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1、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选修选修4 4 化学反应原理化学反应原理2023/4/61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化学反应进行的方向化学反应进行的方向2023/4/62江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣自发反应：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
2、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。化学反应进行的方向化学反应进行的方向2023/4/63江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣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
3、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。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？能量由高到低能量由高到低化学反应进行的方向化学反应进行的方向2023/4/64江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣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.
4、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 化学反应进行的方向化学反应进行的方向2023/4/65江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣共同特点：共同特点：H O H O
5、 即放热反应即放热反应放热反应使体系能量降低，能量越低越稳放热反应使体系能量降低，能量越低越稳定，定，H O H O 有利于反应自发进行有利于反应自发进行化学反应进行的方向化学反应进行的方向2023/4/66江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣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化学反应进行的方向化学反应进行的方向2023/4/67江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣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）体系趋向于从体系
6、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（这时体系会对外做（这时体系会对外做功或者释放热量即功或者释放热量即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？能量判据又称焓判据，即H0的反应有自发进行的倾向，焓判据是判断化学反应进行方向的判据之一。化学反应进行的方向化学反应进行的方向2023/4/68江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣结论：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
7、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，也就是反应方向的另一判据反应方向的另一判据熵判据熵判据熵判据熵判据2、熵判据化学反应进行的方向化学反应进行的方向2023/4/613江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣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
8、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化学反应进行的方向化学反应进行的方向2023/4/614江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣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。化学反应进行的方向化学反应进行的方向2023/4/615江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣化学反应自发进行的方向化学反应自发进行的方向2、物质的混乱度
9、趋于增加、物质的混乱度趋于增加1、物质具有的能量趋于降低、物质具有的能量趋于降低 H(焓变焓变)S(熵变熵变)0焓焓(H)判据判据熵熵(S)判据判据放热反应放热反应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 H0 H0 H0 S0 S0 S0 S0熵增原理熵增原理0化学反应进行的方向化学反应进行的方向2023/4/616江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣思考交流：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,分析下列过程的焓分析下列过程的焓 变、熵变与反应方向变、熵变与反应方向 焓变焓变 熵变
10、熵变 能否自发能否自发NH3(g)+HCl(g)=NH4Cl(s)0 NH4Cl(s)=NH3(g)+HCl(g)NH4Cl(s)=NH3(g)+HCl(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化学反应进行的方向化学反应进行的方向2023/4/617江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣信息：信息：体系自由能变化（体系自由能变化（G）综合考虑了焓变和熵变）综合考虑了焓变和熵变对反应体系的影响：对反应体系的影响：G=H-T S（为热力学温度，为热力学
11、温度，均为正值）。在恒温、恒压下，用均为正值）。在恒温、恒压下，用 G判断化学反应在该判断化学反应在该状况时自发进行的方向显得更为科学（当状况时自发进行的方向显得更为科学（当 G 0时可自时可自发进行）。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反应在该状况下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 视视学学科科野野化学反应进行的方向化学反应进行的方向2023/4/618江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣3 3、
12、复合判据、复合判据自由能变化自由能变化G G G HT S G单位：单位：kJ/mol G0，反应不能自发进行，反应不能自发进行化学反应进行的方向化学反应进行的方向2023/4/619江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣 H S化学反应进行的方向化学反应进行的方向2023/4/620江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣2KClO3(s)=2KCl(s)+3O2(g)H=-78.03 kJmol-1 S=494.4 Jmol-1K-1CO(g)=C(s,石墨石墨)+1/2O2(g)H=110.5 kJmol-1 S=-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化学反应进行的方
13、向化学反应进行的方向2023/4/621江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)=4Fe(OH)3(s)H=-444.3kJmol-1 S=-280.1 Jmol-1K-1 H(298K)=178.2 kJmol-1 S(298K)=169.6 Jmol-1K-1CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)化学反应进行的方向化学反应进行的方向2023/4/622江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣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
14、。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；高温高压下可以是石墨转化为金刚石，升至高水位；高温高压下可以是石墨转化为金刚石，实现的先决条件是要向体系中输入能量，该过程的实现的
15、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。化学反应进行的方向化学反应进行的方向2023/4/623江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣【随堂训练】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、碳酸铵在室温下就能自发地分解产生氨气，对其说法中、碳酸铵在室温下就能自发地分解产生氨气，对其说法中正确的是正确的是（）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，
16、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 A化学反应进行的方向化学反应进行的方向2023/4/624江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣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
17、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 D化学反应进行的方向化学反应进行的方向2023/4/625江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣5 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
18、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C化学反应进行的方向化学反应进行的方向2023/4/626江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣6 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.2NB.2N2 2O O5 5(g)=4NO(g)=4
19、NO2 2(g)+O(g)+O2 2(g)(g)；H=+56.7kJ/molH=+56.7kJ/molC.(NHC.(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/mol kJ/molD.2HD.2H2 2(g)+O(g)+O2 2(g)=2H(g)=2H2 2O(l);H=-571.6 kJ/molO(l);H=-571.6 kJ/molD D化学反应进行的方向化学反应进行的方向2023/4/627江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣D D7 7、下列反应中，熵减小的是（、下列反应中
20、，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)化学反应进行的方向化学反应进行的方向8 8、某化学反应其、某化学反应其H=122 kJmolH=122 kJmol-1-1，S=231 S=231 JmolJmol-1-1KK-1-1，则此反应在下列哪种情况下可自发进，则此反应在下列哪种情况下可自发进行行 ()()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 D D仅在低温下自发进行仅在低温下自发进行A2023/4/628江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣