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1、第四节 化学反应进行的方向本讲稿第一页，共十六页本讲稿第二页，共十六页化学反应进行的快慢化学反应进行的快慢化学反应的限度化学反应的限度化学反应进行的方向化学反应进行的方向化学反应速率化学反应速率化学平衡化学平衡?本讲稿第三页，共十六页一、自发过程和自发反应一、自发过程和自发反应1 1、自发过程：、自发过程：在一定条件下不需要外力作用就能自动在一定条件下不需要外力作用就能自动进行的过程。进行的过程。自发过程的特征：自发过程的特征：有明确的方向性，要逆转必须借助外界做有明确的方向性，要逆转必须借助外界做功；具有做功的本领。如水往低处流，燃料的燃烧功；具有做功的本领。如水往低处流，燃料的燃烧2 2、
2、自发反应：、自发反应：在给定的一组条件下，一个反应可以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，就称为自发反应。自发地进行到显著程度，就称为自发反应。本讲稿第四页，共十六页1 1、生活中的自发过程、生活中的自发过程(1)(1)自然界中水由高处往低处流，而不会自动从低处往高处流；自然界中水由高处往低处流，而不会自动从低处往高处流；(2)(2)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；方向也不会自动进行；(3)(3)生活中一般在室温下，冰块会融化；铁器暴露在潮湿空气生活中一般在室温下，冰块会融化；铁器暴露
3、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。是自发的，其逆过程就是非自发的。本讲稿第五页，共十六页2 2、放热的自发反应、放热的自发反应(1)(1)甲烷燃烧：甲烷燃烧：CHCH4 4(g)+2O(g)+2O2 2(g)=CO(g)=CO2 2(g)+2H(g)+2H2 2O(g)O(g)H=-802.3 kJ/molH=-802.3 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=-824
4、kJ/molH=-824 kJ/mol(3)(3)氢气和氧气反应：氢气和氧气反应：2H2H2 2(g)+O(g)+O2 2(g)=2H(g)=2H2 2O(l)O(l)H=-571.6 kJ/molH=-571.6 kJ/mol3 3、吸热的自发过程、吸热的自发过程 (1)(1)室温下冰块的融化；硝酸盐类的溶解等都是自发的吸热室温下冰块的融化；硝酸盐类的溶解等都是自发的吸热过程。过程。(2)N(2)N2 2O O5 5分解：分解：2N2N2 2O O5 5(g)=4NO(g)=4NO2 2(g)+O(g)+O2 2(g)(g)H=+56.7 kJ/molH=+56.7 kJ/mol(3)(3)
5、碳铵的分解：碳铵的分解：(NH(NH4 4)2 2COCO3 3(s)=NH(s)=NH4 4HCOHCO3 3(s)+NH(s)+NH3 3(g)(g)H=+74.9 kJ/molH=+74.9 kJ/mol本讲稿第六页，共十六页说明说明：(1)(1)自然界中水由高处往低处流是自发过程，其逆过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发反程就是非自发过程，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。应，其逆向是非自发反应。(2)(2)自发过程和自发反应可被利用来完成有用功。如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
6、机器向下流动的水可推动机器 ，甲烷燃烧可在内燃机中被利，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等。用来做功，可将氢气燃烧反应设计成燃烧电池等。(3)(3)非自发过程要想发生，则必须对它做功，如利用水泵可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氢气和氧气。将水从低处流向高处，通电可将水分解生成氢气和氧气。本讲稿第七页，共十六页问：自发反应一定能发生反应，而非自发反问：自发反应一定能发生反应，而非自发反应一定不能发生反应吗？应一定不能发生反应吗？答：自发反应、非自发反应是指该反应过程是否有自发进行的倾向，而这个过程是否一定会发
7、生则不能确定。如碳的燃烧是一个自发反应，但要想发生反应，需借助外界条件点燃才能发生。本讲稿第八页，共十六页二、化学反应进行方向的判据二、化学反应进行方向的判据1 1、焓判据：焓判据：自发过程的体系趋于自发过程的体系趋于从高能状态转变为低能从高能状态转变为低能状态状态(这时这时体系会对外部做功或释放热量体系会对外部做功或释放热量)，因此可用，因此可用H H来判断反应进行的来判断反应进行的方向。方向。2 2、熵判据熵判据熵：在密闭条件下，体系有从有序自发地转变为无序的倾向。熵：在密闭条件下，体系有从有序自发地转变为无序的倾向。因为与有序相比，无序体系因为与有序相比，无序体系“更加稳定更加稳定”。科
8、学家用熵（符号。科学家用熵（符号S S）来量度这种混乱的程度。）来量度这种混乱的程度。熵增原理：在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵熵增原理：在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵增加，即熵变增加，即熵变S S0 0。熵越大，排列越无序熵越大，排列越无序。熵是体系混乱度的。熵是体系混乱度的表现。表现。熵值大小的比较：同一种物质不同状态时熵值大小为熵值大小的比较：同一种物质不同状态时熵值大小为S(g)S(g)S(l)S(l)S(s)S(s)，凡气体分子总数增多的反应一定是熵增大的反应。，凡气体分子总数增多的反应一定是熵增大的反应。熵判据：体系有自发地向混乱度增大的方向转变的倾向，因
9、此可熵判据：体系有自发地向混乱度增大的方向转变的倾向，因此可用熵增原理来判断反应进行的方向。用熵增原理来判断反应进行的方向。本讲稿第九页，共十六页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)S S(熵变熵变)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应能否自发进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003 3、复合判据、复合判据判断反应进行的方向判断
10、反应进行的方向很多情况下，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，相反的判断结果，所以应两个判据兼顾。由能量判据所以应两个判据兼顾。由能量判据(以焓变为基以焓变为基础础)和熵判据组合成的复合判据和熵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)G)将更适合于所将更适合于所有的过程。有的过程。本讲稿第十页，共十六页信息：体系信息：体系吉布斯自由能变化吉布斯自由能变化（G G ）综合考虑了焓变和熵）综合考虑了焓变和熵变对反应体系的影响：变对反应体系的影响：G=G=H-TH-T S S（为热力学温度，为热力学
11、温度，均为正值）。在均为正值）。在恒温、恒压恒温、恒压下，用下，用 G G判断化学反应在该状况时判断化学反应在该状况时自发进行的方向显得更为科学（自发进行的方向显得更为科学（当当 G G 0 0时可自发进行时可自发进行）。）。请阅读所给信息，然后回答问题请阅读所给信息，然后回答问题反应在该状况下能否自发进行自发进行自发进行不自发进行不自发进行低温时低温时,高温时高温时低温时低温时,高温时高温时低温不自发低温不自发,高温自发高温自发低温自发低温自发,高温不自发高温不自发 H H 本讲稿第十一页，共十六页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焓焓(H
12、H)判据判据熵熵(S S)判据判据3 3、复合判据、复合判据判断反应进行的方向判断反应进行的方向很多情况下，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，会出现相反的判断结果，所以应两个判据兼顾。由能量判据所以应两个判据兼顾。由能量判据(以焓以焓变为基础变为基础)和熵判据组合成的复合判据和熵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)G)将更适合将更适合于所有的过程。于所有的过程。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
13、某种作用，就可能出现相反的结果。如水泵可以把水从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位；用高温可使石灰石分解。实现后者的先决条件是要低水位升至高水位；用高温可使石灰石分解。实现后者的先决条件是要向体系中输入能量，该过程的本质仍然是非自发性的。向体系中输入能量，该过程的本质仍然是非自发性的。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。如涂有防锈漆和未涂防锈漆的钢制器件，其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，其发生腐蚀过程的自发性是相同的，但只
14、有后者可以实现。发生腐蚀过程的自发性是相同的，但只有后者可以实现。本讲稿第十二页，共十六页例例1 1：下列过程是非自发性的是：下列过程是非自发性的是()()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、室温下水结成冰例例2 2：碳铵：碳铵(NH(NH4 4)2 2COCO3 3 在室温下就能自发地分解产生氨气，对在室温下就能自发地分解产生氨气，对其说法中正确的是其说法中正确的是 ()()A A、碳铵分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增大。、碳铵分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增
15、大。B B、碳铵分解是因为外界给予了能量、碳铵分解是因为外界给予了能量C 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 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本讲稿第十三页，共十六页例例3 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、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 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 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
16、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。C 例例4 4：知道了某过程有自发性之后，则：知道了某过程有自发性之后，则()()A.A.可判断出过程的方向可判断出过程的方向B.B.可确定过程是否一定会发生可确定过程是否一定会发生C.C.可预测过程发生完成的快慢可预测过程发生完成的快慢D.D.可判断过程的热效应可判断过程的热效应A本讲稿第十四页，共十六页例题5：已知金刚石和石墨在氧气中完全燃烧的热化学方程式为：C(金刚石、s)+O2(g)CO2(g)H1395.41kJ/mol C(石墨、s)+O2(g)CO2(g)H2393.51kJ/mol关于金刚石与石墨的
17、转化，下列说法正确的是A.金刚石转化成石墨是自发进行的过程B.石墨转化成金刚石是自发进行的过程C.石墨比金刚石能量低D.金刚石比石墨能量低A C本讲稿第十五页，共十六页例题例题6 6：下列反应中，在高温下不能自发进行的是：下列反应中，在高温下不能自发进行的是D.CO(g)D.CO(g)C(s)C(s)1/2O1/2O2 2B.2NB.2N2 2O O5 5(g)(g)4NO4NO2 2(g)(g)O O2 2(g)(g)A.(NHA.(NH4 4)2 2COCO3 3(s)(s)NHNH4 4HCOHCO3 3(s)+NH(s)+NH3 3(g)(g)C.MgCOC.MgCO3 3(s)(s)MgO(s)MgO(s)COCO2 2(s)(s)D D熵减熵减熵增熵增熵增熵增熵增熵增本讲稿第十六页，共十六页