0
D．CaCO3(s)受热分解为CaO(s)和CO2(g)：ΔS>0
C
三、熵变与反应方向
2H2(g)+O2(g)= 2H2O(l)
△S<0
NH3(g)+HCl(g)= NH4Cl(s) △S<0
都可自发进行
室温 冰融化
-10 ℃ 水结冰
H2O(l) = H2O (s) △H <0 △S<0
H2O(s) = H2O (l) △H >0 △S>0
以下均是自发过程，寻找全面的判据
注：只有孤立体系（与环境没有物质交换也没有能量交换）或绝热体系
（与环境没有物质交换也没有热量交换），自发过程才向着熵增方向进行。
熵变是反应能否自发进行一个因素,但不是唯一因素。
焓判据：体系趋向于从高能状态转变为低能状态（△H ＜ 0）。
1.焓变与反应方向
2. 熵变与反应方向
反应的△S >0促使反应自发进行，△S 越大,越有利
反应的△H＜0促使反应自发进行，△H 越小,越有利
熵判据： 密闭条件下，体系有从有序自发的转变为无序的倾向
四、复合判据
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 )
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！
( T 为热力学温度，T＝t +273,单位开尔文 K )
美国物理化学家吉布斯
△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
判断下列反应什么条件下能自发进行？
(1) 钠与水反应
(2) NH3(g)+HCl(g) =NH4Cl(s)
C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)
(4) 2CO(g)=2C(s)+O2(g)
△H <0 △S>0
自发进行
△H <0 △S <0
低温自发进行
△H >0 △S>0
高温自发进行
△H >0 △S<0
非自发进行
根据 G = H – T S计算能否自发进行
2KClO3(s)==2KCl(s)+3O2(g)
△H (25℃)= -78.03 kJ·mol-1
△S(25℃)= +494.4 J·mol-1·K-1
解：
△G=△H-T△S＝-78.03 kJ/mol-298K×0.4944 KJ/(mol·K)
＝-225.36 kJ/mol
∵△G<0,∴能自发进行。
CO(g)==C(s,石墨)+1/2O2(g)
△H (298K)= +110.5 kJ·mol-1
△S (298K)= -89.36 J·mol-1·K-1
解：
△G=△H-T△S＝+110.5 kJ/mol-298K×(-0.08936) KJ/(mol·K)
＝+137.13 kJ/mol
∵△G>0,∴不能自发进行。
化学反应的方向
自发过程与自发反应
复合判据
熵判据
焓判据
放热过程（ H﹤0）常常是容易自发进行
熵增过程（ S﹥0）常常是容易自发进行
G= H-T S
G﹤0 反应能自发进行
G =0 反应达到平衡状态
G﹥0 反应不能自发进行
1.下列过程是非自发的是∶（ ）
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
2.碳酸铵〔（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.其分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增大
B.其分解是因为外界给予了能量
C.其分解是吸热反应，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
D
A
3.以下自发反应可用焓判据来解释的是( )
A.硝酸铵自发地溶于水
B.2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g)；△H=+56.7kJ/mol
C.(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g); △H=+74.9 kJ/mol
D.2H2(g)+O2(g)=2H2O(l); △H=-571.6 kJ/mol
D
4.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
5.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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