资源简介

(共29张PPT)
第一章
化学反应的热效应
第二章 化学反应速率与化学平衡
第三节 化学反应的方向
本节重点
自发反应的判断依据
【资料】我国力争在2060年前实现“碳中和”，体现了中国对解决气候问题的大国担当.
CO2
CH3OH
？
CO2(g) + 3H2(g) → CH3OH(g) + H2O(g)
CO2(g) + 2H2O(g) → CH3OH(g) + 3/2 O2(g)
生产的可行性问题
生产的效率问题
生产的产率问题
首要问题
自然界中水总是自动从高处往低处流；
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。
上述过程有何共同点？
有明显的自发性
如何理解自发性了？
思考
非自发过程 ：在一定条件下，需要持续借助人为作用力才能进行的过程。
1.自发过程
在温度和压强一定的条件下，不需要外力作用就能自动进行的过程。
墨水扩散
高山流水
在一定条件下，如果一个过程是自发的，那么它的逆过程通常是非自发的。
主题1:自发过程与自发反应
2.自发反应：
在给定的条件下,可以自发进行到显著程度的化学反应,就称为自发反应。
主题1:自发过程与自发反应
3.非自发反应
不能够自发地进行，需要做功。
主题1:自发过程与自发反应
“自发”或“非自发”是绝对的吗？
冬天水结冰 → 自 发
春天冰融化 → 自 发
“自发”是一定条件下的自发，条件变了可能由原来的“自发”变成“非自发”。
主题1:自发过程与自发反应
“自发”一定能发生吗？“非自发”一定不能发生吗？
处于高水位的水有向低处流动的趋势，但是被大坝拦截，该过程并没有实际发生，但是有发生的趋势。
“自发”只是有发生的趋势，并不代表
一定会发生，更不能确定发生的速率。
“非自发“也不代表不能发生。
主题1:自发过程与自发反应
1.自发反应具有方向性：
即在一定条件下反应的某个方向是自发进行的，其逆方向在相同条件下一定不能自发进行
2.自发反应是指该反应过程有自发进行的倾向：但不一定能够实际发生，发生时速率也不一定大，非自发反应在一定条件下也可能发生。如煤的燃烧是自发反应，但在常温下不能自发进行。
总结
主题1:自发过程与自发反应
对外做功或释放热量
高能状态
低能状态
1.从能量角度分析这些自发过程有什么共同特点？
2.什么样的化学反应能自发进行？
ΔH < 0
推动
放热反应
焓减
思考
主题2:自发反应的判断依据
从能量角度讨论，化学反应有着什么样的倾向？
化学反应有向着焓减的方向进行的倾向（△H ＜ 0）。
体系总是趋向于从高能量状态转化为低能量状态
（这时体系往往会对外做功或释放能量）
1.能量角度--焓判据
大多数放热反应可以自发进行。请猜测焓变(ΔH )与反应自发进行的关系
主题2:自发反应的判断依据
利用焓判据进行判断，下列反应能否自发进行？
1.能量角度--焓判据
大多数放热反应可以自发进行，但有一部分吸热反应也能自发进行，
不能只根据化学反应的焓变来判断化学反应的方向。
吸热反应就一定不自发吗？
仅用焓判据判断反应进行的方向不全面！
焓变（△H）是决定反应能否自发进行的因素之一，但不是唯一因素。
主题2:自发反应的判断依据
思考：什么因素驱动了吸热反应的自发进行？
花香四溢、酒香扩散、食盐溶解于水有什么共同的特点？
有序
混乱
混乱程度简称混乱度
主题2:自发反应的判断依据
从物质角度讨论，自发进行的方向是否与混乱度有关？
气体扩散实验
在密闭条件下，体系有从有序自发地转变为无序的倾向。与有序体系相比，无序体系“更加稳定”，可以采取更多地存在方式。
主题2:自发反应的判断依据
从物质角度讨论，自发进行的方向是否与混乱度有关？
有序
状态
无序
状态
自发地转化为
混乱度小
混乱度大
自发过程进行的方向还与“混乱度”有关
熵(S)
液体扩散实验
主题2:自发反应的判断依据
如何定义体系的混乱程度？
熵 (S): 量度混乱（或无序）程度的物理量(J/K)
与物质的存在状态有关：对于同一种物质，等物质的量的该物质其熵值（混乱度）大小与物质的存在状态有关。
比较分子间隔，得出结论：S(g)>S(l)>S(s)，即气态>液态>固态。
与物质的量有关：物质的量越大，分子数越多，熵值越大。
不同物质熵值间的关系：物质的组成越复杂，其熵值越大，一般组成物质的原子种类相同时，一个分子中的原子数目越多，其混乱度越大，熵值也越大。
主题2:自发反应的判断依据
如何定义体系的混乱程度？
熵是度量体系混乱程度的物理量，符号：S
混乱度越大，体系越无序，体系的熵值就越大
同一物质：S(g) > S(l) > S(s)
判断以下反应的熵变
Zn(s) + H2SO4(aq) = ZnSO4(aq) + H2(g)
2KClO3(s) = 2KCl(s) + 3O2(g)
2NO(g) + 2CO(g) = N2(g) + 2CO2(g)
4Fe(OH)2(s) + O2(g) + 2H2O(l) = 4Fe(OH)3(s)
△S>0
△S>0
△S<0
△S<0
ΔS=S产物总熵－S反应物总熵
主题2:自发反应的判断依据
从物质角度讨论，化学反应有着什么样的倾向？
熵增原理：在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵增大（即△S>0）。
在用来判断过程的方向时，就称为熵判据。即混乱度趋于增加，△S>0，有自发进行倾向。
化学反应有向着熵增的方向进行的倾向。
2.物质角度--熵判据
主题2:自发反应的判断依据
2.物质角度--熵判据
在与外界隔绝的体系中，自发过程将导致体系的熵增大
利用熵判据进行判断，下列反应能否自发进行？
由此可见，熵减的过程在一定条件下也能自发进行。因此不能只根据熵变来判断化学反应的方向。
仅用熵判据判断反应进行的方向不全面！
熵变只是判别反应能否自发进行的一个因素，但也不是唯一因素。
主题2:自发反应的判断依据
综合利用焓判据和熵判据进行判断，下列反应能否自发进行？
ΔH＜0 ΔS＞0
均有利
ΔH＞0 ΔS＞0
ΔH＜0 ΔS＜0
高温有利
低温有利
一个有利
一个不利
结论：反应确定，ΔH、ΔS确定，只有改变温度，才能影响化学反应进行的方向。
自由能判据ΔG=ΔH-TΔS＜0
当ΔG < 0时，反应能自发进行；
当ΔG = 0时，反应处于平衡状态；
当ΔG > 0时，反应不能自发进行。
主题2:自发反应的判断依据
请同学们结合公式 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
正正高温
正负皆停
负正皆行
负负低温
主题2:自发反应的判断依据
任何温度下都能自发进行
任何温度下都不能自发进行
低温下能自发进行
高温下能自发进行
1、判断下列4个反应能否自发进行，如能，需要在什么条件下？
课堂练习
1.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判据
C
【解析】 多数能自发进行的反应都是放热反应，但并不是所有能自发进行的反应都是放热反应，既然说“多数”，必定存在特例，所以只能说焓变是影响反应是否具有自发性的一个重要因素，但不是唯一因素。故选C。
A
2.自由能的变化(ΔG)是反应方向判断的复合判据：ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG<0时，反应正向自发进行。已知：某化学反应的ΔH＝ －122 kJ/mol，ΔS＝231 kJ/(mol·K)，则该反应在下列哪种情况下可自发进行( 　　)
A. 在任何温度下都能自发进行 B. 在任何温度下都不能自发进行
C. 仅在高温下自发进行 D. 仅在低温下自发进行
【解析】 该化学反应的ΔH＝－122 kJ/mol，即ΔH<0，ΔS＝231 kJ/(mol·K)，即ΔS>0，则复合判据ΔG＝ΔH－TΔS在任何温度下都小于0，即该反应在任何温度下都能自发进行，A正确。
课堂检测
1.判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1) 放热反应一定能够自发进行( 　　)
(2) 混乱度增大的反应一定能够自发进行( 　　)
(3) ΔH＜0、ΔS＞0的反应一定能自发进行( 　　)
(4) ΔH＞0、ΔS＜0的反应在温度合适时可以自发进行( 　　)
(5) 综合考虑体系的焓变和熵变才能判断反应能否自发进行( 　　)
×
×
×
√
√
课堂检测
1.汽车尾气(含烃类、CO、NO与SO2等)是城市主要污染源之一，治理的办法之一是在汽车排气管上装催化转化器，它使NO与CO反应生成可参与大气生态循环的无毒气体，其反应原理是2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)。由此可知，下列说法正确的是(　　)
A．该反应是熵增大的反应
B．该反应不能自发进行，因此需要合适的催化剂
C．该反应常温下能自发进行，催化剂条件只是增大反应的速率
D．该反应常温下能自发进行，因为正反应是吸热反应
C
课堂检测
3.下列对于化学反应方向说法正确的是(　　)
A．反应3NO2(g)＋H2O(l)=2HNO3(aq)＋NO(g)在一定条件下能自发进行，
说明该反应的ΔH＞0
B．常温下反应2Na2SO3(s)＋O2(g)=2Na2SO4(s)能自发进行，则ΔH＜0
C．反应2Na2O2(s)＋2CO2(g)=2Na2CO3(s)＋O2(g)能自发进行，
则该反应的ΔH＞0
D．一定温度下，反应2NaCl(s)=2Na(s)＋Cl2(g)的ΔH＜0
B
课堂小结
化
学
反
应
方
向
的
判
断
焓判据
放热过程中体系能量降低，ΔH＜0， 具有自发进行的倾向，但有些吸热反应也可以自发进行，故焓变只是影响反应反向的一种因素
熵判据
①熵的大小：同种物质，熵值：气态>液态>固态
②熵判据：体系的无序程度增加(即熵增)，ΔS＞0反应有自发进行的倾向，但有些熵减的过程也能自发进行，故熵变只是影响反应方向的一种因素
复合判据
＞0，反应不能自发进行
ΔH-TΔS
=0，反应达到平衡
＜0，反应能自发进行
Thank you for watching

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