在化学反应领域里判断反应方向有哪几种方法.ppt

1、1,材料结构与性能（）-现名为“聚合物结构与性能”,班级：材研1205 姓名：薛金龙 学号：2012210102,2,化学反应的方向及判断依据,化学反应的方向,3,化学反应的方向,自然界中的自发过程体现了自然界变化的方向性,(1)自然界中水由高处往低处流，而不会自动从低处往高处流 (2) 铁器暴露在潮湿空气中会生锈；这些过程都是自发的，其逆过程就是非自发的。,水往低处流,冰融化,4,化学反应的方向,焓变与反应方向,说明： 1）多数能自发进行的化学反应是放热反应； 2）有不少吸热过程也能自发进行； 3）自发变化或非自发变化是在给定条件下而言的，若条件改变，自发过程非自发过程，而非自发过程自发过程

2、； 4) 焓变（H）是决定反应能否自发进行的因素之一. 但不是唯一因素； 5）相同条件下，自发变化的逆过程是非自发过程。,对于化学反应而言，绝大多数的放热反应能自发进行,且放出的热量越多，体系能量降低越多，反应越完全,能量判据：体系趋向于从高能状态转变为低能状态,（H0）。,5,化学反应的方向,有序,混乱,研究表明，除热效应外，决定反应能否自发进行的另一因素体系的混乱度（熵S）,大多数自发反应有趋向于体系的混乱度增大的趋势,6,化学反应的方向,熵变与反应方向,1.熵：衡量一个体系混乱度的物理量叫做熵，符号：S 2.熵变：反应前后体系熵的变化叫做反应的熵变. 用S表示。S=S生成物总熵S反应物总

3、熵 3.熵判据：体系趋向于由有序状态转变为无序状态，即混乱度增加（ S0）。且S越大，越有利于反应自发进行。,7,化学反应的方向,与熵有关的几条规律 1) 对于同一物质:S(g)S(l)S(s); 2) 固体或液体溶于水时，熵值增大； 气体溶于水时，熵值减小； 3）相同原子组成的分子中，原子数目越多，熵值越大； 4）相同元素的原子组成的分子中，分子量越大，熵值越大； 5）同一类物质，摩尔质量越大，结构越复杂，熵值越大。,如：CuSO4(s) CuSO4H2O (s) CuSO45H2O (s),8,化学反应的方向,恒温恒压时判断反应是否能够自发进行 H0，S 0： 一定自发 H 0，S0：一定

4、不自发 H0，S0：不一定 H 0，S 0：不一定,9,吉布斯自由能判断反应自发进行的方向,G0, 自发进行 G0， 可逆反应 G 0， 非自发进行,G = H -TS,化学反应的方向,10,化学反应的方向,焓变和熵变对反应方向的共同影响,1. H 0，该反应一定能自发进行； 如：Mg(s) + 2HCl(aq) = MgCl2(aq) + H2(g) 2. H 0，S0，S0，该反应在较高温度下能自发进行 如：CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g),判断依据：G= HTS 0 ， 反应能自发进行,11,化学反应的方向,化学位的表达：Z = H - T S根据热力学第二定律当Z 0时，反应

5、才能进行 Z=Z终-Z始0，即Z终 Z始如水向低处流，就是由高势能向低势能发展,体系放热 H0 ：利于反应进行 熵增S0：也有利于反应进行 温度T越高，越有利反应进行,当H 0 时，就要看T S的大小了， T S越大，越有利于反应进行 因此，H 和T S是相互竞争的关系,从热力学角度,12,化学反应的方向,从原子质量角度,通过H 和T S的关系来判断反应方向并不是唯一的方法，还可以通过原子质量法 Polymer Handbook列出了下表,13,化学反应的方向,14,1、用向量方法推理看C、H2如何变成PE,得 4nH2+2nC （C2H4）n,化学反应的方向作业题,15,化学反应的方向作业题

6、,aC+bH2+c -(C2H4)n-=0 H: 2 b+4cn=0 C: a+2cn=0 所以 a=-2cn, b=-2cn. 代入 aC+bH2+c(C2H4)n =0中，有 -2cnC-2cnH2+c =0，整理得 2nC+2nH2 (C2H4)n,16,化学反应的方向作业题,2、密闭体系，CH3OH、H2、CO2、H2O、CO五种物质的反应方向如何,解：,17,0,4a+2b+2d=0 a+c+e=0 a+2c+d+e=0,c=2a+b,d=-(2a+b),e=-(3a+b),化学反应的方向作业题,18,化学反应的方向作业题,aCH3OH+bH2+（2a+b)CO2-（2a+b)H2O

7、-(3a+b)CO=0,等式可化为,aCH3OH+bH2+（2a+b)CO2 （2a+b)H2O+(3a+b)CO,19,化学反应的方向作业题,3、CH4、N2、O2、H2O、（加CH2O也行）等物自然界中能否自己生成甘氨酸（HOOCCH2NH2）,20,化学反应的方向作业题,a b c d e,4 1 0 0,0 0 2 0,0 0 0 2,2 0 0 1,5 2 1 2,H,C,N,O,0,得， a=-2e b=-0.5e c=-1.75e d=1.5e,根据所得数据的正负性， CH4、N2、O2、H2O不能均作为反应物得到HOOCCH2NH2,21,物质世界总趋势,22,物质世界总趋势,

8、23,物质世界总趋势,24,物质世界总趋势,25,物质世界总趋势,26,物质世界总趋势,27,物质世界总趋势,28,物质世界总趋势,29,ecoh =ed,ep,eh,色散内聚能密度 极性内聚能密度 氢键内聚能密度,Ecoh = Ed + Ep + Eh,ecoh = ed + ep + eh,30,=,134952,195.16,= 691.54,J/cm3,ecoh =ed,ep,eh,31,ecoh =ed,ep,eh,=,58777,178.66,= 328.99 J/cm3,32,四种化学键存在的客观性和必然性,33,四种化学键存在的客观性和必然性,34,四种化学键存在的客观性和必然

9、性,35,四种化学键存在的客观性和必然性,36,四种化学键存在的客观性和必然性,37,四种化学键存在的客观性和必然性,38,四种化学键存在的客观性和必然性,39,四种化学键存在的客观性和必然性,40,四种化学键存在的客观性和必然性,41,分子间作用力 （范德华力） 化学键的结合能一般在 1.0 10 2 kJ mol1 数量级，而分子间力的能量只有几个 kJ mol1 。,四种分子间作用力,42,四种分子间作用力,1 取向力 极性分子之间的永久偶极 永久偶极作用称为取向力，它仅存在于极性分子之间， F 2 。,2 诱导力 诱导偶极 永久偶极之间的作用称为诱导力。 极性分子作为电场，使非极性分子

10、产生诱导偶极或使极性分子的偶极增大（也产生诱导偶极），这时诱导偶极与永久偶极之间产生诱导力。因此诱导力存在于极性分子与非极性分子之间，也存在于极性分子与极性分子之间。,43,四种分子间作用力,3 色散力,瞬间偶极 瞬间偶极之间有色散力。 由于各种分子均有瞬间偶极，故色散力存在于极性分和极性分子，极性分子和非极性分子及非极性分子和非极性分子之间 。,色散力不仅存在广泛，而且在分子间力中，色散力经常是重要的。下面的数据可以说明这一点。,kJmol1 取向力 诱导力 色散力 Ar 0 0 8.49,HCl 3.305 1.104 16.82,44,四种分子间作用力,取向力、诱导力和色散力统称范德华力

11、，具有以下的共性： a ) 永远存在于分子之间； b ) 力的作用很小； c ) 无方向性和饱和性； d ) 是近程力，F 1 / r7； e ) 经常是以色散力为主。,45,四种分子间作用力,氢 键 （ 一 ） 氢键的形成 以 HF 为例，F 的电负性相当大， r 相当小，电子对偏向 F，而 H 几乎成了质子。这种 H 与其它分子中电负性相当大、r 小的原子相互接近时，产生一种特殊的分子间力 氢键 。 表示为 如 F H F H,氢键的形成有两个两个条件： 1 与电负性大且 r 小的原子 ( F，O， N ) 相连的 H ； 2 在附近有电负性大，r 小的原子 ( F，O，N ) 。,46,

12、四种分子间作用力,（二） 氢键的特点 （a）饱和性和方向性 由于 H 的体积小，1 个 H 只能形成一个氢键 。由于 H 的两侧电负性极大的原子的负电排斥，使两个原子在 H 两侧呈直线排列。除非其它外力有较大影响时，才改变方向。 （b）氢键的强度 氢键的强度介于化学键和分子间作用力之间，其大小和 H 两侧的原子的电负性有关，见下列氢键的键能数据。 F H F O H O N H N E / kJ mol1 28.0 18.8 5.4,47,四种分子间作用力,（c）分子内氢键 上面谈的氢键均在分子间形成，若 H 两侧的电负性大的原子属于同一分子，则为分子内氢键。,邻硝基苯酚,如 HNO3,48,

13、四种分子间作用力,(三) 氢键的形成对物质性质的影响 分子间存在氢键时，大大地影响了分子间的结合力，故物质的熔点、沸点将升高。,HF HCl HBr HI 半径依次增大，色散力增加，b. p. 依次增高， HCl HBr HI 但由于 HF 分子间有氢键，故 HF 的 b. p. 在这个序列中最高，破坏了从左到右 b. p. 升高的规律。 H2O，NH3 由于分子间氢键的存在，在同族氢化物中 b. p. 亦是最高。,49,四种分子间作用力,50,四种分子间作用力,51,四种分子间作用力,52,四种分子间作用力,53,四种分子间作用力,通过对 DNA双螺旋结构稳定性生理环境条件的研究，揭示 DN

14、A、 RNA合成、复制、转录以及重整的生理环境条件的两大决定性因素是氢键作用动力和色散作用动力，氢键作用动力为主导，色散作用动力为辅助的生理环境条件，是人类基因区别于其他物种基因的重要依据。,人类基因比线虫多一万个基因，比果蝇多两万个基因。许多人说人类也不过如此，但是这种看法是大错特错了，他们没有看到背后真正的特殊价值。金老师通过详细的计算，得出任何遗传基因的形成都要靠四个碱基的氢键作用动力和色散作用动力，前者具有高度的方向性，后者具有无方向性。人类不同于其他生命体的最根本点在于，人类最重要的遗传基因是由严格方向性的氢键作用作为主导动力，而色散作用则为氢键作用动力前前后后加以辅助，起着协同作用。这就是万物之灵的人类的最高尊严。,54,四种分子间作用力,因为DNA螺旋结