化学反应进行的方向.pptx

1化学反应快慢化学反应快慢-速率速率化学反应进行的限度化学反应进行的限度- -化学平衡化学平衡3化学反应进行的方向化学反应进行的方向-推动力推动力2水总是自发地由高处往低处流水总是自发地由高处往低处流自然界中有许多自然自然界中有许多自然而然发生的现象，请而然发生的现象，请同学们联系生活知识，同学们联系生活知识，列举一些能自动发生列举一些能自动发生的例子？的例子？1、高山流水高山流水是一个自动进行的自然过程是一个自动进行的自然过程。高处。高处水一定水一定会流到低处吗？流动的会流到低处吗？流动的速率如何速率如何?2、低处水可以流至高处么？、低处水可以流至高处么？ 可采取什么措施？可采取什么措施？3、在、在“低水高流低水高流”的过程中一旦的过程中一旦外界停止外界停止做功做功，该过程还能继续进，该过程还能继续进行下去吗？行下去吗？思考与交流思考与交流请尽可能多地列举你熟知的自发过程。请尽可能多地列举你熟知的自发过程。自自 发发 过过 程：程：在一定条件下，不需要在一定条件下，不需要外力作用外力作用就能就能自自 动动进行的过程；进行的过程；非自发过程：非自发过程：在一定条件下，在一定条件下，需持续借助需持续借助人为人为作用作用才才 能能进行的过程。进行的过程。思考与交流思考与交流自然界中水总是从高处往低处流；自然界中水总是从高处往低处流；电流总是从电位高的地方向电位低的地方流动；电流总是从电位高的地方向电位低的地方流动；室温下冰块自动融化；室温下冰块自动融化；墨水扩散墨水扩散；食盐溶解于水食盐溶解于水u铁器暴露在潮湿空气中会生锈；u酸碱中和；uZn与CuSO4溶液会自动反应生成Cu和ZnSO4u甲烷和氧气的混合气体遇明火就燃烧 镁条燃烧；酸碱中和；镁条燃烧；酸碱中和；铁器暴露在潮湿空气中会铁器暴露在潮湿空气中会生锈；甲烷和氧气的混合气体遇明火就燃烧，生锈；甲烷和氧气的混合气体遇明火就燃烧，锌与锌与CuSOCuSO4 4溶液会自动反应生成溶液会自动反应生成CuCu和和ZnSOZnSO4 4等，等，这些过程都这些过程都是自发的，其逆过程就是非自发的是自发的，其逆过程就是非自发的。 如何判断一个过程，一个反应能否自发进行？ 以以“物体由高处自由下落物体由高处自由下落”为代表，探究为代表，探究自发过程中有哪些变化趋势。自发过程中有哪些变化趋势。（释放热量或对外做功）（释放热量或对外做功）1、能量趋于降低、能量趋于降低共同特点：共同特点：高能态高能态低能态低能态+能量能量(1)钠与水反应：钠与水反应：2Na(s)+2H2O(l)=2NaOH+H2 (g) H=368 kJ/mol(2)铁生锈：铁生锈：3Fe(s)+3/2O2(g)=Fe2O3(s) H=-824 kJ/mol(3)氢气和氧气反应：氢气和氧气反应：2H2(g)+O2(g)=2H2O(l ) H=571.6kJ/mol共同点共同点放热反应放热反应H0能量判据：能量判据：自发过程的体系取向于从高能状态转变为自发过程的体系取向于从高能状态转变为低能状态低能状态( (这时体系会对外部做功或释放热量这时体系会对外部做功或释放热量) )，这一，这一经验规律就是经验规律就是能量判据能量判据。能量判据能量判据又称又称焓判据焓判据，即即H H0 0的反应有自发进行的倾向，焓判的反应有自发进行的倾向，焓判据是判断化学反应进行方向的判据是判断化学反应进行方向的判据之一。据之一。已知金刚石和石墨在氧气中完全燃烧的热化学方程式为：已知金刚石和石墨在氧气中完全燃烧的热化学方程式为： C(金刚石、s)+O2(g) CO2(g) H1395.41kJ/mol C(石墨、s)+O2(g) CO2(g) H2393.51kJ/mol关于金刚石与石墨的转化，下列说法正确的是关于金刚石与石墨的转化，下列说法正确的是 A A. .金刚石转化成石墨是自发进行的过程金刚石转化成石墨是自发进行的过程 B B. .石墨转化成金刚石是自发进行的过程石墨转化成金刚石是自发进行的过程 C C. .石墨比金刚石能量低石墨比金刚石能量低 D D. .金刚石比石墨能量低金刚石比石墨能量低A C 有些有些过程也是自发的，这当中有的与物质的能量高低无关，过程也是自发的，这当中有的与物质的能量高低无关，有的虽与能量高低有关，但用焓判据却无法解释清楚，例如：有的虽与能量高低有关，但用焓判据却无法解释清楚，例如：N2O5分解：分解： 2N2O5(g) 4NO2(g)+O2(g) H=+56.7kJ/mol碳铵的分解：碳铵的分解：(NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g) H=+74.9 kJ/mol自发进行的吸热反应自发进行的吸热反应 H O有利于反应自发进行，自发反应不一定要H 0 有利于反应自发进行。混乱度增加意味着体系变得更加无序。 体系的有序性越高，混乱度越低，熵值越小。有序变无序碳铵的分解：碳铵的分解：(NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g) H=+74.9 kJ/mol自发反应一定是熵增加的反应吗？自发反应一定是熵增加的反应吗？2H2(g)+O2(g)=2H2O(l ) S=39.35Jmol-1K-1 结论：SO，有利于反应自发进行，自发反应不一定要SO熵变是反应能否自发进行一个因素, 但不是唯一因素。（ S0）也能自发反应。）也能自发反应。N2O5分解：分解： 2N2O5(g) 4NO2(g)+O2(g) H=+56.7kJ/mol 很多情况下，简单地只用其中一个判据判断同一很多情况下，简单地只用其中一个判据判断同一个反应，可能会出现相反的判断结果，所以应两个判个反应，可能会出现相反的判断结果，所以应两个判据兼顾。由焓判据和熵判据组合成的复合判据据兼顾。由焓判据和熵判据组合成的复合判据将更适将更适合于所有的过程。合于所有的过程。G=HTS当 G0时，反应不自发进行当 G=0时，平衡状态 化学反应能否自发进行，既与反应有关，又与反应有关，恒温、恒压下，反应方向的判据是体系变化（ G）用焓变、温度和熵用焓变、温度和熵变综合变综合判断反应的判断反应的方向方向 体系体系的自由能变化的自由能变化(化学符号化学符号G)综合考虑了焓变和熵变对体综合考虑了焓变和熵变对体系的影响，可用于化学反应自发进行的方向的判断系的影响，可用于化学反应自发进行的方向的判断， GHTS。当当H0，即，即G0，S0，反应不能自发进行。，反应不能自发进行。当当H0，S0，或，或H0，S0时，反应是否自发进行与温时，反应是否自发进行与温度有关，在一定温度下，可使度有关，在一定温度下，可使G0，即反应达到平衡状态，即反应达到平衡状态。用焓变、温度和熵变综合判断反应的方向用焓变、温度和熵变综合判断反应的方向1H0G0，即，即 在在温度、压力一定的条件下，放热的熵增的反应一定能自发温度、压力一定的条件下，放热的熵增的反应一定能自发进行，如进行，如： 2KClO3(s) = 2KCl(s)3O2(g) H78.03kJ/mol， S494.4Jmol1K1则则GHTS 78.03kJmol1298k494.4103kJmol1K1 225.36kJmol10，S0，即，即 在在温度、压力一定的条件下，吸热的熵减的反应一定不能自温度、压力一定的条件下，吸热的熵减的反应一定不能自发进行。如发进行。如： CO(g) = C(s，石墨石墨) O2(g) H110.5kJmol1S89.36Jmol1K1，则则GHTS110.5kJmol1298k(89.36103kJmol1K1)137.13kJmol10。用焓变、温度和熵变综合判断反应的方向用焓变、温度和熵变综合判断反应的方向用焓变、温度和熵变综合判断反应的方向用焓变、温度和熵变综合判断反应的方向3当当H0，S0或或H0，S0时，反应是否自发进行与温时，反应是否自发进行与温度有关，一般低温时焓变影响为主，高温时熵变影响为主。度有关，一般低温时焓变影响为主，高温时熵变影响为主。 当焓变和熵变的作用相反时，如果二者大小相差悬殊，可能当焓变和熵变的作用相反时，如果二者大小相差悬殊，可能某一因素占主导地位。如某一因素占主导地位。如：NH4HCO3(s)CH3COOH(aq) = CO2(g)CH3COONH4(aq)H2O(l) H37. 01kJ/mol S184.05Jmol1K1，则则GHTS 37.301kJ/mol298k184.05103kJmol1K1 17.55kJmol10，S0或或H0，S0时，反应是否自发进行与温时，反应是否自发进行与温度有关，一般低温时焓变影响为主，高温时熵变影响为主。度有关，一般低温时焓变影响为主，高温时熵变影响为主。 当焓变和熵变的作用相反时，如果二者大小相差悬殊，可能当焓变和熵变的作用相反时，如果二者大小相差悬殊，可能某一因素占主导地位。如某一因素占主导地位。如：4Fe(OH)2(s)2H2O(l)O2(g) = 4Fe(OH)3(s) H444.3kJmol1 ； S280.1Jmol1K1，则：则：GHTS 444.3kJmol1298k(280.1103kJmol1K1) 360.83kJmol10，S0或或H0，S0。故室温下该反应不能自发进行。故室温下该反应不能自发进行。当焓变和熵变的作用相反且相差不大时，温度有可能对反应的当焓变和熵变的作用相反且相差不大时，温度有可能对反应的方向起决定性作用。如方向起决定性作用。如： CaCO3(s) = CaO(s)CO2(g) H(298k)178.2kJmol1 S(298k)169.6Jmol1K1, 哪哪么么什么什么温温度度下下该该反应反应才才能能自发自发进行进行？则则GHTS 0， 有有H H /S T 178.2kJmol1 169.6103kJmol1K1 T 1050k。温温度高于度高于1050K（777）该该反应反应才才能自发进行能自发进行类型 H S G及反应方向及反应方向反应实例1焓减熵增，(任何温度)均自发2H2O2(l)=2H2O(l)+O2(g)2焓增熵减，(任何温度)均不自发3/2O2(g)=O3(g)3焓增熵增，(常温)不自发，(高温)自发N2O4(g)=2NO2(g)4焓减熵减，(常温)自发，(高温)不自发N2(g)+3H2(g)=2NH3(g) G = H T S用焓变、温度和熵变综合判断反应的方向用焓变、温度和熵变综合判断反应的方向 过程的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。例如教材P35涂有防锈漆和未涂防锈漆的钢制器件，其发生腐蚀过程的自发性是相同的，但只有后者可以实现；又如装在不同地方的气体等例子。又如：金刚石有向石墨转化的倾向，但是能否发生，什么时候发生，多快才能完成，就不是能量判据和熵判据能解决的问题了。 在讨论过程的方向时，指的是没有外界干扰时体系的性质。如果允许外界对体系施加某种作用，就可能出现相反的结果。如水泵可以把水从低水位升至高水位；用高温可使石灰石分解；高温高压石墨转化为金刚石的例子，实现后者的先决条件是要向体系中输入能量，该过程的本质仍然是非自发性的。影响因素：影响因素：化学反应的方向反应焓变反应熵变共同影响共同影响吸热放热熵增熵减焓减小有利于反应自发，熵增大有利于反应自发焓减小有利于反应自发，熵增大有利于反应自发用焓变、温度和熵变综合判断反应的方向用焓变、温度和熵变综合判断反应的方向一、化学反应进行方向的判据一、化学反应进行方向的判据1焓判据焓判据2熵判据熵判据二、理解熵的含义和熵的变化二、理解熵的含义和熵的变化 1、放热的自发过程可能是熵减小的过程，、放热的自发过程可能是熵减小的过程， 如铁生锈、氢气燃烧等；也可能是熵无明显变化或增加的过如铁生锈、氢气燃烧等；也可能是熵无明显变化或增加的过程，如金刚石和石墨的互变熵不变；活泼金属与酸的置换反应熵程，如金刚石和石墨的互变熵不变；活泼金属与酸的置换反应熵增等增等2、吸热的自发过程应为熵增加的过程，、吸热的自发过程应为熵增加的过程， 如冰的融化、硝酸铵溶于水等。如冰的融化、硝酸铵溶于水等。3、无热效应的自发过程是熵增加的过程，、无热效应的自发过程是熵增加的过程， 如两种理想气体的混合等。如两种理想气体的混合等。练习练习1:知道了某过程有自发性之后，则知道了某过程有自发性之后，则A.可判断出过程的方向可判断出过程的方向B.可确定过程是否一定会发生可确定过程是否一定会发生C.可预测过程发生完成的快慢可预测过程发生完成的快慢D.可判断过程的热效应可判断过程的热效应A自发进行的反应一定是（自发进行的反应一定是（ ）A.吸热反应；吸热反应； B.放热反应；放热反应；C.熵增加反应；熵增加反应； D.熵增加或者放热反应。熵增加或者放热反应。下列下列过程是非自发的是（过程是非自发的是（ ）A.水由高处向低处流；水由高处向低处流； B.天然气的燃烧；天然气的燃烧；C.铁在潮湿空气中生锈；铁在潮湿空气中生锈； D.室温下水结成冰。室温下水结成冰。DD练习练习2:练习练习3:下列下列说法正确的是（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凡是放热反应都是自发的，由于吸热反应都是非自发的；自发的；B.自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是熵减自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是熵减少或不变；少或不变；C.自发反应在恰当条件下才能实现；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自发反应在任何条件下都能实现。C练习练习4:下列下列说法不正确的是（说法不正确的是（ ）A. 焓变是一个与反应能否自发进行有关的因素，多数的能自焓变是一个与反应能否自发进行有关的因素，多数的能自发进行的反应都是放热反应。发进行的反应都是放热反应。B. 在同一条件下不同物质有不同的熵值，其体系的混乱程度在同一条件下不同物质有不同的熵值，其体系的混乱程度越大，熵值越大。越大，熵值越大。C. 一个反应能否自发进行取决于该反应放热还是吸热一个反应能否自发进行取决于该反应放热还是吸热D. 一个反应能否自发进行，与焓变和熵变的共同影响有关一个反应能否自发进行，与焓变和熵变的共同影响有关C练习练习5:练习练习6:碳铵碳铵(NH4)2CO3 在室温下就能自发地分解产生氨气，在室温下就能自发地分解产生氨气，对其说法中正确的是对其说法中正确的是 A、碳铵分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的、碳铵分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增大。熵增大。 B、碳铵分解是因为外界给予了能量、碳铵分解是因为外界给予了能量 C、碳铵分解是吸热反应，根据焓判据不能自发分解、碳铵分解是吸热反应，根据焓判据不能自发分解 D、碳酸盐都不稳定，都能自发分解。碳酸盐都不稳定，都能自发分解。AC250C和和1.01105Pa时，时，反应：反应： 2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g) H=56.76kJ/mol，自发自发进行的原因是进行的原因是 （ ）A.是吸热反应；是吸热反应； B.是放热反应；是放热反应；C.是熵减少的反应；是熵减少的反应；D.熵增大效应大于能量效应。熵增大效应大于能量效应。D练习练习7:以下以下自发反应可用能量判据来解释的是自发反应可用能量判据来解释的是( )A.硝酸铵自发地溶于水硝酸铵自发地溶于水B.2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)；H=+56.7kJ/molC.(NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g); H=+74.9 kJ/molD.2H2(g)+O2(g)=2H2O(l); H=-571.6 kJ/molD练习练习8:下列反应中，熵减小的是（ ）DA. (NH4 )2CO3(s)NH4HCO3(s)+NH3(g)B. 2N2O5(g)4NO2(g)O2(g)C. MgCO3(s)MgO(s)CO2(g)D. 2CO(g)2C(s)O2(g)练习练习9:下列反应中，在高温下不能自发进行的是下列反应中，在高温下不能自发进行的是D. CO(g)C(s)1/2O2B. 2N2O5(g)4NO2(g)O2(g)A. (NH4 )2CO3(s)NH4HCO3(s)+NH3(g)C. MgCO3(s)MgO(s)CO2(s)D熵减熵减熵增熵增熵增熵增熵增熵增练习练习10:H0，S0的的反应反应高温不能高温不能自发自发进行，低温才能进行，低温才能自发进行自发进行