二章四節(jié)化反應(yīng)進(jìn)行的方向

1、第二章第二章 第四節(jié)第四節(jié)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向河北省宣化縣第一中學(xué)河北省宣化縣第一中學(xué) 欒春武欒春武我們已經(jīng)知道工業(yè)上可以用焦炭還我們已經(jīng)知道工業(yè)上可以用焦炭還原氧化鐵得到金屬鐵：原氧化鐵得到金屬鐵： 3c +2fe2o3 4fe+3co2 但是金屬鋁冶煉時(shí)，卻是用電解熔但是金屬鋁冶煉時(shí)，卻是用電解熔融氧化鋁的方法：融氧化鋁的方法： 2al2o3 4al+3o2能不能也用焦炭還原氧化鋁得到金能不能也用焦炭還原氧化鋁得到金屬鋁呢？屬鋁呢？ 3c +2al2o3 4al +3co2 ?na3alf6自然界中有許多自然自然界中有許多自然而然的現(xiàn)象發(fā)生，請而然的現(xiàn)象發(fā)生，請同學(xué)們聯(lián)系生

2、活知識，同學(xué)們聯(lián)系生活知識，列舉一些能自動發(fā)生列舉一些能自動發(fā)生的例子？的例子？鐵制容器暴露在潮濕空氣中會自發(fā)生銹；鐵制容器暴露在潮濕空氣中會自發(fā)生銹；自發(fā)反應(yīng)：在自發(fā)反應(yīng)：在下，下，需外界持久幫助就需外界持久幫助就 能能進(jìn)行的反應(yīng)，稱為自發(fā)反應(yīng)進(jìn)行的反應(yīng)，稱為自發(fā)反應(yīng) 。自發(fā)過程：在自發(fā)過程：在下，下，借助外部力量就能借助外部力量就能進(jìn)行的過程。進(jìn)行的過程。閱讀課本閱讀課本p p3434 交流與討論舉例說明交流與討論舉例說明什么是自發(fā)反應(yīng)？什么是自發(fā)反應(yīng)？如何判斷一個(gè)反應(yīng)過程能否自發(fā)進(jìn)行呢？如何判斷一個(gè)反應(yīng)過程能否自發(fā)進(jìn)行呢？2na(s) +2h2o(l) = 2naoh(aq) + h2(

3、g) h = 368 kjmol-14fe(oh)2(s) + o2 (g) +2h2o(l) = 4fe(oh)3(s) h = 444.3 kjmol-1naoh(aq) + hcl(aq) = nacl(aq) + h2o(l) h = 57.3 kjmol-1h2(g) + f2(g) = 2hf(g) h = 546.6 kjmol-1 上述這些上述這些反應(yīng)在反應(yīng)在一定條一定條的的件下件下都能自發(fā)進(jìn)行，都能自發(fā)進(jìn)行，你知道這些反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行的主要原因嗎？你知道這些反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行的主要原因嗎？n能量判據(jù)：能量判據(jù)：體系趨向于從體系趨向于從高能狀態(tài)高能狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)榈偷湍苣軤顟B(tài)狀態(tài)(

4、(h h0)0)。n對于化學(xué)反應(yīng)而言，放熱過程中體系能量降對于化學(xué)反應(yīng)而言，放熱過程中體系能量降低，因此有低，因此有自發(fā)自發(fā)進(jìn)行的傾向，且放出的熱量進(jìn)行的傾向，且放出的熱量越多，體系能量降低越多，反應(yīng)越完全。越多，體系能量降低越多，反應(yīng)越完全。共同特點(diǎn)：共同特點(diǎn)：h ho o 即放熱反應(yīng)一般能自發(fā)進(jìn)行即放熱反應(yīng)一般能自發(fā)進(jìn)行放熱反應(yīng)使體系能量降低，能量越低越放熱反應(yīng)使體系能量降低，能量越低越穩(wěn)定，穩(wěn)定，h ho o 有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行。有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行。反應(yīng)物的總能量反應(yīng)物的總能量高高生成物的總能量生成物的總能量低低放熱反應(yīng)放熱反應(yīng)h h0 0高能狀態(tài)高能狀態(tài)低能狀態(tài)低能狀態(tài)思考：是不是所有

5、自發(fā)進(jìn)行的化學(xué)思考：是不是所有自發(fā)進(jìn)行的化學(xué) 反應(yīng)都是放熱的呢？反應(yīng)都是放熱的呢？思思與與題題問問考考(nh4)2co3(s)nh4hco3(s) + nh3(g) h0nh4hco3(s) nh3(g) + h2o(l)+ co2(g) h0不是不是結(jié)論：結(jié)論：h ho o有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行， 但自發(fā)反應(yīng)不一定都要但自發(fā)反應(yīng)不一定都要h ho o2nh4cl(s) + ba(oh)28 h2o(s) nh3(g) + bacl2(aq) + 10h2o(l) 焓變只是判斷反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的一焓變只是判斷反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的一個(gè)因素個(gè)因素, ,但不是唯一因素。但不是唯一因素。

6、思思與與察察觀觀考考討討與與流流交交論論閱讀教材閱讀教材p p3535火柴散落過程混亂度如何變化？火柴散落過程混亂度如何變化？從混亂度角度分析它為什么可以自發(fā)發(fā)生？從混亂度角度分析它為什么可以自發(fā)發(fā)生？即在密閉條件下，體系有從有序自發(fā)地即在密閉條件下，體系有從有序自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序的傾向，轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序的傾向，即熵增加（即熵增加（s s0 0）有利于自發(fā)進(jìn)行。有利于自發(fā)進(jìn)行。在化學(xué)上用熵在化學(xué)上用熵(符號符號s)來量度這種混亂來量度這種混亂(或無序或無序)的程度。的程度。增大增大混亂程度越大越穩(wěn)定混亂程度越大越穩(wěn)定1、同一物質(zhì)氣態(tài)時(shí)熵值、同一物質(zhì)氣態(tài)時(shí)熵值最大最大，液態(tài)，液態(tài)較小較小，固態(tài)時(shí)，固態(tài)時(shí)

7、最小最小。2、固體的、固體的溶解溶解過程、品紅過程、品紅擴(kuò)散擴(kuò)散過程和氣體過程和氣體擴(kuò)散擴(kuò)散過程。過程。3、產(chǎn)生氣體的反應(yīng)和氣體的物質(zhì)的量、產(chǎn)生氣體的反應(yīng)和氣體的物質(zhì)的量增加增加的反應(yīng)。的反應(yīng)。清清識識知知單單在與外界隔離的體系中，自發(fā)過程的體系趨向在與外界隔離的體系中，自發(fā)過程的體系趨向于由有序轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序，導(dǎo)致體系的熵增大，這于由有序轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序，導(dǎo)致體系的熵增大，這一經(jīng)驗(yàn)規(guī)律叫做一經(jīng)驗(yàn)規(guī)律叫做，也是反應(yīng)方向的另也是反應(yīng)方向的另一個(gè)重要判劇一個(gè)重要判劇由于反應(yīng)中生成氣體是熵增大的過程，所以增由于反應(yīng)中生成氣體是熵增大的過程，所以增大了反應(yīng)的自發(fā)性。與之類似的如用濃磷酸與食大了反應(yīng)的自發(fā)性。與之

8、類似的如用濃磷酸與食鹽固體反應(yīng)制取鹽固體反應(yīng)制取hcl氣體，對復(fù)分解反應(yīng)來說看氣體，對復(fù)分解反應(yīng)來說看似矛盾，但生成了似矛盾，但生成了hcl氣體，是熵增大的過程，氣體，是熵增大的過程，hcl脫離反應(yīng)體系，使得反應(yīng)得以正常進(jìn)行。在脫離反應(yīng)體系，使得反應(yīng)得以正常進(jìn)行。在熔融態(tài)，用金屬鈉與熔融態(tài)，用金屬鈉與kcl反應(yīng)制取鉀，把反應(yīng)溫反應(yīng)制取鉀，把反應(yīng)溫度控制在金屬鉀的沸點(diǎn)以上，使鉀以氣體形式產(chǎn)度控制在金屬鉀的沸點(diǎn)以上，使鉀以氣體形式產(chǎn)生，既是熵增大的過程，又是減少生成物濃度平生，既是熵增大的過程，又是減少生成物濃度平衡向正反應(yīng)方向移動的過程等，都是利用理論知衡向正反應(yīng)方向移動的過程等，都是利用理論知

9、識來解釋使識來解釋使看似不能發(fā)生的反應(yīng)看似不能發(fā)生的反應(yīng)得以進(jìn)行。得以進(jìn)行。教材教材p35【學(xué)與問學(xué)與問】 發(fā)生離子反應(yīng)的條件之一發(fā)生離子反應(yīng)的條件之一是產(chǎn)生氣體，請你利用熵判椐進(jìn)行解釋？由此是產(chǎn)生氣體，請你利用熵判椐進(jìn)行解釋？由此你對于理論的指導(dǎo)作用是否有新的體會？你對于理論的指導(dǎo)作用是否有新的體會？結(jié)論：結(jié)論：s so o有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行， 但自發(fā)反應(yīng)不一定都要但自發(fā)反應(yīng)不一定都要s s0 0熵變是反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的又一個(gè)因素熵變是反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的又一個(gè)因素, ,但不是唯一因素。但不是唯一因素。自發(fā)反應(yīng)一定是熵增加的反應(yīng)嗎？你想一想有自發(fā)反應(yīng)一定是熵增加的反應(yīng)嗎？你

10、想一想有沒有由氣態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)的反應(yīng)？也就是熵減小沒有由氣態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)的反應(yīng)？也就是熵減小的反應(yīng)也能自發(fā)進(jìn)行。的反應(yīng)也能自發(fā)進(jìn)行。不一定。不一定?！舅伎寂c交流】【思考與交流】 nh3(g)+hcl (g) = nh4cl(s) s0有，如：有，如：再如：再如：2al(s)+fe2o3(s)=al2o3(s)+2fe(s) s=39.35jmol-1k-1 能自發(fā)進(jìn)行能自發(fā)進(jìn)行 根據(jù)你已有的知識和經(jīng)驗(yàn)根據(jù)你已有的知識和經(jīng)驗(yàn), ,分析下列過程的焓分析下列過程的焓變、熵變與反應(yīng)方向變、熵變與反應(yīng)方向 焓變焓變 熵變熵變 nh3(g)+ hcl(g)= nh4cl(s) nh4cl(s) = nh3(g

11、)+ hcl(g)加熱加熱要正確判斷一個(gè)化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行要正確判斷一個(gè)化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行, ,必須必須綜合考慮綜合考慮反應(yīng)的反應(yīng)的焓變焓變h h和熵變和熵變s s。s0h0h 0s0反應(yīng)是否自發(fā)還可能與反應(yīng)是否自發(fā)還可能與有關(guān)有關(guān)2kclo3(s)=2kcl(s)+3o2(g)h = +78.03 kjmol-1s = 494.4 jmol-1k-1反應(yīng)是否自發(fā)確實(shí)還與反應(yīng)是否自發(fā)確實(shí)還與有關(guān)有關(guān)caco3(s) = cao(s)+co2(g)h (298k) = +178.2 kjmol-1s (298k) = 169.6 jmol-1k-1化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的判據(jù)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的判據(jù)

12、 、能量判據(jù)、能量判據(jù)(焓判據(jù)）：焓判據(jù)）：是判斷化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的判據(jù)之一。是判斷化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的判據(jù)之一。2 2、熵判據(jù)：、熵判據(jù)：能量最低原理。能量最低原理。熵增原理。熵增原理。是判斷化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的另一判據(jù)。是判斷化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的另一判據(jù)。3 3、復(fù)合判據(jù)：、復(fù)合判據(jù)：能量判據(jù)結(jié)合能量判據(jù)結(jié)合熵判據(jù)熵判據(jù)小結(jié)：小結(jié)：閱讀教材閱讀教材p p36 36 科學(xué)視野科學(xué)視野練習(xí)：判斷下列過程的焓變、熵變的正負(fù)（填練習(xí)：判斷下列過程的焓變、熵變的正負(fù)（填“0”或或“0”），并指出哪些能夠用焓判據(jù)判），并指出哪些能夠用焓判據(jù)判定？哪些能夠用熵判據(jù)判定？定？哪些能夠用熵判據(jù)判定？ （1）溶解少

13、量蔗糖于水中，）溶解少量蔗糖于水中， h_；s_； （2) 純碳和氧氣反應(yīng)生成純碳和氧氣反應(yīng)生成 co(g)， h_；s_； （3）液態(tài)水蒸發(fā)變成水蒸氣，）液態(tài)水蒸發(fā)變成水蒸氣， h_；s_； （4）caco3(s)加熱分解生成加熱分解生成cao(s)和和co2(g)， h_；s_。00000000焓、熵判據(jù)判定焓、熵判據(jù)判定熵判據(jù)判定熵判據(jù)判定熵判據(jù)判定熵判據(jù)判定熵判據(jù)判定熵判據(jù)判定實(shí)例說明單獨(dú)運(yùn)用上述判據(jù)中的任一種，都可能出現(xiàn)實(shí)例說明單獨(dú)運(yùn)用上述判據(jù)中的任一種，都可能出現(xiàn)錯(cuò)誤，都不是全面的。要正確的判斷化學(xué)反應(yīng)的方向，錯(cuò)誤，都不是全面的。要正確的判斷化學(xué)反應(yīng)的方向，需要綜合考慮焓變和熵變的

14、復(fù)合判據(jù)。需要綜合考慮焓變和熵變的復(fù)合判據(jù)。g h ts當(dāng)當(dāng)h0 ，s0時(shí)，時(shí)， g0. 這時(shí)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行；這時(shí)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行；當(dāng)當(dāng)h0 ，s0時(shí)，時(shí)， g 0. 這時(shí)反應(yīng)不自發(fā)進(jìn)行；這時(shí)反應(yīng)不自發(fā)進(jìn)行；當(dāng)當(dāng)h0 ，s0或或 h 0， s0時(shí)，時(shí)， 反應(yīng)是否自發(fā)與溫度有關(guān)。反應(yīng)是否自發(fā)與溫度有關(guān)。在恒溫、恒壓下，綜合考慮判斷化學(xué)反應(yīng)自發(fā)在恒溫、恒壓下，綜合考慮判斷化學(xué)反應(yīng)自發(fā)性的判據(jù)：性的判據(jù)：自由能自由能(g)與焓變、熵變的關(guān)系：與焓變、熵變的關(guān)系：3.3.復(fù)合判據(jù)：復(fù)合判據(jù)：1 1反應(yīng)的自發(fā)性只能用于判斷反應(yīng)的方向，反應(yīng)的自發(fā)性只能用于判斷反應(yīng)的方向，不能確定不能確定反應(yīng)是否一定會發(fā)生和過程

15、發(fā)生的速率。例如涂有防反應(yīng)是否一定會發(fā)生和過程發(fā)生的速率。例如涂有防銹漆和未涂防銹漆的鋼制器件，其發(fā)生腐蝕過程的自銹漆和未涂防銹漆的鋼制器件，其發(fā)生腐蝕過程的自發(fā)性是相同的，但只有后者可以實(shí)現(xiàn)。發(fā)性是相同的，但只有后者可以實(shí)現(xiàn)。2 2在討論過程的方向時(shí)，在討論過程的方向時(shí)，指的是沒有外界干擾時(shí)體指的是沒有外界干擾時(shí)體系的性質(zhì)系的性質(zhì)。如果允許外界對體系施加某種作用，就可。如果允許外界對體系施加某種作用，就可能出現(xiàn)相反的結(jié)果。例如水泵可以把水從低水位升至能出現(xiàn)相反的結(jié)果。例如水泵可以把水從低水位升至高水位；高溫高壓下可以是石墨轉(zhuǎn)化為金剛石，高水位；高溫高壓下可以是石墨轉(zhuǎn)化為金剛石，實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)的先決

16、條件是要向體系中輸入能量，該過程的本質(zhì)仍的先決條件是要向體系中輸入能量，該過程的本質(zhì)仍然是非自發(fā)性的。然是非自發(fā)性的。注意：注意：【例題例題】工業(yè)上可以用焦炭還原氧化鐵得到金屬鐵，但是工業(yè)上可以用焦炭還原氧化鐵得到金屬鐵，但是金屬鋁冶煉時(shí)，卻是用電解熔融氧化鋁的方法。請從自由金屬鋁冶煉時(shí)，卻是用電解熔融氧化鋁的方法。請從自由能的角度判斷為什么不能用焦炭還原能的角度判斷為什么不能用焦炭還原al2o3煉制金屬鋁？煉制金屬鋁？已知：已知：298 k時(shí)，時(shí)，2al2o3(s) + 3c(s) 4al(s) + 3co2(g) h+2171 kj/mol s635.5 j/(molk) 解：解： g h

17、ts 2 171 kj/mol298 k635.510-3 kj/(molk) 1981 kj/mol因此室溫下反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。該反應(yīng)為吸熱的熵增加反因此室溫下反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。該反應(yīng)為吸熱的熵增加反應(yīng)，升高溫度可使應(yīng)，升高溫度可使hts0，使反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。，使反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。假設(shè)反應(yīng)焓變與反應(yīng)熵變不隨溫度變化而變化假設(shè)反應(yīng)焓變與反應(yīng)熵變不隨溫度變化而變化即：即： 當(dāng)當(dāng)g0時(shí)，反應(yīng)才能發(fā)生，有：時(shí)，反應(yīng)才能發(fā)生，有： 21711000j/molt635.5j/(molk)0 得：得：t3416 k所以當(dāng)所以當(dāng)t3416k時(shí)，該反應(yīng)才能自發(fā)進(jìn)行，而這么高的時(shí)，該反應(yīng)才能自發(fā)進(jìn)行，而這么高的溫

18、度在工業(yè)生產(chǎn)中一般是很難滿足的。溫度在工業(yè)生產(chǎn)中一般是很難滿足的。【課堂達(dá)標(biāo)測試】1、下列過程是非自發(fā)的是（、下列過程是非自發(fā)的是（ ） a.水由高處向低處流；水由高處向低處流； b.天然氣的燃燒；天然氣的燃燒； c.鐵在潮濕空氣中生銹；鐵在潮濕空氣中生銹； d.室溫下水結(jié)成冰。室溫下水結(jié)成冰。2、碳酸銨、碳酸銨(nh4)2co3在室溫下就能自發(fā)地分解產(chǎn)生在室溫下就能自發(fā)地分解產(chǎn)生氨氣，對其說法中正確的是：（氨氣，對其說法中正確的是：（ ） a.其分解是因?yàn)樯闪艘讚]發(fā)的氣體，使體系的熵增大；其分解是因?yàn)樯闪艘讚]發(fā)的氣體，使體系的熵增大； b.其分解是因?yàn)橥饨缃o予了能量；其分解是因?yàn)橥饨缃o予

19、了能量； c.其分解是吸熱反應(yīng)，據(jù)能量判據(jù)不能自發(fā)分解；其分解是吸熱反應(yīng)，據(jù)能量判據(jù)不能自發(fā)分解； d.碳酸鹽都不穩(wěn)定，都能自發(fā)分解。碳酸鹽都不穩(wěn)定，都能自發(fā)分解。da3、下列說法正確的是（、下列說法正確的是（ ）a.凡是放熱反應(yīng)都是自發(fā)的，由于吸熱反應(yīng)都是凡是放熱反應(yīng)都是自發(fā)的，由于吸熱反應(yīng)都是非自發(fā)的；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；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)；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)。自發(fā)反應(yīng)在任何條件下都能實(shí)現(xiàn)。cc4、吸熱反應(yīng)一定是、吸熱反應(yīng)一定是 (

20、) a.非自發(fā)的化學(xué)反應(yīng)非自發(fā)的化學(xué)反應(yīng)b.釋放能量釋放能量 c.貯存能量貯存能量 d.反應(yīng)需要加熱反應(yīng)需要加熱 5、在、在25和和1.01105pa時(shí)，時(shí)，反應(yīng)反應(yīng)2n2o5 (g) = 4no2(g) +o2(g) h +56.76kj/mol 自發(fā)進(jìn)行的原因是（自發(fā)進(jìn)行的原因是（ ） a.是吸熱反應(yīng)；是吸熱反應(yīng)； b.是放熱反應(yīng)；是放熱反應(yīng)； c.是熵減少的反應(yīng)；是熵減少的反應(yīng)； d.熵增大效應(yīng)大于能量效應(yīng)。熵增大效應(yīng)大于能量效應(yīng)。d6、下列說法不正確的是（、下列說法不正確的是（ ）a.焓變是一個(gè)與反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行有關(guān)焓變是一個(gè)與反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行有關(guān)的因素，多數(shù)的能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)都是的因

21、素，多數(shù)的能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)都是放熱反應(yīng)。放熱反應(yīng)。b.在同一條件下不同物質(zhì)有不同的熵值，在同一條件下不同物質(zhì)有不同的熵值，其體系的混亂程度越大，熵值越大。其體系的混亂程度越大，熵值越大。c.一個(gè)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行取決于該反應(yīng)一個(gè)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行取決于該反應(yīng)放熱還是吸熱放熱還是吸熱d.一個(gè)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行，與焓變和熵一個(gè)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行，與焓變和熵變的共同影響有關(guān)變的共同影響有關(guān)c7、以下自發(fā)反應(yīng)可用能量判據(jù)來解釋的是、以下自發(fā)反應(yīng)可用能量判據(jù)來解釋的是( ) a.硝酸銨自發(fā)地溶于水硝酸銨自發(fā)地溶于水 b.2n2o5(g)=4no2(g)+o2(g) h=+56.7kj/mol c. (nh4 )2co3(s)=nh4hco3(