化學反應的方向和判斷依據(jù)

關于化學反應的方向和判斷依據(jù)第1頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三自然界中水總是從高處往低處流是自動進行的變化過程即自發(fā)的變化過程自發(fā)過程的特征：有一定的方向性;且不能自動恢復原狀，若要恢復必須借助外力。第2頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三一自發(fā)反應:在一定溫度和壓強下，無需外界幫助就能自動進行的反應，我們稱之為自發(fā)反應。①一定溫度T和壓強P的目的：引發(fā)反應；②外界幫助指:通電、光照等；第3頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三1.水分解生成氫氣和氧氣的反應2.氯氣與溴化鉀溶液的反應3.乙烯與溴單質的反應4.氮氣和氧氣生成一氧化氮的反應非自發(fā)自發(fā)非自發(fā)自發(fā)書P42——交流與討論第4頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三P43——你知道嗎？以上自發(fā)反應的共同點——放熱反應△H＜0自然界中的許多自發(fā)過程，無論是物理過程還是化學過程，都有由能量較高狀態(tài)向能量較低狀態(tài)轉化的傾向。（能量越低越穩(wěn)定）高能態(tài)→低能態(tài)+能量化學反應的方向第5頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三能量判據(jù)（焓判據(jù)）

對于化學反應而言，放熱反應就是一個由高能態(tài)向低能態(tài)變化的過程，因此，絕大多數(shù)放熱反應都能自發(fā)進行，且反應放出的熱量越多，體系能量降低得越多，反應越完全。所以△H＜0的反應有自發(fā)進行的傾向，焓變是制約化學反應能否自發(fā)進行的因素之一?；瘜W反應的方向第6頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三二判斷化學反應方向的依據(jù)1焓判據(jù)：自發(fā)反應有趨向于使體系的能量降低的傾向。即H＜0的反應有自發(fā)進行的傾向。且ΔH數(shù)值越大，越有利于反應的自發(fā)進行。交流與討論

“只有放熱反應才可以自發(fā)進行，吸熱反應不能自發(fā)進行”，你同意這種觀點嗎？

化學反應的方向第7頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三判斷下列過程中能量的變化情況：吸熱請觀察：這些物質的規(guī)則性、微粒間無規(guī)則排列程度有沒有改變呢？如何改變？1、冰融化成水2、NH4Cl（s）+Ba(OH)2.8H2O(s)==2NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l)3、硝酸氨溶于水NH4NO3(s)─→NH4+(aq)+NO3-(aq)體系的混亂度增大第8頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三熵：衡量一個體系混亂度的物理量，符號：S除熱效應外，決定化學反應能否自發(fā)進行的另一個因素是體系的混亂度（微粒間無規(guī)則排列程度）。大多數(shù)自發(fā)過程有趨向于體系混亂度增大的傾向.體系混亂度越大，熵值越大，即S值越大。第9頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三熵變：反應前后體系熵的變化。符號：ΔS

ΔS>0：體系的混亂度增大；ΔS<0：體系的混亂度減??；二判斷化學反應方向的依據(jù)2熵判據(jù)：即S>0的反應有自發(fā)進行的傾向.且ΔS越大，越有利于反應的自發(fā)進行。△S=S（產(chǎn)物）－S（反應物）第10頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三

根據(jù)你已有的知識經(jīng)驗，判斷下列過程的熵變大于零還是小于零。①H2O(s)→H2O(l)→H2O(g)②NaOH（s）==Na+(aq)+OH-(aq)

③CaCO3(s)==CaO(s)+CO2(g)

高溫④N2(g)+3H2（g）2NH3(g)問題解決ΔS>0ΔS>0ΔS>0ΔS<0第11頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三1、同一物質，S（g）﹥S（l）﹥S（s）；2、分子數(shù)越多或分子種類越多則熵值越大；3、固體溶解過程、墨水擴散過程、氣體擴散過程，熵變均為正值，即△S＞0，為熵增過程；有關體系熵值的規(guī)律：第12頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三1下列反應中，熵變小于0的是D.2CO(g)＝2C(s)＋O2(g)B.2N2O5(g)＝4NO2(g)＋O2(g)A.(NH4)2CO3(s)＝NH4HCO3(s)+NH3(g)C.MgCO3(s)＝MgO(s)＋CO2(g)D檢測練習:第13頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三2判斷下列反應的ΔS>0還是<0：A、NH4Cl=HCl+NH3B、2Fe3+(aq)+Cu(s)=2Fe2+(aq)+Cu2+(aq)C、2NO2=N2O4D、CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)ΔS>0ΔS>0ΔS<0ΔS<0檢測練習:第14頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三小結：

綜上所述,體系能量降低和混亂度增加都有促使反應自發(fā)進行的傾向,即焓變和熵變共同制約著化學反應進行的方向。

要正確判斷一個化學反應能否自發(fā)進行,必須綜合考慮反應的焓變△H和熵變△S。第15頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三體系自由能變化（△G）綜合考慮了焓變和熵變對反應體系的影響：△G=H-TS（Ｔ為熱力學溫度，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)進行的方向顯得更為科學。

＜0，一定能自發(fā)進行△G=△H－T△S＝0，達到平衡狀態(tài)

＞0，一定不能自發(fā)進行

拓展視野第16頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三例題：已知CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)，ΔH（298K）=178.2KJ·mol-1,ΔS=169.6J·mol-1·K-1請通過計算說明該反應在常溫能否自發(fā)進行，在什么溫度下能自發(fā)進行。常溫下：ΔG=178.2KJ·mol-1-298K×169.6J·mol-1·K-1×10-3

=127.7kJ·mol-1所以，該反應在常溫下不能自發(fā)進行。若要讓該反應自發(fā)進行，則ΔG<0，設溫度為T，代入公式，求得T=1051K所以，該反應在1051K以上能自發(fā)進行。第17頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三一定自發(fā)一定非自發(fā)低溫自發(fā)高溫自發(fā)△G=△H－T△SNH3(g)+HCl(g)＝NH4Cl(s)低溫可行CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)高溫可行第18頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三汽車尾氣的主要污染物是一氧化氮以及燃燒不完全所產(chǎn)生的一氧化碳，它們是現(xiàn)代化城市的重要大氣污染物，為了減輕汽車尾氣造成的大氣污染,有人提出通過2NO(g)+2CO(g)===N2(g)+2CO2(g)來處理汽車尾氣。已知室溫（298K、101KPa）下：△H=-113.0KJ·mol-1△S=-143.5J·mol-1·K-1第19頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三思考：如何加快反應速率？一種汽車尾氣凈化器?！鱄-T△S=-69.68KJ·mol-1<0,因此，室溫下反應能自發(fā)進行。但該反應速率極慢。第20頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三1、實驗證明，多數(shù)能自發(fā)進行的反應都是放熱反應。對此說法的理解的敘述中，正確的是（）A、所有的放熱反應都是自發(fā)進行的B、所有的自發(fā)反應都是放熱的C、焓變是影響反應是否具有自發(fā)性的一種重要因素D、焓變是決定反應是否具有自發(fā)性的判據(jù)2、自發(fā)進行的反應一定是（）A、吸熱反應B、放熱反應C、熵增加反應D、熵增加或者放熱反應DC第21頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三3、25℃和1.01×105Pa時，反應2N2O5(g)＝4NO2(g)+O2(g)△H=56.76kJ/mol，自發(fā)進行的原因是（）A、是吸熱反應B、是放熱反應C、是熵減小的反應D、熵增大效應大于能量效應4、某反應其△H=-122kJ/mol，△S=-231J.mol-1.K-1，則此反應在下列哪些情況下可自發(fā)進行（）A、在任何溫度下都能自發(fā)進行B、在任何溫度下都不能自發(fā)進行C、僅在高溫下自發(fā)進行D、僅在低溫下自發(fā)進行DD第22頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三第23頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三第24頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三自發(fā)進行的化學反應Na投入H2O中鐵生銹第25頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三第26頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三

高處水向低處流是一個可自動進行的過程，那么低處水可以流至高處嗎？在“低水高流”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？思考與交流第27頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三自發(fā)過程：在一定條件下，不需要外力作用就能自動進行的過程；非自發(fā)過程：在一定條件下，需要外力幫助才能實現(xiàn)的過程。

請盡可能多地列舉你熟知的自發(fā)過程。

交流與討論第28頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三有序混亂K-41頁圖2-15第29頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三1．反應的自發(fā)性只能用于判斷反應的方向，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，就不是焓變判斷和熵變判斷能解決的問題了。注意2．在討論過程的方向時，指的是沒有外界干擾時體系的性質。如果允許外界對體系施加某種作用，就可能出現(xiàn)相反的結果。例如石墨經(jīng)高溫高壓還是可以變?yōu)榻饎偸?。?0頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三小結：A、相同條件下，自發(fā)變化的逆過程是非自發(fā)過程；B、自發(fā)變化或非自發(fā)變化是在給定條件下而言的，若條件改變，自發(fā)過程可非自發(fā)過程，而非自發(fā)過程可自發(fā)過程；C、減焓、增熵有利于反應的進行。第31頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三水往低處流室溫下冰的融化自然界中自然而然發(fā)生的這種過程，體現(xiàn)了自然界變化的方向性：（1）趨向于使自身能量更低——能量越低越穩(wěn)定；（2）趨向于使有序變?yōu)闊o序——體系混亂程度增大。第32頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三生活中的自發(fā)過程T2>T1P2>P1h2>h1墨滴Q氣體液體擴散自發(fā)過程的特征：有一定的方向性，且不能自動恢復原狀