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新人教版 化學 選擇性必修1
化學反應原理
同學們好
歡迎來到化學課堂
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趙健
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趙健
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請你欣賞！
自然界中有一些自發的現象
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自然界中有一些過程是自發進行的，而且是有方向性的
水總是自發地從高處流向低處
冰融化及墨水擴散
自發過程：在一定條件下，不需要外力作用就可以進行的過程。
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抽水上山：借助水泵，持續消耗電能
非自發過程：在一定條件下，需要持續外力作用，才能維持進行的過程。
自發過程
非自發過程
“非自發”也不代表不能發生
化學反應是否也能自發進行，有方向性？
第三節
化學反應的方向性
第二章 化學反應速率與化學平衡
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趙健
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請你思考！
舉例說明化學反應是否也能自發進行？
氫氣的燃燒
共同點——放熱反應　△H＜0
01
化學反應進行的方向與焓變
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大多數放熱反應是可以自發進行，而且是有方向性的
Zn(s) + CuSO4 (aq) = ZnSO4 (aq)+ Cu (s) H = -216.8 kJ·mol-1
2H2 (g) + O2 (g) = 2H2O (l) H = -571.6 kJ·mol-1
NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l) △H= -57.3 kJ·mol-1
2Na(s)+2H2O(l)=2NaOH(aq)+H2(g) △H= -636.1 kJ·mol-1
C3H8(g) +5 O2(g) = 3CO2(g) + 4H2O(l) △H=-2217.5kJ/mol
E
反應歷程
反應物的能量總和
生成物的能量總和
△H<0
能量高到低
在給定條件下，可以自發進行到顯著程度的化學反應稱為自發反應。
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練習
請你思考！
只有放熱反應才能自發進行嗎？舉例說明
2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8 H2O(s)=NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l)
該反應是吸熱反應，但在常溫下能自發進行
2N2O5(g) ＝4NO2(g)+O2(g) 　 H =+109.8kJ/mol
NaHCO3(s)+HCl(aq)=CO2(g)+NaCl(aq)+H2O(l) H =＋31.4KJ/mol
有些吸熱反應也能自發
不能只根據反應的放熱或者吸熱來判斷化學反應的方向
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趙健
請你思考！
是不是所有放熱反應都能自發進行呢？
為什么有些放熱反應常溫下能夠自發進行？
活化能幾乎為0
E
反應歷程
反應物的能量總和
生成物的能量總和
△H
H+ + OH- == H2O
Ba2+ + SO42- == BaSO4↓
Cu(OH)2 + 2H+ == Cu2+ + 2H2O
Ea很小，常溫即能自發
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大多數放熱反應是可以自發進行，而且是有方向性的
有些放熱反應為什么需要點燃或加熱？
放熱反應的進行需要最初的反應動力
活化能>0
E
反應歷程
反應物的能量總和
生成物的能量總和
△H
Ea
C + O2 === CO2
2H2 + O2 === 2H2O
Fe + S === FeS
點燃
點燃
加熱
Ea稍大，但Ea＜△H，給予外界條件一經引發后即能自發
meiyangyang8602meiyangyang8602大多數放熱反應是可以自發進行，而且是有方向性的為什么有些放熱反應需要持續加熱？由于與環境的熱交換，導致反應過程中放出的熱量，不足以產生維持反應持續進行所需的推動力E反應歷程反應物的能量總和△H△HEaCu + 2H2SO4=== CuSO4+ SO2↑+ 2H2O加熱Ea稍大，且Ea＞△H，需持續給予外界條件才能自發meiyangyang8602
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有些吸熱反應是可以自發進行，而且是有方向性的
吸熱反應為什么能夠發生？
E
反應歷程
反應物的能量總和
生成物的能量總和
△H
△H
Ea
C + CO2 === 2CO
高溫
CaCO3 === CaO + CO2
高溫
C+ H2O === CO + H2
高溫
當環境提供能量時，吸熱反應也能發生
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在一定條件卡，如果一個過程是自發的，那么它的逆過程通常是非自發的。
氫氣的燃燒
水的電解
自發
非自發
2H2+O2=2H2O
冬天水結冰自發
春天冰融水自發
“自發”是一定條件下的自發，條件變了，可能由原來的“自發”變成“非自發”。
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反應條件與反應過程中的能量變化的關系
反應歷程
E
反應物的能量總和
生成物的能量總和
反應歷程
E
反應物的能量總和
生成物的能量總和
反應歷程
E
反應物的能量總和
生成物的能量總和
反應歷程
E
反應物的能量總和
生成物的能量總和
常溫下可自發進行的反應 需要加熱或點燃才能自發進行的反應 需要持續加熱才能發生的放熱反應 在持續加熱條件下發生的吸熱反應
結論：△H < O有利于反應自發進行，但自發反應不一定要△H < O
焓變是反應能否自發進行的一個因素，但不是惟一因素。只根據焓變來判斷反應方向是不全面的。
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焓判據并不是判斷反應自發進行的唯一標準
E
反應歷程
反應物的能量總和
生成物的能量總和
△H
是什么因素“推動”了吸熱反應自發進行？
引起某些吸熱反應能自發進行的“氣球”是什么呢？
02
化學反應進行的方向與熵變
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化學反應進行的方向與熵變
冰融化及墨水擴散
物質溶解或溶液擴散
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自然界中有一些過程是自發進行的，而且是有方向性的
你能解釋擴散原因嗎？
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實驗探究
開始時中間用玻璃片隔開，抽掉玻璃片，觀察
盛放氯氣的瓶內氣體顏色逐漸變淺而盛放氫氣的瓶內顯現出了淺黃綠色最后兩瓶中的顏色相同
不需要外界的任何作用，氣體通過分子的擴散，自發地混合均勻。
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NH4+和NO3-在硝酸銨晶體中有序排列
被水分子包圍的NH4+和NO3-在溶液中自由移動
溶解
硝酸銨溶于水的過程可以自發進行
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實驗探究
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混亂度小（有序）
混亂度大（無序）
自發的
體系自發地向混亂度增加（即有序向無序）方向轉變
這些過程共同特點
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化學反應進行的方向與熵變
熵
熵：用來衡量體系混亂（無序）程度的物理量，用S表示。
體系混亂度越大，熵值越大；體系混亂度越小，熵值越小
同種物質的熵值與其存在狀態有關
S(g) ____ S(l) ____ S(s)
＞
＞
固態
液態
氣態
熵增
熵增
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體系的混亂度（即熵值）增加， ΔS＞0，反應有自發的傾向。
Zn(s) + H2SO4(aq) = ZnSO4(aq) + H2 (g)
2KClO3(s) = 2KCl(s) + 3O2 (g)
ΔS＞0
很多自發的化學反應都是熵增的過程
體系趨向于從有序狀態轉變為無序狀態，
因此熵增反應(△S>0 )具有自發進行的傾向 。
自發反應一定是熵增加的反應嗎？
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趙健
有些 熵減的過程 也可自發進行，即ΔS＜0
Fe(OH)2(s) + O2(g) + H2O (g) ＝ Fe(OH)3(s)
2NO (g) + 2CO (g) ＝ N2 (g) + 2CO2 (g) 　
請你回憶！
制備氫氧化亞鐵的現象及方程式，分析這個反應是否自發？
常溫下能自發進行
熵減的過程
不能 只根據 熵增 或 熵減 來判斷 化學反應的方向
03
自由能與化學反應的方向
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自由能與化學反應的方向
單獨使用焓判據，或者熵判據往往會得出錯誤的結論，那怎么辦呢？
2H2(g)+O2(g)=2H2O(I) △H<0
△H<0
放熱有利于反應自發
△S<0
熵減小不利于反應自發
= △H - T △S
△G
△G 單位：kJ mol-1
自由能
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自由能與化學反應的方向
△G = △H - T△S
反應進行方向的判斷方法
△G = △H - T△S ＜ 0 反應能自發進行
△G = △H - T△S ＞0 反應不能自發進行
△G = △H - T△S ＝0 反應達到平衡狀態
反應在該狀況下能否自發進行
＜０ ＞０
＞０ ＜０
＞０ ＞０
＜０ ＜０
H
Ｓ
Ｇ
＜０
＞０
低溫時＞０，高溫時＜０
低溫時＜０，高溫時＞０
自發進行
不自發進行
低溫不自發，高溫自發
低溫自發，高溫不自發
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自由能與化學反應的方向
△H
△S
H>0
S>0
高溫下
反應自發進行
H>0
S<0
所有溫度下
反應不能自發進行
H<0
S>0
所有溫度下
反應自發進行
H<0
S<0
低溫下
反應自發進行
meiyangyang8602meiyangyang8602練習1、一定條件下發生反應:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H20(g)，如圖表示該反應過程中能量(單位為KJ/mol)的變化。關于該反應的下列說法中，正確的是（）A.ΔH>O，ΔS>0B.ΔH>O，ΔS<0C.ΔH<0，ΔS<0D.ΔH<0，ΔS>0Cmeiyangyang8602
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練習
2，如何綜合焓變和熵變判斷化學反應能否自發進行
Zn(s) + H2SO4(aq) = ZnSO4(aq) + H2(g)
△ H < 0，△ S > 0
任何溫度下，△ G < 0，自發進行
△ G = △ H - T△ S
工業上利用石灰石制備二氧化碳
△ H > 0，△ S > 0
高溫下，△ G < 0，自發進行
△ G = △ H - T△ S
CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g)
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趙健
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3，汽車尾氣中的一氧化碳和一氧化氮是現代化城市中的重要大氣污染物。人們曾花費大量的時間和精力，通過實驗的方法利用如下反應消除CO對環境的影響，然而卻徒勞無功。你能從焓變和熵變的角度分析原因嗎？
2CO(g) = 2C(s) + O2(g)
△ G > 0，不能自發進行
△ H > 0，△ S < 0
△ G = △ H - T△ S
后來人們又提出通過如下反應來處理尾氣的方法
2NO(g) + 2CO(g) = N2(g) + 2CO2(g)
已知：在 298 K、100 kPa，△ H = -746.8 kJ/mol
室溫下，△ G < 0，反應能正向自發進行
△ H < 0，△ S < 0
△ G = △ H - T△ S
反應需要催化劑來加速
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2019天津高考.10 節選
將SiCl4氫化為SiHCl3對應的反應依次為：
① SiCl4(g) + H2 (g) SiHCl3(g) + HCl(g) △ H1 > 0
② 3SiCl4(g) + 2H2 (g) + Si(s) 4SiHCl3(g) △ H2 < 0
1000 ℃
由△ H1 > 0，△ H2 < 0 推出△ H2 < △ H1 ， 所以△ G2 < △ G1
已知體系自由能變△ G = △ H - T△ S，△ G < 0 時反應自發進行。二個氫化反應的△ G與溫度的關系如圖所示，反應①能自發進行的最低溫度是 ；
相同溫度下，反應②比反應①的△ G小，主要原因是 。
練習
謝謝觀看
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趙健
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