人教版高中选修4化学第二章第四节：化学反应进行的方向(22张PPT)

(共23张PPT)
第二章第四节
化学反应进行的方向
生活中的自发过程
(1)自然界中水由高处往低处流，而不会自动从低处往高处流；
(2)
铁器暴露在潮湿空气中会生锈；这些过程都是自发的，其逆过程就是非自发的。
这些生活中的现象将向何方发展，我们非常清楚，因为它们有明显的自发性——其中是否蕴藏了一定的科学原理？
化学反应中的自发过程
(1)铁生锈:
3Fe(s)+3/2O2(g)=Fe2O3(s)
△H=-824
kJ/mol
(3)氢气和氧气反应：
2H2(g)+O2(g)=2H2O(l);
△H=－571.6
kJ/mol
共同点——放热反应
E反
>E生
一、自发过程与能量判据
1.自发过程:在一定条件下不需要外力作用就能自动进行的过程。
☆共同特点:体系趋向于从高能状态转变为低能状态
2.能量判据:自发过程的体系取向于从高能状态转变为低能状态(这时体系会对外部做功或释放热量),这一经验规律就是能量判据,是判断化学反应进行方向的判据之一。
练习1已知金刚石和石墨在氧气中完全燃烧的热化学方程式为：
①
C(金刚石、s)+O2(g)=CO2(g)
△H1＝－395.41kJ/mol
②
C(石墨、s)+O2(g)
＝CO2(g)
△H2＝－393.51kJ/mol
下列说法正确的是
A.金刚石转化成石墨是自发过程
B.石墨转化成金刚石是自发过程
C.石墨比金刚石能量低
D.金刚石比石墨能量低
AC
练习2
知道了某过程有自发性之后，则
可判断出过程的方向
可确定过程是否一定会发生
可预测过程发生完成的快慢
可判断过程的热效应
A
一些特例:
两种理想气体的混合可顺利自发进行,无须借助外力
N2O5分解:2N2O5(g)
=4NO2(g)+O2(g)
△H=+56.7kJ/mol
碳铵的分解：(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g);
△H=+74.9
kJ/mol
自发进行的吸热反应
二、熵与熵判据
1.在密闭条件下，体系有由有序自发地转变为无序的倾向，这种推动体系变化的因素称作熵。
符号:S
单位:
J·K-1·mol-1
2.熵判据:在与外界隔离的体系中,自发过程将导致体系的熵增大,这一经验规律叫做熵增原理,是判断化学反应方向的另一判据——熵判据。
体系混乱度有增加的倾向
2.
反应熵变的计算公式
对于反应：m
A
+
n
B
?
x
C
+
y
D
?S
＝
?S(生成物)
-
?S(反应物)
＝
[x
SC
+
y
SD]
–
[m
SA
+
n
SB]
例:试估算反应3H2(g)+2N2(g)=2NH3(g)的?S
的正负,并用计算加以验证.
解:由于反应3H2(g)+N2(g)=2NH3(g)是气体分子数目减少的反应,?S应是负值：
3H2(g)
+
N2(g)
=
2NH3(g)
130.5
191.5
192.5
∴
?S=192.5?2
?(130.5?3+191.5）
=
?198.0
J?K-1?mol-1
3.
熵的规律：
1)
同一物质,气态熵大于液态熵,液态熵大于固态熵；
S(g)
>
S(l)
>
S(s)
2)反应过程中气体计量系数增加的反应,
反应?S
>
0；
3)反应过程中气体计量系数减少的反
应,反应的?S
<
0;
4)凡反应过程中气体计量系数不变的反
应,反应的?S
=
0;
5)没有气体参加的反应,反应中物质总计量系数增加的反应?S
>
0;反应中物质计量系数减少的反应,反应的
?S
<
0
三、能量判据和熵判据的应用
能量判据中，自发过程取向于最低能量状态的倾向
熵判据中，自发过程取向于最大混乱度的倾向
很多情况下，简单地只用其中一个判据判断同一个反应，可能会出现相反的判断结果，所以应两个判据兼顾。由能量判据(以焓变为基础)和熵判据组合成的复合判据将更适合于所有的过程。
四.?H，?S对反应自发性的影响
恒温恒压时：
①
?H<0,
?S>0时,反应正向自发；
②
?H>0时,?S
>
0,高温下,反应可能自发进行.
③?H
>0,?S<0时,反应不自发进行
自由能(?G)=
?H
－T?S
kJ/mol
练习3
碳铵[(NH4)2CO3]在室温下就能自发地分解产生氨气,对其说法中正确的是
A、碳铵分解是因为生成了易挥发的气体,使体系的熵增大
B、碳铵分解是因为外界给予了能量
C、碳铵分解是吸热反应,根据能量判据不能自发分解
D、碳酸盐都不稳定,都能自发分解
A
练习4
下列反应中，在高温下不能自发进行
的是
D.
CO(g)＝C(s)＋1/2O2
B.
2N2O5(g)＝4NO2(g)＋O2(g)
A.(NH4
)2CO3(s)＝NH4HCO3(s)+NH3(g)
C.
MgCO3(s)＝MgO(s)＋CO2(g)
D
熵减
熵增
熵增
熵增
(1)
反应2H2O2
(l)
=
2H2O(l)
+
O2
(g)
?H
=
?196.5
kJ?mol-1
<
0
(放热)
?S
=
160.8
J
?K-1
?mol-1
>
0
H2O2分解反应任何温度下都是自发的,因为它受到?H及?S两因素推动.
(2)
反应CO(g)
=
C
+1/2O2
(g)
?H
=
110
kJ?mol-1
>
0
(吸热)
?S
=
?189.72
J?K-1?mol-1
CO不管在任何温度下都不会自发地生成C和O2,这一反应无任何推动力
(3)反应CaCO3(s)=CaO(s)+
CO2(g)
?H
=
177
kJ?mol-1
>
0
?S
=
164.69
J
?K-1
?mol-1
>0
在低温下不能自发进行,逆反应可自发进行,高温时,该反应自发进行.
(4)
反应HCl(g)
+NH3(g)=NH4Cl(s)
?H=?176.89kJ?mol-1<0(放热)
?S=?284.23J?K-1?mol-1<0
低温下:自发进行,(?H起推动作用)；在高温下:逆向反应自发进行,正向反应不进行。
练习
下列说法中正确的是
A.凡是放热反应都是自发的，吸热反应都是非自发的。
B.自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是熵减小或不变。
C.自发反应在恰当条件下才能实现。
D.自发反应在任何条件下都能实现。
C
1．过程的自发性只能用于判断过程的方向，不能确定过程是否一定会发生和过程发生的速率。例如金刚石有向石墨转化的倾向，但是能否发生，什么时候发生，多快才能完成，就不是能量判据和熵判据能解决的问题了。
注意
2．在讨论过程的方向时，指的是没有外界干扰时体系的性质。如果允许外界对体系施加某种作用，就可能出现相反的结果。例如石墨经高温高压还是可以变为金刚石的。
小结
1、放热的自发过程可能是熵减小的过程，如铁生锈、氢气燃烧等；也可能是熵无明显变化或增加的过程，如金刚石和石墨的互变熵不变；活泼金属与酸的置换反应熵增等……
2、吸热的自发过程应为熵增加的过程，如冰的融化、硝酸铵溶于水等。
3、无热效应的自发过程是熵增加的过程，如两种理想气体的混合等。