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1、第一节 化学反应的方向本讲稿第一页，共二十五页2了解自然界里的一些自了解自然界里的一些自发过发过程程(1)食食盐盐溶解于水能自溶解于水能自发进发进行行吗吗？(2)一滴一滴蓝蓝墨水在水中的墨水在水中的扩扩散是自散是自发过发过程程吗吗？提示提示(1)能自发进行；能自发进行；(2)是自发过程。是自发过程。本讲稿第二页，共二十五页1了了解解化化学学反反应应的的方方向向与与化化学学反反应应的的焓焓变变和和熵熵变变之之间间的的关关系系2掌握化学反掌握化学反应应在一定条件下能否自在一定条件下能否自发进发进行的判断依据行的判断依据3能根据定量关系式能根据定量关系式HTS判断化学反判断化学反应进应进行的方向行的
2、方向 本讲稿第三页，共二十五页笃学一笃学一 反应焓变与反应方向反应焓变与反应方向1.自发过程自发过程(1)概概念念：在在温温度度和和压压强强一一定定的的条条件件下下，不不借借助助 就就能自能自动进动进行的行的过过程。程。(2)特点：具有特点：具有，即即过过程程的的某某个个方方向向在在一一定定条条件件下下是是自自发发的，而其逆方向在的，而其逆方向在该该条件下肯定不自条件下肯定不自发发。2反应焓变与反应方向的关系反应焓变与反应方向的关系(1)能自能自发进发进行的化学反行的化学反应应多数是多数是反反应应。(2)有些有些反反应应也能自也能自发进发进行。行。结结论论：反反应应焓焓变变反反应应能能否否自自
3、发发进进行行有有关关，但但不不是是决决定定反反应应能否自能否自发进发进行的唯一因素。行的唯一因素。外部力量外部力量方向性方向性放热放热吸热吸热本讲稿第四页，共二十五页笃学二笃学二 反应熵变与反应方向反应熵变与反应方向1.熵熵(1)概念：衡量概念：衡量 的物理量，其符号的物理量，其符号为为 ，单单位位为为。(2)特点：混乱度越大，体系越无序，体系的特点：混乱度越大，体系越无序，体系的熵值熵值就就 。(3)影响因素影响因素同一物同一物质质：S(高温高温)S(低温低温)；S(g)S(l)S(s)。相相同同条条件件下下的的不不同同物物质质：相相同同条条件件下下不不同同物物质质具具有有不不同同的的熵值熵
4、值，分子，分子结结构越复构越复杂杂，熵值熵值 。S(混合物混合物)S(纯净纯净物物)。体系混乱度体系混乱度SJmol1K1越大越大越大越大本讲稿第五页，共二十五页2熵变熵变(1)概念：概念：与与 之差。之差。(2)计计算式：算式：S。(3)正正负负判断依据判断依据物物质质由由固固态态到到液液态态、由由液液态态到到气气态态或或由由固固态态到到气气态态的的过过程，程，熵变为熵变为 ，是，是熵熵 的的过过程。程。气气体体的的物物质质的的量量增增大大的的反反应应，反反应应熵熵变变的的数数值值通通常常都都是是 ，是，是熵熵 的反的反应应。气气体体的的物物质质的的量量减减小小的的反反应应，反反应应熵熵变变
5、的的数数值值通通常常都都是是 ，是，是熵熵 的反的反应应。反应产物总熵反应产物总熵反应物总熵反应物总熵S(反反应产应产物物)S(反反应应物物)正值正值增加增加正值正值增加增加负值负值减小减小本讲稿第六页，共二十五页3熵变与反应方向熵变与反应方向(1)熵熵 有利于反有利于反应应的自的自发进发进行。行。(2)某些某些熵熵 的反的反应应在一定条件下也能自在一定条件下也能自发进发进行。行。(3)反反应应熵熵变变是是反反应应能能否否自自发发进进行行有有关关的的因因素素之之一一，但但不不是是唯一因素。唯一因素。【慎慎思思1】体体系系总总是是向向降降低低自自身身能能量量的的方方向向进进行行变变化化，那那么，
6、么，H0的反的反应为应为何不能全部自何不能全部自发进发进行？行？提提示示体体系系的的能能量量变变化化并并不不只只有有焓焓变变一一种种形形式式，焓焓变变只只是是影响反应能否自发进行的因素之一，不是唯一因素。影响反应能否自发进行的因素之一，不是唯一因素。增加增加减小减小本讲稿第七页，共二十五页【慎慎思思2】根根据据以以下下实实例例探探究究焓焓变变与与反反应应方方向向的的关关系系，完完成表格，并总结能得到的结论。成表格，并总结能得到的结论。编号热化学方程式反应放热或吸热能否自发进行NaOH(aq)HCl(aq)=NaCl(aq)H2O(l)H57.3 kJmol1放热4Fe(OH)2(s)2H2O(
7、l)O2(g)=4Fe(OH)3(s)H444.3 kJmol1放热NH4HCO3(s)CH3COOH(aq)=CO2(g)CH3COONH4(aq)H2O(l)H37.30 kJmol1吸热CaCO3(s)=CaO(s)CO2(g)H(298 K)178.2 kJmol1H(1 200 K)176.5 kJmol1吸热_，常温高温_本讲稿第八页，共二十五页提示提示能能能不能能能能能不能能结结论论：说说明明反反应应的的焓焓变变不不是是决决定定反反应应能能否否自自发发进进行行的的唯唯一一因素。因素。本讲稿第九页，共二十五页1在在判判断断一一定定温温度度、压压强强下下反反应应的的方方向向时时，应应
8、该该同同时时考考虑虑焓变焓变与与熵变熵变两个因素，用两个因素，用HTS作作为为判据。判据。(1)放放热热的的熵熵增加增加(即即H0，S0)反反应应一定能自一定能自发进发进行。行。(2)吸吸热热的的熵熵减小减小(即即H0，S0)反反应应一定不能自一定不能自发进发进行。行。(3)当当焓焓变变和和熵熵变变的的影影响响相相反反时时，如如果果二二者者相相差差悬悬殊殊，可可能能某某一一因因素素占占主主导导地地位位：可可能能是是焓焓变变起起决决定定性性作作用用，大大多多数数放放热热反反应应是是自自发发反反应应；也也可可能能是是熵熵变变起起决决定定性性作作用用，若若干干熵熵增增加加的的反反应应是自是自发发反反
9、应应。本讲稿第十页，共二十五页(4)当当在在焓焓变变和和熵熵变变随随温温度度变变化化不不大大的的范范围围内内，可可以以假假定定它它们们为为常常数数，此此时时温温度度对对反反应应的的方方向向起起决决定定性性作作用用，一一些些反反应应在在低低温温下下是是非非自自发发反反应应，而而在在高高温温下下为为自自发发反反应应。恒恒压压下下温温度度对对反反应应自自发发性的影响如下表：性的影响如下表：HSHTS反应情况举例永远是负值在任何温度下反应都能自发变化H2(g)F2(g)=2HF(g)永远是正值在任何温度下反应都不自发进行2CO(g)=2C(s)O2(g)低温为正；高温为负低温下反应不自发进行；高温下反
10、应自发进行CaCO3(s)=CaO(s)CO2(g)低温为负；高温为正低温下反应自发进行；高温下反应不自发进行NH3(g)HCl(g)=NH4Cl(s)本讲稿第十一页，共二十五页2.反反应应方方向向的的结结论论与与条条件件有有关关，不不能能随随意意将将常常温温、常常压压下下的的结论结论用于其他温度、用于其他温度、压压强强下。下。3HTS这这个个判判据据只只能能用用于于温温度度、压压强强一一定定条条件件下下的的反反应应，不能用于其他条件下的反，不能用于其他条件下的反应应。4判判据据HTS指指出出的的是是在在温温度度、压压强强一一定定的的条条件件下下反反应应自自动动发发生生的的趋趋势势，不不能能说
11、说明明在在该该条条件件下下可可能能自自发发进进行行的的反反应应能否能否实际发实际发生。生。本讲稿第十二页，共二十五页【例例1】灰灰锡锡结结构构松松散散，不不能能用用于于制制造造器器皿皿；而而白白锡锡结结构构坚坚固固，可可以以制制造造器器皿皿。现现把把白白锡锡制制造造的的器器皿皿放放在在0 100 kPa的的室室内存放，它会不会内存放，它会不会变变成灰成灰锡锡而不能而不能继续继续使用使用()。(已已知知在在0 100 kPa条条件件下下，白白锡锡转转化化为为灰灰锡锡的的反反应应，焓焓变变和和熵熵变变分分别别为为H2 180.9 Jmol1，S6.61 Jmol1K1)A会会变变 B不会不会变变C
12、不能确定不能确定 D升高温度才会升高温度才会变变本讲稿第十三页，共二十五页解解析析在在等等温温等等压压条条件件下下，自自发发反反应应总总是是向向着着HTS0的的方方向向进进行行，直直至至平平衡衡状状态态。在在0、100 kPa条条件件下下，白白锡锡会会不不会会变变为为灰灰锡锡就就转转化化为为求求算算反反应应白白锡锡=灰灰锡锡HTS的的问问题题。HTS2 180.9 Jmol1273 K(6.61 Jmol1K1)376.3 Jmol10，因此在此温度和压强下白锡会变为灰锡。，因此在此温度和压强下白锡会变为灰锡。答案答案A本讲稿第十四页，共二十五页自发过程中的焓变和熵变的关系自发过程中的焓变和熵
13、变的关系本讲稿第十五页，共二十五页【体体验验1】下下列列关关于于化化学学反反应应的的自自发发性性叙叙述述正正确确的的是是()。A焓变小于焓变小于0而熵变大于而熵变大于0的反应肯定是自发的的反应肯定是自发的B焓变和熵变都小于焓变和熵变都小于0的反应肯定是自发的的反应肯定是自发的C焓变和熵变都大于焓变和熵变都大于0的反应肯定是自发的的反应肯定是自发的D熵变小于熵变小于0而焓变大于而焓变大于0的反应肯定是自发的的反应肯定是自发的解解析析H0，S0，该该反反应应一一定定能能自自发发进进行行；H0，S0，该该反反应应一一定定不不能能自自发发进进行行；H0，S0，该该反反应应在在较较高高温温度度下下能能自
14、自发发进进行行；H0，S0，该该反反应应在在较较低低温温度度下下能自发进行。能自发进行。答案答案A本讲稿第十六页，共二十五页【体验【体验2】下列下列说说法正确的是法正确的是()。A同同温温同同压压下下，H2(g)Cl2(g)=2HCl(g)在在光光照照和和点点燃燃的条件下的条件下H不同不同B常常温温下下，反反应应C(s)H2O(g)=CO(g)H2(g)不不能能自自发发进进行，行，则该则该反反应应的的H0C某某反反应应低低温温条条件件下下能能够够自自发发进进行行，则则高高温温条条件件下下一一定定能能够够自自发发DKNO3溶于水的溶于水的过过程程熵值熵值减小减小本讲稿第十七页，共二十五页解析解析
15、答案答案B 选项解析A同温同压下反应的条件不会影响H，A错B反应不能自发进行的判据为HTS0，由方程式得S0，则H0，B正确C反应自发进行的判据为HTS0，若反应在低温下进行，则当H0，S0时，温度越高，反应自发进行的可能性越小，C错D溶解过程是一个熵增加的过程，S0，D错本讲稿第十八页，共二十五页实验探究六化学反应的方向判据在化工生产中的实际应用实验探究六化学反应的方向判据在化工生产中的实际应用【案案例例】碳碳黑黑是是仅仅次次于于钛钛白白粉粉的的重重要要颜颜料料，全全世世界界年年消消耗耗橡橡胶胶碳碳黑黑约约六六百百万万吨吨，着着色色和和其其他他用用途途等等特特殊殊碳碳黑黑约约为为二二十十五五
16、万万吨吨。已已知知甲甲烷烷隔隔绝绝空空气气在在不不同同温温度度下下有有可可能能发发生生如如下下两两个个裂裂解解反反应应：CH4(g)C(s)2H2(g)2CH4(g)C2H2(g)3H2(g)。某某同同学学为为了了得得到到用用天天然然气气制制取取碳碳黑黑的的允允许许温温度度范范围围和和最最佳佳温温度，在图书馆查到如下热力学数据：度，在图书馆查到如下热力学数据：本讲稿第十九页，共二十五页的的H(298 K)74.848 kJmol1 S(298 K)80.674 Jmol1K1的的H(298 K)376.426 kJmol1S(298 K)220.211 Jmol1K1已已知知焓焓变变和和熵熵变
17、变随随温温度度变变化化很很小小。请请帮帮助助这这位位同同学学考考虑虑如如下下问题问题：(1)判判断断反反应应是是高高温温自自发发还还是是低低温温自自发发_(填填“高高温温”或或“低温低温”)。(2)判断反判断反应应自自发进发进行由行由焓变还焓变还是是熵变熵变决定决定_。(3)通通过过计计算算判判断断反反应应在在常常温温下下_(填填“能能”或或“不不能能”)自自发进发进行。行。本讲稿第二十页，共二十五页(4)求算制取碳黑的允求算制取碳黑的允许许温度范温度范围围_。(5)为为了了提提高高甲甲烷烷的的碳碳化化程程度度，你你认认为为下下面面四四个个温温度度中中最最合合适的是适的是_。A273 K B2
18、98 K C1 000 K D1 900 K本讲稿第二十一页，共二十五页解解析析(1)由由HTS0可可知知，此此反反应应在在高高温温下下可可以以自自发发进进行行。(2)由由HTS0得得，此此反反应应能能否否自自发发反反应应主主要要是是由由熵熵变变决决 定定。(3)H TS 74.848 kJmol 1 80.67410 3mol1kJmol1K1298 K50.807 kJmol10，所所以以该该反反应应在在常常温温下下不不能能自自发发进进行行。(4)裂裂解解为为碳碳黑黑时时，HTS74.848 kJmol180.674103kJmol1K1T0，得得T927.8 K，即即裂裂解解为为碳碳黑黑
19、的的最最低低温温度度为为927.8 K。裂裂解解为为乙乙炔炔时时，HTS376.426 kJmol1220.211103kJmol1K1T0，得得T1 709.4 K，即即温温度度高高于于1 709.4 K时时自自发发裂裂解解为为乙乙炔炔和和氢氢气气。所所以以要要制制取取碳碳黑黑，温温度度需需控控制制在在927.8 K1 709.4 K之之间间。(5)由由(4)可知温度范围应该介于可知温度范围应该介于927.8 K1 709.4 K之间，所以选之间，所以选C。答答案案(1)高高温温(2)熵熵变变(3)不不能能(4)927.8 K1 709.4 K(5)C本讲稿第二十二页，共二十五页【拓拓展展】
20、汽汽车车尾尾气气(含含烃烃类类、CO、NO和和SO2等等)是是城城市市主主要要污污染染源源之之一一，治治理理的的办办法法之之一一是是在在汽汽车车排排气气管管上上装装催催化化转转化化器器，它它使使NO与与CO反反应应生生成成可可参参与与大大气气生生态态循循环环的的无无毒毒气气体体，反反应应原原理理：2NO(g)2CO(g)=N2(g)2CO2(g)，在在298 K、100 kPa下，下，H113 kJmol1，S145 Jmol1K1。下列说法中错误的是。下列说法中错误的是()。A该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量B该反应常温下不能自发进行，因此需要
21、高温和催化剂该反应常温下不能自发进行，因此需要高温和催化剂C该该反反应应常常温温下下能能自自发发进进行行，高高温温和和催催化化剂剂只只是是加加快快反反应的速率应的速率D汽汽车车尾尾气气中中的的这这两两种种气气体体会会与与血血红红蛋蛋白白结结合合而而使使人人中中毒毒本讲稿第二十三页，共二十五页解解析析该该反反应应是是放放热热反反应应，反反应应物物总总能能量量高高于于生生成成物物的的总总能能量量，A项项正正确确；常常温温下下，HTS113 kJmol1298 K(145103 kJmol1K1)0，故故常常温温下下该该反反应应可可自自发发进进行行，高高温温和和催催化化剂剂只只是是加加快快反反应应速速率率，B项项错错误误，C项项正正确确；CO和和NO均会与血红蛋白结合而使人中毒，均会与血红蛋白结合而使人中毒，D项正确。项正确。答案答案B 本讲稿第二十四页，共二十五页单击此处进入单击此处进入 活页规范训练活页规范训练本讲稿第二十五页，共二十五页