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(共23張PPT)
為什么氫氧化鈉與鹽酸混合即可自動發生反應生成氯化鈉和水，而氯化鈉與水混合卻不會自動發生反應生成氫氧化鈉和鹽酸？
用氫氣和氮氣合成氨時，即使氫氣和氮氣的物質的量之比為3：1，為什么它們也不能全部反應？
氫氣與氧氣的混合物一經點燃立即發生爆炸，為什么在常溫下氫氣與氧氣卻能長期共存？
第1節 化學反應的方向
第2章 化學反應的方向、限度與速率
1.了解焓變、熵變與反應方向的關系；
2.能綜合運用焓變與熵變判斷反應進行的方向。
聯想 · 質疑
聯想 · 質疑
越來越多的汽車帶來的大氣污染。為了減輕大氣污染，人們提出讓CO與NO反應產生兩種無毒的氣體，寫出此反應的化學方程式。
該方法是否可行，該反應是否能自發進行呢？
2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)
一、反應焓變與反應方向
在一定的條件下，無需外界幫助就能自發進行的過程。
1.自發過程
(1)定義:
水往低處流
冰塊融化
鐵網生銹
體系趨向于從高能量狀態轉換為低能量狀態
具有方向性，其逆過程是非自發的
一、反應焓變與反應方向
在一定的條件下，無需外界幫助就能自發進行的過程。
1.自發過程
(1)定義:
體系趨向于從有序狀態轉換為無序狀態
如何判斷反應能否自發進行呢？反應要自發的進行是否要符合什么條件呢？
溶解
交流 · 研討
交流 · 研討
19世紀,一些化學家們曾認為決定化學反應能否自發進行的因素是反應熱：放熱反應可以自發進行,而吸熱反應則不能。你同意這種觀點嗎？請舉例說明。
鈉與水反應： 2Na(s)+2H2O(l)=2NaOH(aq)+H2(g) ΔH=－368 kJ mol-1
酸堿中和： NaOH(aq) + HCl(aq)= NaCl(aq)+ H2O(l ) ΔH=－57.3 kJ mol-1
氫氣和氧氣反應： 2H2(g)+O2(g)=2H2O(l ) ΔH=－571.6 kJ mol-1
NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)=CH3COONH4(aq) +CO2(g)+H2O(l) ΔH= +37.30kJ·mol-1
多數放熱反應能自發進行，有些吸熱反應也能自發進行，如：
體系趨向于從高能量狀態轉換為低能量狀態
CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) ΔH=+178.2kJ·mol-1
還有一些焓變不大的吸熱反應在室溫條件下不能自發進行，但在較高溫度下卻能自發進行，如碳酸鈣的分解反應。
因此，不能僅用反應焓變來判斷反應能否自發進行。
是什么“推動”了反應的進行？
體系趨向于從有序狀態轉換為無序狀態
二、反應熵變與反應方向
1.熵（ S ）
熵值越大，體系無序程度/混亂度越大。
同一物質：S(g) > S(l) > S(s)
純物質熵值的大小與物質的種類、數量、聚集狀態以及溫度、壓強等因素有關。
——描述體系無序程度的物理量
CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) ΔH=+178.2kJ·mol-1
2.熵變（ ΔS ）
ΔS 為反應產物的總熵與反應物的總熵之差。
產生氣體的反應和氣體的物質的量增大的反應，反應熵變的數值通常都是正值，為熵增加反應，如：
ΔS =S反應產物－S反應物
對于確定的化學反應在一定條件下有確定的熵變
2H2O2(aq) = 2H2O(l)+O2(g) ΔH＞0
CaCO3(s) = CaO(s)+CO2(g) ΔH＞0
ΔS=+57.2 J·mol-1·K-1
ΔS=+169.6 J·mol-1·K-1
2H2O2(aq) = 2H2O(l)+O2(g) ΔH＞0
CaCO3(s) = CaO(s)+CO2(g) ΔH＞0
ΔS=+57.2 J·mol-1·K-1
ΔS=+169.6 J·mol-1·K-1
事實證明，熵增加有利于反應的自發進行。
思考與交流
自發反應一定是熵增加的反應嗎？
2Al(s)+Fe2O3(s)=Al2O3(s)+2Fe(s) ΔS=－39.4 J·mol-1·K-1
熵變是反應能否自發進行一個因素, 但也不是唯一因素。
三、用焓變與熵變綜合判斷反應方向
研究表明，在等溫、等壓及除了體積功以外不做其他功的條件下，化學反應的方向可以用反應的焓變和熵變來綜合判斷，判據為ΔH－TΔS。
1.反應方向的判據
ΔH－TΔS<0
反應正向能自發進行
ΔH－TΔS=0
反應達到平衡狀態
ΔH－TΔS＞0
反應正向不能自發進行
反應方向的吉布斯自由能判據
吉布斯自由能（符號G）的定義式為G=H－TS。ΔG為反應的吉布斯自由能變：
ΔG= ΔH-TΔS，表示的是一個封閉體系在等溫、等壓條件下做最大非體積功的能力。在等溫、等壓及除了體積功以外不做其他功的條件下，反應的方向可依據ΔG來判斷：
ΔG<0 反應正向能自發進行
ΔG=0 反應達到平衡狀態
ΔG>0 反應正向不能自發進行
在以上條件下，自發反應總是朝著吉布斯自由能減小的方向進行，直至達到平衡狀態。
思考與交流
反應的焓變、熵變隨溫度的變化較小，假設它們不隨溫度變化，判斷下列反應在什么情況下能自發進行。
化學反應 ΔH ΔS 能否正向自發進行
2KClO3(s)= 2KCl(s)+3O2(g) -78.03kJ/mol +494.4J/mol/K
CO(g)=C(s,石墨)+1/2O2(g) +110.5kJ/mol -89.4J/mol/K
4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g) = 4Fe(OH)3(s) -444.3kJ/mol -280.1J/mol/K
CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) +178.2kJ/mol +169.6J/mol/K
任何溫度下都能
正向自發進行
任何溫度下都不
能正向自發進行
低溫下能正向
自發進行
高溫下能正向
自發進行
化學反應 ΔH ΔS 能否正向自發進行
2KClO3(s)= 2KCl(s)+3O2(g) ΔH ＜0 ΔS ＞0
CO(g)=C(s,石墨)+1/2O2(g) ΔH ＞0 ΔS ＜0
4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g) = 4Fe(OH)3(s) ΔH ＜0 ΔS ＜0
CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) ΔH ＞0 ΔS ＞0
任何溫度下都能
正向自發進行
任何溫度下都不
能正向自發進行
低溫下能正向
自發進行
高溫下能正向
自發進行
ΔH和ΔS的作用相反，且相差不大時，溫度對反應的方向起決定性作用。
【理解應用】
用于汽車尾氣凈化反應例析
在298 K、100 kPa下，2NO(g)＋2CO(g)=N2(g)＋2CO2(g)　 ΔH＝－746.8 kJ·mol－1、ΔS＝－197.5 J·mol－1·K－1，在通常條件下，用上述化學反應處理汽車尾氣是否具有可行性？
ΔH－TΔS＝－746.8 kJ·mol－1－298 K×(－197.5 ×10－3)
kJ·mol－1·K－1≈－687.9 kJ·mol－1＜0。
該反應能自發進行，利用此反應解決汽車污染問題可行。
單位換算
利用ΔH－TΔS判據，只能用于判斷在等溫、等壓及除了體積功以外不做其他功的條件下反應正向自發進行的趨勢，即反應發生的可能性，但它并不能說明在該條件下可能正向自發進行的反應能否實際發生，這個反應到底能不能反應，那還要看反應進行的限度和反應進行的速率。
【注意】
不過，該反應需要使用催化劑來加速。通常使用貴金屬作為催化劑，將其裝入汽車尾氣凈化器中，并將凈化器與汽車尾氣排放管道連接在一起。利用這個裝置，人們可以有效地將汽車尾氣中的污染物NO（g）和CO（g）同時除去。
【練一練】
1.判斷下列說法是否正確。
(1)放熱反應一定能自發進行,吸熱反應一定不能自發進行。(　　)
(2)熵增反應一定能自發進行,熵減反應一定不能自發進行。(　　)
(3)能夠自發進行的反應一定容易發生,也一定能反應完全。(　　)
(4)對于ΔS>0的反應,若在任何溫度下均能自發進行,則該反應ΔH>0。(　　)
(5)TATP(C8H18O6)受撞擊分解爆炸,且無明顯熱效應,說明該分解反應的熵顯著增加。(　　)
(6)反應C(s)+CO2(g) === 2CO(g)在室溫下不能自發進行,說明該反應的ΔH>0。(　　)
2.下列說法正確的是（ ）
A.凡是放熱反應都是自發的，由于吸熱反應都是非自發的
B.自發反應一定是熵增大，非自發反應一定是熵減少或不變
C.自發反應在恰當條件下才能實現
D.自發反應在任何條件下都能實現
3.自發進行的反應一定是（ ）
A.吸熱反應 B.放熱反應
C.熵增加反應 D.熵增加且放熱反應
C
D
5.下列有關說法不正確的是(　　)
A.一定溫度下,反應MgCl2(l) === Mg(l)+Cl2(g)　ΔH>0　ΔS>0
B.鍍銅鐵制品鍍層受損后,鐵制品比受損前更容易生銹
C.反應CaCO3(s) === CaO(s)+CO2(g)室溫下不能自發進行,說明該反應的ΔH<0
D.鉛蓄電池放電時的負極和充電時的陽極均發生氧化反應
C
4.不能用焓判據解釋的自發進行的反應過程是(　　)
A.鐵在潮濕空氣中生銹
B.天然氣的燃燒
C.銅在潮濕空氣中產生銅綠
D.NH4Cl與Ba(OH)2·8H2O反應產生NH3
D
6.灰錫結構松散,不能用于制造器皿;而白錫結構堅固,可以制造器皿。現把白錫制造的器皿放在0 ℃、100 kPa的室內存放,它會不會變成灰錫而不能繼續使用(已知在0 ℃、100 kPa條件下白錫轉化為灰錫的反應的焓變和熵變分別為:ΔH=-2 180.9 J·mol-1,ΔS=-6.61 J·mol-1·K-1)(　　)
A.會變 B.不會變 C.不能確定 D.升高溫度才會變
A
7.某反應2AB(g)＝C(g)＋3D(g)在高溫時能自發進行，其逆反應在低溫時能自發進行，則該反應的正反應的ΔH、ΔS應為(　　)
A.ΔH＜0、ΔS＞0 B.ΔH＜0、ΔS＜0
C.ΔH＞0、ΔS＞0 D.ΔH＞0、ΔS＜0
C
8.已知甲烷隔絕空氣在不同溫度下有可能發生如下兩個反應:
①CH4(g) === C(s)+2H2(g),②2CH4(g) === C2H2(g)+3H2(g)。
某同學為了得到用天然氣制取炭黑的允許溫度范圍和最佳溫度,在圖書館查到了如下熱力學數據:
反應①的ΔH(298 K)=+74.848 kJ·mol-1,ΔS(298 K)=+80.674 J· mol-1·K-1
反應②的ΔH(298 K)=+376.426 kJ·mol-1,ΔS(298 K)=+220.211 J· mol-1·K-1
已知焓變和熵變隨溫度變化很小。請幫助這位同學回答如下問題:
(1)判斷反應②高溫自發還是低溫自發:　　　(填“高溫”或“低溫”)。
(2)通過計算判斷反應①在常溫下能否自發進行　　　　　　　 。
(3)求算制取炭黑的允許溫度范圍　　　　　　　　　　　。
高溫
能自發進行
927.8 K化學反應的方向
反應焓變
反應熵變
反應放熱
反應吸熱
熵增
熵減
ΔH－T ΔS＜0

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