第三節(jié)

化學(xué)反應(yīng)的方向目錄CONTENTS01自發(fā)過(guò)程與自發(fā)反應(yīng)02焓變與反應(yīng)方向03熵變與反應(yīng)方向04復(fù)合判據(jù)01自發(fā)過(guò)程與自發(fā)反應(yīng)

在實(shí)際化工生產(chǎn)中除了考慮使原料盡可能快地轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品外，還要考慮使原料盡可能多地轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品。自發(fā)過(guò)程與自發(fā)反應(yīng)自然界中有一些過(guò)程是自發(fā)進(jìn)行的，而且是有方向性的。例如，水總是自發(fā)地從高處流向低處而相反的過(guò)程卻不能自發(fā)進(jìn)行。無(wú)需外力自發(fā)進(jìn)行借助外力非自發(fā)進(jìn)行類似這樣的自發(fā)過(guò)程還有很多，如：電流總是從電勢(shì)高的地方向電勢(shì)低的地方流動(dòng)；室溫下冰塊自動(dòng)融化；食鹽溶解于水；墨水?dāng)U散；火柴棒散落等自發(fā)過(guò)程與自發(fā)反應(yīng)（1）定義：在一定的條件下，不需要借助外力作用就能自動(dòng)進(jìn)行的過(guò)程稱為自發(fā)過(guò)程1、自發(fā)過(guò)程煙由低處向高處固體溶解油墨擴(kuò)散能夠自發(fā)進(jìn)行的過(guò)程在常溫下不一定能夠發(fā)生。自發(fā)性只能用于判斷過(guò)程的方向，不能確定過(guò)程是否一定會(huì)發(fā)生和過(guò)程發(fā)生的速率自發(fā)過(guò)程與自發(fā)反應(yīng)1、自發(fā)過(guò)程（2）特點(diǎn)：①能量角度：體系趨向于從______狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)開(kāi)________狀態(tài)（體系對(duì)外部做功或釋放能量）。②混亂度角度：在密閉條件下，體系有自發(fā)地從混亂度小向混亂度大的方向轉(zhuǎn)變的傾向，即體系趨向于從________狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)開(kāi)______狀態(tài)。高能低能有序無(wú)序自發(fā)過(guò)程與自發(fā)反應(yīng)（1）定義：在給定條件下，可以自發(fā)進(jìn)行到顯著程度的化學(xué)反應(yīng)2、自發(fā)反應(yīng)不能自發(fā)地進(jìn)行，必須借助某種外力才能進(jìn)行的反應(yīng)稱之為非自發(fā)反應(yīng)鋼鐵生銹濕法煉銅鎂條燃燒自發(fā)過(guò)程與自發(fā)反應(yīng)（2）區(qū)分：2、自發(fā)反應(yīng)自發(fā)反應(yīng)可能需要一定的反應(yīng)條件才能進(jìn)行，實(shí)際上不一定能夠發(fā)生。即自發(fā)反應(yīng)與反應(yīng)條件沒(méi)有必然聯(lián)系。例如：鐵在海水中被腐蝕是自發(fā)反應(yīng)，如果通直流電使鐵充當(dāng)陰極，此時(shí)反應(yīng)就不能進(jìn)行(系統(tǒng)外部輸入能量可以阻止自發(fā)反應(yīng))非自發(fā)反應(yīng)在一定的條件下也可能發(fā)生例如：石灰石的分解反應(yīng)，在常溫下是非自發(fā)反應(yīng)，但在高溫時(shí)，這一反應(yīng)就能自發(fā)進(jìn)行02焓變與反應(yīng)方向焓變與反應(yīng)方向觀察下列能夠自發(fā)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，它們的共同特點(diǎn)是什么？為什么能夠自發(fā)進(jìn)行呢？你能夠得出什么結(jié)論？(1)甲烷燃燒：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)△H=－802.3kJ/mol(2)鐵生銹：3Fe(s)+3/2O2(g)=Fe2O3(s)

△H=－824kJ/mol(3)氫氣和氧氣反應(yīng)：2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)△H=－571.6kJ/mol共同特點(diǎn)：

H<0即放熱反應(yīng)放熱反應(yīng)使體系能量降低，能量越低越穩(wěn)定結(jié)論：放熱反應(yīng)(

H<0)，是有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的條件焓變與反應(yīng)方向1、自發(fā)反應(yīng)與焓變的關(guān)系（1）__________________________________________________，如：酸堿中和反應(yīng)、鐵生銹、甲烷燃燒等。（2）有些吸熱反應(yīng)也能自發(fā)進(jìn)行，如：①常溫常壓下的自發(fā)反應(yīng)：Ba(OH)2?8H2O晶體和NH4Cl晶體的反應(yīng)、NaHCO3與HCl的反應(yīng)等。②高溫下的自發(fā)反應(yīng)，如碳酸鈣的分解。多數(shù)自發(fā)反應(yīng)是放熱反應(yīng)（△H＜0）2、結(jié)論________________________________________________________，焓變是反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的一個(gè)因素，但不是唯一因素。放熱反應(yīng)有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，但自發(fā)反應(yīng)并不都是放熱反應(yīng)2NH4Cl(s)+Ba(OH)2(s)=2BaCl2(s)+NH3(g)+2H2O(l)NaHCO3(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l)+CO2(g)觀察下列常溫下自發(fā)進(jìn)行的吸熱反應(yīng)，它們有什么共同特點(diǎn)？能夠促進(jìn)其自發(fā)進(jìn)行的原因是什么？03熵變與反應(yīng)方向熵變與反應(yīng)方向1、混亂度氣體的擴(kuò)散、晶體的溶解等過(guò)程都自發(fā)地從混亂度?。ㄓ行颍┫蚧靵y度大（無(wú)序）地方向進(jìn)行。2、熵的概念熵是表示___________________________的物理量。熵的符號(hào)為_(kāi)____，單位為J?mol-1?K-1。熵值越大，體系的混亂度______________。體系混亂程度或無(wú)序程度S越大3、影響熵值大小的因素（1）物質(zhì)的種類：同一條件下，不同的物質(zhì)熵值____________。（2）物質(zhì)的狀態(tài)：對(duì)于同一物質(zhì)，物質(zhì)的量相等時(shí)，其熵值的大小關(guān)系為_(kāi)_____________________。（3）物質(zhì)的量：同一狀態(tài)的同一物質(zhì)，熵值還與物質(zhì)的量成_________。物質(zhì)的量越大，分子數(shù)越多，熵值_____________。不同S(g)＞S(l)＞S(s)正比越大熵變與反應(yīng)方向熵變與反應(yīng)方向4、熵增原理（1）熵變（△S）△S=___________________________________________?！鱏只與反應(yīng)體系的始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，與反應(yīng)進(jìn)行的途徑無(wú)關(guān)。（2）熵增原理：自發(fā)過(guò)程的體系趨向于由__________變?yōu)開(kāi)_________，導(dǎo)致體系的熵增加，這一經(jīng)驗(yàn)規(guī)律叫作熵增原理，也就是判斷反應(yīng)方向的熵判據(jù)。S(產(chǎn)物)—S(反應(yīng)物)有序無(wú)序（3）自發(fā)反應(yīng)與熵變

①許多熵增加的反應(yīng)在常溫常壓下可以自發(fā)進(jìn)行，如：NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)=CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l)△S=184.0J?mol-1?K-1

②有些熵增加的反應(yīng)在常溫常壓下不能自發(fā)進(jìn)行，但在較高溫度下可以自發(fā)進(jìn)行，如：CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)△S=169.6J?mol-1?K-1C(s，石墨)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)△S=133.8J?mol-1?K-1

③有些熵減小的反應(yīng)（即△S<0的反應(yīng)）在一定條件下也可以自發(fā)進(jìn)行，如鋁熱反應(yīng)2Al(s)+Fe2O3(s)=Al2O3(s)+2Fe(s)△S=－39.4J?mol-1?K-1熵變與反應(yīng)方向（4）結(jié)論________________________________________________________，熵變是反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行一個(gè)因素,但不是唯一因素。【練習(xí)1】下列反應(yīng)中，熵減小的是（

）A.(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)熵增有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，但自發(fā)反應(yīng)并不都是熵增的反應(yīng)D熵變與反應(yīng)方向自發(fā)反應(yīng)的方向與焓變和熵變有關(guān)，但焓變和熵變又都不能單獨(dú)作為判斷反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行方向的依據(jù)。怎么辦？04復(fù)合判據(jù)1、自由能（△G）△G=____________________單位：kJ/mol△G<0，_________________________________________△G=0，_________________________________________△G＞0，________________________________________△H—T△S反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行反應(yīng)處于平衡狀態(tài)復(fù)合判據(jù)體系自由能變化(符號(hào)為

G，單位為kJ/mol)綜合考慮了焓變和熵變對(duì)體系的影響，用來(lái)定量評(píng)價(jià)焓變和熵變?cè)诜磻?yīng)過(guò)程中作用的關(guān)系稱之為吉布斯公式：2、自由能與化學(xué)反應(yīng)方向的關(guān)系△H△S△G=△H—T△S反應(yīng)情況<0>0

>>0<0

>0>0

<0<0

永遠(yuǎn)是<0任何溫度下均自發(fā)進(jìn)行永遠(yuǎn)是>0任何溫度下均非自發(fā)進(jìn)行低溫<0，高溫>0低溫時(shí)自發(fā)，高溫時(shí)非自發(fā)低溫>0，高溫<0低溫時(shí)非自發(fā)，高溫時(shí)自發(fā)復(fù)合判據(jù)3、正確理解復(fù)合判據(jù)判斷化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的方法（1）反應(yīng)方向與條件有關(guān)，常溫、常壓下能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)在其他溫度和壓強(qiáng)下不一定能自發(fā)進(jìn)行。（2）過(guò)程的自發(fā)性只能用于判斷過(guò)程的方向，不能確定過(guò)程是否一定會(huì)發(fā)生和過(guò)程發(fā)生的速率。

例如：金剛石有向石墨轉(zhuǎn)化的傾向，但是能否發(fā)生，什么時(shí)候發(fā)生，多快才能完成還要看具體反應(yīng)條件。復(fù)合判據(jù)【練習(xí)2】碳酸銨[(NH4)2CO3]在室溫下就能自發(fā)地分解產(chǎn)生氨氣，對(duì)其說(shuō)法中正確的是（）A.其分解是因?yàn)樯闪艘讚]發(fā)的氣體，使體系的熵增大；B.其分解是因?yàn)橥饨缃o予了能量；C.其分解是吸熱反應(yīng)，據(jù)能量判據(jù)不能自發(fā)分解；D.碳酸鹽都不穩(wěn)定，都能自發(fā)分解。AD【練習(xí)3】下列說(shuō)法正確的是(

)A.自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)均是ΔH<0的反應(yīng)B.ΔS<0的反應(yīng)一定不能自發(fā)進(jìn)行C.物質(zhì)的量增加的反應(yīng)，其ΔS為正值D.CaCO3(s)受熱分解為CaO(s)和CO2(g)，其ΔS>0【練習(xí)4】反應(yīng)CH3OH(l)+NH3(g)CH3NH2(g)+H2O(g)在某溫度下才能自發(fā)進(jìn)行,若反應(yīng)的|ΔH|=17kJ·mol-1，該溫度下|ΔH-TΔS|=17kJ·mol-1,則下列選項(xiàng)正確的是(

)A.ΔH>0,該溫度下ΔH-TΔS<0B.ΔH<0,該溫度下ΔH-TΔS>0C.ΔH>0,該溫度下ΔH-TΔS>0D.ΔH<0,該溫度下ΔH-TΔS<0A【練習(xí)5】焦炭常用于冶煉工業(yè)。已知反應(yīng)①:2C(s)+O2(g)