資源簡介

(共37張PPT)
化學反應的方向
汽車尾氣中的主要污染物是一氧化氮和一氧化碳，它們是現代化城市中的重要大氣污染物。
為了減輕大氣污染，人們提出通過以下反應來處理汽車尾氣的想法。
請判斷該想法是否可行，并說明理論依據。
一氧化碳與血液中的血紅蛋白結合的速度比氧氣快250倍。一氧化碳經呼吸道進入血液循環，與血紅蛋白親合后生成碳氧血紅蛋白，從而削弱血液向各組織輸送氧的功能，危害中樞神經系統，造成人的感覺、反應、理解、記憶力等機能障礙，重者危害血液循環系統，導致生命危險。一氧化氮對人體特別是對呼吸系統有危害。
一個化學反應在給定條件下（溫度、壓強）下能否自發進行以及在什么條件下有可能按照預期的方向發生，僅用實驗方法是不可行的，所以要尋求一種客觀的判據，用它來判斷一個化學反應能否自發進行。
思考交流
請結合生活經驗或者學過的化學反應舉例說明哪些反應是能自發進行的。
第1課時
反應焓變 熵變與反應方向
觀察以下能自發進行的化學反應的熱化學方程式，體會并總結這些自發反應的共同點是什么
(1)甲烷燃燒：
CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) ΔH=－802.3 kJ/mol
放熱反應 ΔH＜0
(2)氫氧化亞鐵被O2氧化：
4Fe(OH)2(s)+O2(g)+2H2O(l)=4Fe(OH)3(s)
ΔH=－444.3 kJ/mol
(3)氫氣和氧氣反應：
2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) ΔH=－571.6 kJ/mol
有不少吸熱反應也能自發進行。
有一些焓變不大的吸熱反應，在室溫下不能自發進行，但是在高溫條件下其焓變并沒有顯著減小，但反應卻能自發進行。
一、反應焓變與反應方向
固體硝酸銨、氫氧化鈉、氯化鈉和蔗糖都能溶于水，是什么因素決定它們的溶解過程能自發進行？
固體硝酸銨的溶解時吸熱過程，氫氧化鈉寫溶解時放熱過程，而氯化鈉和蔗糖溶解過程的焓變微乎其微，但這些過程都能自發進行。
再比如：同溫同壓條件下氫氣和氧氣的混合，過程中沒有任何熱效應，但是過程仍能自發進行。
H2
O2
O2 H2
顯然，熱效應不是這些過程自發進行的決定因素。
分析可知，不論是固體的溶解過程（固體中排列整齊的離子或分子進入溶劑，溶質的離子或分子由有序變得無序）還是氣體的自由擴散，都是體系的有序程度降低，無序程度增大。
固體硝酸銨的溶解是吸熱過程，氫氧化鈉的溶解是放熱過程，而氯化鈉和蔗糖溶解過程的焓變微乎其微，但這些過程都能自發進行。
顯然，熱效應不是這些過程自發進行的決定因素。
為了描述體系的無序程度，定義了一個物理量——熵。
“熵”
（1）熵值越大，體系的無序程度越高，即混亂度越高。
（2）純物質的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。例如，同一條件下，不同物質的熵不同；同一物質，S(g)>S(l)>S(s)。
固體的溶解、水的汽化、墨水在水中的擴散以及氣體的擴散過程，都是體系無序程度增大的過程，即熵增加的過程。
化學反應存在著熵變。反應的熵變
△S為反應產物的總熵與反應物的總熵之差。
對于確定的化學反應，在一定條件下具有確定的熵變。
產生氣體的反應和氣體的物質的量增大的反應，反應變的數值通常都是正值，為增加反應，如:
熵增加的反應，在常溫、常壓下可以自發進行
熵增加的反應，在常溫、常壓下不能自發進行，但在較高溫度下可以自發進行
是不是只有熵增加的反應才能自發進行呢？
事實上，有些熵減小的反應在一定條件下也可以自發進行。
共同 影響
影響因素：
化學反應的方向
反應焓變
反應熵變
吸熱
放熱
熵增
熵減
焓減小、熵增大有利于反應自發進行。
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-TAS，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。
放熱反應的焓變小于零，熵增加反應的熵變大于零，都對 ΔH-TΔS<0有所貢獻因此放熱和熵增加有利于反應正向自發進行。
顯然，放熱的增加反應一定能正向自發進行，而吸熱的熵減小反應一定不能正向自發進行。
在判斷等溫、等壓及除了體積功以外不做其他功條件下的反應的方向時，需要同時考慮焓變、熵變和溫度因素，用 ΔH-TΔS作為判據進行判斷。
對于給定條件下不能正向自發進行的化學反應，可以通過改變反應條件(如溫度、壓強、度)使反應能夠正向自發進行。
值得注意的是，反應方向與反應條件有關，不能隨意將常溫、常壓下的結論用于其他溫度、壓強條件下發生的反應。而且，反應發生的條件有多種，“ΔH-TΔS判據”只能用于判斷等溫、等壓條件下的反應，不能用于判斷其他條件(如等溫、等容)下的反應。
需要指出的是，“ΔH-TΔS判據”只能用于判斷等溫、等壓及除了體積功以外不做其他功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，這是因為反應能否實際發生還涉及反應速率問題。
用于汽車尾氣凈化的反應例析
對于反應:
2NO(g)+ 2CO(g)=========N2 (g)+ 2CO2 (g)
根據計算，在298K、100kPa下，該反應的ΔH=-746.8k·mol-1、ΔS=-197.5J·mol-1·K-1, ΔH -T ΔS=-687.9 kJ·mol-1。
ΔH -T ΔS＜0
因此室溫下反應能正向自發進行。
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 和 CO 同時除去。
1.在等溫、等壓及除了體積功以外不做其他功的條件下，如何判斷化學反應的方向
2.判斷下列說法是否正確并結合具體實例說明理由。
(1)放熱反應都能正向自發進行。
(2)熵增加反應都能正向自發進行。
請判斷下列反應是否能夠自發進行。
化學反應 △H △S 能否正向自發進行
2KClO3(s)= 2KCl(s)+3O2(g) -78.3kJ/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) 37.30kJ/mol 184.0J/mol/K
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
任何溫度下都能正向自發進行
3.下列關于能量判據和熵判據的說法中，不正確的是
A.放熱的自發過程可能是熵減小的過程，吸熱的自發過程一定為熵增加的過程
B.放熱過程(ΔH＜0)或熵增加(ΔS＞0)的過程一定是自發的
C.在室溫下碳酸鈣的分解反應不能自發進行，但同樣是這個吸熱反應在較高溫度(1200 K)下則能自發進行
D.由能量判據(以焓變為基礎)和熵判據組合成的復合判據，將更適合于所有的過程
B
4.已知：△G=△H－T△S，當△G＜0，反應能自發進行，△G＞0反應不能自發進行。下列說法中正確的是
A.非自發反應在任何條件下都不能發生
B.熵增加且放熱的反應一定是自發反應
C.自發反應一定是熵增加的反應，非自發反應一定是熵減小或不變的反應
D.凡是放熱反應都是能自發進行的反應，而吸熱反應都是非自發進行的反應
B

展開更多......

收起↑