高中化学 2_4《化学反应进行的方向》课件2 新人教版选修4 37页

第二章 化学反应速率和化学平衡 第四节 化学反应进行的方向 高山流水 冰雪融化 花开花谢 一、化学反应原理的重要组成部分∶ 反应的快慢程度 化学反应原理 化学反应的限度 反应进行的方向 ① 自然界中水总是从高处往低处流； ②室温下冰块自动融化； ③ 墨水扩散；气体扩散； ④ 食盐溶解于水； 墨水滴入水中 气体的扩散 固体的溶解 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。 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 （ 2 ） 镁带燃烧 （ 3 ） 氢气燃烧 （ 4 ） 水分解成 H 2 和 O 2 过程 自发 自发 自发 非自发 如何判断一个过程，一个反应能否自发进行？ 自发过程和非自发过程 自发反应： 镁条燃烧： Mg(s)+O 2 (g)=MgO(s) 酸碱中和： H + +OH - =H 2 O 铁器暴露在潮湿空气中会生锈： 3Fe(s)+3/2O 2 (g)=Fe 2 O 3 (s) 甲烷和氧气的混合气体遇明火就燃烧： CH 4 (g)+2O 2 (g)=CO 2 (g)+2H 2 O(g) 自发过程： 在一定条件下，不借助外部力量就能自动进行的过程。 自发反应： 在一定温度、压强下，不借助 ( 光、电能等）外部力量 即能进行，或具有发生的可能性的反应称为自发反应。 自发反应是从属于自发过程的，是属于自发过程的一部分。 那么我们该如何判断一个过程，一个反应能否自发进行呢？一个过程或者一个反应要自发的进行是否要符合什么条件呢？ 【 探究 】 以“物体由高处自由下落”为代表，探究自发过程中有哪些变化趋势。 1 。自然界中水总是从高处往地处流； 2 。电流总是从电位高的地方向电位低的地方流动； 观察下列几个自发进行的化学反应，找出它们的共同之处 1. 钠与水反应 2Na(s)+2H 2 O(l)=2NaOH(aq)+H 2 (g) △H= － 368 kJ/mol 2. 铁生锈： 3Fe (s)+3/2O 2 (g)=Fe 2 O 3 (s) 　△ H= － 824 kJ/mol 3. 氢气和氧气反应： 2H 2 (g)+O 2 (g)=2H 2 O(l ) △H= － 571.6kJ/mol 共同点：△ H<0 ，放热反应，高能向低能转化。 共同点：高能向低能转化。 一、反应焓变与反应方向 ： 注意： （ 1 ）焓判据只能用于判断过程的方向，能否实现要看具体条件； （ 2 ）焓判据只判断一定条件化学反应能否自发进行，与化学反应速率无关。 （ 3 ）反应焓变是反应能否自发进行的一个因素， 但不是唯一因素 自发过程的体系 取向于 从高能状态转变为低能状态 ( 这时体系会对外部做功或释放热量， 焓变小于 0 ) ，这一经验规律就是 焓判据 ，是判断化学反应进行方向的判据之一。 交流 研讨 19 世纪，化学家们曾认为决定化学反应能否自发进行的因素是反应热：放热反应可以自发进行，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 。 2NH 4 Cl(s)+Ba(OH) 2 ·8H 2 O(s)=BaCl 2 (s)+2NH 3 (g) +10H 2 O(l) NH 4 HCO 3 (s)+CH 3 COOH(aq)=CH 3 COONH 4 (aq)+CO 2 (g)+H 2 O(l) △ H =+37.3kJ/mol CaCO 3 (s)=CaO(s)+CO 2 (g) △ H =+178.2kJ/mol 2NaHCO 3 (s)=Na 2 CO 3 (s)+CO 2 (g)+H 2 O(g) △ H =+126.1kJ/mol 举例： 吸热反应 但是，有不少吸热反应也能自发进行 ，如∶ NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)=CH3COONH4(aq)+CO2(g)+H2O(l) △H=+37.3kJ/mol 还有一些吸热反应在室温条件下不能自发进行，但在较高温度下则能自发进行 ， 如在室温下吸热反应的碳酸钙分解反应不能自发进行，但同样是这个吸热反应在较高温度（ 1200K ）下则能自发进行。 放热反应过程中体系能量降低 , 因此具有自发进行的倾向 ,------- 焓（△ H ）判据 由此可见： 1 。运用 能量判据 主要依据反应焓变，而 焓变（△ H ）的确是一个与反应能否自发进行 的因素 之一 ，但不是决定反应能否自发进行 的 唯一因素 。 　 2 。对于某些反应而言： 若 △ H<0 ， 正向反应能自发进行； 若△ H>0 ，正向反应不能自发进行，而逆向 反应能自发进行。 一副崭新的扑克牌被洗过后会怎样？ 如果没有法律的制约，世界会怎样？ 下课铃一响教室里会怎样？ 你能发现这些看似不相干的事件之间的联系吗？ 克劳修斯（德国） 熵 S 3 。火柴棒散落 4 。墨水扩散 由有序变为无序 1 。同一种物质，其气态时会通过分子的扩散自发形成均匀的混合物 2 。硝酸铵溶于水要吸热，但它能自发向水中扩散 为了解释这样一类 与能量状态的高低无关 的过程的自发性 ，提出了在自然界还存在 着另一种能够推动体系变化的因素 → 二、熵（ S ）： 1. 描述体系混乱度的物理量 2. 符号： S 单位： J • mol -1 • K -1 3. 大小判据： （ 1 ）物质的混乱度： 体系混乱度越大，熵值越大 ； （ 2 ）同一条件：不同物质的熵值不同； （ 3 ）物质的存在状态： S(g) > S(l) > S(s) 。 69.9Jmol -1 K -1 47.9Jmol -1 K -1 188.7Jmol -1 K -1 S (g)> S (l)> S (s) 三种状态下水的熵 冰 水 水蒸气 CH 4 O 2 CO 2 H 2 NH 3 186.15 205.03 214 130 192 H 2 O(l) HNO 3 (l) Br 2 (l) 69.9 156 152 NaCl Fe 金刚石 SiO 2 CuO 72.1 27.3 2.4 41.84 42.7 标准状况下： 1mol 不同物质的熵 S (Jmol -1 K -1 ) 4. 反应熵变 : 反应产物的总熵与反应物总熵之差 (1) 符号： △ S (2) 表达式 : △ S = ∑ S( 生成物 ) – ∑ S ( 反应物 ) (3) 正负判断： ①气体体积增大的反应， △ S>0, 熵增加反应 ②气体体积减小的反应， △ S<0, 熵减小反应 练习：判断下列反应熵变大小： 1 、 N 2 +3H 2 =2NH 3 2 、 2C+O 2 =2CO 3 、 CaCO 3 =CaO+CO 2 △S ＜ 0 △S ＞ 0 △S ＞ 0 1 、冰 → 液态水 → 水蒸气 2 、氯化钠晶体溶于水 3 、自发进行的吸热反应： N 2 O 5 分解： 2N 2 O 5 (g) ＝ 4NO 2 (g)+O 2 (g)     △ H=+56.7kJ/mol 碳酸铵的分解： (NH 4 ) 2 CO 3 (s)=NH 4 HCO 3 (s)+NH 3 (g)     △ H=+74.9 kJ/mol 共同点：熵（ S ）增加 【 探究 】 下列自发过程中熵变的特点： 注意： １。熵判据只判断 一定条件 化学反应能否自发进行，与化学反应速率无关； ２。熵变（△ S ）只决定于体系的始态和终态，与变化的途径无关； ３。熵变只是反应能否自发进行的 一种因素 。 ４。 若 △Ｓ >0 ，正向反应能自发进行； 　若△Ｓ <0 ，正向反应不能自发进行，而逆向反应能自发进行。 三、反应熵变与反应方向 ：         在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵增大，这一经验规律叫做 熵增原理 。是在用来判断化学反应方向时就称为熵判据 -10℃ 的 液态 水能自动结冰成为 固态 铝热反应是熵减反应，它在一定条件下也可自发进行。 有些 熵减 的反应一定条件下也可以自发进行 因此熵判据判断过程的方向也是不全面的 总结：自发过程的两大变化趋势： （ 1 ）能量趋于减小 ( 焓减） （ 2 ）混乱度趋于增大（熵增） 2KClO 3 (s)= 2KCl(s)+3O 2 (g) △H=-78.3kJ/mol △S=494.4J/mol/K 一定能自发反应 CO(g)=C(s, 石墨 )+1/2O 2 (g) △H=110.5kJ/mol △S=-89.4J/mol/K 一定不能自发反应 4Fe(OH) 2 (s)+2H 2 O(l)+O 2 (g)= 4Fe(OH) 3 (s) △H=-444.3kJ/mol △S=-280.1J/mol/K 低温下能自发反应 NH 4 HCO 3 (s)+CH 3 COOH(aq)=CO 2 (g)+CH 3 COONH 4 (aq)+H 2 O(l) △H=37.30kJ/mol △S=184.0J/mol/K 高温下能自发反应 举例： 焓变 熵变 化学反应能否自发进行  H ＜ 0  S ＞ 0  H ＞ 0  S ＜ 0  H ＜ 0  S ＜ 0  H ＞ 0  S ＞ 0 科学家们总结出了一条公式△ G ＝ △ H － T △S ，△ G 代 表的是 自由能 ， 用自由能来判断反应进行的方向是最全面 最科学的，当△ G<0 时，反应就可以自发进行 任何温度都自发进行 不能 自发进行 较低温度时自发进行 高温时自发进行 总结： 四、焓变与熵变对反应方向的共同影响 1. 判据： △ G ＝ △ H － T △S 2. 判据与反应的自发性： 　　 < 0 反应自发进行 △ G ＝ △ H － T △S 　　　 = 0 反应达平衡状态 　　 > 0 反应不能自发进行 3. 适用判据应注意的问题： （ 1 ）判断反应的自发性要结合△ H 和△ S ，利用 　　　 △ G ＝ △ H-T△S （ 2 ）条件是一定温度、压强下 （ 3 ）反应具有自发性，只能说明这个反应有进行的趋势， 但这个反应到底能不能反应，那还要看反应进行的限度和反应进行的速率。 1 ．过程的自发性只能用于判断过程的方向，不能确定过程是否一定会发生和过程发生的速率。 例如：金刚石有向石墨转化的倾向，但是能否发生，什么时候发生，多快才能完成，就不是能量判据和熵判据能解决的问题了。 注意 2 ．在讨论过程的方向时，指的是没有外界干扰时体系的性质。如果允许外界对体系施加某种作用，就可能出现相反的结果。 例如：石墨经高温高压还是可以变为金刚石的。 小结 一、化学反应进行方向的判据 1 ．焓判据 2 ．熵判据 二、理解熵的含义和熵的变化 1 、放热的自发过程可能是熵减小的过程， 如铁生锈、氢气燃烧等；也可能是熵无明显变化或增加的过程，如金刚石和石墨的互变熵不变；活泼金属与酸的置换反应熵增等 …… 2 、吸热的自发过程应为熵增加的过程， 如冰的融化、硝酸铵溶于水等。 3 、无热效应的自发过程是熵增加的过程， 如两种理想气体的混合等。 练习： 1. 能用能量判据判断下列过程的方向的是（ ） A. 水总是自发的由高处往低处流 B. 放热反应容易自发进行，吸热反应不能自发进行 C. 有序排列的火柴散落时成为无序排列 D. 多次洗牌后，扑克牌的毫无规律的混乱排列的几率大 2. 已知石墨、金刚石燃烧的热化学方程式分别为： C( 石墨， s)+O 2 （ g ） =CO 2 （ g ）△ H =-393.5kJ/mol C( 金刚石， s)+O 2 （ g ） =CO 2 （ g ）△ H =-395.4kJ/mol 关于金刚石和石墨的相互转化，下列说法正确的是（ ） A. 石墨转化为金刚石是自发进行的过程 B. 金刚石转化为石墨是自发进行的过程 C. 石墨比金刚石能量低 D. 金刚石比石墨能量低 A BC 3. 下列过程属于熵增加的是（ ） A. 固体的溶解过程 B. 气体扩散过程 C. 水蒸气变为液态水 D.CO(g)+2H 2 (g)=CH 3 OH(g) 4. 下列说法中，正确的是（ ） A. 自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是熵减小或不变 B. 自发反应在恰当条件下才能实现 C. 自发反应在任何条件下均能实现 D. 同一物质的固、液、气三种状态的熵值相同 5 . 下列反应中在高温下不能自发进行的是（ ） A.CO(g)=C(s) + １ /2O 2 (g) B.2N 2 O 5 (g)=4NO 2 (g)+O 2 (g) C.(NH 4 ) 2 CO 3 (s)=NH 4 HCO 3 (s)+NH 3 (g) D.MgCO 3 (s)=MgO(s)+CO 2 (g) AB B A 6. 下列说法完全正确的是 ( ) A. 放热反应均是自发反应 B.ΔS 为正值的反应均是自发反应 C. 物质的量增加的反应， ΔS 为正值 D. 如果 ΔH 和 ΔS 均为正值，当温度升高时，反应可能 自发进行 7. 下列反应中， ΔS 最大的是 ( ) A.CaCO 3 (s) ＝ CaO(s)+CO 2 (g) B.2SO 2 (g)+O 2 (g) ＝ 2SO 3 (g) C.N 2 (g)+3H 2 (g) ＝ 2NH 3 (g) D.CuSO 4 (s)+5H 2 O(l) ＝ CuSO 4 •5H 2 O(s) D A 8. 某反应２ AB(g)=C(g)+3D(g) 在高温时能自发进行，其逆反应在低温下能自发进行，则该反应的 ΔH 、 ΔS 应为 ( ) A.ΔH < 0 ， ΔS > 0 B. ΔH < 0 ， ΔS <0 C. ΔH > 0 ， ΔS > 0 D. ΔH > 0 ， ΔS < 0 C