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第二章 化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡
第三節(jié) 化學(xué)反應(yīng)的方向
第一課時(shí) 化學(xué)反應(yīng)的方向
新課導(dǎo)入
自然界中水總是自動(dòng)從高處往低處流；
電流總是從自動(dòng)電位高的地方向電位低的地方流動(dòng)；
室溫下冰塊自動(dòng)融化；
墨水自動(dòng)擴(kuò)散；
食鹽自動(dòng)溶解于水；
火柴棒自動(dòng)散落等。
上述過(guò)程有何共同點(diǎn)？
有明顯的自發(fā)性
如何理解自發(fā)性了？
自發(fā)過(guò)程與自發(fā)反應(yīng)
自發(fā)過(guò)程：在一定條件下，不借助外部力量就能自動(dòng)進(jìn)行的過(guò)程。
非自發(fā)過(guò)程 ：在一定條件下，需要持續(xù)借助人為作用力才能進(jìn)行的過(guò)程。
生活中常見的自發(fā)過(guò)程
這些過(guò)程都是自發(fā)的，其逆過(guò)程就是非自發(fā)的。
自發(fā)過(guò)程與自發(fā)反應(yīng)
自發(fā)反應(yīng)：在一定條件下，無(wú)需外力，有能自動(dòng)發(fā)生反應(yīng)的趨勢(shì)的一類反應(yīng)，稱為自發(fā)反應(yīng) 。
1.自發(fā)反應(yīng)具有方向性：即在一定條件下反應(yīng)的某個(gè)方向是自發(fā)進(jìn)行的，其逆方向在相同條件下一定不能自發(fā)進(jìn)行
2.自發(fā)反應(yīng)是指該反應(yīng)過(guò)程有自發(fā)進(jìn)行的傾向：但不一定能夠?qū)嶋H發(fā)生，發(fā)生時(shí)速率也不一定大，非自發(fā)反應(yīng)在一定條件下也可能發(fā)生。如煤的燃燒是自發(fā)反應(yīng)，但在常溫下不能自發(fā)進(jìn)行。
PS：
自發(fā)過(guò)程與自發(fā)反應(yīng)
思考：1.從能量角度分析這些自發(fā)過(guò)程過(guò)程一般有什么共同特點(diǎn)？
2.在一定的溫度、壓強(qiáng)條件下，有的化學(xué)反應(yīng)也是自發(fā)進(jìn)行的，如何判斷化學(xué)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的方向？
對(duì)外做功或釋放熱量
高能狀態(tài)
低能狀態(tài)
化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向與焓變的關(guān)系
大多數(shù)放熱反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)行。請(qǐng)猜測(cè)焓變(ΔH )與反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的關(guān)系
△H= -285.8 kJ·mol-1
△H= -216.8 kJ·mol-1
△H= -57.3kJ·mol-1
H2(g) + 1/2O2(g) = H2O(l)
Zn(s) + CuSO4 (aq) = ZnSO4(aq)+ Cu(s)
NaOH(aq) + HCl(aq) = NaCl(aq) + H2O(l)
放熱反應(yīng)(△H<0 )具有自發(fā)進(jìn)行的傾向　　　
反應(yīng)熱
反應(yīng)過(guò)程
能量
反應(yīng)物
生成物
思考：可否依據(jù)△H的正負(fù)將化學(xué)反應(yīng)分為自發(fā)反應(yīng)和非自發(fā)反應(yīng)？
化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向與焓變的關(guān)系
能量判據(jù)：體系趨向于從高能狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軤顟B(tài)（△H ＜ 0）。
對(duì)于化學(xué)反應(yīng)而言，絕大多數(shù)的放熱反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，且放出的熱量越多，體系能量降低越多，反應(yīng)越完全。
焓變（△H）是決定反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的因素之一，但不是唯一因素。
反應(yīng)物的總能量高
生成物的總能量低
放熱反應(yīng)
H＜0
化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向與焓變的關(guān)系
2N2O5(g)＝4NO2(g) + O2(g) △H= ＋56.7kJ/mol
(NH4 ) 2CO3(s) ＝NH4HCO3(s)+NH3(g) △H= ＋74.9kJ/mol
下列反應(yīng)也能夠自發(fā)進(jìn)行
NaHCO3(s)+HCl(aq) ＝NaCl(aq)+CO2(g)+H2O(l) △H= ＋31.4kJ/mol
思考：什么因素驅(qū)動(dòng)了吸熱反應(yīng)的自發(fā)進(jìn)行？
花香四溢、酒香擴(kuò)散、食鹽溶解于水有什么共同的特點(diǎn)？
CaCO3(s)==CaO(s)+CO2(g) △H= ＋178.5 kJ/mol
高溫
有序
混亂
化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向與熵變的關(guān)系
【熵、熵變的概念】
(1)熵的概念：自發(fā)過(guò)程的體系趨向于由有序轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)序，體系的混亂度增大。體系的混亂度常用熵來(lái)描述，熵的概念是表示體系的混亂或無(wú)序程度的物理量，其符號(hào)為S，單位：J/(mol·K)
。熵值越大，體系的混亂度越大
(2)熵變：生成物與反應(yīng)物的熵值之差，用ΔS表示
化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向與熵變的關(guān)系
(1)同一條件下，不同的物質(zhì)熵值不同
(2)同一物質(zhì)的熵與其聚集狀態(tài)及外界條件有關(guān)，對(duì)同一種物質(zhì)不同狀態(tài)時(shí)熵值大小為S(g)>S(l)>S(s)
(3)物質(zhì)的量越大，分子數(shù)越多，熵值越大
(4)反應(yīng)過(guò)程中氣體物質(zhì)的量增加的反應(yīng)是熵增大
(5)固體的溶解過(guò)程、墨水?dāng)U散過(guò)程和氣體擴(kuò)散過(guò)程是熵增大
【影響熵大小的因素】
化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向與熵變的關(guān)系
【思考】下列自發(fā)過(guò)程的熵變有何特點(diǎn)？
(1)冰→ 液態(tài)水 → 水蒸氣
(2)氯化鈉晶體溶于水
(3)自發(fā)進(jìn)行的吸熱反應(yīng)：
N2O5分解：2N2O5(g) 4NO2(g)+O2(g) ΔH=+56.7kJ/mol
碳酸銨的分解：(NH4 )2CO3(s) NH4HCO3(s)+NH3(g) ΔH=+74.9 kJ/mol
共同點(diǎn)：熵（S）增加
ΔS=S產(chǎn)物總熵－S反應(yīng)物總熵
化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向與熵變的關(guān)系
2.熵變與反應(yīng)方向
熵變（△S）
△S=S(產(chǎn)物）-S(反應(yīng)物）
△S>0,熵增反應(yīng)
△S<0,熵減反應(yīng)
體系趨向于從有序狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)序狀態(tài)，
因此熵增反應(yīng)(△S>0 )具有自發(fā)進(jìn)行的傾向 。
熵變只是判別反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的一個(gè)因素，但也不是唯一因素。
自由能與化學(xué)反應(yīng)的方向
思考：我們已經(jīng)知道:ΔH<0有利于反應(yīng)自發(fā);ΔS>0有利于反應(yīng)自發(fā)。
這兩個(gè)因素都對(duì)反應(yīng)的自發(fā)性產(chǎn)生重要影響，但都有各自的局限性，那么我能不能把這兩個(gè)因素合并起來(lái),一塊考慮呢
自由能與化學(xué)反應(yīng)的方向
研究表明：在等溫、等壓條件下封閉體系中，自由能的變化綜合反應(yīng)了體系的焓變和熵變對(duì)自發(fā)過(guò)程的影響：
（ G ：自由能 T：絕對(duì)溫度)
化學(xué)反應(yīng)總是向著自由能減小的方向進(jìn)行，直到體系達(dá)到平衡
△G = △H - T△S
當(dāng)△G＜ 0 時(shí)， 反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行
當(dāng)△G ＞0時(shí)，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行
當(dāng)△G＝0 時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)
注意： G這個(gè)判據(jù)指的是在T、P一定的條件下反應(yīng)自動(dòng)發(fā)生的趨勢(shì)，即反應(yīng)發(fā)生的可能性，并不能說(shuō)明反應(yīng)能否實(shí)際發(fā)生和發(fā)生的速率！
復(fù)合判據(jù)
△G 不僅與焓變和熵變有關(guān)，還與溫度有關(guān)
△H
△S
H>0
S<0
所有溫度下
反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行
H<0
S<0
低溫下
反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行
H>0
S>0
高溫下
反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行
H<0
S>0
所有溫度下
反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行
總結(jié)歸納
化
學(xué)
反
應(yīng)
方
向
的
判
斷
焓判據(jù)
熵判據(jù)
復(fù)合判據(jù)
放熱過(guò)程中體系能量降低，ΔH＜0， 具有自發(fā)進(jìn)行的傾向，但有些吸熱反應(yīng)也可以自發(fā)進(jìn)行，故焓變只是影響反應(yīng)反向的一種因素
①熵的大小：同種物質(zhì)，熵值：氣態(tài)>液態(tài)>固態(tài)
②熵判據(jù)：體系的無(wú)序程度增加(即熵增)，ΔS＞0反應(yīng)有自發(fā)進(jìn)行的傾向，但有些熵減的過(guò)程也能自發(fā)進(jìn)行，故熵變只是影響反應(yīng)方向的一種因素
＞0，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行
ΔH-TΔS
=0，反應(yīng)達(dá)到平衡
＜0，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行
隨堂訓(xùn)練
1.汽車尾氣(含烴類、CO、NO與SO2等)是城市主要污染源之一，治理的辦法之一是在汽車排氣管上裝催化轉(zhuǎn)化器，它使NO與CO反應(yīng)生成可參與大氣生態(tài)循環(huán)的無(wú)毒氣體，其反應(yīng)原理是2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)。由此可知，下列說(shuō)法正確的是(　　)
A．該反應(yīng)是熵增大的反應(yīng)
B．該反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行，因此需要合適的催化劑
C．該反應(yīng)常溫下能自發(fā)進(jìn)行，催化劑條件只是增大反應(yīng)的速率
D．該反應(yīng)常溫下能自發(fā)進(jìn)行，因?yàn)檎磻?yīng)是吸熱反應(yīng)
C
隨堂訓(xùn)練
2.下列說(shuō)法正確的是 （ ）
A. 放熱反應(yīng)都是自發(fā)的，吸熱反應(yīng)都是非自發(fā)的
B. 自發(fā)反應(yīng)一定是熵增大，非自發(fā)反應(yīng)一定是熵減少或不變
C. 自發(fā)反應(yīng)在恰當(dāng)條件下才能實(shí)現(xiàn)
D. 自發(fā)反應(yīng)在任何條件下都能實(shí)現(xiàn)
C
隨堂訓(xùn)練
3.下列對(duì)于化學(xué)反應(yīng)方向說(shuō)法正確的是(　　)
A．反應(yīng)3NO2(g)＋H2O(l)=2HNO3(aq)＋NO(g)在一定條件下能自發(fā)進(jìn)行，
說(shuō)明該反應(yīng)的ΔH＞0
B．常溫下反應(yīng)2Na2SO3(s)＋O2(g)=2Na2SO4(s)能自發(fā)進(jìn)行，則ΔH＜0
C．反應(yīng)2Na2O2(s)＋2CO2(g)=2Na2CO3(s)＋O2(g)能自發(fā)進(jìn)行，
則該反應(yīng)的ΔH＞0
D．一定溫度下，反應(yīng)2NaCl(s)=2Na(s)＋Cl2(g)的ΔH＜0
B
隨堂訓(xùn)練
4.石墨、金剛石燃燒的熱化學(xué)方程式分別為
C(石墨) + O2 (g) = CO2(g) ΔH=-393.51 kJ·mol-1
C(金剛石) + O2 (g) = CO2(g) ΔH=-395.41 kJ·mol-1
關(guān)于金剛石和石墨的相互轉(zhuǎn)化，下列說(shuō)法正確的是（ ）
A.石墨轉(zhuǎn)化成金剛石是自發(fā)進(jìn)行的過(guò)程
B.金剛石轉(zhuǎn)化成石墨是自發(fā)進(jìn)行的過(guò)程
C.金剛石比石墨更穩(wěn)定
D.金剛石比石墨能量低
B
THANKS

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