化学反应方向和限度
第2节 化学反应的自发方向和限度
O
> Ja(ξ) 时， < Ja(ξ) 时，
正向反应能自发进行 (ξ增大)；
K
O
正向反应不能自发进行 (ξ减小)； 反应达到平衡 (ξ= ξeq)。
K
O
= Ja(ξeq) 时，
平衡常数的计算
1、平衡活度商法： 2、热力学计算法：
⑴ 标准生成Gibbs函数法：
r Gm (T ) B f Gm (B, T ) RT ln K
公式适用条件： （1）等温、等压、不作非膨胀功的一个化学反应； （2）反应过程中，各物质的化学势 保持不变。
B
用
(
G
)T , p ,
B
B
B 或 ( r G m )T , p
作判据都是等效的
2、化学反应自发方向判据
等温、等压过程总是自发地向着Gibbs自由能降低的方向进行， 达到该条件下的极小值系统便处于平衡。根据自发方向判据式： 若
2 有混合过程
e exp 1
G A B A RT 1 ln 1 ln
曲线上的极小值点
B
A / RT
1
G
μA
由于化学反应系统中各物质之间的 混合使化学反应不能进行到底。 当0＜ξ＜ξe 时，A ＞0 ， 则A可以自发地生成B；
G O RT ln K RT ln J a T , p
r Gm
上式称为化学反应等温方程式。
三 化学反应等温方程
r Gm G O RT ln K RT ln J a T , p
《化学反应的方向与限度》反应进度与限度
《化学反应的方向与限度》反应进度与限度在我们的日常生活和科学研究中，化学反应无处不在。
从食物的消化到工业生产中的各种过程，化学反应都在发挥着关键作用。
而理解化学反应的方向与限度，特别是其中的反应进度与限度，对于我们深入认识和控制化学反应至关重要。
首先，咱们来聊聊什么是化学反应的方向。
简单来说，就是指一个化学反应是朝着生成产物的方向进行，还是朝着反应物的方向进行。
这就好像是在一条路上，化学反应需要选择是往前走还是往后退。
有些反应一旦开始，就会自然而然地朝着生成产物的方向进行，直到反应结束，而有些反应则可能在中途就停止了，甚至还有可能会逆转方向。
那么，是什么决定了化学反应的方向呢？这就得提到热力学的一些概念了。
其中一个重要的因素就是能量的变化。
在化学反应中，如果产物的能量比反应物的能量低，那么这个反应就更倾向于向前进行，因为这样可以释放出能量，让整个系统变得更加稳定。
就好比一个球从高处滚向低处，是一种自然的趋势。
另外，熵的变化也是决定化学反应方向的关键因素。
熵可以理解为系统的混乱程度。
一般来说，一个反应如果能使整个系统的熵增加，那么它就更有可能发生。
比如说，气体的扩散就是一个熵增加的过程，气体分子从一个小空间扩散到一个大空间，变得更加混乱无序。
接下来，咱们说一说反应进度。
反应进度是用来衡量化学反应进行程度的一个物理量。
它就像是一个进度条，告诉我们反应进行到了哪一步。
想象一下，我们有一个化学反应 A ＋B → C ＋ D 。
在反应过程中，反应物 A 和 B 会逐渐减少，产物 C 和 D 会逐渐增多。
反应进度就是用参与反应的物质的量的变化来表示的。
比如说，如果 A 物质消耗了一定的量，我们就可以根据化学方程式中A 与其他物质的化学计量关系，计算出反应进度。
反应进度的概念非常有用，它可以帮助我们定量地描述化学反应的进行情况。
通过测量反应过程中各种物质的浓度变化，我们就能计算出反应进度，从而了解反应是在快速进行还是已经接近尾声。
化学反应方向和限度
一、化学平衡常数（续3）
【注意】 3.平衡常数的表达式与化学方程式的书写方式有 关。同一个化学反应，化学方程式的书写方式不 同，平衡常数不同。如，
对于给定的化学反 应，正，逆反应的 平衡常数互为倒数。 一个化学反应的某一浓度平衡常数表达式与该反应的 化学方程式的一种表示形式相对应，因此不能笼统地 说某一反应的平衡常数的数值是多少。且平衡常数的 单位也与化学方程式的表示形式一一对应。
熵（S）：衡量一个体系混乱度的物理量。 大多数反应有向体系的混乱度增大的方向进行的趋势
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
可见：熵变是影响化学反应是否自发进行的因素之一。 △S > 0,有利于反应自发进行。
▲焓判据和熵判据的应用
1、由焓判据知∶放热过程（△H﹤0）常常 是容易自发进行； 2、由熵判据知∶若干熵增加（△S﹥0）的 过程是自发的；
根据浓度、压强、温度对化学平衡的影响，能 不能概括出一个外界条件与平衡移动方向关系 的普遍原理？（同学们思考）
勒夏特列原理：
在密闭体系中，如果仅改变平衡体系的一个条 件，化学平衡总是向着能减弱这个改变的方向 移动。
风采展示：
1、化学反应2A+B==2C达到平衡后升高温度，C的量增加，关于此 反应说法 正确的是 （ ） A、放热反应 B、没有显著热量变化 C、吸热反应 D、原平衡没有移动 2、有一处于平衡状态的反应A(g) + 3B(g) == 2C(g)△H<0,为了使平 衡向生成C的方向移动，应选择的条件是 （ C） ①升高温度②降低温度③ 增大压强④降低压强⑤加入催化剂⑥分离 出C A ①③⑤ B ②③⑤ C ②③⑥ D ②④⑥ 3、在一定条件下，反应H2(g)+Br2(g) ==2HBr(g) 的△H<0，达到化 学平衡状态且其他条件不变时： (1)如果升高温度,平衡混合物的颜色 加深 ； (2)如果在体积固定的容器中加入一定量的氢气，化学平衡 向右 移 动，Br2(g)的平衡转化率 变大 (变大、变小或不变)。
化学反应的方向和限度(化学平衡常数).ppt
2NH3 N2+ 3H2 NH3
高温
c( N 2 ) c 3 ( H 2 ) K2 c 2 ( NH3 )
c( NH 3 ) K3 1/ 2 c ( N 2 ) c3 / 2 ( H 2 )
c 4 ( H 2O ) K 4 c ( H2 )
Fe3O4(s) + 4H2(g) Cr2O72- + H2O
平衡常数为K，若某时刻时，反应物和生成物的浓度关系如
则：
K′＜ K ， K′＞K ，
c p ( C ) cq ( D ) K' m c ( A ) cn ( B )
K′＝ K ， v正＝ v逆，反应处于平衡状态
v正＞ v逆，反应向正方向进行 v正＜ v逆，反应向逆方向进行
小
结
2.使用平衡常数应注意的问题
讨论、小结：
我们可以通过测出某一时刻体系中各物质的 浓度，然后假设反应已经达到平衡，计算出平衡 常数，与给定的平衡常数比较。如果相等，则假 设成立，也就是说反应已达到平衡；如果不相等， 则没有达到平衡。
平衡转化率
除了化学平衡常数外，还有没有其他方法 能用来表示化学反应进行的限度呢？ 可逆反应在一定条件下达到平衡时， 某一反应物的平衡转化率为：
c( N 2 ) c 3 ( H 2 ) K2 c 2 ( NH3 )
c( NH 3 ) K3 1/ 2 c ( N 2 ) c3 / 2 ( H 2 )
K1 = 1/K2 = K32
化学平衡常数
2.使用平衡常数应注意的问题
（6）利用K 值可判断某状态是否处于平衡状态
如某温度下，可逆反应mA(g) + nB(g) 下： pC(g) + qD(g)
化学反应的方向和限度
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。
高三化学化学反应的方向和限度
3 、如何正确判断一个化学 反应 是否能够自发进行
必须综合考虑反应的焓变和熵变
恒温恒压时判断反应是否能够自发进行
△H ＜0 △S>0
自发
△H >0 △S ＜0 非自发
△H ＜0 △S ＜0 不一定
△H >0 △S>0
不一定
4、吉布斯自由能判断反应自发进行的方向
△G= △H -T△S
｛△G ＜0,自发进行 △G >0，非自发进行
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
因此：反应的焓变是制约化学反应是否自发进行的
因素之一。
思考：有些变化不需要吸收能量，但在一 定条件下却能自发进行，是什么因素促使 这些变化自发进行的呢？ 例如:N2与H2的混合
2、除了热效应外，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
大多数自发反应有趋向于体系的混乱度增大的趋势
概念：
熵：衡量一个体系混乱度的物理量叫做熵， 用符号S表示
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。 反应前后体系熵的变化叫做反应的熵变.用△S表示 反应的△S越大,越有利于反应自发进行
第7章 第1讲 化学反应的方向、限度
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[思考· 感悟] 1. 符合“ΔH＜0、ΔS＞0”的化学反应在常温下都能实际 发生吗？ ［提示］ 不一定。ΔH＜0，ΔS＞0的化学反应在所
有温度下反应都能自发进行是指反应的趋势，但不一
定实际发生。
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二、化学反应的限度 1.可逆反应 （1）概念：在相同条件下，既能向 正反应 方向进行，同 时又能向 逆反应 方向进行的反应。 可逆反应的化学方程式中用“”而不用“===”。
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1.（2012· 济南模拟）下列说法正确的是
A.焓变和熵变都大于0的反应肯定是自发的
（
）
B.焓变小于0而熵变大于0的反应肯定是自发的 C.因为焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓变 或熵变均可以单独作为反应自发性的判据
D.在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂，可以
改变化学反应进行的方向
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平衡的标志。（2）向体积固定的密闭容器中充入N2，总
压强虽然增大，但对各物质的浓度无影响，所以平衡不移 动；加入催化剂不会影响平衡，不会提高转化率；充入O2 平衡正向移动，SO2的转化率增大；升温平衡逆向移动， SO2转化率降低。 答案：（1）BC （2）B 返回
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考纲展示 考点关注 （1）了解化学反应的可逆性 （1）化学平衡状态的分析与判 （2）了解化学平衡的建立过程 断 （3）理解化学平衡常数的含义， （2）将化学平衡常数与化学平 能够利用化学平衡常数进行简单 衡状态结合起来考查 计算 （3）平衡常数与生产、生活、 （ 4） 理解外界条件 （浓度、 温度、 科研相联系的综合考查 压强）对化学平衡的影响，认识 （4）判断化学反应进行的方向 其一般规律 （5）以图像题综合考查勒夏特 （ 5 ）了解化学平衡的调控在生 列原理的应用以及速率与平衡 活、生产和研究领域中的重要作 之间的关系 用
如何判断化学反应的方向与限度
如何判断化学反应的方向与限度在化学的世界里，化学反应的方向和限度是非常关键的概念。
理解如何判断它们，对于我们深入掌握化学变化的规律以及在实际应用中进行有效的反应控制具有重要意义。
化学反应的方向，简单来说，就是指反应是自发地朝着某个方向进行，还是需要外界的干预才会发生。
而反应的限度，则是指反应在一定条件下能够进行到何种程度。
要判断化学反应的方向，一个重要的依据是热力学第二定律。
这个定律告诉我们，在孤立系统中，熵总是增加的。
熵可以理解为系统的混乱程度。
如果一个化学反应导致系统的熵增加，那么这个反应在一定条件下就有自发进行的趋势。
例如，氯化铵固体分解为氨气和氯化氢气体的反应，生成的气体分子自由度更高，混乱度增大，熵增加，在一定温度下具有自发进行的可能性。
吉布斯自由能的变化（ΔG）也是判断化学反应方向的常用标准。
如果ΔG ＜ 0，反应在给定条件下能够自发进行；如果ΔG ＝ 0，反应处于平衡状态；而如果ΔG ＞ 0，反应则不能自发进行。
ΔG 的计算可以通过ΔG ＝ΔH TΔS 来进行。
其中，ΔH 是反应的焓变，代表反应的吸放热情况；T 是热力学温度；ΔS 是反应的熵变。
通过这个公式，我们可以综合考虑焓变和熵变对反应方向的影响。
比如，有些反应虽然是吸热的（ΔH ＞ 0），但由于熵增（ΔS ＞ 0）且温度较高，使得TΔS 的绝对值大于ΔH，最终导致ΔG ＜ 0，反应仍然能够自发进行。
除了热力学的方法，我们还可以从反应的物质性质和反应条件来初步判断化学反应的方向。
如果一个反应中，反应物的化学能高于生成物的化学能，通常反应会朝着生成能量更低的产物方向进行。
就像高处的水具有较高的势能，会自发地流向低处以降低势能一样。
另外，浓度对反应方向也有影响。
如果生成物的浓度很低，而反应物的浓度很高，反应往往倾向于朝着生成产物的方向进行，以降低反应物的浓度。
压力对于有气体参与的反应也很重要。
增加压力，会促使反应朝着气体分子数减少的方向进行；减小压力，则有利于气体分子数增加的反应方向。
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
第二章化学反应进行的方向和限度大学化学总结
结论应是什么？
因得到的Δr Gθm远大于0，其转变温度将近17300K， 实际是不能用的。
3. 结
论
在T、P一定的条件下，用ΔG确实可以判断化学
反应的方向。
由公式ΔG=ΔH-TΔS还很容易看出，如果一个反
应的ΔH，ΔS是-，+型的，则该反应在任何温度下都
能自发进行； 如是+，-型的，则在任何温度下都不能自发进行。 表2.1给出了ΔH，ΔS及T 对反应自发性的影响。即由 ΔH，ΔS的符号即可判断反应的方向。
行。由这一个例子可以看出，在等温、等压条件下，应该
从能量和混乱度两方面综合考虑一个化学反应的方向。
例6. 计算反应 2NH3（g）＝N2（g）+3H2（g）的
标准熵变。查表可知 Sθm/J· mol-1· K-1 192.3 则Δr Sθm＝198.7 J· mol-1· K-1>0 Δf Hθm/kJ· mol-1 -46.1 0 0 191.5 130.6
此反应虽然混乱度是增加的，但它是吸热反应，即 ΔrH θm>0 ，总的结果是ΔrG θm >0，即在298Ｋ时该反应 不能自发进行。
但我们知道该反应在高温下是能自发进行的，其转变温
度如何求？
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从不自发到自发，应经过Δr Gθm＝0点，
根据吉布斯方程此时应有Δr Hθm-TΔr Sθm＝0，
则转换温度 T＝Δr Hθm/Δr Sθm， 即 T＝92.2 kJ· mol-1/0.1987 kJ· mol-1· K-1＝464K 故只要温度大于464K时，该反应就可以自发进行。
（2）例3.计算反应
2NO（g）＝N2（g）+O2（g） 191.5 205.0