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第三节　化学反应的方向
第二章　化学反应速率与化学平衡
[学习目标]
1.了解自发反应和非自发反应的含义，能结合具体事例说明反应自发进行的方向性。
2.了解焓变和熵变对化学反应方向的影响，利用焓变和熵变综合判断化学反应进行的方向(重、难点)。
化学 必修第一册 人民教育出版社
化学 必修第二册 人民教育出版社
新课引入
自然界中的自发过程
一、自发过程与自发反应
1. 自发过程
(1)含义：一定条件下，不借助外力就可自发进行的过程
(2)特点
①体系趋向于从高能状态转变为低能状态
(体系对外部做功或释放热量)
②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)非自发过程：一定条件下，需持续借助外力才能进行的过程
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？
金属生锈、食物腐败
思考讨论
一、自发过程与自发反应
一、自发过程与自发反应
2.自发反应
(1)含义：在给定的条件下，无需外界帮助，一经引发即能自动进行
的反应 如钢铁生锈
(2)非自发反应：不能自发进行，必须借助某种外力才能进行的反应
3.应用
(1)自发反应可被用来做“有用功”。
如H2的燃烧可设计成燃料电池
(2)非自发过程要想发生，必须对它做功。
如电解水
思考交流
1.下列过程中属于自发过程的是____________(填序号)。
①铵盐的溶解　②烧碱与盐酸反应　③Zn与稀H2SO4反应　
④将地下水抽至地面　⑤Mg在空气中燃烧　
⑥铝热反应　⑦墨水在水中的扩散　⑧电解熔融的氯化钠
①②③⑤⑥⑦
需持续做功
直流电作用下
(1)自发反应不需要任何条件就能发生吗？
也需要一定条件引发反应，一旦反应后即可自发进行。
(2)非自发反应一定不能发生吗？
在一定条件下能发生。
一、自发过程与自发反应
反思归纳
对自发反应中“一定条件”的理解
(1)包括能加快化学反应速率的条件，如“搅拌、研磨”等。
(2)包括反应开始时需要、开始后就不再需要的条件，如“点燃、光照、加热、高温”等。
一、自发过程与自发反应
二、化学反应进行方向的判据
分析下列反应进行的方向与ΔH之间的关系。
(1)H2(g)＋O2(g)===H2O(l)，燃烧反应是____(填“吸”或“放”，下同)热反应，ΔH_____(填“>”或“<”，下同)0，常温下能自发进行。
(2)Zn(s)＋CuSO4(aq)===ZnSO4(aq)＋Cu(s)，该反应是_____热反应，ΔH____0，常温下____(填“能”或“不能”，下同)自发进行。
放
<
放
<
能
19世纪，有人认为放热反应可以自发进行，而吸热反应则不能自发进行。你同意这种观点吗？请举例说明。
1. 焓变与化学反应的方向
分析下列反应进行的方向与ΔH之间的关系。
(3)Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl的反应为____热反应，常温下____自发进行。
(4)2N2O5(g) 4NO2(g)＋O2(g)该反应是____热反应，ΔH____0，
____自发进行。
吸
能
吸
>
能
多数放热反应是自发进行的，有些吸热反应也可以自发进行，只用放热或者吸热(ΔH)判断反应是否自发是不全面的。
1. 焓变与化学反应的方向
归纳总结
二、化学反应进行方向的判据
2. 熵变与化学反应的方向
固体硝酸铵、氢氧化钠、氯化钠和蔗糖都能溶于水，是什么因素决定它们的溶解过程能自发进行？
硝酸铵的溶解
氢氧化钠的溶解
蔗糖的溶解
氯化钠的溶解
ΔH>0
ΔH<0
焓变微乎其微
是热效应吗？
显然决定因素不是热效应
有序程度降低，
无序程度增大。
用什么物理量来描述体系的无序程度？
二、化学反应进行方向的判据
(1) 概念
熵——用来度量体系混乱程度的物理量。符号S
熵变——生成物与反应物的熵值之差。符号ΔS
S(水) ：69.9 J mol-1K-1
S(冰) ：47.9 J mol-1K-1
S(水蒸气)：188.7 J mol-1K-1
(2)熵值大小
①体系的熵值：体系的混乱程度越大，体系的熵值就越大。
②同一物质的熵值：S(g)＞S(l)＞S(s)，同一条件下，不同物质的熵值不同。
2. 熵变与化学反应的方向
二、化学反应进行方向的判据
2. 熵变与化学反应的方向
(3)熵变与化学反应进行方向的关系
体系有自发地向混乱度增加(即熵增)的方向转变的倾向， 即ΔS>0。
那么熵减，ΔS<0的反应就一定不能自发吗？
交流讨论
2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)
4Fe(OH)2(s)＋O2(g)＋2H2O(l)===4Fe(OH)3(s)
以上反应可自发进行
ΔS<0
ΔS<0
二、化学反应进行方向的判据
2. 熵变与化学反应的方向
①自发进行的化学反应大多是熵增加的反应；
有些熵减小的化学反应也能自发进行。
不能只根据熵增或熵减来判断化学反应进行的方向。
②与环境既没有物质交换也没有能量交换的孤立体系或绝热体系，
自发过程总向着熵增加的方向进行。
(3)熵变与化学反应进行方向的关系
归纳总结
二、化学反应进行方向的判据
2. 熵变与化学反应的方向
思考交流
(1)反应CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑的ΔS____(填“>”“<”或
“＝”，下同)0，常温下___(填“能”或“不能”，下同)自发进行。
(2)2KClO3(s)===2KCl(s)＋3O2(g)该反应的ΔS____0，常温下_____自发进行。
(3)自发反应4Fe(OH)2(s)＋O2(g)＋2H2O(l)===4Fe(OH)3(s)的ΔS____0。
(4)二氧化碳通入澄清的石灰水的反应Ca(OH)2(aq)＋CO2(g)===CaCO3(s)＋H2O(l)____自发进行。其ΔS____0。
>
能
>
能
<
能
<
焓变和熵变都不能单独作为判断反应自发进行方向的依据。
要判断反应自发进行的方向，必须综合考虑焓变和熵变。
二、化学反应进行方向的判据
拓展 视野
吉布斯自由能（符号G）的定义式为G=H-TS。ΔG为反应的吉布斯自由能变ΔG＝ΔH－TΔS，表示的是一个封闭体系在等温、等压条件下做最大非体积功的能力。在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下，反应的方向可依据ΔG来判断。
ΔG<0，反应正向能自发进行
ΔG=0，反应到达平衡状态
ΔG>0，反应正向不能自发进行
二、化学反应进行方向的判据
3.自由能与化学反应的方向
(1)自由能：
ΔG＝ΔH－TΔS (ΔG单位: kJ·mol－1； T: 开尔文温度，单位K)
ΔG不仅与焓变和熵变有关，还与温度有关。
(2)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。
①当ΔG＜0时，反应能自发进行；
②当ΔG＝0时，反应处于平衡状态；
③当ΔG＞0时，反应不能自发进行。
二、化学反应进行方向的判据
化学反应方向的判断方法
归纳
提升
类型 ΔH ΔS ΔG 反应的自发性
1 <0 >0 <0 一定能自发
2 >0 <0 >0 一定不能自发
3 <0 <0 正负决定于温度 低温能自发
4 >0 >0 高温能自发
二、化学反应进行方向的判据
思考交流
1.正误判断
(1)在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂，可以改变化学反应进行的方向
(2)自由能变化ΔG＜0的化学反应一定能迅速发生
(3)由焓判据和熵判据组合而成的复合判据，将更适合于所有的过程
×
×
√
2.查阅资料可知2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)的ΔH＝－746.8 kJ·mol－1、
ΔS＝－197.5 J·mol－1·K－1。试着分析该反应室温(298 K)下能否自发进行？
该反应室温时，ΔG＝ΔH－TΔS≈－687.9 kJ·mol－1<0，能自发进行。
二、化学反应进行方向的判据
思考交流
3.已知在100 kPa、298.15 K时，石灰石发生分解反应：CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)　ΔH＝＋178.3 kJ·mol－1　ΔS＝＋160.4 J·mol－1·K－1，则
(1)该反应_____(填“能”或“不能”)正向自发进行。
(2)若温度能决定反应方向，则该反应正向自发进行的最低温度为_________。
ΔG＝ΔH－TΔS＝178.3 kJ·mol－1－298.15 K×160.4×10－3 kJ·mol－1·K－1＞0
不能
1 111.6 K
二、化学反应进行方向的判据
自我测试
1.(2021·浙江6月选考，17)相同温度和压强下，关于物质熵的大小比较，合理的是
A.1 mol CH4(g)<1 mol H2(g)
B.1 mol H2O(g)<2 mol H2O(g)
C.1 mol H2O(s)>1 mol H2O(l)
D.1 mol C(s，金刚石)>1 mol C(s，石墨)
√
2.下列判断正确的是
A.一定温度下，反应2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)能自发进行，该反应的ΔH<0
B.反应4Fe(s)＋3O2(g)===2Fe2O3(s)常温下可自发进行，该反应为吸热反应
C.反应N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)的ΔH<0，ΔS>0
D.2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)在常温下能自发进行，则该反应
的ΔH>0
自我测试
√
ΔS<0
ΔH－TΔS<0 自发
ΔS<0
ΔH<0 放热反应
ΔS<0
ΔS<0
ΔH<0
自我测试
3.在低温条件下，下列过程能自发进行的是
A.Na―→Na＋＋e－
B.H2O(g)―→H2O(l)
C.NH4Cl―→NH3↑＋HCl↑
D.Cu＋H2SO4―→CuSO4＋H2↑
√
失电子，吸收能量的过程，低温下不能自发进行
ΔH＜0、ΔS<0，低温，ΔH－TΔS<0，能自发进行
ΔH＞0、ΔS＞0，低温下，ΔH－TΔS>0，不能自发进行
铜不能与稀硫酸反应
自我测试
4.在化学反应A(g)＋B(g) 2C(g)＋D(g)　ΔH＝Q kJ·mol－1过程中的能量变化如图所示，回答下列问题。
(1)Q____(填“>”“<”或“＝”，下同)0。
(2)熵变ΔS____0。
(3)该反应____(填“能”或“不能”)自发进行。
(4)升高温度平衡常数K_____(填“增大”“减小”或“不变”)，平衡向______(填“正反应”或“逆反应”)方向移动。
<
>
能
减小
逆反应
放热反应
升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小
熵增反应
本节内容结束

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