化学反应方向

1、 一、化学反应原理的重要组成部分一、化学反应原理的重要组成部分 反应的快慢程度反应的快慢程度 化学反应原理化学反应原理 化学反应的限度化学反应的限度 反应进行的方向反应进行的方向 化学反应进行的快慢化学反应进行的快慢化学反应的限度化学反应的限度化学反应进行的方向化学反应进行的方向化学反应速率化学反应速率化学平衡化学平衡 ? ?电能光能Pt复分解反应：复分解反应：向着生成气体、沉淀或水向着生成气体、沉淀或水的方向自发进行的方向自发进行氧化还原反应：氧化还原反应：向着由强制弱的方向自发进行向着由强制弱的方向自发进行 TiO2(s)+2Cl2(g)=TiCl4(l)+O2(g) ?1、生活中的自发过

2、程、生活中的自发过程(1)自然界中水由高处往低处流，而不会自动自然界中水由高处往低处流，而不会自动从低处往高处流；从低处往高处流；(2)生活中电流总是从电位高的地方向电位低生活中电流总是从电位高的地方向电位低的地方流动，其反方向也不会自动进行；的地方流动，其反方向也不会自动进行；(3)生活中一般在室温下，冰块会融化；铁器生活中一般在室温下，冰块会融化；铁器暴露在潮湿空气中会生锈；甲烷和氧气的混暴露在潮湿空气中会生锈；甲烷和氧气的混合气体遇明火就燃烧，这些过程都是自发的，合气体遇明火就燃烧，这些过程都是自发的，其逆过程就是非自发的。其逆过程就是非自发的。思考与交流思考与交流（1 1）为什么自然界

3、中总是）为什么自然界中总是“水往低处流水往低处流”？（2 2）低处水可以流往高处吗？）低处水可以流往高处吗？（3 3）说说自发过程与非自发过程的特征。）说说自发过程与非自发过程的特征。自发过程：自发过程：在一定条件下，不需要外力作用就能自动进行的在一定条件下，不需要外力作用就能自动进行的过程；过程；非自发过程：非自发过程：在一定条件下，在一定条件下，需持续借助人为作用才能进行的需持续借助人为作用才能进行的过程。过程。生活中常见的自发过程生活中常见的自发过程：物体自由落体、铁器在潮湿空气中：物体自由落体、铁器在潮湿空气中会生锈、室温下冰块熔化、气体自由扩散、墨水会扩散等。会生锈、室温下冰块熔化、

4、气体自由扩散、墨水会扩散等。化学反应中的自发过程化学反应中的自发过程:(1)3Fe(s)+3/2O2(g)=Fe2O3(s) H=-824 kJ/mol(2) 2Na(s) + 2H2O (l) = 2NaOH + H2 (g)H=368 kJ/mol(3)(3)2H2H2 2(g(g)+O2(g)=2H2O(l ) H=571.6kJ/mol共同点共同点放热反应放热反应H0自发过程体系取向于从高能状态转变为低能状态自发过程体系取向于从高能状态转变为低能状态( (这时体系会对外这时体系会对外部做功或释放热量部做功或释放热量) )，这一经验规律就是能量判据。，这一经验规律就是能量判据。 S(g)

5、S(l)S(s)TiO2(s)+2Cl2(g) + 2C(石墨石墨) =TiCl4(l)+2CO(g)H=-59.2kJmol-1 S=141.0J mol-1K-1熵与信息：熵与信息：熵是量度我们对一个系统的熵是量度我们对一个系统的“不知程度不知程度”的的量量熵与环境熵与环境熵增就是污染熵增就是污染衰老是生命系统的熵的一种长期的缓慢的增加，衰老是生命系统的熵的一种长期的缓慢的增加，也就是说随着生命的衰老，生命系统的混乱度也就是说随着生命的衰老，生命系统的混乱度增大，当熵值达极大值时即死亡，增大，当熵值达极大值时即死亡，这是一个不可抗拒的自然规律。这是一个不可抗拒的自然规律。 熵与生命：熵与生

6、命：2、放热的自发反应、放热的自发反应(1)甲烷燃烧：甲烷燃烧：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) H=-802.3 kJ/mol(2)铁生锈：铁生锈：3Fe(s)+3/2O2(g)=Fe2O3(s) H=-824 kJ/mol(3)氢气和氧气反应：氢气和氧气反应：2H2(g)+O2(g)=2H2O(l); H=-571.6 kJ/mol3、吸热的自发过程、吸热的自发过程 (1)室温下冰块的融化；硝酸盐类的溶解等都室温下冰块的融化；硝酸盐类的溶解等都是自发的吸热过程。是自发的吸热过程。(2)N2O5分解：分解： 2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)； H=+56.

7、7kJ/mol(3) 碳铵的分解：碳铵的分解：(NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g); H=+74.9 kJ/mol4、既不吸热也不放热的自发过程、既不吸热也不放热的自发过程两种理想气体的混合等两种理想气体的混合等化学反应的方向化学反应的方向1.自发过程自发过程:在在一定条件下一定条件下不需外力作用不需外力作用就就能能自动进行自动进行的过程的过程.2.非自发过程非自发过程 ：在：在一定条件一定条件下，下，需要外界做需要外界做功功才能进行的过程。才能进行的过程。3.自发过程的特征自发过程的特征：有明确的有明确的方向性方向性，要逆，要逆转必须借助外界做功；具有做功的本领。转

8、必须借助外界做功；具有做功的本领。4.自发反应自发反应:在一定条件下无需外界帮助就能在一定条件下无需外界帮助就能自动进行的反应自动进行的反应.说明说明：(1)自然界中水由高处往低处流是自发自然界中水由高处往低处流是自发过程，其逆过程就是非自发过程，甲烷与氧过程，其逆过程就是非自发过程，甲烷与氧气混合遇火就燃烧是自发反应，其逆向是非气混合遇火就燃烧是自发反应，其逆向是非自发反应。自发反应。 (2)自发过程和自发反应可被利用来完成有自发过程和自发反应可被利用来完成有用功。如向下流动的水可推动机器用功。如向下流动的水可推动机器 ，甲烷燃，甲烷燃烧可在内燃机中被利用来做功，可将氢气燃烧可在内燃机中被利

9、用来做功，可将氢气燃烧反应设计成燃烧电池等。烧反应设计成燃烧电池等。 (3)非自发过程要想发生，则必须对它做非自发过程要想发生，则必须对它做功，如利用水泵可将水从低处流向高处，通功，如利用水泵可将水从低处流向高处，通电可将水分解生成氢气和氧气。电可将水分解生成氢气和氧气。判断化学反应方向的依据判断化学反应方向的依据对于化学反应，对于化学反应，体系趋向于从体系趋向于从高能状态高能状态转转变为变为低能状态低能状态（这时体系会（这时体系会对外做功对外做功或者或者释放释放热量热量H 0）因此：因此：反应的焓变反应的焓变是制约化学反应是否自是制约化学反应是否自发进行的因素之一。发进行的因素之一。反应焓变

10、与反应方向反应焓变与反应方向 体系趋向于从体系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（这时体系会体系会对外做功对外做功或者或者释放释放热量热量H H 0 0）。）。多数能自发进行的化学反应是放热反应多数能自发进行的化学反应是放热反应，如常温、常压下，氢氧化亚铁被氧化为氢氧化如常温、常压下，氢氧化亚铁被氧化为氢氧化铁的反应是自发的，反应放热铁的反应是自发的，反应放热 4Fe(OH)2(s) + 2H2O(l) + O2(g) =4Fe(OH)3(s)； H=444.3KJ/mol一、一、 能量判据能量判据但是，有不少吸热反应也能自发进行但是，有不少吸热反应也能自发进行，如如

11、NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)=CO2(g) +CH3COONH4（aq）+H2O（l）；）； H（298K）=37.3KJ/mol 还有一些吸热反应在室温条件下不能自发进还有一些吸热反应在室温条件下不能自发进行，但在较高温度下则能自发进行，行，但在较高温度下则能自发进行，如在室温下如在室温下吸热反应的碳酸钙分解反应不能自发进行，但同吸热反应的碳酸钙分解反应不能自发进行，但同样是这个吸热反应在较高温度（样是这个吸热反应在较高温度（1200K）下则能）下则能自发进行。自发进行。 放热反应过程中体系能量降低放热反应过程中体系能量降低,因此具有因此具有自发进行的倾向自发进行的倾向,-

12、焓（焓（H）判据）判据由此可见由此可见 运用运用能量判据能量判据主要依据反应焓变，主要依据反应焓变，而焓变（而焓变（H）的确是一个与反应）的确是一个与反应能否自发进行的因素，但不是决定能否自发进行的因素，但不是决定反应能否自发进行的反应能否自发进行的唯一因素。唯一因素。焓焓判据判据-判断反应能否自发进行的能量判据判断反应能否自发进行的能量判据能量判据又称焓判据，能量判据又称焓判据，即即H H0 0的反应有自发进行的倾向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。焓判据是判断化学反应进行方向的判据之一。2NH2NH4 4Cl(s)+Ba(OH)Cl(s)+Ba(OH)2 28

13、 H8 H2 2O(s)=NHO(s)=NH3 3(g)+BaCl(g)+BaCl2 2(s)+10H(s)+10H2 2O(l) O(l) 焓变只是反应能否自发进行的一个因素焓变只是反应能否自发进行的一个因素, ,但不是惟但不是惟一因素。只根据焓变来判断反应方向是不全面的。一因素。只根据焓变来判断反应方向是不全面的。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 OSO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SOSO熵变是反应能否自发进行的一个因素熵变是反应能否自发进行的一个因素, ,但不是惟一

14、因素。但不是惟一因素。1 1、物质具有能量趋于降低的趋势、物质具有能量趋于降低的趋势 焓焓( (H H) )判据判据 H H( (焓变焓变) )0)0熵增原理熵增原理化学反应自发进行的方向化学反应自发进行的方向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 H0 H0 S0 H0 S0 S0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4、熵变和熵增原理、熵变和熵增原理 （1）熵变（）熵变（S） 化学反应中要发生物质的化学反应中要发生物质的变化或物质状态的变化，因此存在着熵变。变化或物质状态的变化，因此存在着熵变。 S=S反应产物反应产物S反应物

15、反应物 产生气体的反应、气体物质的物质的量增产生气体的反应、气体物质的物质的量增大的反应，熵变通常都是正值（大的反应，熵变通常都是正值（ S 0），），为熵增加的为熵增加的反应反应。许多熵增反应在常温常压下。许多熵增反应在常温常压下能自发进行，有些在室温条件下不能自发进行能自发进行，有些在室温条件下不能自发进行，但在较高温度下则能自发进行。，但在较高温度下则能自发进行。 （2）在与外界隔离的体系中，自发过程将导）在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵增大，这个原理叫做致体系的熵增大，这个原理叫做熵增原理熵增原理。该。该原理是用来判断过程的方向的又一个因素，原理是用来判断过程的方向的又一个

16、因素， 又称为又称为熵判据熵判据。 -10的液态水能自动结冰成为固态的液态水能自动结冰成为固态 铝热反应是熵减反应，它在一定条件铝热反应是熵减反应，它在一定条件下也可自发进行。下也可自发进行。 因此熵判据判断过程的方向也是不全因此熵判据判断过程的方向也是不全面的面的二、化学反应进行方向的判据二、化学反应进行方向的判据1、能量判据：自发过程的体系取向于从高能、能量判据：自发过程的体系取向于从高能状态转变为低能状态状态转变为低能状态(这时体系会对外部做功这时体系会对外部做功或释放热量或释放热量)，这一经验规律就是能量判据。，这一经验规律就是能量判据。2、熵判据：自发过程的本质取向于由有序转、熵判据

17、：自发过程的本质取向于由有序转变为无序，导致体系的熵增大，这一经验规变为无序，导致体系的熵增大，这一经验规律叫做熵增原理，是反应方向判断的熵判据。律叫做熵增原理，是反应方向判断的熵判据。说明：说明：(1)自发过程取向于最低能量状态的倾自发过程取向于最低能量状态的倾向向(即能量判据即能量判据)；自发过程取向于最大混乱；自发过程取向于最大混乱度的倾向度的倾向(即熵判据即熵判据)(2)对于密闭体系，在恒压和不作其他功对于密闭体系，在恒压和不作其他功的条件下发生变化，吸收或放出的热量的条件下发生变化，吸收或放出的热量等于体系的焓的变化。等于体系的焓的变化。(3)在密闭条件下，体系有由有序自发地在密闭条

18、件下，体系有由有序自发地转变为无序的倾向，这种推动体系变化转变为无序的倾向，这种推动体系变化的因素称作熵。的因素称作熵。(4)同一物质，在气态时熵最大，液态时同一物质，在气态时熵最大，液态时次之，固态时最小。次之，固态时最小。3、能量判据和熵判据的应用、能量判据和熵判据的应用(1)由能量判据知：放热过程常常是容易进行的。由能量判据知：放热过程常常是容易进行的。(2)由熵判据知：若干熵增的过程是自发的。由熵判据知：若干熵增的过程是自发的。(3)很多情况下，简单地只用其中一个判据判断同很多情况下，简单地只用其中一个判据判断同一个反应，可能会出现相反的判断结果，所以应一个反应，可能会出现相反的判断结

19、果，所以应两个判据兼顾。由能量判据两个判据兼顾。由能量判据(以焓变为基础以焓变为基础)和熵判和熵判据组合成的复合判据据组合成的复合判据(吉布斯自由能变吉布斯自由能变G)将更适将更适合于所有的过程。合于所有的过程。(4)过程的自发性只能用于判断过程的方向，不能过程的自发性只能用于判断过程的方向，不能确定过程是否一定会发生和过程发生的速率。如确定过程是否一定会发生和过程发生的速率。如涂有防锈漆和未涂防锈漆的钢制器件，其发生腐涂有防锈漆和未涂防锈漆的钢制器件，其发生腐蚀过程的自发性是相同的，但只有后者可以实现。蚀过程的自发性是相同的，但只有后者可以实现。(5)在讨论过程的方向时，指的是没有外界干在讨

20、论过程的方向时，指的是没有外界干扰时体系的性质。如果允许外界对体系施加扰时体系的性质。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。如水泵某种作用，就可能出现相反的结果。如水泵可以把水从低水位升至高水位；用高温可使可以把水从低水位升至高水位；用高温可使石灰石分解。实现后者的先决条件是要向体石灰石分解。实现后者的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系中输入能量，该过程的本质仍然是非自发性的。性的。(6)反应的自发性也受外界条件的影响。如常反应的自发性也受外界条件的影响。如常温下石灰石分解生成生石灰和二氧化碳是非温下石灰石分解生成生石灰和二氧化碳是非自发性的，但在自发性的

21、，但在1273K时，这一反应就是自时，这一反应就是自发的反应。发的反应。四、焓变与熵变对反应方向的共同影响四、焓变与熵变对反应方向的共同影响 （复合判据（复合判据-自由能自由能） 在一定条件下，一个化学反应能否自发进行在一定条件下，一个化学反应能否自发进行，既可能与反应焓变（，既可能与反应焓变（H）有关，又可能）有关，又可能与反应熵变（与反应熵变（S）有关。在温度、压强一）有关。在温度、压强一定的条件下，我们要判别化学反应的方向要定的条件下，我们要判别化学反应的方向要考虑考虑H、 S共同影响的结果。共同影响的结果。 反应焓变反应焓变(能量判据能量判据) 反应方向反应方向 反应熵变反应熵变(熵判

22、据熵判据) HT S0，则反应自发进行，则反应自发进行， 反应到达平衡状态，反应到达平衡状态， 反应不能自发进行。反应不能自发进行。复合判据复合判据信息信息：体系自由能变化（体系自由能变化（ G G ）综合考虑了焓变和熵）综合考虑了焓变和熵变对反应体系的影响：变对反应体系的影响： G= G= H-TH-T S S（为热力学温度，为热力学温度，均为正值）。在恒温、恒压下，用均为正值）。在恒温、恒压下，用 G 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（状况时自发进行的方向显得更为科学（当当 G G 0 0时可自时可自发进行）。发进行）。反应在该状况下反应在该状况下能否自发

23、进行能否自发进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 1过程的自发性只能用于判断过程的方向，过程的自发性只能用于判断过程的方向，不能确定过程是否一定会发生和过程发生的不能确定过程是否一定会发生和过程发生的速率速率。 例如：金刚石有向石墨转化的倾向，例如：金刚石有向石墨转化的倾向，但是能否发生，什么时候发生，多快才能完但是能否发生，什么时候发生，多快才能完成，就不是能量判据和熵判据能解决的问题成，就不是能量判据和熵判据能解决的问题了。了。注意注意2在

24、讨论过程的方向时，指的是没有外在讨论过程的方向时，指的是没有外界干扰时体系的性质。如果允许外界对体界干扰时体系的性质。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。系施加某种作用，就可能出现相反的结果。 例如：石墨经高温高压还是可以变为金刚例如：石墨经高温高压还是可以变为金刚石的。石的。例例1：下列过程是非自发性的是：下列过程是非自发性的是( )A、水由高处向低处流水由高处向低处流 B、天然气的燃烧天然气的燃烧C、铁在潮湿空气中生锈铁在潮湿空气中生锈 D、室温下水结成冰室温下水结成冰例例2：碳铵：碳铵(NH4)2CO3在室温下就能自发地分解在室温下就能自发地分解产生氨气，对其说法中正确

25、的是产生氨气，对其说法中正确的是( )A、碳铵分解是因为生成了易挥发的气体，使体系碳铵分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增大。的熵增大。B、碳铵分解是因为外界给予了能量碳铵分解是因为外界给予了能量C、碳铵分解是吸热反应，根据能量判据不能自发分解碳铵分解是吸热反应，根据能量判据不能自发分解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。DA例例3：下列说法正确的是：下列说法正确的是( )A、凡是放热反应都是自发的，由于吸热反应都是凡是放热反应都是自发的，由于吸热反应都是非自发性的。非自发性的。B、自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是熵自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是

26、熵减小或不变减小或不变C、自发反应在恰当条件下才能实现。自发反应在恰当条件下才能实现。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。 C 解析：放热反应常常是容易进行的过程，吸热反应解析：放热反应常常是容易进行的过程，吸热反应有些也是自发的；自发反应的熵不一定增大有些也是自发的；自发反应的熵不一定增大 ，可能，可能减少，也可能不变。过程的自发性只能用于判断过程减少，也可能不变。过程的自发性只能用于判断过程的方向，是否能实现还要看具体的条件。的方向，是否能实现还要看具体的条件。规律方法总结规律方法总结自发反应中的焓变和熵变的关系自发反应中的焓变和熵变的关系1、放热的自发过程可能

27、是熵减小的过程，如铁生锈、放热的自发过程可能是熵减小的过程，如铁生锈、氢气燃烧等；也可能是熵无明显变化或增加的过程，氢气燃烧等；也可能是熵无明显变化或增加的过程，如甲烷燃烧、氢气和氯气化合等。如甲烷燃烧、氢气和氯气化合等。2、吸热的自发过程是熵增加的过程，如冰的融化、吸热的自发过程是熵增加的过程，如冰的融化、硝酸铵溶于水等。硝酸铵溶于水等。3、无热效应的自发过程是熵增加的过程，如两种理想、无热效应的自发过程是熵增加的过程，如两种理想气体的混合等。气体的混合等。2 2、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

28、B B、2N2N2 2O O5 5(g)=4NO(g)=4NO2 2(g)+O(g)+O2 2(g) (g) H=+56.7kJ/molH=+56.7kJ/molC C、(NH(NH4 4 ) )2 2COCO3 3(s)=NH(s)=NH4 4HCOHCO3 3(s)+NH(s)+NH3 3(g) (g) H=+74.9kJ/molH=+74.9kJ/molD D、2H2H2 2(g)+O(g)+O2 2(g)=2H(g)=2H2 2O(l) O(l) H=-571.6 kJ/molH=-571.6 kJ/molD3 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

29、是自发的，、凡是放热反应都是自发的， 由于吸热反应都是非自发性的。由于吸热反应都是非自发性的。B B、自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是熵减小或不变、自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是熵减小或不变C C、自发反应在恰当条件下才能实现。、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。 C 巩固练习巩固练习1、知道了某过程有自发性之后，则（、知道了某过程有自发性之后，则（ ）A.可判断出过程的方向可判断出过程的方向B.可确定过程是否一定会发生可确定过程是否一定会发生C.可预测过程发生完成的快慢可预测过程发生完成的快慢D.可判断过程的热效应可判断过程的热效应A4 4、自发进