1、第2章 化学反应的方向、限度与速率,第1节 化学反应的方向,自发过程:在温度和压强一定的条件下，不 借助光、电等外部力量就能自动进行 的过程。,水由高处流向低处，热由高温物体传向低温物体,能量越低越稳定(能量最低原理),举例：HCl(aq)+NaOH(aq)=NaCl(aq)+H2O(l) H(298K)=-57.3 kJmol-14Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)= 4Fe(OH)3 (s) H(298K)= -444.3 kJmol-1CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) H(298K)= -890.6 kJmol-1H2(g)+F2(g)=2HF(g)
2、 H(298K)= -546.6 kJmol-1,化学反应的方向,【交流研讨】化学反应一般会朝什么样的能量方向 自发进行呢？,放热以后得到的生成物能量更低，更加稳定,一、反应焓变与反应方向,【科学验证】将NH4Cl固体与Ba(OH)28H2O晶体混合后，用玻璃 棒搅拌，比较前后的温度变化并判断反应是否自发进行。,2NH4Cl(s)+Ba(OH)28H2O(s)=BaCl2(aq)+2NH3(g)+10H2O(l) H0,NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)=CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l) H(298K)= 37.30 kJmol-1CaCO3 (s)=CaO (
3、s)+CO2(g)H(298K)= 178.2 kJmol-1（常温下不自发）H(1200K)=176.5 kJmol-1（高温下自发）,所以说焓变是与反应能否自发进行有关的一个因素，但不是唯一因素。,【交流研讨】同学们比较一下这几个反应，除了能量上存在 吸热的共性，在其他方面还有什么共性呢？,2NH4Cl(s)+Ba(OH)28H2O(s)=BaCl2(aq)+2NH3(g)+10H2O(l) H0,NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)=CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l) H(298K)= 37.30 kJmol-1CaCO3 (s)=CaO (s)+CO2(g)
4、H(298K)= 178.2 kJmol-1（常温下不自发）H(1200K)=176.5 kJmol-1（高温下自发）,都生成气体！,科学证据,H2O(s) H2O(l) H2O(g),自由度： 冰水水蒸气,熵：用来描述体系混乱度的物理量，符号为S。,单位：Jmol-1K-1,【交流研讨】同学们都知道，固体硝酸铵、氢氧化钠、氯化钠和蔗糖都能自发的溶于水，那么它们溶解的自发过程又是什么引起的呢？是焓变还是熵变呢？,水由固态到液态，再到气态的自发过程就是熵增所引起的！,氯化钠固体的溶解,溶于水,自由移动的阴阳离子 或分子,有 序 (混乱度小),固体的溶解也是熵增所引起的！,小结： （1）熵增有利于
5、自发。 （2）同一条件下，不同物质的熵不同；对于同一物质S(s)S(l)S(g)。,无 序 (混乱度大),2NH4Cl(s)+Ba(OH)28H2O(s)=BaCl2(aq)+2NH3(g)+10H2O(l) H0,NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)=CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l) H(298K)= 37.30 kJmol-1CaCO3 (s)=CaO (s)+CO2(g)H(298K)= 178.2 kJmol-1（常温下不自发）H(1200K)=176.5 kJmol-1（高温下自发）,气体的生成导致熵值增加而促使反应在 一定条件下自发进行!,【交流研讨】
6、根据熵及熵变的理解，同学们思考一下具体什么样的化学反应为熵增的反应呢？请从反应特点的角度讨论分析。,产生气体的反应,二、反应熵变与反应方向,反应熵变S=S（反应产物）-S（反应物）,S0，熵增；S0，熵减,气体的物质的量增大的反应,熵变是与反应能否自发进行有关的又一因素，但也 不是唯一的因素。,熵减自发的反应实例,例1：2Al(s)+Fe2O3(s)=Al2O3(s)+2Fe(s) S=-39.4 Jmol-1K-1,例2：工业上用浓氨水检验氯气管道是否漏气3Cl2(g)+8NH3(g)=N2(g)+6NH4Cl(s) S0,三、焓变和熵变对反应方向的共同影响,HTS0 反应不能自发进行,H0
7、均对自发有贡献， 因此放热和熵增均有利于反应自发进行,理论与实践,【应用一】,定 性 方 面,氯化铵固体的加热实验,底部发生反应：,上部发生反应：,NH4Cl(s) = NH3(g) + HCl(g),NH3(g) + HCl(g) = NH4Cl(s),为什么能够发生上述两个反应呢？,理论与实践,定 性 方 面,NH3(g) + HCl(g) = NH4Cl(s),H0 S0,自发,有 利,不 利,据HTS,低 温 有 利,高 温 不 利,【应用一】,NH4Cl(s) = NH3(g) + HCl(g),H0 S0,自发,有 利,不 利,据HTS,高 温 有 利,低 温 不 利,理论与实践,
8、定 量 方 面,【应用二】,汽车尾气中的主要污染物是一氧化氮和一氧化碳，它们 是现代化城市的大气污染物。为了减轻大气污染，人们提出通 过以下反应来处理汽车尾气： 2NO(g) + 2CO(g) = N2 (g) + 2CO2(g)。这一方案是否可行呢？,解析：根据计算HTS=(-746.8 kJmol-1)-298K(-197.5)10-3 kJmol-1K-1=-687.9 kJmol-10，因此常温下反应能自发进行。,但是，该反应速率极慢，需要使用催化剂来 加速反应。所以理论计算只能说明反应在某一条 件下朝某一方向的自发可能性，与速率没有必然 的联系。,已知：常温常压下，H=-746.8k
9、Jmol-1，S=-197.5Jmol-1K-1。,研究思路,沙漏,建立自 发过程,焓变的 影响,气体的 影响,熵的 提出,熵变的 影响,HTS,理论与实践,1,2,3,宇宙最大的奥秘，竟 是它含有一些不变的法则 ，能让人类去了解它。,1,2,3,谢谢！,1,2,3,【思考一】针对判据HTS，H和S在取何种符号时反应永远自发进行和反应永远不能自发进行？,H0,反应永远自发,H0和S0,反应永远不自发,1,2,3,【思考二】若H和S的绝对值相差不大时，H和S在取何种符号时高温下有利于自发和低温下有利于自发？,H0和S0,高温下有利于自发,H0和S0,低温下有利于自发,1,2,3,【思考三】工业上可以用焦炭还原氧化铁得到金属铁，但是金属铝冶炼时，却使用电解熔融氧化铝的方法。请从热力学的角度判断为什么不能用焦炭还原Al2O3冶炼金属铝？ 已知298K时，2Al2O3(s) + 3C(s) = 4Al(s) + 3CO2(g)H=2171kJmol-1，S=635.5Jmol-1K-1。,解析：根据计算HTS=1981kJmol-10，因此室温下反应不能自发进行。该反应为吸热的熵增加反应，升高温度可使HTS3416K，所以当T3416K时，该反应才能自发进行，而这么高的温度在工业生产中一般是很难满足的。,
