化学反应进行的方向.ppt

1、第二章 化学反应速率和化学平衡,第四节 化学反应进行的方向,化学反应进行的快慢,化学反应的限度,化学反应进行的方向,化学反应速率,化学平衡, ?,化学反应原理,学习要求 1、理解能量判据、熵的概念 2、利用能量判据判断反应进行的方向 3、利用熵变判断反应进行的方向,室温下冰块自动融化； 室温下水变水蒸气 硝酸铵溶解于水； 墨水扩散； 火柴棒散落等。,自然界中水总是从高处往低处流； 电流总是从高电势流向低电势； 室温下冰块自动融化； 墨水扩散； 食盐溶解于水； 火柴棒散落等。,自发过程：在一定条件下，不借助外部力量就能自动进行的过程,自发反应：在给定的一组条件下，一个反应可以自发地进行到显著程度

2、，就称为自发反应。,火柴棒散落,水往低处流,镁条燃烧,酸碱中和,墨水扩散,“放热反应可以自发进行，吸热反应不能自发进行”，你同意这种观点吗？,以“物体由高处自由下落”为代表，探究自发过程中有哪些变化趋势。,（释放热量或对外做功）,1、能量趋于降低,共同特点：高能态低能态+能量,化学反应中的自发过程,(1)钠与水反应： 2Na(s) + 2H2O (l) = 2NaOH + H2 (g) H=368 kJ/mol,(2)铁生锈： 3Fe(s)+3/2O2(g)=Fe2O3(s) H=-824 kJ/mol,(3)氢气和氧气反应： 2H2(g)+O2(g)=2H2O(l ) H=571.6kJ/m

3、ol,共同点放热反应H0,酸碱中和、镁条燃烧反应能量如何变化？,思考:,能量越低越稳定， H O有利于反应自发进行,从能量角度分析它们为什么可以自发？,一般情况下， H O为自发反应。,1. 理解焓、焓变、熵、熵变的含义。 2.了解焓变、熵变与反应方向的关系。,填写下表：,物质所具有的能量,H,熵变,熵,焓变,焓,计算公式,单位,符号,定义,生成物总能量与反应物总能量之差,KJmol-1,混乱度,S,Jmol-1K-1,Jmol-1K-1,KJmol-1,H,S,H=H(生成物)H(反应物),S=S(生成物)S(反应物),生成物总熵与反应物总熵之差,NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)

4、=CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l) H(298K)= +37.30kJ/mol,自发反应一定要H O ？,结论：H O有利于反应自发进行， 自发反应不一定要H O,1、反应方向的焓判据（能量判据）,体系趋向于从高能状态转变为低能状态,H0的放热反应有利于反应自发进行,这时体系会对外做功或者释放热量,注意：焓变是反应能否自发进行 的一个因素,但不是惟一 因素。,火柴散落、墨水扩散过程混乱度如何变化？,混乱度越大越稳定，S 0 有利于反应自发进行。,从混乱度角度分析它们为什么可以自发？,预测下列反应熵值的变化,2H2O2(s)=2H2O(l)+O2(g),NH4HCO3(s)

5、+CH3COOH(aq)=CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l),S =57.16Jmol-1K-1,S=184.0Jmol-1K-1,H2O(l)=H2O(g),S=99.09Jmol-1K-1,外界条件一定时: 同一物质 s(s)0,自发反应一定是熵增加的反应吗？,2Al(s)+Fe2O3(s)=Al2O3(s)+2Fe(s) S=39.35Jmol-1K-1,结论：S O有利于反应自发进行， 自发反应不一定要S O,注意：熵变是反应能否自发进行一个 因素, 但不是惟一因素。,CaCO3(s) = CaO (s) +CO2 (g)这个 反应能否自发进行？ 已知： H(298

6、K)=+178.2KJmol , S(298K)=169.6Jmol-1K-1,思考,化学反应中的自发过程,(1)钠与水反应： 2Na(s) + 2H2O (l) = 2NaOH + H2 (g) H=368 kJ/mol,(2)铁生锈： 3Fe(s)+3/2O2(g)=Fe2O3(s) H=-824 kJ/mol,(3)氢气和氧气反应： 2H2(g)+O2(g)=2H2O(l ) H=571.6kJ/mol,共同点放热反应H0,一、自发过程的能量判据,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(这时体系会对外部做功或释放热量)，这一经验规律就是能量判据。,能量判据又称焓判据，即H

7、0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。,已知金刚石和石墨在氧气中完全燃烧的热化学方程式为： C(金刚石、s)+O2(g) CO2(g) H1395.41kJ/mol C(石墨、s)+O2(g) CO2(g) H2393.51kJ/mol 关于金刚石与石墨的转化，下列说法正确的是 A.金刚石转化成石墨是自发进行的过程 B.石墨转化成金刚石是自发进行的过程C.石墨比金刚石能量低 D.金刚石比石墨能量低,AC,练习1,知道了某过程有自发性之后，则 可判断出过程的方向 可确定过程是否一定会发生 可预测过程发生完成的快慢 可判断过程的热效应,练习2,A,？,碳铵的分解： (N

8、H4 )2CO3(s)NH4HCO3(s)+NH3(g) H=+74.9 kJ/mol,自发进行的吸热反应,以“物体由高处自由下落”为代表，探究自发过程中有哪些变化趋势。,2、混乱度趋于增加,1、能量趋于降低,分析刚才两个自发过程中混乱度的变化情况：,1、冰液态水水蒸气,2、氯化钠晶体溶于水,混乱度： 表示体系的不规则或无序状态。 混乱度的增加意味着体系变得更加无序,混乱度与熵,熵： 热力学上用来表示混乱度的状态函数，符号为S 体系的无序性越高，即混乱度越高，熵值就越大,在密闭条件下，体系有由有序自发地转变为无序的倾向,熵增,同一物质，在气态时熵最大，液态时次之，固态时最小。,熵变S：化学反应

9、中要发生物质的变化或物质状态的变化，因此存在着熵变。 S=S产物S反应物,二、自发过程的熵判据,熵判据：,在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵增大，这一经验规律叫做熵增原理，是判断化学反应方向的另一判据熵判据。,自发过程的变化趋势,2、混乱度趋于增加,1、能量趋于降低,室温时冰融化 10时水结冰,三、化学反应自发进行的方向,2、物质的混乱度趋于增加,1、物质具有的能量趋于降低,H(焓变),S(熵变)0,放热反应,自发进行,不自发进行,不能定性判断,不能定性判断,H0,H0,H0,H0,S0,S0,S0,S0,熵增原理,0,练习3,碳铵(NH4)2CO3在室温下就能自发地分解产生氨气，对

10、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，使体系的熵增大。 B、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 D、碳酸盐都不稳定，都能自发分解。,A,练习4,下列反应中，在高温下不能自发进行的是,D. CO(g)C(s)1/2O2,B. 2N2O5(g)4NO2(g)O2(g),A. (NH4 )2CO3(s)NH4HCO3(s)+NH3(g),C. MgCO3(s)MgO(s)CO2(s),D,熵减,熵增,熵增,熵增,信息：体系自由能变化（ G ）综合考虑了焓变和熵变对反应体系的影响： G= H-TS（为热力学温度，均为正值）。在恒温、恒压

11、下，用G判断化学反应在该状况时自发进行的方向显得更为科学（当G 0时可自发进行）。,请阅读所给信息，然后回答问题,自发进行,不自发进行,低温时,高温时,低温时,高温时,低温不自发,高温自发,低温自发,高温不自发,H,影响因素：,小结：,焓减小有利于反应自发，熵增大有利于反应自发,练习:,下列说法不正确的是 A. 焓变是一个与反应能否自发进行有关的因素，多数的能自发进行的反应都是放热反应。 B. 在同一条件下不同物质有不同的熵值，其体系的混乱程度越大，熵值越大。 C. 一个反应能否自发进行取决于该反应放热还是吸热 D. 一个反应能否自发进行，与焓变和熵变的共同影响有关,C,谢谢！,2、反应方向的

12、熵判据（混乱度判据）,状态函数，符号为“S”.单位： Jmol-1K-1,熵,混乱度越高，熵值就越大。,热力学上用来表示混乱度,S=S生成物总熵S反应物总熵,S（s） S（l） S（g）,熵判据,大多数自发进行的反应趋向于使体系的混乱度增大（即熵变S0）的倾向，,化学反应的越大，越有利于反应自发进行,在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵增大，这个原理叫做熵增原理,判断下列过程的熵变大于零还是小于零 1、H2O(s)H2O(l)H2O(g) 2、CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g) 3、NaOH（s）=Na+(aq)+OH-(aq) 4、N2(g)+3H2(g) 2NH3

13、(g),S0,S0,S0,S0,少数熵减小的反应，在一定条件下也可以自发地进行,自发进行,不自发进行,不能定性判断,不能定性判断,H0,H0,H0,H0,S0,S0,S0,S0,CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g) H0 反应在常温常压下不能自发进行，但在较高温度下可以自发进行,反应能否自发进行，还与什么因素有关？,3、自由能判据（复合判据）,G= HTS,G：自由能，状态函数 G：自由能变化量（自由能变）,G0的反应可自发进行,G0的反应不可自发进行,5.下列说法正确的是（ ） A、凡是放热反应都是自发的，由于吸热反应都是非自发的 B、自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是熵减少或不变； C、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。 6.自发进行的反应一定是（ ） A、吸热反应； B、放热反应； C、熵增加反应；D、熵增加或者放热反应。,C,D,7.250C和1.01105Pa时，反应 2N