1、,化学反应进行的快慢,化学反应的限度,化学反应进行的方向,化学反应速率,化学平衡, ?,自然界中水总是从高处往低处流,物体总是由高处落向低处,室温下冰块自动融化,墨水滴入水中,气 体 扩 散,固 体 的 溶 解,在一定条件下，不用借助于外力就可以自动进行的过程。,高山流水、自由落体、酸碱中和 ,一、自发过程和自发反应,自发过程,含义,特点,体系的能量,体系趋向于从高能状态转变为低能状态，能量趋于最低，这时体系会对外做功或者释放热量。,特点,气体扩散、固体的溶解 ,体系的混乱度,体系从有序自发地转变为无序的倾向，混乱度增加。,方向性,自发过程的逆过程不能自发进行。,在给定的一组条件下，可以自发地
2、进行到显著程度的反应。,注意：,一定条件指：一定的温度和压强。,自发反应在恰当条件下才能实现。,自发反应,含义,二、化学反应进行方向的判据,观察下列几个自发进行的化学反应，想一想：它们有何特点？,钠与水反应,2Na(s) + 2H2O(l) 2NaOH(aq) + H2(g) H 368 kJ/mol,铁在潮湿的空气中生锈：,3Fe(s) + 3/2O2 (g) Fe2O3 (s) H 824 kJ/mol,氢气和氧气反应：,2H2(g) + O2(g) 2H2O(l) H 571.6kJ/mol,氢氧化亚铁被氧化为氢氧化铁：, NH3(g)+ HCl(g) NH4Cl(s) H 0,4Fe(
3、OH)2(s) + O2 (g) + 2H2O(L) 4Fe(OH)3(s) H 444.3 kJ/mol, Zn(s) + CuSO4(aq) Cu(s) + ZnSO4(aq) H 0,放热反应，反应后使体系的能量降低；H 0，有利于反应自发进行。,结论：,早在一个世纪之前，在无数化学家的辛勤努力下，发现绝大多数放热反应都能自发地进行，因此提出用反应的焓变（H）作为判断化学反应进行方向的依据。,这样就得出：若H0，反应过程中体系能量降低，这样的反应有自发进行的倾向，反应能自发进行；若H0，反应不能自发进行。,焓减,焓判据-能量判据,是不是所有自发进行的化学反应都是放热的？, 2NH4Cl(
4、s) + Ba(OH)28H2O(s) BaCl2(s) + 2NH3(g) +10H2O(l),自发反应一定要H O ？,2N2O5(g) 4NO2(g) + O2(g) H +56.7 kJ/mol,(NH4)2CO3(s) NH4HCO3(s) + NH3(g) H +74.9 kJ/mol,2NaHCO3(s) Na2CO3(s) + CO2(g) + H2O(g) H +126.1kJ/mol,NH4HCO3(s) + CH3COOH(aq) CH3COONH4(aq) + CO2(g) + H2O(l) H +37.3kJ/mol,还有一些吸热反应在室温条件下不能自发进行，但在较高
5、温度下则能自发进行，例如在室温下吸热反应-碳酸钙的分解反应不能自发进行，但同样是这个吸热反应在较高温度（1200K）下则能自发进行。,CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) H +178.2kJ/mol,由此可见，焓变只是反应能否自发进行的一个因素,但不是唯一因素。只根据焓变来判断化学反应进行的方向是不全面的。,有不少吸热反应(H0)也能自发进行。,在密闭容器中，不同种气态物质会通过分子的扩散自发形成均匀混合物。,焓变（H）的确是一个与反应能否自发进行的因素，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素。,墨 水 扩 散,无 序,有 序,一副崭新的扑克牌被洗过后,在密闭条件下，体系有从有序自
6、发地转变为无序的倾向。,为了解释这样一类与能量状态的高低无关的过程的自发性，提出了在自然界还存在着另一种能够推动体系变化的因素,“熵”是德国物理学家克劳修斯在1850年创造的一个术语。,德国物理学家克劳修斯,熵,S,熵,描述体系混乱度的物理量。,符号：S,体系的混乱度越大，熵值越大；,单位：Jmol-1K-1,J/(molK),标准状况下：1mol不同物质的熵 S (Jmol-1K-1),气体的物质的量越大，体系的混乱度越大，熵值越大。,同一条件下，不同物质的熵值不同；,69.9Jmol-1K-1,47.9Jmol-1K-1,188.7Jmol-1K-1,同一物质：S(g)S(l)S(s),冰
7、,三种状态下水的熵,水,水蒸气,熵变：,概念：生成物总熵与反应物总熵之差,符号：S,表达式:S S(生成物) S (反应物), N2 + 3H2 2NH3, 2C + O2 2CO, CaCO3 CaO + CO2,这些反应的熵如何变化？,产生气体的反应、气体物质的物质的量增大的反应， S 0，为熵增加的反应。,S0,S0,S0,探究交流,下列自发过程中熵变的特点：,冰 液态水 水蒸气,硝酸铵晶体溶于水：NH4NO3(s) NH4+(aq) + NO3-(aq),探究交流,下列自发进行的吸热反应过程中熵变的特点：,N2O5分解： 2N2O5(g) 4NO2(g) + O2(g) H+56.7k
8、J/mol,氯化铵晶体与氢氧化钡晶体反应： 2NH4Cl(s) + Ba(OH)28H2O(s) 2NH3(g) + BaCl2(s) + 10H2O(l),碳酸铵的分解： (NH4)2CO3(s) NH4HCO3(s) + NH3(g)H +74.9 kJ/mol,碳酸钙的分解：CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g),共同点：熵（S）增加，S0,科学家们发现：在与外界隔离的体系中，大多数自发过程将导致体系的熵增大，即S0，这个原理叫做熵增原理。,熵增原理即S0作为判断化学反应进行方向的依据时就称为熵判据 。,二、熵判据-S,这说明，大多数自发进行的反应有趋向于使体系的混乱度增大
9、（即熵增大S0）的倾向。,这样就得出：若S0，这样的反应有自发进行的倾向，反应能自发进行；若S0，反应不能自发进行。,10的液态水能自动结冰成为固态。 S0,铝热反应： 2Al(s) + Fe2O3(s)2Fe(s) + 2Al2O3(s) S0,H2在O2中燃烧：2H2(g) + O2(g) 2H2O(l) S0,因此用熵判据来判断反应进行的方向也是不全面的。,自发反应一定是熵增加的反应吗？,由此可见，熵变只是反应能否自发进行的一个因素,但不是唯一因素。,自发反应不一定要S O，有些熵减（S0）的反应在一定条件下也可以自发进行。,结论：,很多情况下，简单地只用其中一个判据去判断同一个反应，可
10、能会出现相反的判断结果。,在温度、压强一定的条件下，我们要判别化学反应进行的方向应两个判据兼顾，考虑H、S共同影响的结果。,化学反应的最终判据到底是什么呢？,在一定条件下，一个化学反应能否自发进行，既可能与反应的焓变（H）有关，又可能与反应的熵变（S）有关。,美国著名的数学化学家、数学物理学家吉布斯1878年提出由焓判据和熵判据组合成的复合判据吉布斯自由能来判断反应进行的方向更适合于所有的反应过程。,反应方向,反应焓变（能量判据）,反应熵变（熵判据）,一定温度、一定压强,三、复合判据吉布斯自由能,自发进行,不能自发进行,高温时0, 自发进行,低温时0,自发进行,（T为绝对温度）, 0 反应能自
11、发进行 反应到达平衡状态 反应不能自发进行, H TS,焓 减熵 增自 发,过程的自发性只能用于判断过程进行的方向，不能确定过程是否一定会发生和过程发生的速率。,在讨论过程的方向问题时，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：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。,例如：石墨经高温高压还是可以变为金刚石的。,A,5、某化学反应其H= 122 kJmol-1，S= 231 Jmol-1K-1，则此反应在下列哪种情况下可自发进行 ( )A在任何温度下都能自发进行 B在任何温度下都不能自发进行C仅在高温下自发进行 D仅在低温下自发进行,6.判断下列反应能否自发进行,2KClO3(s)=2KCl(s)+3O2(g) H =-78.03 kJmol-1 S=494.4 Jmol-1K-1,CO(g)=C(s,石墨)+1/2O2(g) H=110.5 kJmol-1 S=-89.36 Jmol-1K-1,
