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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
选择性必修1 化学反应原理
长沙市的高新技术引进会上，有一个公司声称研究出一种新的技术：“加水就能跑1000公里的车“，其项目负责人表示研究了一种加水就能让车行驶的汽车发动机——水氢发动机。该技术应用了一种特殊的催化剂可以近乎零成本地将水转化成氢气，并通过氢燃料电池发电。如果技术成熟可以应用该技术大量投入制作水氢发电的公交汽车。作为投资方你会投资这个项目吗？
寻找该反应是否能够自发进行的判据
情景引入
化学反应进行的方向
反应进行的快慢
化学反应速率
反应进行的限度
反应进行的方向
化学平衡
？
思考：判断下列过程有何共同点？
高山流水
墨水散开
鲜花盛开
有明显的自发性
一、自发过程与自发反应
1. 自发过程：
(1)定义：在温度和压强一定的条件下，不借助外力就能自发进行的过程。
(2)特点：具有方向性，即过程的某个方向在一定条件下是自发的，而其逆方向在该条件下肯定不自发。
指对体系做电功等
2. 非自发过程：
在一定条件下，需要持续外力作用才能维持进行的过程，就称为非自发过程。
一、自发过程与自发反应
高山流水
排水：借助水泵
高处
低处
自发
非自发
3. 自发反应：
在一定的条件（温度、压强等）下，不需要光、电等外界帮助就能自发地进行地反应，就称为自发反应。
（具有方向性）
一、自发过程与自发反应
铁生锈
天然气燃烧
铁和硫酸铜反应
问题：试从能量角度分析，下列自发过程有什么共性？
高处
水流
低处
自发
高电位
电流
低电位
自发
高温
传热
低温
自发
高气压
刮风
低气压
自发
高能量
低能量
自发过程向能量低的方向进行
(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
√
×
√
×
学以致用
学以致用
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。如燃烧点燃之后就不需要再次点火就能一直烧下去；故燃烧是自发反应。通电能使水分解生成氢气和氧气，但是如果在此温度和压强下断电那水就不会再分解；故电解水是非自发地反应。
(2)非自发反应一定不能发生吗？
非自发反应也能在一定条件下发生。石灰石分解为氧化钙和二氧化碳在常温下是非自发反应，但在高温条件下可以发生。这说明，通过改变反应条件，非自发反应有可能变为自发反应，从而得以实现。
自发过程的判断
(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。
如何判断化学反应自发进行的方向？
思考1：观察并总结下列自发反应的共同点
二、化学反应方向判据
共同点：放热反应
2H2(g) + O2(g) = 2H2O(l)
Zn(s) + CuSO4(aq) = ZnSO4(aq) + Cu(s)
NaOH(aq) + HCl(aq) = NaCl(aq) + H2O(aq)
放热反应 ，使体系能量降低，具有自发进行的倾向。
思考2：只有放热反应才能自发进行吗？
氢氧化钡晶体和氯化铵晶体反应：
化学反应吸热使烧杯与木片间的水凝结成冰反应吸收热量
有的吸热反应也能自发进行
Ba(OH)2 (s)+2NH4Cl(s)=BaCl2(s)+2NH3↑(g)+10H2O(l)
1、焓判据（能量判据）
(1)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。
(3)结论：反应能否自发进行与反应焓变有关，但反应焓变不是决定反应能否自发进行的唯一因素。
注意：焓变只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。
(2)有些吸热反应也能自发进行。
实验证明,多数能自发进行的反应都是放热反应。对此说法的理解正确的是(　 )。
A.所有的放热反应都是自发进行的
B.所有的自发反应都是放热的
C.焓变是影响反应是否具有自发性的一个重要因素
D.焓变是决定反应是否具有自发性的唯一因素
E.吸热反应就一定不能自发进行
F.大多数能量变低的反应都可以自发进行
G.吸热反应在一定条件下也可自发进行
C、F、G
学以致用
【实验过程】开始时中间用玻璃片隔开，抽掉玻璃片，观察
【实验现象】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
最后两瓶中的颜色相同
【实验结论】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
气体的自发扩散过程
NH4+和NO3-在硝酸铵晶体中有序排列
被水分子包围的NH4+和NO3-在溶液中自由移动
溶解
硝酸铵溶于水的过程可以自发进行
体系自发地向混乱度增加（即有序向无序）方向转变
思考：从混乱度的角度分析两个自发进行过程的相同点
硝酸铵溶解
气体扩散
①熵：用来度量体系混乱程度的物理量。
②符号：S 单位：J·mol-1·K-1
③熵值越大，体系混乱度越大。
体系混乱度越大，熵值越大。
2、混乱度判据（熵判据）
（1）熵的定义
S(水) ：69.9J mol-1K-1
S(冰) ：47.9J mol-1K-1
S(水蒸气)：188.7J mol-1K-1
④同一物质：
⑤固体的溶解、气体的扩散过程等都是混乱度增加的过程。
三种状态下水的熵
S(g) ＞ S(l) ＞S(s)
⑥相同条件下的不同物质具有不同的熵值，分子结构越复杂，熵值越大。
Zn(s) + H2SO4(aq) = ZnSO4(aq) + H2(g)
2KClO3(s) = 2KCl(aq) + 3O2(g)
①熵增 ，体系混乱度增大；熵减 ，体系混乱度增小
（2）熵变：反应前后体系熵的变化
。（符号：
熵增的反应 ，体系混乱度增大，具有自发进行的倾向。
ΔS=∑S(生成物)-∑S(反应物)
③自发过程都是自发地从混乱度小（有序）向混乱度大（无序）的方向进行。
②有气体参与的反应，熵变与气体的物质的量变化有关
2NO(g) + 2CO(g) = N2(g) + 2CO2(g)
4Fe(OH)2(s) + O2(g) + 2H2O(l) = 4Fe(OH)3(s)
乙烯合成聚乙烯
思考3：只有熵增反应才能自发进行？
有的熵减反应也能自发进行
注意：1.反应能否自发进行与反应熵变有关,但不能仅用反应熵变 来判断反应能否自发进行。
2、事实上，只有孤立体系或绝热体系，自发过程才向着熵增的方向进行。
3.熵变判断依据
①物质由固态到液态、由液态到气态或由固态到气态的过程，熵变为正值，是熵增加的过程。
②产生气体的反应和气体的物质的量增大的反应，熵变通常都是正值，是熵增加的反应。
③气体的物质的量减小的反应，熵变通常都是负值 ， 是熵减小的反应。
(1)放热反应一定能自发进行
(2)O2转化变为O3时，熵减小
(3)熵增的反应一定能自发进行
(5)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
√
×
√
×
学以致用
ΔH<0
自发
ΔS>0
自发
用焓判据与熵判据综合判断反应进行的方向
结论：一定自发
ΔH>0
不自发
ΔS<0
不自发
结论：一定不自发
焓判官
熵判官
ΔS>0
自发
ΔH>0
不自发
要听我的！！
我说的才对！
结论？
用焓判据与熵判据综合判断反应进行的方向
焓判官
熵判官
△ G = △ H - T△ S
（T为热力学温度，均为正值）
1.在恒温、恒压下的封闭体系中（不考虑体积变化做功以外的其他功），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。
2.自由能变化：用△G 表示，单位：kJ/mol
美国物理化学家吉布斯
△G = △H - T△S
△G = △H - T△S ＜0 反应能自发进行
△G = △H - T△S ＞0 反应不能自发进行
△G = 0 反应达到平衡
3.综合判据（△G吉布斯自由能判据）
△H
△S
任何温度
反应都自发进行
高温下
反应自发进行
低温下
反应自发进行
任何温度下
反应都不自发进行
反应方向综合判断
3.一般规律
(1)　　　　　 一定能正向自发进行。
(2)　　　　　　　 一定不能正向自发进行。
(3)当焓变和熵变相差较大时,可能某一个因素占主导地位。
放热的熵增加反应
吸热的熵减小反应
学以致用
1.(双选)下列反应中,熵增加的是( )
A.C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)
B.CaCO3(s)+2HCl(aq)=CaCl2(aq)+CO2(g)+H2O(l)
C.C(s)+O2(g)=CO2(g)
D.2Hg(l)+O2(g)=2HgO(s)
AB
2.分析下列反应在任何温度下均能自发进行的是（ ）
A. 2N2(g) +O2(g) = 2N2O(g) △ H = +163 kJ/mol
B. 2Ag(s) + Cl2(g) = 2AgCl(s) △ H = -254 kJ/mol
C. 2HgO(s) = 2Hg(l) + O2(g) △ H = +182 kJ/mol
D. 2H2O2(l) = O2(g) + 2H2O(l) △ H = -196 kJ/mol
解题关键：依据△G=△H-T△S判断
D
学以致用
3.一定条件下发生反应CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)，如图表示该反应过程中能量(单位为kJ·mol-1)的变化，关于该反应的下列说法中,正确的是(　　)。
A. ΔH>0, ΔS>0
B. ΔH>0, ΔS<0
C. ΔH<0, ΔS<0
D. ΔH<0, ΔS>0
C
学以致用
水氢发动机——应用一种特殊的催化剂将水转化成氢气，这项技术能实现吗？
问题解决
室温下反应不能自发进行，所以常温下水氢发动机不能实现。
在25℃ 100KPa时
=517.66 KJ/mol -298K×326.68×10-3 KJ/mol
=420.30 KJ/mol
南阳市政府投资8000万元购置了70辆水氢发动汽车。
联系实际
网上引起质疑“感觉化学白学了，智商被按在地上摩擦”
记者走访发现氢能公交“假氢真电”，公交车平时不加氢，而是充电后使用
骗局
课堂小结

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