化学反应的方向高二上学期化学人教版选修一

科学判据：理论指引，少走弯路汽车尾气带来严重的环境问题。为减少污染，人们创造性地设计新反应：2NO+2CO=N2+2CO2一个化学反应在给定的条件下（通常指温度和压强）能否自发进行？以及在什么条件下有可能按照我们预期的方向发生？这个“判据”是什么呢？化学反应的方向预期方向§2.3化学反应的方向第二章

化学反应速率与化学平衡自然界中有一些过程是自发进行的，而且是有方向性的。一、自发过程与自发反应1、自发过程：在一定T、P下，不需要外力作用就能自动进行的过程。2、非自发过程：在一定T、P下，需要持续借助外力作用才能进行的过程。

外力作用一般指的是：光照、通电等；而加热、点燃、高温都是为了达到某一反应温度，属于一定温度范畴，不属于外力作用。高处低处自发非自发探究：同学们能举出生活中常见的自发过程还有哪些吗？他们之间有什么共同特征吗？经验分析：把墨汁加到水中，有什么现象？溶解、扩散扩散前扩散后有序无序(混乱)生活中的类似现象有序无序(混乱)结论：没有外界干扰下，体系从有序→无序可以自发进行7墨水扩散；食盐溶解于水；室温下，冰块自动融化；电流总是从电势高的地方流向电势低的地方；热量总是从温度高的地方传递到温度低的地方；自然界中水总是从高处往低处流。

（1）高能量低能量对外做功或释放热量（2）有序（混乱度小）无序（混乱度大）一、自发过程与自发反应【思考与讨论】下列反应在一定条件下都能自发进行，你知道这些反应能自发进行的原因吗？①C3H8(g)+5O2(g)=3CO2(g)+4H2O(l)△H=-2217.5kJ/mol②2Na(s)+Cl2(g)=2NaCl(s)△H=-882kJ/mol③C(s)+O2(g)=CO2(g)△H=-393.5kJ/mol④H2(g)+F2(g)=2HF(g)△H=-546.6kJ/mol【总结】放热反应使体系能量降低，能量越低越稳定，△H<O有利于反应自发进行

△H＜0，放热反应。即体系趋向于从高能状态转变为低能状态（稳定）一、自发过程与自发反应二、焓判据（能量判据）1、内容：体系趋向于从能量高的状态转变为能量低的状态，因此反应放热有利于反应自发进行。【思考与讨论】对以上反应中的③C(s)+O2(g)=CO2(g)△H=-393.5kJ/mol，即碳燃烧，有同学认为这个过程不能自发，因为需要点燃，你怎么看？小结：自然之法如此神奇，正是很多燃烧反应会遇到“活化能”的壁垒。才使得富含有机物的生命体在富含氧气的大气中没有“自燃”。因为燃烧反应存在“障碍”——活化能，“点燃”的目的是克服反应的活化能，“启动”反应，使之发生。因为反应放出的热量|△H|>Ea。使得放出的热量足以克服后续反应的活化能，因此在反应引发后，不用持续加热，也能自发进行下去。【思考与讨论】为什么有些放热反应需要持续加热呢？例如：H2(g)+CuO(s)=Cu(s)+H2O(1)△H=-128.5KJ/mol因为此反应所需活化能很大，而反应放出的热量太少，即|△H|<Ea。使得放出的热量难以克服后续反应的活化能，因此在反应发生后，需要从环境中不断吸收热量，才能够自发进行下去。

判断某反应是否自发，只是判断反应的方向，与反应是否发生，反应的快慢、反应的热效应无关。二、焓判据（能量判据）2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8H2O(s)=NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l)∆H﹥0【思考与讨论】在19世纪，一些化学家认为，决定反应能否自发进行的因素是反应热，放热反应可以自发进行，而吸热反应不能自发进行。吸热反应都不能自发进行吗？该反应是吸热反应，但在常温下能自发进行人们经过大量反应焓变的研究表明，大多数能自发进行的反应是放热反应。但是，有些吸热反应也能自发。因此，不能仅仅依靠焓变来判断反应是否自发。【结论】反应放热有利于反应自发进行，反应的焓变是制约化学反应能否自发进行的因素之一，但不是唯一的因素。二、焓判据（能量判据）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。这些过程

共同特点：混乱度小（有序）混乱度大（无序）自发的三、熵判据（混乱度判据）为了解释这样一类与能量状态的高低无关的过程的自发性，提出了在自然界还存在着另一种能够推动体系变化的因素：即在密闭条件下，体系有从有序自发转变为无序混乱的倾向。那我们该如何度量这种混乱无序的程度呢？混乱度：表示体系的不规则或无序状态。有序状态混乱度小，无序状态混乱度大。熵S：热力学上描述体系的混乱度的函数。熵值越大，体系混乱度越大。克劳修斯

（德国）三、熵判据（混乱度判据）1、熵（S）：用来衡量体系混乱（无序）程度的物理量，用S表示。体系越混乱，熵值S越大，单位是J·mol-1·K-1。（1）同一物质在不同状态下熵值不同，一般规律是：S(g)>S(l)>S(s);（2）与物质的量有关：物质的量n越大，分子数N越多，熵值S越大。S(水)：69.9J·mol-1·K-1S(冰)

：47.9J·mol-1·K-1S(水蒸气)：188.7J·mol-1·K-1气液固三、熵判据（混乱度判据）2、熵变：物质发生变化时，体系的熵的变化。用符号∆S表示。∆S=S(生成物)－S(反应物)∆S＞0熵增∆S＜0熵减我们生活中遇到的熵增过程:3、熵判据：在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵增大，这个原理叫做熵增原理。该原理是用来判断过程方向的另一个因素，又称为熵判据。16①NH4NO3(s)=NH4+(aq)

＋NO3-(aq)

②

CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)③N2O4(g)=2NO2(g)④CuSO4·5H2O(s)=CuSO4(s)+5H2O(l)⑤Ba(OH)2·8H2O(s)+2NH4Cl(s)=BaCl2(s)+2NH3(g)+10H2O(l)

思考:下列过程均为吸热过程，且在一定条件下都能自发进行，这是为什么呢？不自由变自由(有序变无序)固体变气体气体少变成气体多固体变液体固体变液体和气体1.下列过程中△S<0的是（）A.H2O(l)=H2O(g)

B.C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)C.N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)

D.2H2O(g)=2H2(g)+O2(g)C结论：自发反应的方向与焓变、熵变有关，但焓变和熵变又不能单独作为判断反应自发进行方向的依据。则需综合考虑体系的焓变和熵变。【思考与讨论】所以自发反应一定是熵增加的反应吗？-10℃，水自发结冰不是可以改变自发反应进行的方向温度熵增是自发倾向的一个因素，但不是唯一因素。，△S<0三、熵判据（混乱度判据）自发反应的方向与焓变和熵变有关。1、复合判据：自由能变化ΔG＝ΔH－TΔS，化学反应总是向着自由能减小的方向进行，直到达到平衡。T绝对温度：开尔文温度（K）国际单位制=摄氏（℃）度+273.0美国物理化学家吉布斯四、复合判据（自由能）绝对零度达不到，更不可能为负！则：T一定大于零判断标准ΔG

＜0反应能自发进行ΔG

＞0反应不能自发进行ΔG

＝0反应处于平衡状态ΔG=ΔH﹣TΔS△G<0△G>0△H>0△S＜0非自发△G=0△H＜0△S>0△H＜0△S＜0△H>0△S>0可逆反应到达平衡状态低温可自发自发高温可自发四、复合判据（自由能）化学反应的方向焓变熵变综合判据∆H<0有利于反应自发进行,但自发反应不一定要∆H<0很多自发的化学反应都是熵增的过程，即ΔS＞0;但有些熵减的过程也可自发进行，即ΔS＜0ΔG=ΔH﹣TΔS1.已知在100kPa、298.15K时石灰石分解反应：CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)

ΔH＝＋178.3kJ·mol－1

，ΔS＝160.4J·mol－1·K－1，则：(1)该反应________(填“能”或“不能”)自发进行；(2)据本题反应数据分析，温度________(填“能”或“否”)