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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
化学反应的方向
学习目标
1．理解自发过程和自发反应的概念，能区分自发反应和非自发反应。
2．了解焓变和熵变对化学反应方向的影响，知道焓判据和熵判据的适用范围。
3．掌握吉布斯公式ΔG=ΔH-TΔS，能根据该公式判断化学反应自发进行的方向。
课堂导入
自然界中有一些过程是自发进行的，而且是有方向性的。例如，水总是自发地从高处流向低处而相反的过程却不能自发进行。
无需外力
自发进行
借助外力
非自发进行
化学反应亦是如此，那么，如何判断化学反应自发进行的方向呢
一、自发过程与自发反应
一定条件下，不需要借助外力作用就能自动进行的过程称为自发过程。
水由高处向低处
固体溶解
油墨扩散
能够自发进行的反应在常温下不一定能够发生。自发性只能用于判断过程的方向，不能确定过程是否一定会发生和过程发生的速率。
一、自发过程与自发反应
一定条件下，不需要借助外力作用就能自动进行的过程称为自发过程。
水由高处向低处
固体溶解
油墨扩散
高能
状态
低能
状态
对外做功或放热
转化为
有序
状态
无序
状态
转化为
密闭条件下
一、自发过程与自发反应
在给定条件下，能“自己”进行的化学反应称为自发反应。
钢铁生锈
湿法炼铜
木材燃烧
【思考】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。
【思考】非自发反应一定不能发生吗？
在一定条件下能发生。石灰石的分解反应，在常温下是非自发反应，但在高温时，这一反应就能自发进行。
思考与讨论
观察下列能够自发进行的化学反应，它们的共同特征是什么 为什么能够自发进行呢 你能够得出什么结论
H2(g)＋F2(g)＝2HF(g) H = -546.6 kJ·mol-1
C3H8(g)＋5O2(g)＝3CO2(g)＋4H2O(l) H = -2217.5kJ·mol-1
2Na(s)＋Cl2(g)＝2NaCl(s) H = -822 kJ·mol-1
2H2O(l)＝2H2(g)＋O2(g) H = +484 kJ·mol-1
4Fe(s)＋3O2(g)＝Fe2O3(s) H = -1648.4 kJ·mol-1
Cu(s)＋H2SO4(aq)＝CuSO4(aq) ＋ H2(g) H = +1341 kJ·mol-11
自发反应
自发反应
非自发反应
自发反应
非自发反应
自发反应
放热反应（ΔH< 0）有自发进行的倾向
二、化学反应能否自发进行的判据
放热反应( H < 0)，是有利于反应自发进行的条件
1.能量角度
【思考】自发反应一定要ΔH<0吗？
有些吸热反应也可以自发进行，例如：
2NH4Cl+Ba(OH)2·8H2O = 2NH3↑+BaCl2+10H2O ΔH= +31.4 kJ/mol
2N2O5(g) = 4NO2(g) + O2 (g) ΔH= +109.8 kJ/mol
【再思考】是什么因素促使了吸热反应的自发进行呢
二、化学反应能否自发进行的判据
混乱度大
混乱度小
自发过程进行的方向还与“混乱度”有关
两瓶中气体的颜色相同
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
熵(S)
有序
状态
无序
状态
转化为
密闭条件下
二、化学反应能否自发进行的判据
熵( S )
纯物质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。
——描述体系无序程度的物理量
熵值越大，体系无序程度/混乱度越大。
同一物质：S(g) > S(l) > S(s)
二、化学反应能否自发进行的判据
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，如：
ΔS =S反应产物－S反应物
对于确定的化学反应在一定条件下有确定的熵变
2H2O2(aq) = 2H2O(l) + O2(g) ΔS = +57.2 J·mol-1·K-1
CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g) ΔS = +169.6 J·mol-1·K-1
熵变（ ΔS ）
二、化学反应能否自发进行的判据
“熵”表示体系的混乱度，的符号是“S”。下列变化中，ΔS<0的是(　　)
A．3Fe(s)＋4H2O(g)=Fe3O4(s)＋4H2(g)
B．2NO2(g)=N2O4(l)
C．2IBr(l)=I2(s)＋Br2(g)
D．(NH4)2CO3(s)=2NH3(g)＋CO2(g)＋H2O(g)
B
二、化学反应能否自发进行的判据
ΔS＞0 熵增加有利于反应的自发进行
2.混乱度角度
但某些熵减小的反应在一定条件下也能自发进行
NH3(g)＋HCl(g)＝NH4Cl(s) S<0
熵变是与反应能否自发进行有关的一个因素，但不是唯一因素。
二、化学反应能否自发进行的判据
吉布斯确立了定量描述焓变和熵变在判断反应的自发性过程中的地位。吉布斯自由能的出现，完美地从定量角度揭示了变化过程中焓变与熵变之间的协调与抗衡。
二、化学反应能否自发进行的判据
3.判断化学反应方向的复合判据
体系自由能变化(符号为 G，单位为kJ/mol)综合考虑了焓变和熵变对体系的影响，用来定量评价焓变和熵变在反应过程中作用的关系称之为吉布斯公式：
G= H-T S，G为吉布斯自由能
反应不能
自发进行
ΔG > 0
ΔG ＝ 0
反应处于
平衡状态
反应能
自发进行
ΔG < 0
二、化学反应能否自发进行的判据
结合公式 G＝ H-T S，分析讨论反应进行的方向与温度的关系
ΔH
ΔS
O
ΔH>0
ΔS>0
ΔH<0
ΔS>0
ΔH<0
ΔS<0
ΔH>0
ΔS<0
所有温度下反应都能自发进行
低温下反应能自发进行
高温下反应能自发进行
所有温度下反应都不能自发进行
随堂训练
1.下列关于自发过程的叙述中，正确的是(　　)
A.只有不需要任何条件就能够自动进行的过程才是自发过程
B.需要加热才能进行的过程肯定不是自发过程
C.同一可逆反应的正、逆反应在不同条件下都有自发的可能
D.非自发过程在任何条件下都不可能变为自发过程
C
随堂训练
2.已知“凡气体分子总数增大的反应一定是熵增加的反应”。下列反应一定能自发进行的是（ ）
A、2O3(g)=3O2(g) H<0
B、2CO(g)=2C(s)+O2 (g) H>0
C、N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) H<0
D、CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) H>0
A
随堂训练
3.以下判断正确的是（ ）
A、C(s)+CO2(g)=2CO(g) △H＞0，该反应常温下不能自发
B、2Mg(s)+O2(g)=2MgO(s) △H＜0，该反应高温才能自发
C、自发反应的熵一定增大，非自发反应的熵一定减小
D、放热反应都可以自发进行，而吸热反应不能自发进行
A
随堂训练
4.下列关于化学反应方向及其判据的说法中正确的是（ ）
A、1molSO3在不同状态时的熵值：S[SO3(s)]>S[SO3(1)]>S[SO3(g)]
B、常温下，反应C(s)+CO2(g)=2CO(g)不能自发进行，则该反应的ΔH>0
C、放热反应都可以自发进行，而吸热反应不能自发进行
D、2KClO3(s)=2KCl(s)+3CO2(g) ΔH>0能否自发进行与温度无关
B

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