(化學反應的方向及判斷依據)課件

1、水往低處流水往低處流Cu和和AgNO3反應反應NaOH和和HCl反應反應NaNa投入投入H H2 2O O中中鐵生銹鐵生銹2010年年11月月v學習要求學習要求: :v1 1、理解能量判據、熵的概念、理解能量判據、熵的概念v2 2、利用能量判據判斷反應進行的、利用能量判據判斷反應進行的 方向方向v3 3、利用熵變判斷反應進行的方向、利用熵變判斷反應進行的方向自然界中水總是從高處往低處流；自然界中水總是從高處往低處流；電流總是從電位高的地方向電位低的地電流總是從電位高的地方向電位低的地方流動；方流動；室溫下冰塊自動融化；室溫下冰塊自動融化；墨水擴散；墨水擴散；食鹽溶解于水；食鹽溶解于水；火柴棒散

2、落火柴棒散落等等。這些生活中的現象將向何方發(fā)這些生活中的現象將向何方發(fā)展，我們非常清楚，因為它們展，我們非常清楚，因為它們有明顯的有明顯的自發(fā)性自發(fā)性其中是否其中是否蘊藏了一定的科學原理？蘊藏了一定的科學原理？1、高山流水高山流水是一個自動進行的自然過程。是一個自動進行的自然過程。 高處水一定會流到低處嗎？高處水一定會流到低處嗎？2、低處水可以流至高處么？低處水可以流至高處么？3、在在“低水高流低水高流”的過程中一旦外界停止做的過程中一旦外界停止做 功，該過程還能繼續(xù)進行下去嗎？功，該過程還能繼續(xù)進行下去嗎？可采取什么措施？可采取什么措施？思考與交流思考與交流1.自發(fā)過程自發(fā)過程:在在一定條件

3、下一定條件下不需外力作用不需外力作用就就能能自動進行自動進行的過程的過程.2.非自發(fā)過程非自發(fā)過程 ：在：在一定條件一定條件下，下，需要外界做需要外界做功功才能進行的過程。才能進行的過程。 自發(fā)過程的特征自發(fā)過程的特征：有明確的方向性，要逆有明確的方向性，要逆轉必須借助外界做功；具有做功的本領。轉必須借助外界做功；具有做功的本領。3.自發(fā)反應自發(fā)反應:在在一定條件一定條件下無需外界幫助就能下無需外界幫助就能自動進行的反應自動進行的反應.知識鞏固：知識鞏固：下列哪個過程非自發(fā)過程（下列哪個過程非自發(fā)過程（ ）(A)鈉與水反應：鈉與水反應：2Na(s) + 2H2O (l) = 2NaOH + H

4、2 (g) H=368 kJ/mol(B)鐵生銹：鐵生銹：3Fe(s)+3/2O2(g)=Fe2O3(s) H=-824 kJ/mol(C)氫氣和氧氣反應：氫氣和氧氣反應：2H2(g)+O2(g)=2H2O(l ) H=571.6kJ/mol自發(fā)過程共同點自發(fā)過程共同點放熱反應放熱反應H0D（D）水由）水由低低處往處往高高處流處流一、自發(fā)過程的能量判據（一、自發(fā)過程的能量判據（焓判據焓判據）能量判據能量判據：自發(fā)過程的體系趨向于從高能狀自發(fā)過程的體系趨向于從高能狀態(tài)轉變?yōu)榈湍軤顟B(tài)態(tài)轉變?yōu)榈湍軤顟B(tài)( (這時體系會對外部做功這時體系會對外部做功或釋放熱量或釋放熱量) )，這一經驗規(guī)律就是能量判據。

5、這一經驗規(guī)律就是能量判據。（釋放熱量或對外做功）（釋放熱量或對外做功）高能態(tài)高能態(tài)低能態(tài)低能態(tài)+能量能量能量判據又稱焓判據，能量判據又稱焓判據，即即H H0 0的反應有自的反應有自發(fā)進行的傾向發(fā)進行的傾向，焓判據是判斷化學反應進行，焓判據是判斷化學反應進行方向的判據之一。方向的判據之一。練習1:已知金剛石和石墨在氧氣中完全燃燒的熱化已知金剛石和石墨在氧氣中完全燃燒的熱化學方程式為：學方程式為： C(金剛石、金剛石、s)+O2(g) CO2(g) H1395.41kJ/mol C(石墨、石墨、s)+O2(g) CO2(g) H2393.51kJ/mol關于金剛石與石墨的轉化，下列說法正確的關于金

6、剛石與石墨的轉化，下列說法正確的是是( )A.金剛石轉化成石墨是自發(fā)進行的過程金剛石轉化成石墨是自發(fā)進行的過程B.石墨轉化成金剛石是自發(fā)進行的過程石墨轉化成金剛石是自發(fā)進行的過程C.石墨比金剛石能量低石墨比金剛石能量低D.金剛石比石墨能量低金剛石比石墨能量低AC練習練習2:知道了某過程有自發(fā)性之后知道了某過程有自發(fā)性之后，則則 可判斷出過程的方向可判斷出過程的方向 可確定過程是否一定會發(fā)生可確定過程是否一定會發(fā)生 可預測過程發(fā)生完成的快慢可預測過程發(fā)生完成的快慢 可判斷過程的熱效應可判斷過程的熱效應A？（一）（一）“entropyentropy”中譯字中譯字“熵熵”的由的由來來: :趣話趣話:

7、 : 1923 1923年年,I.R.,I.R.普朗克來中國南京講普朗克來中國南京講學學, ,著名物理學家胡剛復教授為其翻譯著名物理學家胡剛復教授為其翻譯時時, ,首次將首次將“entropyentropy”譯為譯為“熵熵”, ,依依據公式認為據公式認為S S為熱量與溫度之商為熱量與溫度之商, ,而且而且此概念與火有關。從此為浩瀚的漢文此概念與火有關。從此為浩瀚的漢文字庫中增加了一個新字。字庫中增加了一個新字。判斷下列過程中能量的變化情況：判斷下列過程中能量的變化情況：1、冰、冰液態(tài)水液態(tài)水水蒸氣水蒸氣2、氯化鈉晶體溶于水、氯化鈉晶體溶于水吸熱那么這些物質的規(guī)則性、有序性有沒有改變呢？混亂度：

8、混亂度：表示體系的不規(guī)則或無序狀態(tài)。表示體系的不規(guī)則或無序狀態(tài)?；靵y度的增加意味著體系變得更混亂度的增加意味著體系變得更加無序加無序混亂度與熵混亂度與熵熵：熵： 熱力學上用來表示混亂度的狀態(tài)函數，熱力學上用來表示混亂度的狀態(tài)函數，符符號為號為S 體系的無序性越高，即混亂度越高，體系的無序性越高，即混亂度越高，熵值就越大熵值就越大 水的三態(tài)的熵（水的三態(tài)的熵（S Sm m表示物質的量為表示物質的量為1mol1mol）Sm（s） Sm（l） Sm（g）分析剛才兩個自發(fā)過程中混亂度分析剛才兩個自發(fā)過程中混亂度的變化情況：的變化情況：1、冰、冰液態(tài)水液態(tài)水水蒸氣水蒸氣2、氯化鈉晶體溶于水、氯化鈉晶體溶

9、于水混亂度混亂度 同一物質同一物質 , 氣態(tài)時熵最大，氣態(tài)時熵最大，液態(tài)時次之，固態(tài)時最小。液態(tài)時次之，固態(tài)時最小。歸納歸納：熵增熵增:由由有序有序自發(fā)地轉變?yōu)樽园l(fā)地轉變?yōu)闊o序無序熵變熵變S：二、自發(fā)過程的二、自發(fā)過程的熵判據熵判據熵判據：熵判據： 在與外界隔離的體系中，自發(fā)過在與外界隔離的體系中，自發(fā)過程將導致體系的熵增大，這一經驗規(guī)程將導致體系的熵增大，這一經驗規(guī)律叫做熵增原理，是判斷化學反應方律叫做熵增原理，是判斷化學反應方 向的另一判據向的另一判據熵判據。熵判據。小結：自發(fā)過程的變化趨勢小結：自發(fā)過程的變化趨勢1、能量趨于降低：、能量趨于降低：2、混亂度趨于增加、混亂度趨于增加（釋放熱

10、量或對外做功）（釋放熱量或對外做功）高能態(tài)高能態(tài)低能態(tài)低能態(tài)+能量能量 有些過程也是自發(fā)的，這當中有的與物有些過程也是自發(fā)的，這當中有的與物質的能量高低無關，有的雖與能量高低有關，質的能量高低無關，有的雖與能量高低有關，但用焓判據卻無法解釋清楚，但用焓判據卻無法解釋清楚，例如：例如：兩種理想氣體的混合可順利自發(fā)進行兩種理想氣體的混合可順利自發(fā)進行（1）既不吸熱也不放熱的自發(fā)過程）既不吸熱也不放熱的自發(fā)過程H2O2O2 H2（2）吸熱的自發(fā)過程）吸熱的自發(fā)過程 室溫下冰塊的融化；室溫下冰塊的融化； 硝酸鹽類的溶解；硝酸鹽類的溶解； 常溫常壓下常溫常壓下N2O5的分解：的分解：2N2O5(g) 4

11、NO2(g)+O2(g)； H=+56.7kJ/mol 碳銨的分解：碳銨的分解：(NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g); H=+74.9 kJ/mol 很多情況下，簡單地只用其中一個判很多情況下，簡單地只用其中一個判據判斷同一個反應，可能會出現相反的據判斷同一個反應，可能會出現相反的判斷結果，判斷結果，所以應兩個判據兼顧。由焓所以應兩個判據兼顧。由焓判據和熵判據組合成的復合判據判據和熵判據組合成的復合判據將更適將更適合于所有的過程。合于所有的過程。三、化學反應自發(fā)進行的方向三、化學反應自發(fā)進行的方向2、物質的混亂度趨于增加、物質的混亂度趨于增加1、物質具有的能量趨于降低

12、、物質具有的能量趨于降低 H(焓變焓變) S(熵變熵變)0焓焓(H)判據判據熵熵(S)判據判據放熱反應放熱反應焓變焓變熵變熵變化學反應能否自發(fā)進行化學反應能否自發(fā)進行自發(fā)進行自發(fā)進行不自發(fā)進行不自發(fā)進行不能定性判斷不能定性判斷不能定性判斷不能定性判斷 H0 H0 H0 S0 S0 S0 S0熵增原理熵增原理0 研究表明：在溫度、壓強一定的研究表明：在溫度、壓強一定的條件下，化學反應自發(fā)進行方向的條件下，化學反應自發(fā)進行方向的判據是判據是 G = G = H - TH - TS S（ G 叫作叫作吉布斯自由能吉布斯自由能）G = H - TS 0 反應能自發(fā)進行反應能自發(fā)進行G = H - TS

13、 0 反應不能自發(fā)進行反應不能自發(fā)進行 G = H - TS 0 反應達到平衡狀態(tài)反應達到平衡狀態(tài)練習練習3碳銨碳銨(NH4)2CO3 在室溫下就能在室溫下就能自發(fā)自發(fā)地分解產地分解產生氨氣，對其說法中正確的是生氨氣，對其說法中正確的是A、碳銨分解是因為生成了易揮發(fā)的氣、碳銨分解是因為生成了易揮發(fā)的氣體，使體系的熵增大。體，使體系的熵增大。B、碳銨分解是因為外界給予了能量、碳銨分解是因為外界給予了能量C、碳銨分解是吸熱反應，根據能量判據、碳銨分解是吸熱反應，根據能量判據不能自發(fā)分解不能自發(fā)分解D、碳酸鹽都不穩(wěn)定，都能自發(fā)分解。碳酸鹽都不穩(wěn)定，都能自發(fā)分解。A練習練習4下列反應中，在下列反應中，

14、在高溫高溫下不能自發(fā)進行的是下不能自發(fā)進行的是D. CO(g)C(s)1/2O2B. 2N2O5(g)4NO2(g)O2(g)A. (NH4 )2CO3(s)NH4HCO3(s)+NH3(g)C. MgCO3(s)MgO(s)CO2(g)D熵減熵減熵增熵增熵增熵增熵增熵增信息：信息：體系自由能變化（體系自由能變化（ G ）綜合考慮了焓變）綜合考慮了焓變和熵變對反應體系的影響：和熵變對反應體系的影響： G= H-T S（為為熱力學溫度，均為正值）。在恒溫、恒壓下，用熱力學溫度，均為正值）。在恒溫、恒壓下，用 G判斷化學反應在該狀況時自發(fā)進行的方向顯判斷化學反應在該狀況時自發(fā)進行的方向顯得更為科學

15、（當得更為科學（當 G 0時可自發(fā)進行）。時可自發(fā)進行）。請閱讀所給信息，然后回答問題請閱讀所給信息，然后回答問題反應在該狀況下反應在該狀況下能否自發(fā)進行能否自發(fā)進行自發(fā)進行自發(fā)進行不自發(fā)進行不自發(fā)進行低溫時低溫時,高溫時高溫時低溫時低溫時,高溫時高溫時低溫不自發(fā)低溫不自發(fā),高溫自發(fā)高溫自發(fā)低溫自發(fā)低溫自發(fā),高溫不自發(fā)高溫不自發(fā) H 一、自發(fā)過程的變化趨勢一、自發(fā)過程的變化趨勢1、能量趨于降低、能量趨于降低2、混亂度趨于增加、混亂度趨于增加二、化學反應自發(fā)進行的方向二、化學反應自發(fā)進行的方向2、物質的混亂度趨于增加、物質的混亂度趨于增加1、物質具有的能量趨于降低、物質具有的能量趨于降低 H(焓

16、變焓變)0焓焓(H)判據判據熵熵(S)判據判據放熱反應放熱反應熵增原理熵增原理注意：過程的自發(fā)性只用于判斷過程的方向，不注意：過程的自發(fā)性只用于判斷過程的方向，不能確定是否一定會發(fā)生和過程發(fā)生的速率。能確定是否一定會發(fā)生和過程發(fā)生的速率。焓變焓變熵變熵變化學反應能否自發(fā)進行化學反應能否自發(fā)進行自發(fā)進行自發(fā)進行不自發(fā)進行不自發(fā)進行不能定性判斷不能定性判斷不能定性判斷不能定性判斷 H0 H0 H0 S0 S0 S0 S0影響因素：影響因素：化學反應的方向化學反應的方向 反應焓變反應焓變 反應熵變反應熵變共同影響共同影響吸熱吸熱放熱放熱熵增熵增熵減熵減焓減小有利于反應自發(fā)，熵增大有利于反應自發(fā)焓減小

17、有利于反應自發(fā)，熵增大有利于反應自發(fā)HSG=HTS1 1反應的自發(fā)性只能用于判斷反應的方向反應的自發(fā)性只能用于判斷反應的方向，不能，不能確定反應是否一定會發(fā)生和過程發(fā)生的速率。例如確定反應是否一定會發(fā)生和過程發(fā)生的速率。例如金剛石有向石墨轉化的傾向，但是能否發(fā)生，什么金剛石有向石墨轉化的傾向，但是能否發(fā)生，什么時候發(fā)生，多快才能完成，就不是能量判據和熵判時候發(fā)生，多快才能完成，就不是能量判據和熵判據能解決的問題了。據能解決的問題了。注意注意2在討論過程的方向時，在討論過程的方向時，指的是沒有外界干擾時指的是沒有外界干擾時體系的性質體系的性質。如果允許外界對體系施加某種作用，。如果允許外界對體系施加某種作用，就可能出現相反的結果。例如石墨經高溫高壓還是就可能出現相反的結果。例如石墨經高溫高壓還是可以變?yōu)榻饎偸摹？梢宰優(yōu)榻饎偸摹Ｒ?guī)律方法總結規(guī)律方法總結自發(fā)反應中的焓變和熵變的關系自發(fā)反應中的焓變和熵變的關系1、在溫度、壓力一定的條件下，放熱的熵增加的反應、在溫度、壓力一定的條件下，放熱的熵增加的反應一定能自發(fā)進行