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化学反应的方向
第2章 化学反应的方向、限度与速率
1.了解焓变、熵变与反应方向的关系；
2.能综合运用焓变与熵变判断反应进行的方向。
联想 · 质疑
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越来越多的汽车带来的大气污染。为了减轻大气污染，人们提出让CO与NO反应产生两种无毒的气体，写出此反应的化学方程式。
该方法是否可行，该反应是否能自发进行呢？
2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)
自发过程：在等温、等压条件下，不借助外部力量就能自动进行的过程。
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
交流 · 研讨
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观察以下能自发进行的化学反应的热化学方程式，总结这些自发反应的共同点是什么
(2) CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) ΔH=－802.3 kJ/mol
(3) 4Fe(OH)2(s)+O2(g)+2H2O(l)=4Fe(OH)3(s) ΔH=－444.3 kJ/mol
(4) 2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) ΔH=－571.6 kJ/mol
共同点： ΔH<0，放热反应
(5) 2Na(s)+Cl2(g)=2NaCl(s) ΔH=－822.3 kJ/mol
(1) H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l) ΔH=－57.3 kJ/mol
19世纪的化学家曾认为：
ΔH<0，反应自发进行
ΔH>0，反应不能自发进行
？
这种观点是否正确呢
△H＜0，利于反应自发进行，但不绝对，吸热反应也有能自发进行的。
Ca(OH)2(s)+2NH4Cl (s) = CaCl2(aq) +2NH3(g) +2H2O(l) ΔH>0
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根据下列自发吸热反应的共同特点判断是什么“推动”了反应的进行？
(2) 2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g) ΔH>0
(3) (NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g) ΔH>0
(4) NH4HCO3(s) + CH3COOH(aq) =CO2(g) + CH3COONH4(aq) + H2O(l) ΔH>0
(1) Ca(OH)2(s)+2NH4Cl (s) = CaCl2(aq) +2NH3(g) +2H2O(l) ΔH>0
体系趋向于从有序状态转换为无序状态
一、熵
描述体系无序程度的一个物理量。
——符号S，单位是J·mol-1·K-1
无序程度越高,熵值越大。
纯物质的熵值的大小与物质的种类、数量、聚集状态以及温度、压强等因素有关。
如，同一条件下，不同物质，熵值不同；同一物质，S(g)>S(l)>S(s)；
物质的量越大，熵值越大。
CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)
ΔS 为反应产物的总熵与反应物的总熵之差。
产生气体的反应和气体的物质的量增大的反应，反应熵变的数值通常都是正值，为熵增加反应。
ΔS =S反应产物－S反应物
ΔS=+169.6 J·mol-1·K-1
判断下列过程的熵变是大于零还是小于零？
(1) 2H2O2(aq) = 2H2O(l)+O2(g)
(2) NH3(g) +HCl(g) = NH4Cl(s)
(3) 2NaHCO3(s)= Na2CO3(s)+CO2(g)+H2O(l)
(4) N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)
(5) Ag+(aq)+Cl-(aq) =AgCl(s)
ΔS＞0
ΔS＜0
ΔS＞0
ΔS＜0
ΔS＜0
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思考下述过程的方向性，体会熵变与反应的自发性有何关系
(2) 2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g) ΔH>0
(3) (NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g) ΔH>0
(4) NH4HCO3(s) + CH3COOH(aq) =CO2(g) + CH3COONH4(aq) + H2O(l) ΔH>0
(1) Ca(OH)2(s)+2NH4Cl (s) = CaCl2(aq) +2NH3(g) +2H2O(l) ΔH>0
ΔS＞0，利于反应自发进行。
2Al(s) + Fe2O3(s) = Al2O3(s) + 2Fe(s) ΔS =-39.4 J·mol-1·K-1
熵减少的反应，在一定条件下也可以自发进行
ΔS＞0的反应，利于反应自发进行，但不绝对，熵减小的反应也有能自发进行的。
二、用焓变与熵变综合判断反应方向
焓变 熵变 反应的自发性
ΔH＜0 ΔS＞0
ΔH＜0 ΔS＜0
ΔH＞0 ΔS＞0
ΔH＞0 ΔS＜0
反应能够自发进行
反应不能自发进行
？
反应方向的吉布斯自由能判据
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 反应达到平衡状态
ΔG>0 反应正向不能自发进行
在以上条件下，自发反应总是朝着吉布斯自由能减小的方向进行，直至达到平衡状态。
二、用焓变与熵变综合判断反应方向
研究表明，在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下，化学反应的方向可以用反应的焓变和熵变来综合判断，判据为ΔH－TΔS。
ΔH－TΔS<0
反应正向能自发进行
ΔH－TΔS=0
反应达到平衡状态
ΔH－TΔS＞0
反应正向不能自发进行
二、用焓变与熵变综合判断反应方向
二、用焓变与熵变综合判断反应方向
焓变 熵变 反应的自发性
ΔH＜0 ΔS＞0
ΔH＜0 ΔS＜0
ΔH＞0 ΔS＞0
ΔH＞0 ΔS＜0
反应能够自发进行
反应不能自发进行
低温利于自发进行
高温利于自发进行
注意
1.反应方向的判据只能用于确定反应是否有自发进行的趋势，不能确定反应是否一定会发生。
2.以上反应的讨论，仅限于等温等压及除了体积功以外不做其他功条件下，人为的干预可以改变反应的方向。
【理解应用】
用于汽车尾气净化反应例析
在298 K、100 kPa下，2NO(g)＋2CO(g)=N2(g)＋2CO2(g)　 ΔH＝－746.8 kJ·mol－1、ΔS＝－197.5 J·mol－1·K－1，在通常条件下，用上述化学反应处理汽车尾气是否具有可行性？
ΔH－TΔS＝－746.8 kJ·mol－1－298 K×(－197.5 ×10－3)
kJ·mol－1·K－1≈－687.9 kJ·mol－1＜0。
该反应能自发进行，利用此反应解决汽车污染问题可行。
单位换算
1.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
2.自发进行的反应一定是（ ）
A.吸热反应 B.放热反应
C.熵增加反应 D.熵增加或者放热反应
C
D
4.某反应2AB(g)＝C(g)＋3D(g)在高温时能自发进行，其逆反应在低温时能自发进行，则该反应的正反应的ΔH、ΔS应为(　　)
A.ΔH＜0、ΔS＞0 B.ΔH＜0、ΔS＜0
C.ΔH＞0、ΔS＞0 D.ΔH＞0、ΔS＜0
C
3.不能用焓判据解释的自发进行的反应过程是(　　)
A.铁在潮湿空气中生锈
B.天然气的燃烧
C.铜在潮湿空气中产生铜绿
D.NH4Cl与Ba(OH)2·8H2O反应产生NH3
D
化学反应的方向
反应焓变
反应熵变
反应放热
反应吸热
熵增
熵减
ΔH－T ΔS＜0

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