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第四节 化学反应的方向 学习目标 1.了解生活中的自发反应过程 2.理解用焓变判断化学反应自发进行的局限性 3.理解用熵增加判断化学反应自发进行的局限性 4.理解根据焓变和熵变的综合影响判断反应自发进行的方向 “二十一世纪金属” 钛和钛的合金大量用于航空工业,有“空间金属”之称;另外,在造船工业、化学工业、制造机械部件、电讯器材、硬质合金等方面有着日益广泛的应用 钛 1771年发现钛元素 TiO2(s) + 2Cl2(g) = TiCl4(l) + O2(g) TiCl4 + 2Mg = 2MgCl2 + Ti 金红石矿物 1910年制得纯净的钛 Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu 2H2+O2=2H2O 化学反应具有方向性。 水由高处往低处流自动进行,而不能自动从低处流向高处,需要借助水泵把水抽到高处 一、自发反应和非自发反应 在一定温度、压强下,不借助光、电能等外部力量就能自动进行,或具有发生的可能性的反应称为自发反应,反之称为非自发反应。 化学反应向着怎样的方向进行就是自发的呢? Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu 2H2+O2=2H2O 为什么正向自发而逆向不自发? CH4(g) + 2O2(g) = CO2(g) + 2H2O(l) △H(298K) = -890KJ/mol HCl(aq) + NaOH(aq) = H2O(l) + NaCl(aq) △H(298K) = -57.3KJ/mol 4Fe(OH)2(s) + O2(g) + 2H2O(l) = 4Fe(OH)3(s) △H(298K)=-444.3KJ/mol NH3(g) + HCl(g) = NH4Cl(s) △H(298K)=-176.9KJ/mol [问题1]化学反应是向着怎样的方向自发进行的呢? 二、化学反应进行方向的判据 1、焓判据 反应物的总能量高 生成物的总能量低 放热反应 △H<0 化学反应趋向于向着焓减小的方向自发进行 (能量判据) [问题2]在一定温度和压强下,化学反应一定不能向着吸热的方向自发进行吗? 1、 3、N2O5分解: 2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g); △H=+56.7kJ/mol 4、碳铵的分解: (NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g) △H=+74.9 kJ/mol 2、2NH4Cl+Ba(OH)2.8H2O=BaCl2+NH3↑+10H2O △H0 室温下冰块的融化、硝酸盐类的溶解等都是自发的吸热过程。 结论 焓减小只是影响反应方向的其中一个因素,并不是唯一因素 [问题3]为什么在一定温度和压强下,化学反应能够向着吸热的方向自发进行呢?还有什么因素在影响反应的方向呢? 分析下列现象,也许有助于我们找到影响化学反应方向的另一种因素。 ①食盐自动溶于水 ②墨水滴入水中自动扩散,二者却不能自动分离 ③二氧化硫与空气自动混合,不能自动分离 ④一副崭新的扑克牌被洗过后会怎样? ⑤如果没有法律的制约,世界会怎样? ⑥下课铃一响教室里会怎样? 自发过程趋向于 从有序到无序进行 克劳修斯 熵 用来衡量一个体系的混乱度 通过实验和计算,科学家们能够求得各种物质在一定条件下的熵值S 符号 S 单位 J.mol-1.K-1 熵值越大,体系的混乱度越大 如何量度一个体系的混乱度? (1)物质不同,熵值不同 (2)状态不同,熵值不同 S(g)﹥S(l)﹥S(s) (3)熵变△S :△S =S生成物-S反应物 2、熵判据 化学反应趋向于向熵增的方向自发进行 [问题4]利用熵判据判断下列吸热过程能够自发的原因是什么? 室温下冰块的融化是自发的吸热过程 2NH4Cl+Ba(OH)2.8H2O=BaCl2+NH3↑+10H2O △H 0 N2O5分解: 2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g) △H = + 56.7 kJ/mol 碳酸铵的分解:(NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g) △H = + 74.9 kJ/mol 小结:产生气体的反应、气体物质的物质的量增大的
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