第二章第四节 化学反应进行的方向

1、学习要求：学习要求：1、焓的概念、熵的概念、焓的概念、熵的概念2、利用焓变判断反应进行的方向、利用焓变判断反应进行的方向3、利用熵变判断反应进行的方向、利用熵变判断反应进行的方向4 4、化学反应进、化学反应进行的方向行的方向1、生活中的自发过程、生活中的自发过程(1)自然界中水由高处往低处流，而不会自动自然界中水由高处往低处流，而不会自动从低处往高处流；从低处往高处流；(2)生活中电流总是从电位高的地方向电位低生活中电流总是从电位高的地方向电位低的地方流动，其反方向也不会自动进行；的地方流动，其反方向也不会自动进行；(3)生活中一般在室温下，冰块会融化；铁器生活中一般在室温下，冰块会融化；铁器

2、暴露在潮湿空气中会生锈；甲烷和氧气的混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，这些过程都是自发的，合气体遇明火就燃烧，这些过程都是自发的，其逆过程就是非自发的。其逆过程就是非自发的。2、放热的自发反应、放热的自发反应(1)甲烷燃烧：甲烷燃烧：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) H=-802.3 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=-571.6 kJ/mol3、吸热的自发过程、吸热的自发过程 (1)

3、室温下冰块的融化；硝酸盐类的溶解等都室温下冰块的融化；硝酸盐类的溶解等都是自发的吸热过程。是自发的吸热过程。(2)N2O5分解：分解： 2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)； H=+56.7kJ/mol(3) 碳铵的分解：碳铵的分解：(NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g); H=+74.9 kJ/mol4、既不吸热也不放热的自发过程、既不吸热也不放热的自发过程两种理想气体的混合等两种理想气体的混合等一、自发过程和自发反应一、自发过程和自发反应1、自发过程：在一定条件下不需要外力、自发过程：在一定条件下不需要外力作用就能自动进行的过程。作用就能自动进行的过程。2、

4、自发反应：在给定的一组条件下，一、自发反应：在给定的一组条件下，一个反应可以自发地进行到显著程度，就个反应可以自发地进行到显著程度，就称为自发反应。称为自发反应。说明说明：(1)自然界中水由高处往低处流是自发自然界中水由高处往低处流是自发过程，其逆过程就是非自发过程，甲烷与氧过程，其逆过程就是非自发过程，甲烷与氧气混合遇火就燃烧是自发反应，其逆向是非气混合遇火就燃烧是自发反应，其逆向是非自发反应。自发反应。 (2)自发过程和自发反应可被利用来完成有自发过程和自发反应可被利用来完成有用功。如向下流动的水可推动机器用功。如向下流动的水可推动机器 ，甲烷燃，甲烷燃烧可在内燃机中被利用来做功，可将氢气

5、燃烧可在内燃机中被利用来做功，可将氢气燃烧反应设计成燃烧电池等。烧反应设计成燃烧电池等。 (3)非自发过程要想发生，则必须对它做非自发过程要想发生，则必须对它做功，如利用水泵可将水从低处流向高处，通功，如利用水泵可将水从低处流向高处，通电可将水分解生成氢气和氧气。电可将水分解生成氢气和氧气。二、化学反应进行方向的判据二、化学反应进行方向的判据1、能量判据：自发过程的体系取向于从高能、能量判据：自发过程的体系取向于从高能状态转变为低能状态状态转变为低能状态(这时体系会对外部做功这时体系会对外部做功或释放热量或释放热量)，这一经验规律就是能量判据。，这一经验规律就是能量判据。2、熵判据：自发过程的

6、本质取向于由有序转、熵判据：自发过程的本质取向于由有序转变为无序，导致体系的熵增大，这一经验规变为无序，导致体系的熵增大，这一经验规律叫做熵增原理，是反应方向判断的熵判据。律叫做熵增原理，是反应方向判断的熵判据。说明：说明：(1)自发过程取向于最低能量状态的倾自发过程取向于最低能量状态的倾向向(即能量判据即能量判据)；自发过程取向于最大混乱；自发过程取向于最大混乱度的倾向度的倾向(即熵判据即熵判据)(2)对于密闭体系，在恒压和不作其他功对于密闭体系，在恒压和不作其他功的条件下发生变化，吸收或放出的热量的条件下发生变化，吸收或放出的热量等于体系的焓的变化。等于体系的焓的变化。(3)在密闭条件下，

7、体系有由有序自发地在密闭条件下，体系有由有序自发地转变为无序的倾向，这种推动体系变化转变为无序的倾向，这种推动体系变化的因素称作熵。的因素称作熵。(4)同一物质，在气态时熵最大，液态时同一物质，在气态时熵最大，液态时次之，固态时最小。次之，固态时最小。3、能量判据和熵判据的应用、能量判据和熵判据的应用(1)由能量判据知：放热过程常常是容易进行的。由能量判据知：放热过程常常是容易进行的。(2)由熵判据知：若干熵增的过程是自发的。由熵判据知：若干熵增的过程是自发的。(3)很多情况下，简单地只用其中一个判据判断同很多情况下，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，所以应一个反

8、应，可能会出现相反的判断结果，所以应两个判据兼顾。由能量判据两个判据兼顾。由能量判据(以焓变为基础以焓变为基础)和熵判和熵判据组合成的复合判据据组合成的复合判据(吉布斯自由能变吉布斯自由能变G)将更适将更适合于所有的过程。合于所有的过程。(4)过程的自发性只能用于判断过程的方向，不能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。如确定过程是否一定会发生和过程发生的速率。如涂有防锈漆和未涂防锈漆的钢制器件，其发生腐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。蚀过程的自发性是相同的，但只有后者可以实现。(5)在讨论过程的方

9、向时，指的是没有外界干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；用高温可使可以把水从低水位升至高水位；用高温可使石灰石分解。实现后者的先决条件是要向体石灰石分解。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系中输入能量，该过程的本质仍然是非自发性的。性的。(6)反应的自发性也受外界条件的影响。如常反应的自发性也受外界条件的影响。如常温下石灰石分解生成生石灰和二氧化碳是非温下石灰石分解生成生石灰和二氧化碳

10、是非自发性的，但在自发性的，但在1273K时，这一反应就是自时，这一反应就是自发的反应。发的反应。例例1：下列过程是非自发性的是：下列过程是非自发性的是( )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、室温下水结成冰例例2：碳铵：碳铵(NH4)2CO3在室温下就能自发地分解在室温下就能自发地分解产生氨气，对其说法中正确的是产生氨气，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、碳铵分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增大。的熵增大。B、碳铵分解是因为外界给予了能量、碳铵分解是因

11、为外界给予了能量C、碳铵分解是吸热反应，根据能量判据不能自发分解、碳铵分解是吸热反应，根据能量判据不能自发分解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。DA例例3：下列说法正确的是：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、凡是放热反应都是自发的，由于吸热反应都是非自发性的。非自发性的。B、自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是熵、自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是熵减小或不变减小或不变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 解析：放热反应常常

12、是容易进行的过程，吸热反应解析：放热反应常常是容易进行的过程，吸热反应有些也是自发的；自发反应的熵不一定增大有些也是自发的；自发反应的熵不一定增大 ，可能，可能减少，也可能不变。过程的自发性只能用于判断过程减少，也可能不变。过程的自发性只能用于判断过程的方向，是否能实现还要看具体的条件。的方向，是否能实现还要看具体的条件。规律方法总结规律方法总结自发反应中的焓变和熵变的关系自发反应中的焓变和熵变的关系1、放热的自发过程可能是熵减小的过程，如铁生锈、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程，氢气燃烧等；也可能是熵无明显变化或增加的过程，如甲烷燃烧、

13、氢气和氯气化合等。如甲烷燃烧、氢气和氯气化合等。2、吸热的自发过程是熵增加的过程，如冰的融化、吸热的自发过程是熵增加的过程，如冰的融化、硝酸铵溶于水等。硝酸铵溶于水等。3、无热效应的自发过程是熵增加的过程，如两种理想、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。气体的混合等。练习题：练习题：1、科学家根据体系存在着力图使、科学家根据体系存在着力图使_和和_的自然现象，提出了相互关联的的自然现象，提出了相互关联的_和和_，为最终解决上述问题提供了必，为最终解决上述问题提供了必要的理论根据。试分别举一例要的理论根据。试分别举一例_，_。自身能量趋于自身能量趋于“最低最低”“有序有序”变为变为“无序无序”能量判据能量判据熵判据熵判据铁在潮湿空气中生锈铁在潮湿空气中生锈硝酸铵溶于水硝酸铵溶于水2、以下自发反应可用能量判据来解释的是、以下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