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2—1化学反应的方向


§2—1 化学反应方向
[联想质疑] 联想质疑] 汽车尾气中的主要污染物是NO 汽车尾气中的主要污染物是NO和 NO和 CO,为了减轻污染, CO,为了减轻污染,人们提出以下反 应来处理汽车尾气。 应来处理汽车尾气。 2CO + 2NO === 2CO2 + N2 你能否判断这一方案是否可行? 你能否判断这一方案是否可行? 理论根据是什么? 理论根据是什么?


一、反应焓变与反应方向
【问题1】有人认为放热反应可以自发进行, 放热反应可以自发进行, 问题1 有人认为放热反应可以自发进行

吸热反应则不能自发进行。 而吸热反应则不能自发进行。你同意这种观 点吗?请举例说明。 点吗?请举例说明。 多数能自发进行的化学反应是放热反应。 多数能自发进行的化学反应是放热反应。 如: 但有不少的吸热反应也能自发进行。如: 但有不少的吸热反应也能自发进行。 还有一些反应在室温下不能自发进行,但 还有一些反应在室温下不能自发进行, 在较高温度下则能自发进行。 在较高温度下则能自发进行。

【结论】:反应焓变是与反应能否自发进行 结论】 反应焓变是与反应能否自发进行 焓变是与反应能否

有关的一个因素 但不是唯一因素。 有关的一个因素,但不是唯一因素。 的一个因素, 唯一因素 二、反应熵变与反应方向 [交流研讨]固体NH4NO3、NaOH、NaCl、 交流研讨]固体NH NaOH、NaCl、 都能溶于水, C12H22O11都能溶于水,它们溶解的过程与焓 变有关吗?是什么因素决定它们的溶解过 变有关吗? 程能自发进行? 程能自发进行? 固体溶解的特点 固体溶解的特点:固体中整齐排列的离子 特点: 或分子进入溶液,溶质由有序变为无序 有序变为无序。 或分子进入溶液,溶质由有序变为无序。

1、熵(S) —描述体系混乱度的一个物理量。 描述体系混乱度的一个物理量。 体系混乱度的一个物理量 熵值越大,体系混乱度越大。 熵值越大,体系混乱度越大。在同一条 越大 不同的物质的熵不同; 件下,不同的物质的熵不同;而同一物 与其聚集状态 外界条件有关 聚集状态及 质的熵与其聚集状态及外界条件有关, 同一物质的熵。S(g)>S(l)>S(s)如 同一物质的熵。S(g)>S(l)>S(s)如:水. 2、熵变: 熵变: ΔS = 生成物总熵-反应物总熵 生成物总熵-

产生气体的反应 气体的物质的量增加 产生气体的反应,气体的物质的量增加的 的反应, 物质的量增加的 反应,熵变通常为正值 正值, 熵增加的反应 的反应。 反应,熵变通常为正值,为熵增加的反应。 例如: 例如: 2H2O2(aq) = 2H2O(l)+ O2(g) ΔS=57.16J·K ΔS=57.16J·K-1·mol-1 CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g) ΔS=196.6J·K ΔS=196.6J·K-1·mol-1 C(s,石墨 C(s,石墨) + H2O(g) = CO(g) + H2(g) 石墨) ΔS = 133.8J·K-1·mol-1 133.8J·K

【结论】:熵增加有利于反应的自发进行。 结论】 熵增加有利于反应的自发进行。

许多熵增加的反应在常温、 许多熵增加的反应在常温、常压下可以 的反应在常温 自发进行,有些熵增加的反应在常温 的反应在常温、 自发进行,有些熵增加的反应在常温、 常压下不能自发进行 不能自发进行, 常压下不能自发进行,但在较高温度可 以自发进行。 以自发进行。 而有些熵减小的反应在一定条件下也 有些熵减小的反应在一定条件下也 可自发进行。 可自发进行。如: 2Al(s) + Fe2O3(s) = Al2O3(s) + 2Fe(s) ΔS = -39.35J·K-1·mol-1 39.35J·K 熵变是与反应能否 与反应能否自发进行有关的又 熵变是与反应能否自发进行有关的又 一个因素,但也不是唯一因素 不是唯一因素。 一个因素,但也不是唯一因素。

例题1:下列反应中熵增加的是(AC 例题 :下列反应中熵增加的是( A、NaCl晶体溶解于水 、 晶体溶解于水 B、氢气在氧气中燃烧生成水 、 C、碳酸氢铵分解 、 D、水蒸汽冷凝为水 、



例题2、 下列说法中正确的是( AD ) 例题 、 下列说法中正确的是( A、离子反应的条件之一是生成气体, 、离子反应的条件之一是生成气体, 是熵增加的反应 B、只要是熵增加的反应就能自发进行 、 C、只要是能自发进行的化学反应,反应速率 、只要是能自发进行的化学反应, 一定很快 D、同一物质,气体时熵值最大,固态时熵值 、同一物质,气体时熵值最大, 最小

三、焓变与熵变对反应方向的共同影响 一定条件下,一个反应能否自发进行, 一定条件下,一个反应能否自发进行, 既与反应的焓变有关,又与反应熵变有关。 焓变有关 熵变有关 既与反应的焓变有关,又与反应熵变有关。 反应方向的判断依据为: 反应方向的判断依据为:
自由能变

(△G)=ΔH – TΔS G)=ΔH

ΔH – TΔS < 0 反应能自发进行 ΔH – TΔS = 0 反应达到平衡状态 ΔH – TΔS > 0 反应不能自发进行

反应放热和熵增加都有利于反应自发进行。 反应放热和熵增加都有利于反应自发进行。 都有利于反应自发进行 ⑴、放热的熵增加反应一定能自发进行 放热的熵增加反应一定能 一定能自发进行 如:2KClO3(s) = 2KCl(s)+ 3O2(g) ?H=-78.03kJ·mol ?H=-78.03kJ·mol-1 ?S =494.4J·K-1·mol-1 =494.4J·K ⑵、吸热的熵减少反应一定不能自发进行 吸热的熵减少反应一定不能 一定不能自发进行 如: CO(g) = C(s,石墨)+ 1/2O2(g) C(s,石墨 石墨)+ ?H=110.5kJ·mol ?H=110.5kJ·mol-1 ?S =-89.36J·K-1·mol-1 =-89.36J·K

⑶、当熵变和焓变作用相反时,二者相差悬殊, 熵变和焓变作用相反时,二者相差悬殊, 作用相反时 由某一因素主导. 常温下的放热反应: 由某一因素主导.如:常温下的放热反应:

4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)= 4Fe(OH)3(s) ?H=-444.3kJ·mol ?H=-444.3kJ·mol-1 ?S =-280.1J·K-1·mol-1 =-280.1J 焓变对反应的方向起决定性作用 而常温下的吸热反应: 而常温下的吸热反应:
NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq) =CO2(g)+ CH3COONH4(aq) + H2O(l)

?H=37.30kJ·mol ?H=37.30kJ·mol-1 ?S =184.0J·K-1·mol-1 =184.0J

△S

ΔH < 0 ΔS > 0 所有温 度下反应都自发 度下反应都自发 进行 ΔH < 0 ΔS < 0 低温下 反应自发进行

ΔH > 0 ΔS > 0 高温下 反应自发进行
△H

ΔH > 0 ΔS < 0 所有温 度下反应都不自 度下反应都不自 发进行

【总结归纳】:判断温度,压强一定条 总结归纳】 判断温度 压强一定条 温度,

件下反应的方向时, 件下反应的方向时,应同时考虑焓变 与熵变两个因素。 与熵变两个因素。 反应方向的判断依据为:ΔH – TΔS 反应方向的判断依据为: 只适用于温度,压强一定条件下的反 只适用于温度,压强一定条件下的反 不能用于其它条件 其它条件( 温度, 应,不能用于其它条件(如温度,体 一定条件下的反应。 积一定条件下的反应。


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