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1、第二章第二章 化学反应速率和化学平化学反应速率和化学平衡衡第四节第四节 化学反应进行的方向化学反应进行的方向信阳市五高信阳市五高 李霞李霞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？启启上上承承下下1 1、根据定义能够判断日常生活中、根据定义能够判断日常生活中的自发和非自发过程。的自发和非自发过程。2 2、能够通过实例说明化学反应自、能够通过实例说明化学反应自发的内在推动力是焓变和熵变。发的内在推动力是焓变和熵变。3 3、给出化学反应给出化学反应H H、S,S,能够判能够判断化学反应是否能够自发进
2、行。断化学反应是否能够自发进行。目目习习学学标标一、自发过程与非自发过程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；电流总是从电位高的地方向电位低的地方流动；电流总是从电位高的地方向电位低的地方流动；电流总是从电位高的地方向电位低的地方流动；电流总是从电位高的地方向电位低的地方流动；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
3、与与与与题题题题问问问问考考考考 这些生活中的现象大家应该这些生活中的现象大家应该并不陌生，它们都有着明显的自并不陌生，它们都有着明显的自发性发性我们来想一想，其中是我们来想一想，其中是否蕴藏了一定的科学原理呢？否蕴藏了一定的科学原理呢？能量由高到低能量由高到低人从出生到逐渐长大人从出生到逐渐长大 自发反应：自发反应：在一定条件下在一定条件下,不需外界帮助不需外界帮助就能自动进行的反应，称为自发反应。就能自动进行的反应，称为自发反应。自发过程：自发过程：在一定条件下在一定条件下,不借助外部不借助外部力量就能自动进行的过程。力量就能自动进行的过程。清清识识知知单单下列反应在一定条件下都能自发进行
4、，你知道这些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？反应能自发进行的主要原因吗？C C C C3 3 3 3HHHH8 8 8 8(g)+5O(g)+5O(g)+5O(g)+5O2 2 2 2(g)=3CO(g)=3CO(g)=3CO(g)=3CO2 2 2 2(g)+4H(g)+4H(g)+4H(g)+4H2 2 2 2O(l)O(l)O(l)O(l)H=-2217.5 kJ H=-2217.5 kJ H=-2217.5 kJ H=-2217.5 kJmolmolmolmol-1-1-1-12Na(s)+Cl2Na(s)+Cl2Na(s)+Cl2Na(s)+C
5、l2 2 2 2(g)=2NaCl(s)(g)=2NaCl(s)(g)=2NaCl(s)(g)=2NaCl(s)H=-822 kJ H=-822 kJ H=-822 kJ H=-822 kJmolmolmolmol-1-1-1-14Fe(s)+3O4Fe(s)+3O4Fe(s)+3O4Fe(s)+3O2 2 2 2(g)=Fe(g)=Fe(g)=Fe(g)=Fe2 2 2 2O OO O3 3 3 3(s)(s)(s)(s)H=-1648.4 kJH=-1648.4 kJH=-1648.4 kJH=-1648.4 kJmolmolmolmol-1-1-1-1HHH H2 2 2 2(g)+F(
6、g)+F(g)+F(g)+F2 2 2 2(g)=2HF(g)(g)=2HF(g)(g)=2HF(g)(g)=2HF(g)H H H H=-546.6 kJ-546.6 kJ-546.6 kJ-546.6 kJmolmolmolmol-1-1-1-1 道道知知你你吗吗共同特点：共同特点：H OH O 即放热反应即放热反应清清识识知知单单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二、化学反应自发性的三大判据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
7、能量低低放放热热反反应应H H0 0思考：思考：（1 1）是不是所有自发进行）是不是所有自发进行的化学反应都是放热的？的化学反应都是放热的？（2 2）是不是吸热的反应就）是不是吸热的反应就一定不能自发呢？一定不能自发呢？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 增大增大增大增大2 2、熵判据、熵判据越大越大越大越大69.9J69.9J69.9J69.9J molmolmolmol-1-1-1-1K K K K-1-1-1-147.9J47.9J47.9J47.9J molmolmolmol-1-1-1-1K
8、K K K-1-1-1-1188.7J188.7J188.7J188.7J molmolmolmol-1-1-1-1K K K K-1-1-1-1 冰冰 水水 水蒸气水蒸气 1）同一物质的熵同一物质的熵 值大小值大小:S(:S(气气)S()S(液液)S()S(固固)增加（增加（增加（增加（S S S S0 0 0 0）增加（增加（增加（增加（S S S S0 0 0 0）同一物质在不同状态时的熵值同一物质在不同状态时的熵值2 2）固体的溶解）固体的溶解,墨水在水中的扩散和气体的扩散墨水在水中的扩散和气体的扩散过程都是混乱度过程都是混乱度 的过程的过程3 3）产生气体的反应和气体的物质的量增加的
9、反应都）产生气体的反应和气体的物质的量增加的反应都是体系熵值是体系熵值 的反应。的反应。同一物质在不同状态时的熵同一物质在不同状态时的熵值值判断下列过程的熵变大于零还是小于零判断下列过程的熵变大于零还是小于零 HH2 2O(s)HO(s)H2 2O(l)HO(l)H2 2O(g)O(g)NaOHNaOH（s s）=NaNa+(aq)+OH(aq)+OH-(aq(aq)N N2 2(g)+3H(g)+3H2 2（g g）=2NH=2NH3 3(g)(g)CaCOCaCO3 3(s)=CaO(s)+CO(s)=CaO(s)+CO2 2(g)(g)大于零大于零小于零小于零大于零大于零大于零大于零讨讨
10、与与流流交交论论人从出生到逐渐长大人从出生到逐渐长大 一个无序的世界是不可能产生生命一个无序的世界是不可能产生生命的，有生命的世界必然是有序的。的，有生命的世界必然是有序的。生命生命现象也与熵有着密切关系现象也与熵有着密切关系,生命体和一生命体和一切无机物的一个根本区别是它具有高度切无机物的一个根本区别是它具有高度有序性。根据这一特点用有序性。根据这一特点用“熵熵”来描述来描述生命是较为恰当的。生命是较为恰当的。引入广义熵的概念来度量生命活引入广义熵的概念来度量生命活动过程的质量动过程的质量,称为称为生物熵生物熵。视视学学科科野野 生命的成长过程生命的成长过程是生命系统的熵变由是生命系统的熵变
11、由负逐渐变化趋于负逐渐变化趋于0 0的过程，可以说随着生的过程，可以说随着生命的成长，生物熵是由快速减少到逐渐减命的成长，生物熵是由快速减少到逐渐减少的过程，少的过程，衰老衰老是生命系统的熵的一种长期的缓是生命系统的熵的一种长期的缓慢的增加，也就是说随着生命的衰老，生慢的增加，也就是说随着生命的衰老，生命系统的混乱度增大，原因应该是生命自命系统的混乱度增大，原因应该是生命自组织能力的下降造成负熵流的下降，生命组织能力的下降造成负熵流的下降，生命系统的生物熵增加，直至极值而死亡，这系统的生物熵增加，直至极值而死亡，这是一个不可抗拒的自然规律。是一个不可抗拒的自然规律。视视学学科科野野对正常生命过
12、程中的熵变分析对正常生命过程中的熵变分析 0 0岁左右岁左右1010岁左右岁左右，这是生命成长发，这是生命成长发育的过程，负熵大于熵增，这个时期由育的过程，负熵大于熵增，这个时期由于生命组织的快速增加，伴随生命活动于生命组织的快速增加，伴随生命活动的呼吸、新陈代谢等生理活动引发的熵的呼吸、新陈代谢等生理活动引发的熵增也必然增加。但总体来说，生物熵在增也必然增加。但总体来说，生物熵在快速下降中，熵变为负且有一定数值，快速下降中，熵变为负且有一定数值，生命在快速成长中。生命在快速成长中。视视学学科科野野1010岁左右岁左右2020岁左右岁左右，这是生命基本长成的，这是生命基本长成的过程，负熵大于熵
13、增，负熵与熵增从有一定过程，负熵大于熵增，负熵与熵增从有一定差值到差值到2020岁左右接近相等，熵变为负，且逐岁左右接近相等，熵变为负，且逐渐接近零。到渐接近零。到2020岁左右，生命基本长成，这岁左右，生命基本长成，这时负熵约等于熵增，熵变约等于零，生物熵时负熵约等于熵增，熵变约等于零，生物熵进入低熵状态，生命开始进入巩固时期。这进入低熵状态，生命开始进入巩固时期。这个时期由于生命组织的较快的正常发育，组个时期由于生命组织的较快的正常发育，组织细胞继续大量增长，代表熵减的有序组较织细胞继续大量增长，代表熵减的有序组较快的增加。由于生命组织的增加，伴随生命快的增加。由于生命组织的增加，伴随生命
14、活动而引发的熵增也继续增加。生物熵已经活动而引发的熵增也继续增加。生物熵已经降下来了，熵变为负，从一定数值下降到约降下来了，熵变为负，从一定数值下降到约等于零，生命在继续成长中。等于零，生命在继续成长中。视视学学科科野野2020岁左右岁左右3535岁左右岁左右，这是生命的巩固，这是生命的巩固时期。负熵从约等于熵增到与熵增相等，时期。负熵从约等于熵增到与熵增相等，熵变为微负，熵变从约等于零到等于零，熵变为微负，熵变从约等于零到等于零，生命处在一个熵比较低的平衡状态中。生命处在一个熵比较低的平衡状态中。这个时期负熵和熵增都处于比较大的平这个时期负熵和熵增都处于比较大的平衡状态，生命的各项指标也都在
15、最佳状衡状态，生命的各项指标也都在最佳状态，生命处于旺盛阶段，负熵流和熵增态，生命处于旺盛阶段，负熵流和熵增流都比较大。流都比较大。视视学学科科野野3535岁左右岁左右5050岁左右岁左右，这是生命的衰老，这是生命的衰老的预备时期。负熵从与熵增相等到约等的预备时期。负熵从与熵增相等到约等于和小于熵增，熵变为微正，从等于零于和小于熵增，熵变为微正，从等于零到约等于零，生命仍处在一个熵比较低到约等于零，生命仍处在一个熵比较低的平衡状态中。生命处于旺盛阶段，负的平衡状态中。生命处于旺盛阶段，负熵流和熵增流都比较大，生命体征同前熵流和熵增流都比较大，生命体征同前一阶段比较略有下降。一阶段比较略有下降。
16、视视学学科科野野5050岁左右以后岁左右以后，生命开始进入衰老时期。，生命开始进入衰老时期。负熵略小于熵增，熵变为正，生命过程负熵略小于熵增，熵变为正，生命过程中的负熵和熵增都在减少中，但熵已经中的负熵和熵增都在减少中，但熵已经开始缓慢增加了。这个时期由于人体各开始缓慢增加了。这个时期由于人体各项功能的下降，组织再造能力下降，人项功能的下降，组织再造能力下降，人体组织中自由基等垃圾成分增加，组织体组织中自由基等垃圾成分增加，组织的有序度开始下降，负熵流下降，熵增的有序度开始下降，负熵流下降，熵增流也下降，但熵变是增加的。流也下降，但熵变是增加的。视视学学科科野野环境、疾病、死亡与生物熵环境、疾
17、病、死亡与生物熵 天气变化与生物熵天气变化与生物熵：正常情况下，由于生命：正常情况下，由于生命已经适应了正常的气候变化，所以正常的天已经适应了正常的气候变化，所以正常的天气变化对生命过程的负熵没有影响，只有发气变化对生命过程的负熵没有影响，只有发生突变时，人体的正常生理调节功能无法适生突变时，人体的正常生理调节功能无法适应变化造成负熵下降，生物熵上升，人容易应变化造成负熵下降，生物熵上升，人容易生病或感到不适。生病或感到不适。环境污染与负熵环境污染与负熵：环境污染必定造成生命组：环境污染必定造成生命组织的损害，结果使人体正常生理功能失常，织的损害，结果使人体正常生理功能失常，负熵流下降，生物熵
18、上升，人容易生病或感负熵流下降，生物熵上升，人容易生病或感到不适。到不适。视视学学科科野野一般疾病与生物熵一般疾病与生物熵：当生物体患病的时候：当生物体患病的时候,输输入生物体内的各种无序的物质在细胞和机体入生物体内的各种无序的物质在细胞和机体中堆积起来中堆积起来,细胞和肌体的新陈代谢能力减弱细胞和肌体的新陈代谢能力减弱,不能将它们分解消除掉不能将它们分解消除掉.随着时间的推移，负随着时间的推移，负熵流下降熵流下降,生物熵上升，若得不到很好的改善生物熵上升，若得不到很好的改善,无序物的堆积就会越积越多无序物的堆积就会越积越多,生物熵增大，生生物熵增大，生命就越来越弱。命就越来越弱。生命死亡与生
19、物熵生命死亡与生物熵：理论上生物熵大到极值，：理论上生物熵大到极值，生命过程就结束了。事实上绝大多数死亡人生命过程就结束了。事实上绝大多数死亡人群都不是衰老至死的，而是在生物熵值较大群都不是衰老至死的，而是在生物熵值较大时，由于疾病等意外原因使生物熵迅速增加时，由于疾病等意外原因使生物熵迅速增加到极值而死亡的。可以说生物熵值较大时，到极值而死亡的。可以说生物熵值较大时，生命即进入一个危险时期，这也就是新生生生命即进入一个危险时期，这也就是新生生命容易死亡的原因。命容易死亡的原因。视视学学科科野野思考交流：思考交流：根据你已有的知识和经验根据你已有的知识和经验,分析下分析下列过程的焓变、熵变与反
20、应方向列过程的焓变、熵变与反应方向 焓变焓变焓变焓变 熵变熵变熵变熵变 能否自发能否自发能否自发能否自发NHNHNHNH3 3 3 3(g)+(g)+(g)+(g)+HCl(gHCl(gHCl(gHCl(g)=NH)=NH)=NH)=NH4 4 4 4Cl(s)Cl(s)Cl(s)Cl(s)NHNHNHNH4 4 4 4Cl(s)=NHCl(s)=NHCl(s)=NHCl(s)=NH3 3 3 3(g)+(g)+(g)+(g)+HCl(gHCl(gHCl(gHCl(g)NHNHNHNH4 4 4 4Cl(s)=NHCl(s)=NHCl(s)=NHCl(s)=NH3 3 3 3(g)+(g)+(
21、g)+(g)+HCl(gHCl(gHCl(gHCl(g)加热加热反应能否自发还与反应能否自发还与温度温度有关有关 00 000 00 不能不能不能不能 00 00 能能能能 讨讨与与流流交交论论 熵变也只是反应能否自发进行的一个熵变也只是反应能否自发进行的一个因素因素,但也不是唯一的因素。只根据熵变但也不是唯一的因素。只根据熵变来判断反应方向来判断反应方向也是不全面也是不全面的。的。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、熵变、熵变 S S和温度和温度G=H-TSG=H-TS3.3.综合判据（自由能综合判据（自由
22、能G G）自由能变化自由能变化G G，就综合考虑了焓，就综合考虑了焓变和熵变对体系的影响变和熵变对体系的影响当当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 H S2KClO2KClO3 3(s)=2KCl(s)+3O(s)=2KCl(s)+3O2 2(g)(g)H=-78.03 kJH=-78.03 kJmolmol-1-1S=S=+494.4 J494.4 Jmolmol-1-1K K-1-1CO(gCO(g)=)=C(sC(s,石墨石墨)+1/2O)+1/2O2 2(g)(g)H=H=+110.5 kJ110.5 kJmolmol-1-1S=-89.36 JS=-
23、89.36 Jmolmol-1-1K K-1-1判断下列反应能否自发进行判断下列反应能否自发进行牛牛试试小小刀刀一定自发一定自发一定不自发一定不自发4Fe(OH)4Fe(OH)2 2(s)+2H(s)+2H2 2O(l)+OO(l)+O2 2(g)=4Fe(OH)(g)=4Fe(OH)3 3(s)(s)H=-444.3kJH=-444.3kJmolmol-1-1S=-280.1 JS=-280.1 Jmolmol-1-1K K-1-1H(298K)=H(298K)=+178.2 kJ178.2 kJmolmol-1-1S(298K)=S(298K)=+169.6 J169.6 Jmolmol-
24、1-1K K-1-1CaCOCaCO3 3(s)=CaO(s)+CO(s)=CaO(s)+CO2 2(g)(g)低温自发低温自发高温自发高温自发牛牛试试小小刀刀影响因素：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焓变反应焓变 反应熵变反应熵变反应熵变反应熵变共同影响共同影响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焓减小有利于反应自发，有利于反应自发，熵增大熵增大有利于反应自发有利于反应自发结结总总识识知知温度温度温度温度【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
25、气的燃烧；C C、铁在潮湿空气中生锈；、铁在潮湿空气中生锈；DD、室温下水结成冰室温下水结成冰。D D2 2、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、凡是放热反应都是自发的，由于吸热反应都 是非自发的；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、自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是 熵减少或不变；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。C CD D3 3、下列反应中，熵减小的是（、下列反应中，熵减小的是（）A.(NHA
26、.(NH4 4)2 2COCO3 3(s)(s)NHNH4 4HCOHCO3 3(s)+NH(s)+NH3 3(g)(g)B.2NB.2N2 2OO5 5(g)(g)4NO4NO2 2(g)(g)OO2 2(g)(g)C.MgCOC.MgCO3 3(s)(s)MgO(sMgO(s)COCO2 2(g)(g)D.2CO(g)D.2CO(g)2C(s)2C(s)OO2 2(g)(g)4 4、某化学反应其、某化学反应其H=-122 kJH=-122 kJmolmol-1-1，S=+231 JS=+231 Jmolmol-1-1K K-1-1，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 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 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 C仅在高温下自发进行仅在高温下自发进行 DD仅在低温下自发进行仅在低温下自发进行A A A A谢谢指导！谢谢指导！