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第二章化学反应速率和化学平衡 第二节化学平衡
2.3化学反应的方向
学习目标
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，引出嫡的概念；
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。
如何表示化学反应进行的快慢
化学反应速率
如何表示化学反应的限度
化学平衡
那么如何判断化学反应进行的方向
学完本节内容你就能知晓晓答案
忆一忆
> 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。
高山流水 自由落体
上 述 过 程 有 何 共 同 点 有 明 显 的自 发性
如何理解自发性了
想一想
>自然界中水总是自动从高处往低处流；
墨水扩散
(1)含义：在一定条件下，不用借助外力，就能自发进行的过程。
如：高山流水，自由落体，冰雪融化(物理或化学过程)
(2)特点①能量角度：体系趋向于从高能状态转变为低能状态( 体
系对外部做功或者释放热量)②混乱度角度：在密闭条件下，体 系有从有序自发转变为无序的倾向(无序体系更加稳定)③具有方
向性： 即过程的某个方向在一定条件下自发进行，而该过程逆方 向在该条件下肯定不能自发进行(单向不可逆)
(3)非自发过程：一定条件下，需持续借助外力才能进行的过程
一、自发过程和自发反应
1、自发过程
1、哪些化学反应可自发进行 如何判断化学反应自发进行的方向
铁钉生锈、面包发霉
思考
①具有方向性，即反应的某个方向在一定条件下是自发的，则其 逆反应在该条件下肯定不自发，如：铁器暴露于潮湿的空气中会 生锈，是自发的，则铁锈变为铁在该条件肯定不是自发的
②体系趋向于从高能量状态转变为低能量状态
③体系趋向于从有序体系转变为无序体系
(3)应用①可被用来完成有用功。 如 ：H 燃烧可设计成原电池②非自 发过程要想发生，必须对它做功。如 ：通电将水分解为H 和O
(1)定义：在给定条件下，可以自发地进行到显著程度的化学反应。
如：钢铁生锈，面包腐败等
(2)自发反应的特征
2、自发反应
【几点强调】
① 自发反应也需要一定条件引发反应，一旦反应后即可自发进行 ② 一般的，如果一个过程是自发的，则其逆过程就是非自发的。
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
处抽向高处，通电可将水分解生成氢气和氧气
③判断某反应是否自发，只是判断反应的方向，与是否会发生、 反应的快慢、反应的热效应无关
(1)根据条件判断：不是看是否需要条件，而是看是否需要持续施加
外力(如加热等)(2)根据其逆向过程是否自发判断：若逆向过程自发 ,则正向过程一定不自发；若逆向过程不自发，则正向过程一定自
发
3、自发过程的判断
练一练
1.正误判断
(1)在一定条件下，不用借助外力就能自发进行的过程是自发过程(√ )
(2)自发过程不需任何条件就能发生(×)
(3)室温下冰变成水属于自发过程(√ )
(4)能自发进行的反应，反应速率一定很大(×)
2、知道了某过程有自发性之后，则( A )A
.可判断出过程的方向 B. 可
确定过程是否一定会发生C. 可预测过程发生
完成的快慢 D. 可判断过程的热效
应
2、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 行的主要原因吗 它们有何共同特点
2Na(s)+Cl (g)=2NaCl(s)△H=-822 kJ mol-1
H (g)+F (g)=2HF(g) △H=-546.6 kJ mol-1
共同特点：△H<0 即都是放热反应
3、从能量角度分析它们为什么可以自发进行
放热反应使体系能量降低，能量越低越稳定，△H<0 有利于反应自发进行
C H (g)+50 (g)=3CO (g)+4H O(I)△H=-22 · 17.5kJ·mol-1
4Fe(s)+3O (g)=Fe O (s)△H=-1648.4 · kJ mol-1
思考
研究表明，对于化学反应而言，绝大多数放热反应都能自发进行
,且反应放出的热量越多，体系能量降低得也越多，反应越完全
。可见，反应的焓变是制约化学反应能否自发进行的因素之一， 但不是唯 一因素
2、焓判据(能量判据):放热反应过程中体系能量降低，因此具 有自发进行的倾向，科学家提出用焓变(能量变化)来判断反应进 行的方向，这就是焓判据(能量判据)。
二、化学反应进行的方向与焓变的关系
1、化学反应进行的方向与△H 之间的关系
(1)结论：放热反应使体系能量降低，能量越低越稳定，△H<0 有 利于反应自发进行
是不是所有自发进行的化学反应都是放热的 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
②N O 分解：2N O (g)=4NO (g)+O (g)△H=+109.8kJ · mol-1
③碳铵的分解：(NH ) CO (s)=NH HCO (s)+NH (g)△H=+ 74.9kJ ·mol-1
既不吸热也 不放热的自 发过程
两种理想气体的混合，如：两个广口瓶中分别盛有氯气和氢气，开始时中间 用玻璃片隔开，当抽掉玻璃片后，可以观察到盛放氯气的瓶内气体颜色逐渐 变浅，而盛放氢气的瓶内显现出了浅黄绿色，最后两瓶中气体的颜色相同
结论 △H<0有利于反应自发进行，但自发反应不一定要△H<0。因此，焓变只是反应能 否自发进行的一个因素，但不是惟一因素。只根据焓变来判断反应方向是不全面 的
3、焓变与化学反应进行方向的关系①大多数放热反应是自发进行 的。如：燃烧反应、中和反应等②有些吸热反应，也可以自发进行 ,如：2N O (g)=4NO (g)+O (g)△H=+109.8 kJ·mol-1
【几点强调】
(1)焓判据只能用于判断过程的方向，能否实现要看具体条件；
(2)焓判据只判断一定条件化学反应能否自发进行，与化学反 应速率无关。
(3)反应焓变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
练一练
3、知道了某过程有自发性之后，则(A )
A.可判断出过程的方向
B.可确定过程是否一定会发生
C. 可预测过程发生完成的快慢
D. 可判断过程的热效应
4、以下自发反应可用能量判据来解释的是( D )
A、硝酸铵自发地溶于水
B、2N O (g)=4NO (g)+O (g)△H=+56.7kJ/mo l
C、(NH ) CO (s)=NH HCO (s)+NH (g)△H=+74 .9kJ/mol D、2H (g)+O (g)=2H O(l) △H=-571.6 kJ/mol
下课后学生的状态如何 一盒排列整齐的火柴随机抛下
这些看似不相干的事件之间有什么联系吗
体系趋向于由有序转变为无序，混乱度增大的过程，有利于自发进行
思考
(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△S表示
三、化学反应进行的方向与熵变的关系
S(冰):47.9 J·mol- 1·K- 1 S(水):69.9 J·mol-1·K-1 S(水蒸气：188.7J·mol-1·K-1
1、熵、熵变的概念
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
(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(1)>S(s)(3)物质的量越大，分子数越多，熵值越
2、影响熵大小的因素
练一练
5、根据熵的定义判断下列过程中体系的熵变大于零还是小于零。
(1)水蒸气冷凝成水
△S<0
(2)硫酸铜溶于水
△S>0
(3)CaCO (s)=CaO(s)+CO (g) △S>0
(4)2N O (g)=4NO (g)+O (g)
△S>0
(5)2H (g)+O (g)=2H O(I)
△S<0
在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵增大，即熵变( 符号△S) 大于零，这个原理叫做熵增原理。在用熵变来判断过程 的方向时，就称为熵判据(1)当△S>0 时，反应为熵增反应，在
一定条件下能自发进行(2)当△S<0 时，反应为熵减反应，在一 定条件下不能自发进行
(3)△S越大，越有利于反应自发进行
3、熵判据
自发反应一定是熵增加的反应吗 2H ( g)+O (g)=2H O(l),是自发反应，但该反应是熵减的反应 结论
△S>0有利于反应自发进行，自发反应不一定要△S>0。因 此 ，熵变是反应能否自发进行的一个因素，但不是惟一因素
①许多熵增的反应是自发的(多是气体分子数目增多的反应),如：氯酸 钾分解等
②有些熵减的反应也可以自发进行，
如：Ca(OH) (aq)+CO (g)=CaCO (s)+H O(l)
4、熵变与化学反应进行方向的关系
4 、我们已经知道：△H<0 有利于反应自发；△S>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
思考
美国吉布斯
1、自由能变化：符号为△G, 单位为kJ·mol-1。
2、自由能变化与焓变、熵变的关系：△G=△H -TAS。
△G不仅与焓变，熵变有关，还与温度有关(T:开式温度=摄氏度
+273.15)
3、反应方向与自由能的关系：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。
反应进行方向的判断方法：
(1)当△G<0 时，反应能自发进行(2) 当△G=0 时，反应处于平衡状态(3) 当△G>0 时，反应不能自发进行
四、自由能与化学反应的方向
△H △S △G
反应自发性
— 一 十 负数一正数 恒<0
任何温度下都自发
十 — 正数一负数 恒>0
任何温度下都不自发
— 负数一温度×负数 正负不确定
低温自发
高温不自发
十 十 正数—温度×正数 正负不确定
高温自发
低温不自发
反应热 熵值
反应的自发性
△H<0 △S>0
所有温度都自发进行
△H<0 △S<0
低温下温度能自发进行
△H>0 △S>0
高温下时能自发进行
△H>0 △S<0
所有温度下都不能自发进行
记忆回诀：
热小熵大都自发 热小熵小低自发 热大热大高自发 热大熵小不自发
反应方向与自由能的关系
△H<0 △H>0
△S>0 △S>0
所有温度下 高温下
反应自发进行 △H<0 反应自发进行 △H>0
△H
△S<0 △S<0
低温下 所有温度下
反应自发进行 反应不能自发进行
△S
【几点强调】
①焓变和熵变都与反应的自发性有关，又都不能独立地作为自 发性的判据，要判断反应进行的方向，必须综合考虑体系的焓 变和熵变
②根据△H-T△S<0 判断的只是反应自发进行的可能性，具体 的反应能否实际发生，还涉及化学反应速率的问题
③只适用于没有发生的反应
【练一练】
6、判断下列反应能否自发进行
2KClO (s)=2KCl(s)+3O (g)△H=-78.03 kJ·mol-1
△S=494.4 J·mol-1●K-1
CO(g)=C(s,石墨)+1/2O (g)△H=110.5 kJ·mol-1 △S=-89.36J·mol-1●K-1
CaCO (s)=CaO(s)+CO (g)△H(298K)=178.2 kJ·mol-1 △S (298K)=169.6 J·mol-1·K-1

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