化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向

學(xué)習(xí)要求：1、焓的概念、熵的概念2、利用焓變判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向3、利用熵變判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向4、了解吉布斯自由能及其運用2-4、化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向1、生活中的自發(fā)過程(1)自然界中水由高處往低處流，而不會自動從低處往高處流；(2)生活中電流總是從電位高的地方向電位低的地方流動，其反方向也不會自動進(jìn)行；(3)生活中一般在室溫下，冰塊會融化；鐵器暴露在潮濕空氣中會生銹；甲烷和氧氣的混合氣體遇明火就燃燒，這些過程都是自發(fā)的，其逆過程就是非自發(fā)的。2、放熱的自發(fā)反應(yīng)(1)甲烷燃燒：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)

△H=-802.3kJ/mol(2)鐵生銹：3Fe(s)+3/2O2(g)=Fe2O3(s)

△H=-824kJ/mol(3)氫氣和氧氣反應(yīng)：2H2(g)+O2(g)=2H2O(l);

△H=-571.6kJ/mol3、吸熱的自發(fā)過程(1)室溫下冰塊的融化；硝酸鹽類的溶解等都是自發(fā)的吸熱過程。(2)N2O5分解：2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)；

△H=+56.7kJ/mol(3)碳銨的分解：(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g);

△H=+74.9kJ/mol4、既不吸熱也不放熱的自發(fā)過程兩種理想氣體的混合等一、自發(fā)過程和自發(fā)反應(yīng)1、自發(fā)過程：在一定條件下不需要外力作用就能自動進(jìn)行的過程。2、自發(fā)反應(yīng)：在給定的條件下，一個反應(yīng)可以自發(fā)地進(jìn)行到顯著程度，就稱為自發(fā)反應(yīng)。二、化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的判據(jù)1、能量判據(jù)：自發(fā)過程的體系取向于從高能狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軤顟B(tài)(這時體系會對外部做功或釋放熱量)，這一經(jīng)驗規(guī)律就是能量判據(jù)。2、熵判據(jù)：自發(fā)過程的本質(zhì)取向于由有序轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序，導(dǎo)致體系的熵增大，這一經(jīng)驗規(guī)律叫做熵增原理，是反應(yīng)方向判斷的熵判據(jù)。（1）衡量一個體系混亂度的物理量稱為熵。（2）符號：用S表示。（3）單位：J·mol－1·K－1T(K)=273+t(℃)（4）熵值S越大，體系混亂度越大。同一物質(zhì)，S（g）﹥S（l）﹥S（s）。熵3、復(fù)合判據(jù)——吉布斯自由能（△G）△G=△H-T×△S△G＜0自發(fā)進(jìn)行=0反應(yīng)處于平衡狀態(tài)＞0不能自發(fā)進(jìn)行

?H<0,?S>0

△G<0，能自發(fā)進(jìn)行?H>0,?S<0△G>0，不能自發(fā)進(jìn)行

?H<0,?S<0？?H>0,?S>0？△G=△H-T×△S例題、用吉布斯自由能判斷反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的方向

△G=△H-T△SNH3(g)+HCl(g)＝NH4Cl(s)△H＜0△S<0CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)△H>0△S>0判斷這兩個反應(yīng)什么條件下自發(fā)進(jìn)行低溫可行高溫可行

?H<0,?S>0

△G<0，能自發(fā)進(jìn)行?H>0,?S<0△G>0，不能自發(fā)進(jìn)行

?H<0,?S<0低溫可自發(fā)進(jìn)行?H>0,?S>0高溫可自發(fā)進(jìn)行△G=△H-T×△S(2)對于密閉體系，在恒壓和不作其他功的條件下發(fā)生變化，吸收或放出的熱量等于體系的焓的變化。(3)在密閉條件下，體系有由有序自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序的傾向，這種推動體系變化的因素稱作熵。(4)同一物質(zhì)，在氣態(tài)時熵最大，液態(tài)時次之，固態(tài)時最小。(1)自發(fā)過程取向于最低能量狀態(tài)的傾向(即能量判據(jù))；自發(fā)過程取向于最大混亂度的傾向(即熵判據(jù))說明：4、能量判據(jù)和熵判據(jù)的應(yīng)用(1)由能量判據(jù)知：放熱過程常常是容易進(jìn)行的。(2)由熵判據(jù)知：若干熵增的過程是自發(fā)的。(3)很多情況下，簡單地只用其中一個判據(jù)判斷同一個反應(yīng)，可能會出現(xiàn)相反的判斷結(jié)果，所以應(yīng)兩個判據(jù)兼顧。由能量判據(jù)(以焓變?yōu)榛A(chǔ))和熵判據(jù)組合成的復(fù)合判據(jù)(吉布斯自由能變△G)將更適合于所有的過程。(4)過程的自發(fā)性只能用于判斷過程的方向，不能確定過程是否一定會發(fā)生和過程發(fā)生的速率。如涂有防銹漆和未涂防銹漆的鋼制器件，其發(fā)生腐蝕過程的自發(fā)性是相同的，但只有后者可以實現(xiàn)。(5)在討論過程的方向時，指的是沒有外界干擾時體系的性質(zhì)。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(jié)果。如水泵可以把水從低水位升至高水位；用高溫可使石灰石分解。實現(xiàn)后者的先決條件是要向體系中輸入能量，該過程的本質(zhì)仍然是非自發(fā)性的。(6)反應(yīng)的自發(fā)性也受外界條件的影響。如常溫下石灰石分解生成生石灰和二氧化碳是非自發(fā)性的，但在1273K時，這一反應(yīng)就是自發(fā)的反應(yīng)。例1：下列過程是非自發(fā)性的是()A、水由高處向低處流B、天然氣的燃燒

C、鐵在潮濕空氣中生銹D、室溫下水結(jié)成冰例2：碳銨[(NH4)2CO3]在室溫下就能自發(fā)地分解產(chǎn)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)的氣體，使體系的熵增大。

B、碳銨分解是因為外界給予了能量

C、碳銨分解是吸熱反應(yīng)，根據(jù)能量判據(jù)不能自發(fā)分解

D、碳酸鹽都不穩(wěn)定，都能自發(fā)分解。DA例3：下列說法正確的是(

)A、凡是放熱反應(yīng)都是自發(fā)的，由于吸熱反應(yīng)都是非自發(fā)性的。B、自發(fā)反應(yīng)一定是熵增大，非自發(fā)反應(yīng)一定是熵減小或不變C、自發(fā)反應(yīng)在恰當(dāng)條件下才能實現(xiàn)。D、自發(fā)反應(yīng)在任何條件下都能實現(xiàn)。

C

解析：放熱反應(yīng)常常是容易進(jìn)行的過程，吸熱反應(yīng)有些也是自發(fā)的；自發(fā)反應(yīng)的熵不一定增大，可能減少，也可能不變。過程的自發(fā)性只能用于判斷過程的方向，是否能實現(xiàn)還要看具體的條件。二、規(guī)律方法總結(jié)——自發(fā)反應(yīng)中的焓變和熵變的關(guān)系1、放熱的自發(fā)過程：（1）熵減小的過程，如鐵生銹、氫氣燃燒等；（2）熵?zé)o明顯變化或增加的過程，如甲烷燃燒、氫氣和氯氣化合等。2、吸熱的自發(fā)過程，一定是熵增加的過程，如冰的融化、硝酸銨溶于水等。3、無熱效應(yīng)的自發(fā)過程是熵增加的過程，如兩種理想氣體的混合等。

?H<0,?S>0

△G<0，能自發(fā)進(jìn)行?H>0,?S<0△G>0，不能自發(fā)進(jìn)行

?H<0,?S<0低溫可自發(fā)進(jìn)行?H>0,?S>0高溫可自發(fā)進(jìn)行△G=△H-T×△S課堂練習(xí)：1.科學(xué)家根據(jù)體系存在著力圖使________________和_______________的自然現(xiàn)象，提出了相互關(guān)聯(lián)的________和_________，為最終解決上述問題提供了必要的理論根據(jù)。試分別舉一例_________________，___________。自身能量趨于“最低”“有序”變?yōu)椤盁o序”能量判據(jù)熵判據(jù)鐵在潮濕空氣中生銹硝酸銨溶于水2.以下自發(fā)反應(yīng)可用能量判據(jù)來解釋的是()A、硝酸銨自發(fā)地溶于水B、2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)；△H=+56.7kJ/molC、(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g);

△H=+74.9kJ/molD、2H2(g)+O2(g)=2H2O(l);△H=-571.6kJ/molD3.有關(guān)化學(xué)反應(yīng)的說法，正確的是()A、自發(fā)反應(yīng)都是放熱反應(yīng)B、自發(fā)反應(yīng)都是熵增大的反應(yīng)C、自發(fā)反應(yīng)一定能實現(xiàn)D、非自發(fā)反應(yīng)在一定條件下能實現(xiàn)D

4.某化學(xué)反應(yīng)其△H=-122kJ·mol-1，?S=231J·mol-1·K-1，則此反應(yīng)在下列哪種情況下可自發(fā)進(jìn)行()A、在任何溫度下都能自發(fā)進(jìn)行

B、在任何溫度下都不能自發(fā)進(jìn)行

C、僅在高溫下自發(fā)進(jìn)行

D、僅在低溫下自發(fā)進(jìn)行A5.下列說法正確的是∶（）

A、放熱反應(yīng)一定是自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)；

B、吸熱反應(yīng)一定是非自發(fā)進(jìn)行的；

C、自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)一定容易發(fā)生；

D、