第二章第二章 化学反应速率和化学平衡化学反应速率和化学平衡第四节第四节 化学反应进行的方向化学反应进行的方向化学反应进行的快慢化学反应的限度化学反应进行的方向化学反应速率化学平衡 ?化学反应原理的组成部分化学反应原理的组成部分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；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；正电荷是从电势高的地方向电势低的地方流动；正电荷是从电势高的地方向电势低的地方流动；正电荷是从电势高的地方向电势低的地方流动；正电荷是从电势高的地方向电势低的地方流动；室温下冰块自动融化；室温下冰块自动融化；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；墨水扩散；墨水扩散；食盐溶解于水；食盐溶解于水；食盐溶解于水；食盐溶解于水；火柴棒散落等。火柴棒散落等。火柴棒散落等。火柴棒散落等。思思思思与与与与题题题题问问问问考考考考 这些生活中的现象将向何方发展，我们非常清楚，因为它们有明显的自发性其中是否蕴藏了一定的科学原理？自发反应：在自发反应：在一定条件一定条件一定条件一定条件下下不不不不需外界帮助就能需外界帮助就能自动自动自动自动 进行的反应，称为自发反应。进行的反应，称为自发反应。自发过程：在自发过程：在一定条件一定条件一定条件一定条件下，下，不不不不借助外部力量就能借助外部力量就能 自动自动自动自动进行的过程。进行的过程。清清识识知知单单下列反应在一定条件下都能自发进行，你知道这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主要原因吗？些反应能自发进行的主要原因吗？C C3 3H H8 8(g) + 5O(g) + 5O2 2(g) = 3CO(g) = 3CO2 2(g) + 4H(g) + 4H2 2O(l) O(l) H = -2217.5 kJ H = -2217.5 kJmolmol-1-12Na(s) + Cl2Na(s) + Cl2 2(g) = 2NaCl(s) (g) = 2NaCl(s) H = -822 kJ H = -822 kJmolmol-1-14Fe(s) + 3O4Fe(s) + 3O2 2(g) = Fe(g) = Fe2 2O O3 3(s)(s) H = -1648.4 kJH = -1648.4 kJmolmol-1-1H H2 2(g) + F(g) + F2 2(g) = 2HF(g)(g) = 2HF(g) H H = = -546.6 kJ -546.6 kJmolmol-1-1 道道知知你你吗吗共同特点：共同特点：H O H O 即放热反应即放热反应放热反应使体系能量降低，能量越低越放热反应使体系能量降低，能量越低越稳定，稳定，H O H O 有利于反应自发进行有利于反应自发进行清清识识知知单单1 1、能量判据（焓判据）、能量判据（焓判据）反应物的总能量反应物的总能量高高生成物的总能量生成物的总能量低低放放热热反反应应H H0 0化学反应进行方向的判据化学反应进行方向的判据日常生活中长期积累的经验而总结得到一条经日常生活中长期积累的经验而总结得到一条经验规律验规律能量判据（焓判据）能量判据（焓判据）自发过程体自发过程体系系趋向于从趋向于从高能状态高能状态转变为转变为低能状态低能状态（这时体系（这时体系会对外做功或者释放热量即会对外做功或者释放热量即H 0H 0）。）。思考：是不是所有自发进行的化学思考：是不是所有自发进行的化学 反应都是放热的？反应都是放热的？思思与与题题问问考考结论：结论：H OH O有利于反应自发进行，有利于反应自发进行， 但自发反应不一定要但自发反应不一定要H OH 0 S 0 有利于反应自发进行。有利于反应自发进行。【归纳与总结】【归纳与总结】自发过程的体系趋向于由有序转变为无序，导致体自发过程的体系趋向于由有序转变为无序，导致体系的熵增大，这一经验规律叫做系的熵增大，这一经验规律叫做熵增原理熵增原理熵增原理熵增原理，也就是，也就是反应方向判断的反应方向判断的熵判据熵判据熵判据熵判据2、熵判据1 1、同一物质气态时熵值、同一物质气态时熵值最大最大，液态，液态较小较小，固态时，固态时最小最小。2 2、固体的、固体的溶解溶解过程、墨水过程、墨水扩散扩散过程和气体过程和气体扩散扩散过程。过程。3 3、反应过程中气体物质的量、反应过程中气体物质的量增加增加的反应。的反应。导致混乱度增加的一些因素导致混乱度增加的一些因素清清识识知知单单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)结论：结论：S OS O有利于反应自发进行，有利于反应自发进行， 自发反应不一定要自发反应不一定要S OS O熵变是反应能否自发进行的熵变是反应能否自发进行的一个因素一个因素, ,但不是惟一因素。但不是惟一因素。 物质的混乱度趋于增加物质的混乱度趋于增加物质具有的能量趋于降低物质具有的能量趋于降低 H H( (焓变焓变) ) 0)0焓焓( (H H) )判据判据熵熵( (S S) )判据判据放热反应放热反应焓变熵变化学反化学反应能否自能否自发进行行自发进行自发进行不自发进行不自发进行不能定性判断不能定性判断不能定性判断不能定性判断 H H00 H H000 H H00 S S00 S S00 S S00 S S00熵增原理熵增原理3 3、能量判据和熵判据的应用、能量判据和熵判据的应用判断反应进行的方向判断反应进行的方向(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)和熵和熵判据组合成的复合判据判据组合成的复合判据(吉布斯自由能变吉布斯自由能变G)将将更适合于所有的过程。更适合于所有的过程。反应能否自发还与反应能否自发还与温度温度有关有关要正确判断一个化学反应能否自发进行要正确判断一个化学反应能否自发进行, ,必须必须综合考虑综合考虑反应的反应的焓变焓变H H和熵变和熵变S S小结G=G=H-TH-TS S自由能变化自由能变化G G自由能变化自由能变化G G综合考虑了焓变和熵变对体系综合考虑了焓变和熵变对体系的影响的影响当当G0G0G0时，反应为非自发反应时，反应为非自发反应视视学学科科野野HS2KClO3(s)=2KCl(s)+3O2(g)H = -78.03 kJmol-1S = 494.4 Jmol-1K-1CO(g)=C(s,石墨石墨)+1/2O2(g) H = 110.5 kJmol-1S = -89.36 Jmol-1K-1判断下列反应能否自发进行判断下列反应能否自发进行4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)=4Fe(OH)3(s)H = -444.3kJmol-1S = -280.1 Jmol-1K-1H (298K)= 178.2 kJmol-1S (298K)= 169.6 Jmol-1K-1CaCO3(s) = CaO(s)+CO2(g)1 1反应的自发性只能用于判断反应的方向反应的自发性只能用于判断反应的方向，不能确，不能确定反应是否一定会发生和过程发生的速率。例如涂定反应是否一定会发生和过程发生的速率。例如涂有防锈漆和未涂防锈漆的钢制器件，二者发生腐蚀有防锈漆和未涂防锈漆的钢制器件，二者发生腐蚀过程的自发性是相同的，但只有后者可以实现。过程的自发性是相同的，但只有后者可以实现。【注意注意】2 2在讨论过程的方向时，在讨论过程的方向时，指的是没有外界干扰时体指的是没有外界干扰时体系的性质系的性质。如果允许外界对体系施加某种作用，就。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。例如水泵可以把水从低水位可能出现相反的结果。例如水泵可以把水从低水位升至高水位；高温高压下可以使石墨转化为金刚石，升至高水位；高温高压下可以使石墨转化为金刚石，实现的先决条件是要向体系中输入能量，该过程的实现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。本质仍然是非自发性的。影响因素：影响因素：化学反应的方向化学反应的方向 反应焓变反应焓变 反应熵变反应熵变共同影响共同影响吸热吸热放热放热熵增熵增熵减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结结总总识识知知温度温度【课堂达标测试】1 1、下列过程是非自发的是、下列过程是非自发的是（ ）A A、水由高处向低处流；水由高处向低处流； B B、天然气的燃烧；天然气的燃烧；C C、铁在潮湿空气中生锈；铁在潮湿空气中生锈； D D、室温下水结成冰。室温下水结成冰。2 2、碳酸铵（、碳酸铵（NHNH4 4）2 2COCO3 3在室温下就能自发地分解产生氨在室温下就能自发地分解产生氨气，对其说法中正确的是气，对其说法中正确的是（ ）A A、其分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增大；其分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增大；B B、其分解是因为外界给予了能量；其分解是因为外界给予了能量；C C、其分解是吸热反应，据能量判据不能自发分解；其分解是吸热反应，据能量判据不能自发分解；D 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。D DA A3 3、下列说法正确的是、下列说法正确的是（ ）A A、凡是放热反应都是自发的，由于吸热反应都是非自发的；凡是放热反应都是自发的，由于吸热反应都是非自发的；B B、自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是熵减少或不变；自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是熵减少或不变；C 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 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。4 4、自发进行的反应一定是、自发进行的反应一定是（ ）A A、吸热反应；吸热反应； B B、放热反应；放热反应；C C、熵增加反应；熵增加反应； D D、熵增加或者放热反应。熵增加或者放热反应。C CD D5 5、下列说法不正确的是（、下列说法不正确的是（ ）A. A. 焓变是一个与反应能否自发进行有关的因素，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。多数的能自发进行的反应都是放热反应。B. B. 在同一条件下不同物质有不同的熵值，其体系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。的混乱程度越大，熵值越大。C. C. 一个反应能否自发进行取决于该反应放热还是一个反应能否自发进行取决于该反应放热还是吸热吸热D. D. 一个反应能否自发进行，与焓变和熵变的共同一个反应能否自发进行，与焓变和熵变的共同影响有关影响有关E.E.非自发反应在一定条件下能实现非自发反应在一定条件下能实现C6 6、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 A、硝酸铵自发地溶于水硝酸铵自发地溶于水B B、2N2N2 2O O5 5(g)=4NO(g)=4NO2 2(g)+O(g)+O2 2(g)(g)；H=+56.7kJ/molH=+56.7kJ/molC C、(NH(NH4 4 ) )2 2COCO3 3(s)=NH(s)=NH4 4HCOHCO3 3(s)+NH(s)+NH3 3(g); (g); H=+74.9 H=+74.9 kJ/molkJ/molD D、2H2H2 2(g)+O(g)+O2 2(g)=2H(g)=2H2 2O(l); H=-571.6 kJ/molO(l); H=-571.6 kJ/molD DD D7 7、下列反应中，熵减小的是（、下列反应中，熵减小的是（ ）A. (NHA. (NH4 4 ) )2 2COCO3 3(s)(s)NHNH4 4HCOHCO3 3(s)+NH(s)+NH3 3(g)(g)B. 2NB. 2N2 2O O5 5(g)(g)4NO4NO2 2(g)(g)O O2 2(g)(g)C. MgCOC. MgCO3 3(s)(s)MgO(s)MgO(s)COCO2 2(g)(g)D. 2CO(g)D. 2CO(g)2C(s)2C(s)O O2 2(g)(g) 8、某化学反应其、某化学反应其H= -122 kJmol-1，S= 231 Jmol-1K-1，则此反应在下列哪，则此反应在下列哪种情况下可自发进行种情况下可自发进行 ( ) A在任何温度下都能自发进行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在任何温度下都不能自发进行 C仅在高温下自发进行仅在高温下自发进行 D仅在低温下自发进行仅在低温下自发进行A