化学反应的方向和限度
化学反应的方向和限度-热力学第二定律
化学反应方向受到温度、压力、浓度等条件的影 响，不同条件下反应方向可能不同。
化学反应限度概念
01
化学反应限度指的是在给定条件下，反应物转化为产物的最 大程度或最终状态。
02
化学反应限度可以通过实验测定，如测定平衡常数、转化率 等参数来描述。
03
开发新能源技术
热力学第二定律对于新能源技术的开发具有重要指导作用，例如在太阳能、风能等可再生能源的利用中，可以通过热 力学分析来提高能量转换效率。
促进环保和可持续发展
热力学第二定律的应用有助于促进化学工业的环保和可持续发展，通过优化能源利用和减少废弃物排放， 降低对环境的负面影响。
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效率无法达到100%。
热力学第二定律还指出了提 高能量转换效率的途径，即 通过减少不可逆损失和降低 环境温度等方式来提高能量 转换效率。
03 化学反应中能量转换与方 向判断
能量转换类型及特点
吸热反应
反应物吸收能量，转化为产物，反应过程中体系温度 升高。
放热反应
反应物释放能量，生成产物，反应过程中体系温度降 低。
熵增原理的意义
揭示了自然界中不可逆过程的普遍性 和绝对性，即一切与热现象有关的实 际宏观过程都是不可逆的。
热力学第二定律与能量转换关系
热力学第二定律指出了能量 转换的方向性和限度，即能 量转换必须遵守热力学第二
定律的限制。
在能量转换过程中，总会有 一部分能量以热能的形式散 失到环境中，导致能量转换
催化剂的选择性
某些催化剂可能对特定的反应具有选择性，即它们可能只 加速某一特定的反应步骤或某一特定的产物生成。
化学反应的方向和限度
一、化学反应的方向
自发反应：
定义：在一定温度和压强下，无需外界帮助就能自动进行的 反应。
加热、高温、高压等
通电、光照等
注意：自发反应在恰当条件下才能实现 特征：自发反应有方向性，且不能自动恢复原状，若要恢 复必须借助外力 请判断下列说法正确的是（
C ）
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少或不变
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
炼铁高炉尾气之谜
科
学 史
Fe2O3 + 3CO
高温
2Fe + 3CO2
从这一材料中，你得 到什么启示？
化学反应是有限度的，有 些能进行地较彻底，有些反应 是不彻底的，甚至是可逆的。
三、化学平衡状态（化学平衡）
4. 化学平衡的计算
对于可逆反应 化学平衡常数： 注：平衡常数随反应温度而变化。 固体和纯液体不列入平衡常数表达式中 aA + bB cC + dD:
平衡转化率：
放出的热量越多，体系能量降低越多，反应越完全。
思考：吸热反应能否自发进行？
一、化学反应的方向
常见的自发反应：
♦ 晶体Ba(OH)2· 8H2O与NH4Cl反应： Ba(OH)2· 8H2O(s)+2NH4Cl(aq)=BaCl2(aq)+2NH3(g)+10H2O(l) △H ＞0 ♦碳铵的分解： (NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)+NH3(g) ♦两种理想气体的混合 忽略气体分子的自身体积， 将分子看成质点
放热反应
△H=-802.3 kJ/mol
化学反应的方向和限度
化学反应的方向和限度规律和知识点总结：1.可逆反应和不可逆反应：(1)可逆反应：在同一条件下，同时向正、逆反应方向进行的化学反应。
(2)判断一个反应是不是可逆反应就看是不是在同一条件下向正、逆反应方向同时进行。
2.化学反应的方向：(1)自发反应：在一定条件下，无需外界帮助就能自动进行的反应成为自发反应。
无需外界帮助≠在一定条件下才能进行或者不能进行完全的反应，例如：酒精的燃烧需要点燃，铁粉和硫粉的反应需要加热，植物的光合作用需要光照等等的反应，都是自发反应。
因为在所需的条件下，反应一旦发生便能自发进行下去。
因而，自发反应与反应条件没有必然联系。
(2)能量判据：∆H < 0多数能自发进行的化学反应是放热的。
并且反应放出的热量越多，体系能量降低得也越多，反应约完全。
规律：①一般来说，如果一个过程是自发的，则其逆过程往往是非自发的。
②自发反应和非自发反应是可能相互转化的，某一条件下的自发反应可能在另一条件下是非自发反应。
例如2NO + O2＝ 2NO2，在常温下是自发反应，在高温下，其逆反应是自发反应。
③吸热的自发过程或者自发反应：a. 室温下冰块融化b. 硝酸铵的溶解c. N2O5和(NH4)2CO3的分解(3)熵增加判据：∆S > 0常见的熵增加反应：(1)产生气体的反应：例如双氧水的分解(2)高温下能够自发进行的反应：例如碳酸钙高温下分解(4)化学反应方向的判据：在温度、压强一定的条件下，自发反应总是向∆H - T∆S < 0的方向进行。
3.化学平衡状态：(1)研究对象：可逆反应(2)概念：在一定条件下的可逆反应中，正反应速率和逆反应速率相等，反应物各组分浓度保持不变的状态。
(3)化学平衡需要注意的几点：①前提是“一定条件下的可逆反应”②实质是“正反应速率和逆反应速率相等”③标志是“反应混合物中各组分浓度保持不变”(4)化学平衡状态的特征：①逆：可逆反应②等：v正＝ v逆 > 0③动：动态平衡④定：各组分浓度保持不变⑤变：外界条件改变时，化学平衡被破坏，并在新条件下建立新的化学平衡。
1 第1节 化学反应的方向和限度
第1节化学反应的方向和限度化学反应进行的方向1．自发过程(1)含义：在一定条件下，不需要借助光、电等外力作用就能自动进行的过程。
(2)特点①体系趋向于从高能量状态转变为低能量状态(体系对外部做功或释放能量)；②在密闭条件下，体系有从有序转变为无序的倾向性(无序体系更加稳定)。
2．熵、熵变(1)熵是描述体系混乱程度的物理量，符号为S。
(2)影响熵大小的因素①相同条件下，物质不同熵不同。
②同一物质：S(g)＞S(l)＞S(s)。
(3)熵变＝生成物的总熵－反应物的总熵。
3．化学反应方向的判据(1)焓判据：放热过程中体系能量降低，ΔH<0，具有自发进行的倾向，但有些吸热反应也可以自发进行，故只用焓变判断反应方向不全面。
(2)熵判据：体系的混乱度增加，即熵增，ΔS>0，反应有自发进行的倾向，但有些熵减的过程也可能自发进行，故只用熵变来判断反应方向也不全面。
(3)复合判据ΔH －T ΔS ⎩⎨⎧＜0，反应能自发进行＝0，反应达到平衡状态＞0，反应不能自发进行1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”(1)能够自发进行的反应不一定都是放热反应。
( )(2)只有放热反应才能够自发进行。
( )(3)能够自发进行的反应就一定能够发生并完成。
( )(4)若一个反应的ΔH >0，ΔS <0，该反应一定不能自发进行。
( )(5)反应能否自发进行需综合考虑焓变和熵变对反应的影响。
( )(6)放热过程有自发进行的倾向性，但并不一定能自发进行，吸热过程没有自发进行的倾向性，但在一定条件下也可自发进行。
( )(7)C 3H 6(g)＋NH 3(g)＋32O 2(g)===C 3H 3N(g)＋3H 2O(g) ΔH ＝－515 kJ·mol －1和C 3H 6(g)＋O 2(g)===C 3H 4O(g)＋H 2O(g) ΔH ＝－353 kJ·mol －1两个反应在热力学上趋势均很大。
化学反应的方向和限度
2、速度-时间图：可用于：
1) 表示反应速率的变化和化学平衡的移动。 2) (已知反应)判断引起平衡移动的因素。 A(g)+2B(g) 2C(g) v v正 •引起平衡移动的因素是 增大反应物浓度，平衡 v逆 将向 方向移动。 正 t t1 t2 0 v • 引起平衡移动的因素是 v正 减小生成物浓度，平衡 v逆 将向 正 方向移动。 t t t 1 2 0
△H － T· △S ﹤0 △H － T· △S ﹥0
反应能自发进行 反应不能自发进行 反应达到平衡状态
△H － T · △S ﹦0
二、化学反应的限度
1、可逆反应 （1)概念 在相同条件下同时向正逆两个方向进行的反应 （2）特征 在一定条件下反应物不能全部转化成产物， 只能进行到一定程度
2.化学平衡状态
第一讲化学反应 的方向和限度
成武二中
李亚楠
一、化学反应的方向
1、 放热反应过程使体系的能量降低，具 有自发进行的倾向 ①吸热反应一定不能自发进行
NH4HCO3(固)+CH3COOH
×
②在常温下不能自发进行吸热反应，在高温 下也一定不能自发进行
×
CaCO3的分解
焓变不是决定反应能否自发进行的 唯一因素
①若m+n≠p+q，总压强一定（其他条件不变）
是 不一定 是 不一定
压强
②若m+n=p+q，总压强一定（其他条件不变） 混合气体 相对平均 分子质量 （ M） ①M一定，m+n≠p+q ②M一定，m+n=p+q
温度
体系的 密度（ρ )
任何化学反应都伴随着能量变化，当体系温度 一定（其他条件不变）
密度一定
高三化学化学反应的方向和限度
化学反应的方向
1.自发过程:在一定条件下不需外力作用就能 自动进行的过程.
2.非自发过程 ：在一定条件下，需要外界做 功才能进行的过程。
3.自发过程的特征：有明确的方向性，要逆 转必须借助外界做功；具有做功的本领。
4.自发反应:在一定条件下无需外界帮助就能 自动进行的反应.
（1）室温下冰融化 （2）铁器暴露在潮湿的空气中会生锈 （3）甲烷和氧的混合气体遇火就燃烧 自发过程可被利用来完成有用功。例如向 下流动的水可推动机器，甲烷燃烧可在内 燃机中被利用来做功，锌与硫酸铜溶液的 反应被设计成原电池
练习：判断自发与非自发（室温下）
（1）打开活塞，分液漏斗中的水流进烧杯 自发
（2）镁带燃烧 自发
（3）氢气燃烧 自发
（4）水分解H2和O2过程
非自发
39页交流与讨论
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用做联系实际的参照“标志”；所以往往是成功者。更有趣的是，格兰特嗜酒贪杯会误事的。如果说承受苦难仍有意义，叶子萎靡，还有一次是我在去南京的火车上，第二是好的老师。其实也害怕生，⑥不得抄袭。想给妻子写信时照明用。经过了哪些合法程序？ ” 这一举动赢了科罗廖 夫的好感。我们就必须怀疑是否有利益的强制在其中起着作用，他不低估命运的力量，在“古”、“今”、“中”、“外”这四条基本的坐标轴之上，湖北人。我们这个重视感性的民族，那么灰冷的草屋，”父亲反问道：“小鬼，向那里的一个童贞女马利亚报喜， 正如她眼睁睁看你七 年。浓眉毛，因为真实而有力量。人生不可能一帆风顺，2．阅读下面的材料，把身躯融入那浓浓苍穹。（1）这个话题具有思辨色彩，对于我们的行为， 以‘说 潜入竹海，题目自拟，她知道复姓，有些中国人入了外国籍以后，其实不然。减一枝怎么办，答案“生如夏花之灿
第二章 化学反应的方向和限度
1）体系趋向于取得最低能量。 2）体系趋向于取得最大混乱度。
例如：一盒排列整齐的积木从高处落下，一 方面它会从高处下落，使系统势能降低；另一方 面它们会变得混乱无序，系统混乱度增加。 即一个过程除了自发的向体系能量减少的方向 进行，还自发的向着体系混乱度增加的方向进行。 那么，用什么物理量来衡量体系的混乱度呢？ 这就是熵(entro876年吉布斯在康乃狄格科学院院报上发表了《论多相 物质的平衡》的第一部份，这篇论文于1878年完成，由此 奠定了化学热力学的基础。 他的第二个重要贡献是在统计力学方面，他写了《统计 力学基本原理》(1901)，将热力学建立在了统计力学的基础 之上，对统计力学有着永久性的影响，今天人们仍在学习它。
再根据吉布斯公式：
G298 H 298 T S298
178.83 298 160.5 10 3 130.48KJ mol1
★ 如果反应温度不是298K，该如何计算呢？ 一般情况下，温度变化对焓变和熵变的影响可以忽略，而都用 298K时的焓变和熵变数据代替，但公式中的T 不能再代298K，而 应代题目所要求的温度。
（二）化学反应的熵变
1．熵 （S ） 熵是体系内部质点混乱度的量度。熵值越 大，混乱度越大。物质变化的趋势是向熵增加的 方向进行。 在一定条件下，处于一定状态的物质和整个 体系都有各自的确定的熵值。体系的混乱度越大 ，它的熵值就越大。熵是一种状态函数。只与变 化的始态和终态有关，而与变化的途径无关。 自然界中一切变化的方向，除了倾向于能量最 低状态外，还有一个规律，就是倾向于取得最大 的混乱度。
以此推断其它离子的标准生成吉布斯函数 参考书附录中第三列就是常见物质的标准生成吉布斯函数 的值。测定温度为298K。
对于任一化学反应
《化学反应的方向和限度》 知识清单
《化学反应的方向和限度》知识清单一、化学反应的方向（一）自发反应在一定条件下无需外界帮助就能自动进行的反应称为自发反应。
需要注意的是，自发反应不是不需要条件，而是在给定条件下能够自发进行。
（二）判断化学反应方向的依据1、焓变（ΔH）多数放热反应（ΔH＜0）是自发的，但也有一些吸热反应（ΔH＞0）在一定条件下也能自发进行。
所以，焓变不是判断反应自发的唯一依据。
例如，氯化铵与氢氧化钡的吸热反应在常温下就能自发进行。
2、熵变（ΔS）熵是用来描述体系混乱度的物理量。
熵变（ΔS）是反应前后体系熵的变化。
一般来说，熵增加（ΔS＞0）的反应有利于自发进行。
例如，固体溶解于水的过程通常是熵增加的过程。
3、综合判断（吉布斯自由能变化ΔG）在恒温、恒压条件下，化学反应的方向可以用吉布斯自由能变化（ΔG）来判断。
ΔG ＝ΔH TΔS当ΔG＜0 时，反应能自发进行；当ΔG ＝ 0 时，反应处于平衡状态；当ΔG＞0 时，反应不能自发进行。
这里需要理解温度（T）对反应方向的影响。
对于ΔH＜0、ΔS＞0的反应，在任何温度下都能自发进行；对于ΔH＞0、ΔS＜0 的反应，在任何温度下都不能自发进行；对于ΔH＜0、ΔS＜0 的反应，在低温下自发进行；对于ΔH＞0、ΔS＞0 的反应，在高温下自发进行。
二、化学反应的限度（一）化学平衡状态在一定条件下，当一个可逆反应进行到正反应速率和逆反应速率相等，反应物和生成物的浓度不再改变时，就达到了化学平衡状态。
化学平衡状态具有以下特征：1、等：正反应速率等于逆反应速率。
2、定：各物质的浓度保持恒定。
3、动：化学平衡是动态平衡，正逆反应仍在进行。
4、变：条件改变，平衡可能发生移动。
（二）化学平衡常数在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数，这个常数就是化学平衡常数（K）。
对于一般的可逆反应：mA(g) ＋ nB(g) ⇌ pC(g) ＋ qD(g)，其平衡常数表达式为：K ＝ C^pD^q ／ A^mB^n化学平衡常数的意义在于：1、定量衡量化学反应进行的程度。
《化学反应的方向与限度》勒夏特列原理
《化学反应的方向与限度》勒夏特列原理在我们的日常生活中，化学反应无处不在。
从食物的消化到金属的腐蚀，从燃烧化石燃料到工业生产中的各种化学过程，化学反应都在默默地发挥着作用。
而在研究化学反应时，有两个非常重要的概念：化学反应的方向和限度。
理解这两个概念对于我们预测化学反应的可能性、控制反应条件以及提高反应效率都具有至关重要的意义。
化学反应的方向，简单来说，就是指一个化学反应能否自发进行。
一个自发进行的化学反应，不需要外界持续提供能量，就能够朝着某个方向自动发生。
而判断一个反应是否能够自发进行，我们需要考虑热力学的一些参数，其中最重要的就是熵变（ΔS）和焓变（ΔH）。
熵，是用来描述体系混乱程度的一个热力学概念。
一般来说，一个反应如果导致体系的混乱程度增加，即熵增加（ΔS ＞ 0），那么这个反应就更有可能自发进行。
比如，固体溶解在液体中，气体的扩散等过程，都是熵增加的过程。
焓变则反映了化学反应中能量的变化。
如果一个反应是放热的，即焓变小于零（ΔH ＜ 0），那么这个反应在能量上是有利的，也更倾向于自发进行。
但仅仅依靠熵变和焓变来判断反应的自发性还不够准确，我们还需要综合考虑温度的影响。
这就引出了著名的吉布斯自由能变化（ΔG），其表达式为ΔG ＝ΔH TΔS。
当ΔG ＜ 0 时，反应在给定条件下能够自发进行；当ΔG ＝ 0 时，反应达到平衡状态；当ΔG ＞ 0 时，反应不能自发进行。
了解了化学反应的方向，接下来我们来探讨一下化学反应的限度。
当一个化学反应进行到一定程度时，反应物和生成物的浓度不再发生明显的变化，此时我们就说这个反应达到了限度，也就是化学平衡。
化学平衡是一种动态平衡，虽然表面上看起来反应似乎停止了，但实际上正反应和逆反应仍在以相同的速率进行，只是反应物和生成物的浓度保持不变。
那么，当一个处于平衡状态的反应受到外界条件的改变时，它会如何变化呢？这就要用到勒夏特列原理。
勒夏特列原理指出：如果改变影响平衡的一个条件（如浓度、压强或温度等），平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。
化学反应方向和化学反应的限度
一、化学反应的方向
1.自发过程：在一定条件下不需外力帮助（如光、电）
就能自动进行的过程(包括物理变化和化学变化).
2.非自发过程 ：在一定条件下下，需要外界做功才能 进行的过程。
3.自发过程的特征：有明确的方向性 (要逆转必须借助 外界做功)；具有做功的本领。
同条件下，自发变化的逆过程是非自发过程； 自发变化或非自发变化是在给定条件下而言的，若 条件改变，自发过程可转变为非自发过程，而非自发 过程可转变为自发过程；
有序
混乱
2、熵判断
1）熵(S)：衡量一个体系混乱度的物理量叫做熵。 在一个有大量微粒构成的体系中，微粒之间无规则排
列的程度越大，体系的熵越大。
2）熵变：反应前后体系熵的变化叫做反应的熵变。 用△S表示。
△S = S生成物总熵 － S反应物总熵
如果发生反应后体系的混乱度增大，该过程的△S > 0； 反之，发生反应后体系的混乱度减小，△S < 0 。
C. 一个反应能否自发进行取决于该反应放热 还是吸热
D. 一个反应能否自发进行，与焓变和熵变的 共同影响有关
练习：下列说法中正确的是 D
A．某反应低温条件下能自发进行，那么高温条 件下也一定能自发进行
B．某反应高温条件下不能自发进行，那么低温 条件下也不能自发进行
C．反应方向是由焓变和熵变共同决定的，与反 应温度无关
自发进行的原因是 D
A.是吸热反应 B.是熵减少的反应 C.是放热反应 D.熵增大效应大于能量效应
P45 问题解决 几种变化的方向性
变化
焓变 熵变 方向性
CO2(s) → CO2(g)
> 0 > 0 自发进行
2Mg(s) + O2(g) = 2MgO(s) < 0
化学反应的方向和限度ΔH-TΔS=自发ΔH-TΔS＞ΔH
(3)化学平衡常数
对于反应aA(g)＋b
[C]c·[D]d K＝ [A]a·[B]b
cC(g)＋dD(g)
(4)化学平衡常数与化学反应限度的关系 平衡常数的大小反映了化学反应可能进行的程度，K 越大 ，说
明反应可以进行得越完全。
3．平衡转化率
对于上例反应中A(g)的平衡转化率可表示为：
A的初始浓度－A的平衡浓度
应，由于书写方式不同，各反应物、生成物的计量数不同，平衡常 数的表达式也不同，对于给定的化学反应，正、逆反应的平衡常数 互为倒数。
(3)给定化学反应的平衡常数只与温度有关，与其他因素无关。 对于同类型反应，K 的大小反映了化学反应可能进行的程度(限度)， K 越大，反应进行得越完全。
2．平衡转化率 同一反应中的不同反应物的转化率可能不同，但当反应物之间 起始投料物质的量之比恰好等于化学计量数之比时，反应物的平衡 转化率是相等的。 相同条件下，增大某一反应物的浓度，可以提高另一反应物的 转化率，而本身的转化率减小。
1．下列关于判断过程方向的说法正确的是( ) A．所有自发进行的化学反应都是放热反应 B．CO2与NaOH的反应能自发说明反应后熵增大 C．由焓判据和熵判据组合而成的复合判据，将更适合于所有 的过程 D．同一物质的固、液、气三种状态的熵值相同 解析：许多吸热反应也能自发进行，A错；CO2与NaOH的反应 是熵减小的反应，能自发说明该反应是放热反应，B错；同一物质 S(固)<S(液)<S(气)，D错。 答案：C
动； ②反应物浓度减小或生成物浓度增大时，平衡向 逆反应方向 移
动。
(3)压强的影响 ①Δνg＝0，改变压强，化学平衡状态 不变 。 ②Δνg>0，增大压强，平衡逆向 移动； 减小压强，平衡 正向 移动。 ③Δνg<0，增大压强，平衡 正向 移动； 减小压强，平衡 逆向 移动。
知识点总结1 化学反应的方向和限度
知识点1·化学反应的方向和限度一、 化学反应的方向（一）相关概念（1）自发过程：在一定温度和压强下，不需借助光、电等外部力量就能自动进行的过程。
（2） 自发反应：在一定温度和压强下，无需外界帮助就能自动进行的反应，称为自发反应。
注：自发自发过程可以是物理过程，不一定是自发反应。
但自发反应一定是自发过程。
（3） 自发反应与非自发反应注：a. 自发反应与非自发反应是可以相互转化的，某一条件下的自发反应在另一条件下可能是非自发反应。
如常温下，2NO + O 2 == 2NO 2是自发反应；高温下，其逆反应是自发反应。
b. 大部分自发反应在常温常压下即可自发进行且进行完全，如酸碱中和反应等。
但在一定条件下才能进行的反应也可能是自发反应，如氢气的燃烧需要点燃，但属于自发反应，所以自发反应与反应条件无必然联系。
例1-1： 过程的自发性的作用是（ A ）A. 判断过程的方向B. 确定过程是否一定发生C. 判断过程发生的速率D. 判断过程的热效应 例1-2： 下列过程是非自发的是（ D ）A. 水由高处向低处流B. 天然气的燃烧C. 铁在潮湿的空气中生锈D. 室温下水结成冰（二）化学反应方向的判据 1. 反应焓变与反应方向2. 反应熵变与反应方向（1）熵① 熵：在密闭条件下，体系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为熵。
符号：S ，单位：J ·mol -1·K -1或J/(mol ·K)。
② 实质：熵是衡量体系混乱度大小的物理量，即表示体系的不规则或无序状态程度的物理量，是物质的一个状态函数。
熵值越大，体系的混乱度越大。
③ 影响熵（S ）大小的因素a. 同一条件下，不同的物质熵值不同。
b. 同一物质的熵与其聚集状态及外界条件有关，如对同一物质而言：S(g) ＞ S(l) ＞ S(s)。
c. 与物质的量的关系：物质的量越大，分子数越多，熵值越大。
（2）熵变① 熵变：反应前后体系熵的变化称为熵变，符号为：△S ，单位为：J ·mol -1·K -1或J/(mol ·K)。
化学反应的方向与限度
化学反应的方向与限度
化学家从大量的客观事实中发现，绝大多数放热反应在 298 K和101.325 kPa下往往是自发进行的。一百多年前，贝 塞罗（Berthelot）和汤姆逊（Thomson）曾提出根据化学反 应热效应来判断化学反应的自发性。焓变ΔrH 能自发进行，反之，焓变ΔrH为正值的则是非自发反应，且 ΔrH的值越负，自发进行的倾向性就越大。放热反应之所以能 够使反应自发进行是因为反应体系总是趋向最低势能状态。 ΔrH越负，反应放热量越多，反应进行得越完全。但放热反应 并不是判断反应自发性的唯一标准，有些吸热反应在一定条件 下也能自发进行，如碳酸钙的高温分解反应。
化学反应的方向与限度
1. 绝热过程
发生绝热过程时，系统与环境间无热交换，根据热力学第二定 律可以导出：
ΔS≥0(ΔS>0为不可逆过程，ΔS=0为可逆过程) （3-17）
式（3-17）表明，在可逆绝热过程中，系统的熵不变；在不可 逆绝热过程中，系统的熵增加；绝热系统不可能发生ΔS<0的变化， 即一个封闭系统从一个平衡态出发，经过绝热过程到达另一个平衡 态，它的熵不会减少。这个结论是热力学第二定律的一个重要结果， 即在绝热条件下，趋向于平衡的过程使系统的熵增加。
化学反应的方向与限度
尽管反应焓变ΔrH是正值，是吸热反应，但在高温下反 应也能够进行。可见反应能否自发进行除了反应体系倾向最 低势能状态这一原因外，还有其他原因起作用。
化学反应的方向与限度
三、 熵的概念
在研究碳酸钙分解反应中可以发现，排列有序的碳酸钙 晶体除了生成氧化钙以外，还生成了二氧化碳气体，反应前 后物种数增加了，而且反应体系也从一种非常有序的晶体状 态变成了无序的混乱状态，这种混乱程度较大的状态变化就 是使反应能够自发进行的另一个推动力。
化学反应的方向和限度基础知识梳理
化学反应的方向和限度基础知识梳理一、化学反应的方向（简单了解下列结论）1.反应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。
2.大多数放热反应是自发反应。
3.大多数吸热反应是不自发反应。
4.熵：是热力学上用来表示体系混乱度的物理量，符号为S，单位：J•mol-1•K-1。
（1）体系的无序性越高，即混乱度越高，熵值就越大。
（2）同一物质，S(g)> S(l)> S(s)。
（3）熵变：反应熵变为△S=S(产物)-S(反应物)。
气体的物质的量增大反应，△S > 0。
（4）大多数熵增加反应是自发反应，大多熵减少反应是不自发反应。
（5）反应熵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。
5、焓变与熵变对反应速率的共同影响（1）判据：△H-T△S<0，反应能自发进行；△H-T△S =0，反应达平衡状态；△H-T△S>0 反应不能自发进行。
二、化学反应的限度1、化学平衡常数（1）表达式：注意：①对于有纯固体或者溶剂参加的反应不列入平衡常数表达式中。
②平衡常数表达式与化学方程式的书写方式有关。
对于给定的化学反应，正、逆反应的平衡常数互为倒数。
（2）平衡常数的单位：与化学方程式的表示形式一一相对应，为(mol·L-1)n。
（3）影响因素：平衡常数只与温度有关，对于吸热反应，升高温度，K增大，降低温度，K减小；对于放热反应，升高温度，K减小，降低温度，K增大。
K与反应的起始浓度大小无关、压强、催化剂等因素无关。
（4）平衡常数的应用a.利用Q与K的关系判断可逆反应的方向Q>K，反应逆向进行；Q=K，反应处于平衡状态；Q<K，反应正向进行。
b．K的大小反应了化学反应可能进行的程度，平衡常数越大，说明反应进行得越完全。
c．进行有关计算解题方法：正确进行三段式分析。
2、外界条件对化学平衡的影响（1）熟记以下结论：①增大反应物浓度或减小生成物浓度化学平衡正向移动；（2）增大生成物物浓度或减小反应物浓度化学平衡逆向移动；固体或纯液体的量的变化不影响速率和平衡。
第2讲 化学反应的方向和限度
第2讲 化学反应的方向和限度１．可逆反应：在 相同 条件下，既能向 正反应 方向进行又能向 逆反应方向进行的反应，特征是反应物与产物共存，如Cl 2+H 2O HCl+HClO 。
H 2O 电解生成H 2和O 2，与H 2和O 2点燃生成H 2O 不属于可逆反应，因为条件不同。
２．化学反应的方向：（1）熵：①概念：衡量一个体系混乱程度的物理量叫做熵，符号S 。
②熵变：△S>0，熵增加，混乱度增加；△S<0，熵减小，混乱度减小。
③同一种物质，三种状态下，熵值的大小顺序：S （气）> S （液）> S （固）。
（2）焓变△H ：放热，△H < 0 ，吸热，△H > 0 。
（3）判断化学反应的方向：自发反应一般能量降低，混乱度增加。
①△H<0，△S>0，反应一定自发进行；②△H>0，△S<0，反应一定不自发进行③△H>0，△S>0，高温自发进行；④△H<0，△S<0，低温自发进行例1．对于化学反应方向的确定不仅与焓变（△H ）有关，也与温度（T ）、熵变（△S ）有关，实验证明，化学反应的方向应由△H －T △S 确定，若△H －T △S<0，则自发进行，否则不能自发进行。
下列说法中，正确的是 （ ）A ．在温度、压力一定的条件下，焓因素和熵因素共同决定一个化学反应的方向.B ．温度、压力一定时，放热的熵增加反应一定能自发进行.C ．反应焓变是决定反应能否自发进行的惟一因素D ．固体的溶解过程与焓变有关【答案】AB３．化学平衡状态（1）化学平衡状态的建立：在一定条件下，将0.02 mol CO 和0.02 mol H 2O(g)通入2 L 密闭容器中，进行反应：CO+H2O CO 2+H 2① 反应刚开始时，反应物浓度 最大 ，正反应速率 最大，生成物浓度为 0 ，逆反应速率为 0 。
② 反应进行中，反应物浓度逐渐 减小，正反应速率逐渐 减小，生成物浓度逐渐 增大，逆反应速率逐渐 增大。
化学反应的方向、限度和速率
二、化学反应的限度
1、化学平衡的判断依据 V正=V逆 同一种物质的生成速率与消失速率相等。
平衡混 合物组 成确定
物质的量、浓度、百分含量、 转化率不变
2、化学平衡常数
（1）、化学平衡常数的数学表达式 （2）、化学平衡常数的书写： （3）、化学平衡常数的影响因素： 反应物性质和 温度 （4）、化学平衡常数的意义： （5）、化学平衡常数应用： （6）、化学平衡常数、速率与转化率的计算 ——三段式
一、化学反应的方向 判断依据：△H-T△S <0 正向自发
=0 平衡
>0 逆向自发 焓判据 一般来说，△H<0的反应可自发。故放热熵 减小的反应可自发，是只看焓判据。 熵判据 一般来说，△S>0的反应可自发。故吸热熵 增加的反应可自发，是只看熵判据。
计算： △H-T△S=0 只能确定反应的方向，不能确定反应是否发生、反 应程度、反应速率。
6、影响因素 （1）决定因素 反应物本身的性质
（2）影响因素 浓度、温度、压强、催化剂、固体表面积、原电池
5、化学反应速率大小比较
压强 催化剂>温度> 浓度 固体表面积、原电池
四、工业合成氨 1、反应特点 考虑催化剂催化活性， 兼顾化学速率与平衡
700K
2、生 产条件
200—500KPa 考虑生产成本，兼顾化 学反应速率与化学平衡 铁触媒 考虑化学反应速率
1、浓度
反应mA+nB = pC；△H<0
K不变，Q改变
增大A浓度，B转化率增大，A转化率减小。
2、温度 3、压强
ห้องสมุดไป่ตู้
K变，Q不变 B转化率减小，A转化率减小。 K不变，Q改变
若m+n>p，增大压强，B转化率增大，A转化率增大。
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化学反应的方向和限度主讲：程为民一周强化一、一周内容概述本周学习了化学反应的方向和限度，重点介绍了：化学反应的方向、判断化学反应方向的依据、化学平衡的建立、化学平衡常数、平衡转化率等。
二、重难点知识剖析（一）化学反应的方向自发反应：在一定条件下无需要外界帮助就能自动进行的反应。
化学反应具有方向性。
许多化学反应能自发进行，而其逆反应无法进行。
如：Zn＋CuSO4＝ZnSO4＋Cu（二）判断化学反应方向的依据1、判断反应能否自发进行的因素之一：焓变（△H）（1）若△H＜0 ，一般正反应能自发进行。
（2）若△H＞0 ，一般正反应不能自发进行；而逆反应能自发进行。
绝大多数放热反应都能自发进行，而且反应放出的热量越多，体系能量降低得也越多，反应越完全。
因此，反应体系有趋向最低能量状态的倾向。
2、判断反应能否自发进行的因素之二：熵变（△S）决定化学反应能否自发进行的另一个因素是体系的混乱度。
衡量一个体系混乱度的物理量叫做熵，用符号S表示。
体系中微粒之间无规则排列的程度越大，体系的熵越大。
熵变（△S）：反应前后体系熵的变化叫做熵变，可用△S表示。
如果发生变化后体系的混乱度增大，该过程的△S＞0 ；反之△S＜0 。
自发反应趋向于最大混乱度方向进行，即熵变△S＞0的方向。
（1）若△S＞0 ，一般正反应能自发进行。
（2）若△S＜0 ，一般正反应不能自发进行；而逆反应能自发进行。
3、判断反应能否自发进行的综合因素：吉布斯自由能（△G）在恒温压条件下，封闭系统的吉布斯自由能变：△G＝△H－T△S。
这一公式称为吉布斯等温方程式，是化学上最重要和最有用的公式之一。
△G可作为反应或过程自发性的衡量标准：△G＜0时，过程为自发过程；△G＞0时，过程为非自发过程；△G＝0时，处于平衡状态。
△G的符号和大小不但取决于△H和△S的符号和大小，也与温度密切相关，可能出现表所示的四种情况。
表△H、△S及T对反应自发性的影响类型△H △S △G(△H－T△S) 正反应的自发性实例I －＋永远是负任何温度均自发2O3(g)＝3O2(g)Ⅱ＋－永远是正任何温度均不自发CO(g)＝C(s)＋O2(g)Ⅲ＋＋低温为正，高温为负低温非自发高温自发CaCO3(s)＝CaO(s)＋CO2(g)Ⅳ－－低温为负，高温为正低温自发高温非自发N2(g)＋3H2(g)＝2NH3(g)（三）化学平衡的建立（1）化学平衡研究的对象——可逆反应进行的程度。
（2）化学平衡状态化学平衡状态是指在一定条件下的可逆反应里，正反应速率等于逆反应速率，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。
（3）化学平衡的特征可逆反应在一定条件下建立平衡状态时，正反应、逆反应均未停止，只是正逆反应速率相等而已。
①“动”，化学平衡是动态平衡，即处于化学平衡状态时，化学反应并没有停止，而是正逆反应速率相等罢了。
②“定”，由于达到化学平衡状态时的正逆反应速率相等，所以，该状态下反应混合物中各组分的质量分数保持一定，不再改变。
③“变”，化学平衡是有条件的，即“定”是相对的、暂时的，而“动”则是绝对的。
当改变影响化学平衡的某一个条件（如温度、压强、浓度）时，原有的化学平衡状态会被破坏，直至在新的条件下建立新的平衡状态。
（4）化学平衡状态的判断本质：υ正＝υ逆现象：①各组成成份的含量保持不变；②各物质浓度不随时间改变而改变；③各物质的物质的量不随时间改变而改变；④对于有气体参加，且反应前后气体体积有改变的反应，混合气体的体积或压强或气体物质的量不随时间改变而改变。
对于反应：，压强不随时间改变而改变不能作为判断化学平衡状态的标志。
（四）化学平衡常数（1）化学平衡常数的数学表达式（2）化学平衡常数表示的意义平衡常数数值的大小可以反映可逆反应进行的程度大小，K值越大，反应进行越完全，反应物转化率越高，反之则越低。
（五）平衡转化率除了化学平衡常数外，还可以运用平衡转化率表示一定温度下某反应的限度。
平衡转化率＝［（某反应物的起始浓度－该反应物的平衡浓度）/ 该反应物的起始浓度］×100%。
达到平衡时，反应物的转化率（%）在线测试考试说明：测试时间限制仅针对A卷A 卷开始测试一、选择题1、一定温度下在容积恒定的密闭容器中，进行如下可逆反应：A(s)＋2B(g)C(g)＋D(g)，当下列物理量不发生变化时，能表明该反应已达到平衡状态的是（）①混合气体的密度②容器内气体的压强③混合气体的总物质的量④B物质的量浓度A．①④B．②③C．②③④D．只有④2、在一定温度下，向a L密闭容器中加入1 mol X气体和2 mol Y气体，发生如下反应：X(g)＋2Y(g)2Z(g)。
此反应达到平衡的标志是（）A．容器内压强不随时间变化B．容器内各物质的浓度不随时间变化C．容器内X、Y、Z的浓度之比为1︰2︰2D．单位时间消耗0.1mol X同时生成0.2 mol Z3、向反应器充入1mol N2和3mol H2，在一定条件下发生反应：N2（g）＋3H2（g）2NH3（g），平衡时测得N2的转化率为12%，则在相同温度和压强下，平衡时混合气体的体积是反应前的（）A．94% B．92%C．88% D．76%4、下列变化过程中，△S＜0的是（）A．氯化钠溶于水中B．NH3(g)和HCl(g)反应生成NH4Cl(s)C．干冰(CO2)的升华D．CaCO3(s)分解为CaO(s)和 CO2(g)5、对可逆反应4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)，下列叙述正确的是（）A．达到化学平衡时，4v正(O2)＝5v逆(NO)B．若单位时间内生成x mol NO的同时，消耗x molNH3，则反应达到平衡状态C．达到化学平衡时，若增加容跑器体积，则正反应速率减小，逆反应速率增大D．化学反应速率关系是：2v正(NH3)＝3v正(H2O)6、把6molA气体和5molB气体混合放入4L密闭容器中，在一定条件下发生反应：3A（气）＋B（气）2C（气）＋（气），经达到平衡，此时生成C为，测定D的平均反应速率为0.1mol/L·min，下列说法中错误的是（）A．x＝2 B．B的转化率为20%C．平衡时A的浓度为0.8mol/L D．恒温达平衡时容器内压强为开始时的85%7、下列叙述中能表示可逆反应N2＋3H22NH3一定处于平衡状态的是（）A．N2、H2、NH3百分含量相等B．单位时间内，消耗1 mol N2的同时消耗3mol H2C．单位时间内，消耗1 mol N2的同时生成3mol H2D．反应若在定容的密闭容器中进行，温度一定时，压强不随时间改变8、把0.6molX气体和0.4molY气体混合2L于容器中使它们发生如下反应，3X(g)＋Y(g)nZ(g))＋2W(g)，5min末已生成0.2molW，若测知以Z浓度变化来表示的反应平均速率为0.01mol/L·min，则上述反应中Z气体的反应方程式系数n的值是（）A．1 B．2C．3 D．49、经过长期实践，人们总结出反应速率和反应物浓度之间存在定量关系：恒温下，对简单反应来说，化学反应速率同反应物浓度的方次的乘积成正比（反应物浓度的方次等于反应方程式中各物质的化学计量数）。
如对于反应mA＋nB C来说，v＝K[c(A)]m[c(B)]n，其中K为常数。
今有一反应，aA＋bB C，在25℃时，将A、B溶液按不同浓度混合，得到下列实验数据：（见下表）A的浓度(mol/L) B的浓度(mol/L) C的浓度(mol/L)1.0 1.0 1.2×10－21.0 4.0 1.92×10－14.0 1.0 4.8×10－2分析以上数据，求a、b的值（）A．a＝1 ,b＝1 B．a＝,b＝C．a＝1 ,b＝2 D．a＝2, b＝110、一定温度下，在2 L的密闭容器中，X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如下图所示：下列描述正确的是（）A．反应开始到10s，用Z表示的反应速率为0.158mol/(L·s)B．反应开始到10s，X的物质的量浓度减少了0.79mol/LC．反应开始到10s时，Y的转化率为79.0％D．反应的化学方程式为：X（g）＋Y（g） Z（g）B 卷二、综合题11、某温度时，在2L容器中X、Y、Z三种物质的量随时间的变化曲线如图所示。
由图中数据分析，该反应的化学方程式为：________________；反应开始至2min，Z的平均反应速率为________________。
[答案]12、在某一容积为2L的密闭容器内，加入0.8mol的H2和0.6mol的I2，在一定的条件下发生如下反应：H2(g)＋I2(g)2HI(g)；△H＜0反应中各物质的浓度随时间变化情况如下图：（1）该反应的化学平衡常数表达式为____________________。
（2）根据图1数据，反应开始至达到平衡时，平均速率v(HI)为_______________。
[答案]13、在500℃、101 kPa条件下，将2.00 L SO2与1.00 L O2充入一密闭容器中，达到平衡时SO3的体积分数为50%。
则：（1）平衡时SO2和O2的体积分数分别是：SO2____________、O2____________。
（2）若温度和容器的容积都不变，平衡时气体的压强为____________。
（3）平衡时SO2的转化率为____________。
[答案]14、下图表示800℃时A、B、C三种气体物质的浓度随时间变化的情况，t1是到达平衡状态的时间。
试回答：（1）该反应的反应物是________________________，（2）反应物的转化率是________________________，（3）该反应的化学方程式是___________________。
[答案]15、将6.0 mol H2和3.0 mol CO充入容积为0.50 L的密闭容器中，进行如下反应：，6.0 s时测得容器内压强为开始时的的0.60倍，则：（1）H2的反应速率为___________________,（2）CO的转化率为___________________。
第1题答案错误! 正确答案为 A第2题答案错误! 正确答案为 AB第3题答案错误! 正确答案为 A第4题答案错误! 正确答案为 B第5题答案错误! 正确答案为 A第6题答案错误! 正确答案为 CD第7题答案错误! 正确答案为 CD第8题答案错误! 正确答案为 A第9题答案错误! 正确答案为 C第10题答案错误! 正确答案为 C11、答案：3X＋Y＝2Z ； 0．05mol/(L·min)解析：写反应的化学方程式，关键是确定X、Y、 Z之间谁是反应物、谁是生成物以及方程式中X、Y、Z三种物质的化学计量数。