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1、化学化学反应进行的方向现在学习的是第1页，共32页新课标人教版选修四新课标人教版选修四山东省莒南县第三中学高二化学组山东省莒南县第三中学高二化学组 张琛张琛2010.10.19 星期二星期二现在学习的是第2页，共32页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； 墨水扩散，食盐溶解于水墨水扩散，食盐溶解于水1、生活中的自发过程、生活中的自发过程 生活中电流总是从电位高的地方向电位低的地方流动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；，其反方向也不会自动进行；生活中一般在室温下，冰块会融化；铁器暴露在潮湿空生活中一般在室温下，冰块会融化；铁器暴露在潮
2、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，其逆过程就是非自发的。程都是自发的，其逆过程就是非自发的。现在学习的是第3页，共32页高山流水冰雪融化现在学习的是第4页，共32页花开花谢现在学习的是第5页，共32页说明说明：(1)自然界中水由高处往低处流是自发过程，其逆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，甲烷与氧气混合遇火就燃烧是自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，其逆向是非自发反应。发反应，其逆向是非自发反应。 (2)自发过程和自发反应可被利用来完成有用功。自发过程和自发反
3、应可被利用来完成有用功。如向下流动的水可推动机器如向下流动的水可推动机器 ，甲烷燃烧可在内燃机，甲烷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中被利用来做功，可将氢气燃烧反应设计成燃烧电池等。等。 (3)非自发过程要想发生，则必须对它做功，如利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，通电可将水分解生成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。氢气和氧气。现在学习的是第6页，共32页(4)在讨论过程的方向时，指的是没有外界干扰时体系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，就可能的性质。如果允
4、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。实现后者的先决条件是位；用高温可使石灰石分解。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性要向体系中输入能量，该过程的本质仍然是非自发性的。的。(5)反应的自发性也受外界条件的影响。如常温下石灰石分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自发性的，但在解生成生石灰和二氧化碳是非自发性的，但在1273K时，时，这一反应就是自发的反应。这一反应就是自发的反应。现在学习的是第7页，共32页自发过程
5、：自发过程： 在一定条件下，不借助外部力量就能自动进行的过程。在一定条件下，不借助外部力量就能自动进行的过程。自发反应：自发反应：自发反应是从属于自发过程的，是属于自发过程的一部分。自发反应是从属于自发过程的，是属于自发过程的一部分。那么我们该如何判断一个过程，一个反应能否自发进行呢？那么我们该如何判断一个过程，一个反应能否自发进行呢？一个过程或者一个反应要自发的进行是否要符合什么条件呢一个过程或者一个反应要自发的进行是否要符合什么条件呢？现在学习的是第8页，共32页自发过程中变化趋势：自发过程中变化趋势：自然界中水总是从高处往地处流；电流总是从电位高的自然界中水总是从高处往地处流；电流总是从
6、电位高的地方向电位低的地方流动；室温下冰块自动融化；地方向电位低的地方流动；室温下冰块自动融化；观察下列几个自发进行的化学反应，找出它们的共同之处观察下列几个自发进行的化学反应，找出它们的共同之处钠与水反应钠与水反应2Na(s)+2H2Na(s)+2H2 2O(l)=2NaOH(aq)+HO(l)=2NaOH(aq)+H2 2(g)(g)H=H=368 kJ/mol368 kJ/mol(2)(2)铁生锈：铁生锈：3Fe (s)+3/2O3Fe (s)+3/2O2 2 (g)=Fe(g)=Fe2 2O O3 3 (s) (s) H=H=824 kJ/mol824 kJ/mol(3)(3)氢气和氧
7、气反应：氢气和氧气反应：2H2H2 2(g)+O(g)+O2 2(g)=2H(g)=2H2 2O(l ) O(l ) H=H=571.6kJ/mol571.6kJ/mol共同点：共同点：H0，放热反应，高能向低能转化。，放热反应，高能向低能转化。共同点：高能向低能转化。共同点：高能向低能转化。现在学习的是第9页，共32页一、反应焓变与反应方向一、反应焓变与反应方向 ：自发过程的体系取向于自发过程的体系取向于从高能状态转变为低能状态从高能状态转变为低能状态(这时体系会对外部做功或释放热量，焓变小于这时体系会对外部做功或释放热量，焓变小于0)，这一经验规律就是焓判据，是判断化学反应进行方向这一经验
8、规律就是焓判据，是判断化学反应进行方向的判据之一。的判据之一。现在学习的是第10页，共32页注意：注意：（1）焓判据只能用于判断过程的方向，能否实现要）焓判据只能用于判断过程的方向，能否实现要看具体条件；看具体条件；（2）焓判据只判断一定条件化学反应能否自发进行）焓判据只判断一定条件化学反应能否自发进行，与化学反应速率无关。，与化学反应速率无关。（3）反应焓变是反应能否自发进行的一个因素，但不是）反应焓变是反应能否自发进行的一个因素，但不是唯一因素唯一因素 现在学习的是第11页，共32页。现在学习的是第12页，共32页举例：现在学习的是第13页，共32页总结：焓变作为判断反应自发性的依据：若若
9、 H0H0H0，正向反应不能自发进行，而逆向反应能自正向反应不能自发进行，而逆向反应能自发进行。发进行。现在学习的是第14页，共32页墨水滴入水中气体的扩散现在学习的是第15页，共32页固体的溶解现在学习的是第16页，共32页现在学习的是第17页，共32页二、熵（二、熵（S）：）： 1.描述体系混乱度的物理量描述体系混乱度的物理量 2.符号：符号：S 单位：单位：Jmol-1K-1 3.大小判据：大小判据： （1）物质的混乱度：体系混乱度越大，熵值越大；）物质的混乱度：体系混乱度越大，熵值越大； （2）同一条件：不同物质的熵值不同；）同一条件：不同物质的熵值不同； （3）物质的存在状态：）物质
10、的存在状态：S(g) S(l) S(s)。 现在学习的是第18页，共32页S(g)S(l)S(s)三种状态下水的熵三种状态下水的熵 冰冰 水水 水蒸气水蒸气现在学习的是第19页，共32页现在学习的是第20页，共32页4.反应熵变反应熵变:反应产物的总熵与反应物总熵之差反应产物的总熵与反应物总熵之差 (1)符号：符号：S (2)表达式表达式:S =S(生成物生成物) S (反应物反应物) (3)正负判断：正负判断： 气体体积增大的反应，气体体积增大的反应，S0,熵增加反应熵增加反应 气体体积减小的反应，气体体积减小的反应，S0S0现在学习的是第21页，共32页1、冰、冰 液态水液态水 水蒸气水蒸
11、气2、氯化钠晶体溶于水、氯化钠晶体溶于水3、自发进行的吸热反应：、自发进行的吸热反应：N2O5分解：分解： 2N2O5(g) 4NO2(g)+O2(g) H=+56.7kJ/mol碳酸铵的分解：碳酸铵的分解： (NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g) H=+74.9 kJ/mol共同点：熵（共同点：熵（S）增加）增加【探究探究】下列自发过程熵变的特点下列自发过程熵变的特点现在学习的是第22页，共32页三、反应熵变与反应方向三、反应熵变与反应方向： 在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵增大在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵增大，这一经验规律叫做熵增原理。是
12、在用来判断化学反应方向，这一经验规律叫做熵增原理。是在用来判断化学反应方向时就称为熵判据时就称为熵判据 注意：注意：（1）熵变只是反应能否自发进行的一种因素；）熵变只是反应能否自发进行的一种因素；（2）熵变（）熵变（S）只决定于体系的始态和终态，与变化的）只决定于体系的始态和终态，与变化的途径无关；途径无关；（3）熵判据只判断一定条件化学反应能否自发进行，与化学反）熵判据只判断一定条件化学反应能否自发进行，与化学反应速率无关。应速率无关。现在学习的是第23页，共32页总结：自发过程的两大变化趋势：总结：自发过程的两大变化趋势： （1）能量趋于减小）能量趋于减小(焓减）焓减） （2）混乱度趋于增
13、大（熵增）混乱度趋于增大（熵增）现在学习的是第24页，共32页2KClO3(s)= 2KCl(s)+3O2(g)H=-78.3kJ/mol S=494.4J/mol/K一定能自发反应一定能自发反应CO(g)=C(s,石墨)+1/2O2(g)H=110.5kJ/mol S=-89.4J/mol/K 一定不能自发反应一定不能自发反应4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2 (g)= 4Fe(OH)3(s)H=-444.3kJ/mol S=-280.1J/mol/K低温下能自发反应低温下能自发反应NH4HCO3 (s)+CH3COOH(aq)=CO2 (g)+CH3COONH4(aq)+H2O(
14、l)H=37.30kJ/mol S=184.0J/mol/K高温下能自发反应高温下能自发反应举例：现在学习的是第25页，共32页焓变焓变熵变熵变化学反应能否自发进行化学反应能否自发进行 H H0 0 S S0 0 H H0 0 S S0 0 H H0 0 S S0 0 H H0 0 S S0 0科学家们总结出了一条公式科学家们总结出了一条公式G HT S，G代表的是代表的是自由能，用自由能来判断反应进行的方向是最全面最科学的，自由能，用自由能来判断反应进行的方向是最全面最科学的，当当G0时，反应就可以自发进行时，反应就可以自发进行 任何温度都自发进行不能不能自发进行较低温度时自发进行较低温度时
15、自发进行高温时自发进行高温时自发进行总结：现在学习的是第26页，共32页四、焓变与熵变对反应方向的共同影响四、焓变与熵变对反应方向的共同影响 1.判据：判据：H-TS 2.判据与反应的自发性：判据与反应的自发性： 0 反应不能自发进行反应不能自发进行现在学习的是第27页，共32页3.适用判据应注意的问题：适用判据应注意的问题：（1）判断反应的自发性要结合）判断反应的自发性要结合H和和S， 利用利用H-TS（2）条件是一定温度、压强下）条件是一定温度、压强下（3）反应具有自发性，只能说明这个反应有进行的趋势，）反应具有自发性，只能说明这个反应有进行的趋势，但这个反应到底能不能反应，那还要看反应进
16、行的限度和反但这个反应到底能不能反应，那还要看反应进行的限度和反应进行的速率。应进行的速率。现在学习的是第28页，共32页1.能用能量判据判断下列过程的方向的是（ ）A. 水总是自发的由高处往低处流B. 放热反应容易自发进行，吸热反应不能自发进行C. 有序排列的火柴散落时成为无序排列D. 多次洗牌后，扑克牌的毫无规律的混乱排列的几率大A针对性练习：针对性练习：现在学习的是第29页，共32页2.已知石墨、金刚石燃烧的热化学方程式分别为：C(石墨，s)+O2（g）=CO2 （g） C(金刚石，s)+O2 （g） =CO2 （g） BC现在学习的是第30页，共32页3.下列过程属于熵增加的是（ ）A
17、.固体的溶解过程B.气体扩散过程C.水蒸气变为液态水D.C CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)4.下列说法中，正确的是（ ）A.自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是熵减小或不变B.自发反应在恰当条件下才能实现C.自发反应在任何条件下均能实现D. 同一物质的固、液、气三种状态的熵值相同ABB现在学习的是第31页，共32页5.下列反应中在高温下不能自发进行的是（ ）A.CO(g)=C(s) +1/2O2(g) B.2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)C.(NH4) 2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g)D.MgCO3(s)=MgO(s)+CO2(g)A现在学习的是第32页，共32页