高中化学 2_4《化学反应进行的方向》课件1 新人教版选修4 33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 化学反应进行的快慢 化学反应的限度 化学反应进行的方向 —— 化学反应速率 —— 化学平衡 — ? 化学反应原理的组成部分 自然界中水总是从高处往低处流； 正电荷是从电势高的地方向电势低的地方流动； 室温下冰块自动融化； 墨水扩散； 食盐溶解于水； 火柴棒散落等。 这些生活中的现象将向何方发展，我们非常清楚，因为它们有明显的自发性 —— 其中是否蕴藏了一定的科学原理？ ①自然界中水总是从高处往低处流； ② 墨水扩散，食盐溶解于水 1 、生活中的自发过程 ④ 生活中电流总是从电位高的地方向电位低的地方流动 . ③生活中一般在室温下，冰块会融化；铁器暴露在潮湿空气中会生锈；甲烷和氧气的混合气体遇明火就燃烧，这些过程都是自发的。 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？ 以上过程的反方向都不会自发进行 ？ 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 . 自发过程的特征 ： 有明确的 方向性 ，具有做功的本领。要逆转必须借助外界做功。 2. 非自发过程 ：在 一定条件 下， 需要持续借助人为作用力 才能进行的过程。 3. 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 . 自发反应是从属于自发过程的，是属于自发过程的一部分。 说明 ： (1) 自然界中水由高处往低处流是自发过程，其逆过程就是非自发过程，甲烷与氧气混合遇火就燃烧是自发反应，其逆向是非自发反应。 (2) 自发过程和自发反应可被利用来完成有用功。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，可将氢气燃烧反应设计成燃烧电池等。 (3) 非自发过程要想发生，则必须对它做功，如利用水泵可将水从低处流向高处，通电可将水分解生成氢气和氧气。 (4) 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。如水泵可以把水从低水位升至高水位。 (5) 反应的自发性也受外界条件的影响。如常温下石灰石分解生成生石灰和二氧化碳是非自发性的，但在 1273K 时，这一反应就是自发的反应。 下列反应在一定条件下都能自发进行，你知道这些反应能自发进行的主要原因吗？ C 3 H 8 (g) + 5O 2 (g) = 3CO 2 (g) + 4H 2 O(l) △H = -2217.5 kJ · mol -1 2Na(s) + Cl 2 (g) = 2NaCl(s) △H = -822 kJ · mol -1 4Fe(s) + 3O 2 (g) = Fe 2 O 3 (s) 　　 △ H = -1648.4 kJ · mol -1 H 2 (g) + F 2 (g) = 2HF(g) 　　　　　 △ H = -546.6 kJ · mol -1 共同特点：△ H < O 即放热反应 放热反应使体系能量降低，能量越低越稳定，△ H < O 有利于反应自发进行 1 、能量判据（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 化学反应进行方向的判据 日常生活中长期积累的经验而总结得到一条经验规律→能量判据（焓判据）∶ 自发过程体 系趋向于从 高能状态 转变为 低能状态 （这时体系会对外做功或者释放热量即△ H ﹤0）。 思考：是不是所有自发进行的化学 反应都是放热的？ 结论： △ H < O 有利于反应自发进行， 但自发反应不一定要△ H < O 2NH 4 Cl(s)+Ba(OH) 2 ·8 H 2 O(s)=NH 3 (g)+BaCl 2 (s)+10H 2 O(l) 焓变只是反应能否自发进行的一个因素 , 但不是惟一因素。只根据焓变来判断反应方向是不全面的。 △ H ﹥ O 2N 2 O 5 (g) ＝ 4NO 2 (g)+O 2 (g)    (NH 4 ) 2 CO 3 (s)=NH 4 HCO 3 (s)+NH 3 (g)    墨水滴入水中 气体的扩散 固体的溶解 火柴的散落 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？ 有序 混乱 克劳修斯（德国） 熵 S 由有序变为无序 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 → 熵 反应熵变与反应方向 1 、在密闭条件下，体系由有序自发地转变为无序的倾向 ～ 称为 熵 。 2 、符号用 S 表示。 3 、熵值越大，体系混乱度越大。 二、熵判据 1 、同一物质气态时熵值 最大 ，液态 较小 ，固态时 最小 。 S （ g ）﹥ S （ l ）﹥ S （ s ）。 2 、固体的 溶解 过程、墨水 扩散 过程和气体 扩散 过程。 3 、反应过程中气体物质的量 增加 的反应。 导致混乱度增加的一些因素 反应熵变与反应方向 二、熵判据 与有序体系相比，无序体系“更加稳定”可以采取更多的存在方式。由大量粒子组成的体系中，用熵来描述体系的混乱程度。 4 、熵变和熵增原理 （ 1 ）熵变（△ S ）∶反应的熵变为产物总熵与反应物总熵之差。对于确定的化学反应，在一定条件下具有确定的熵变。 (2) 表达式 :△S =∑S( 生成物 ) – ∑S ( 反应物 ) 产生气体的反应、气体物质的物质的量增大的反应，熵变通常都是正值（ △ S ＞ 0 ），为熵增加的反应。 许多熵增反应在常温常压下能自发进行，有些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。 （ 3 ）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 。在用来判断化学反应方向时就称为 熵判据 。 【归纳与总结】 自发过程的体系趋向于由有序转变为无序，导致体系的熵增大，这一经验规律叫做 熵增原理 ，也就是反应方向判断的 熵判据 2 、熵判据 注意： （ 1 ）熵变只是反应能否自发进行的一种因素； （ 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。 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） 5 、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； -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。 因此熵判据判断过程的方向也是不全面的 3 、很多情况下，简单地只用其中一个判据去判断同一个反应，可能会出现相反的判断结果，所以我们应两个判据 兼顾 。由能量判据（以焓变为基础）和熵判据组合成的 复合判据 ( 吉布斯 自由能变 △ G ) 将更适合于所有的反应过程。 三、焓变与熵变对反应方向的共同影响 1 、用焓变和熵变的复合判据判断反应的方向 体系的自由能变化（符号为 △ G ，单位为 kJ·mol -1 ）综合考虑了焓变和熵变对体系的影响，可用于化学反应自发进行方向的判断： △ G= △ H-T △ S 当△ G<0 时，反应自发进行 当△ G>0 时，反应不能自发进行 当△ G= 0 反应达平衡状态 结合教材 P36 “ 科学视野 ” 理解思考 2 、用符合判据判断反应方向的有关规律 ① 放热的熵增反应一定能自发进行，放热的熵减小反应或熵无明显变化的反应，也可能自发进行，如氢气的燃烧、甲烷的燃烧等。 ② 吸热的熵减小反应一定不能自发进行，而吸热的自发过程一定是熵增加的过程，如：冰的融化。 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。 ④ 当焓变和熵变的作用相反时，如果而这相差悬殊，可能某一因素占主导地位。 ⑤ 此外，如果熵变和焓变的作用相反且相差不大时，温度有可能对反应的方向起决定作用。 根据 △ G<0 判断的只是反应能否自发进行的可能性，具体的反应能否实际发生，还涉及化学反应速率等问题。 2KClO 3 (s)==2KCl(s)+3O 2 (g) △H = -78.03 kJ·mol -1 △S = 494.4 J·mol -1 ·K -1 CO(g)==C(s, 石墨 )+1/2O 2 (g) △H = 110.5 kJ·mol -1 △S = -89.36 J·mol -1 ·K -1 判断下列反应能否自发进行 4Fe(OH) 2 (s)+2H 2 O(l)+O 2 (g)==4Fe(OH) 3 (s) △H = -444.3kJ·mol -1 △S = -280.1 J·mol -1 ·K -1 △H (298K)= 178.2 kJ·mol -1 △S (298K)= 169.6 J·mol -1 ·K -1 CaCO 3 (s) = CaO(s)+CO 2 (g) 1 ． 反应的自发性只能用于判断反应的方向 ，不能确定反应是否一定会发生和过程发生的速率。例如涂有防锈漆和未涂防锈漆的钢制器件，二者发生腐蚀过程的自发性是相同的，但只有后者可以实现。 【 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。例如水泵可以把水从低水位升至高水位；高温高压下可以使石墨转化为金刚石， 实现的先决条件是要向体系中输入能量，该过程的本质仍然是非自发性的。 影响因素： 化学反应的方向 反应焓变 反应熵变 共同影响 吸热 放热 熵增 熵减 焓减小有利于反应自发，熵增大有利于反应自发 温度 【课堂测试】 1、下列过程是非自发的是∶（ ） A、 水由高处向低处流； B、 天然气的燃烧； C、 铁在潮湿空气中生锈； D、 室温下水结成冰。 2、碳酸铵〔（ NH 4 ） 2 CO 3 〕 在室温下就能自发地分解产生氨气，对其说法中正确的是∶（ ） A、 其分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增大； B、 其分解是因为外界给予了能量； C、 其分解是吸热反应，据能量判据不能自发分解； D、 碳酸盐都不稳定，都能自发分解。 D A 3、下列说法正确的是∶（ ） A、 凡是放热反应都是自发的，由于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。 4、自发进行的反应一定是∶（ ） A、 吸热反应； B、 放热反应； C、 熵增加反应； D、 熵增加或者放热反应。 C D 5 、下列说法不正确的是（ ） A. 焓变是一个与反应能否自发进行有关的因素，多数的能自发进行的反应都是放热反应。 B. 在同一条件下不同物质有不同的熵值，其体系的混乱程度越大，熵值越大。 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 E. 非自发反应在一定条件下能实现 C 6 、以下自发反应可用能量判据来解释的是( ) A、 硝酸铵自发地溶于水 B、2N 2 O 5 (g)===4NO 2 (g)+O 2 (g)； △H=+56.7kJ/mol C、(NH 4 ) 2 CO 3 (s)=NH 4 HCO 3 (s)+NH 3 (g); △H=+74.9 kJ/mol D、2H 2 (g)+O 2 (g)=2H 2 O(l); △H=-571.6 kJ/mol D D 7 、下列反应中，熵减小的是（ ） A. (NH 4 ) 2 CO 3 (s) ＝ NH 4 HCO 3 (s)+NH 3 (g) B. 2N 2 O 5 (g) ＝ 4NO 2 (g) ＋ O 2 (g) C. MgCO 3 (s) ＝ MgO(s) ＋ CO 2 (g) D. 2CO(g) ＝ 2C(s) ＋ O 2 (g) 8 、某化学反应其△ H== —122 kJ·mol -1 ，∆ S== 231 J·mol -1 ·K -1 ，则此反应在下列哪种情况下可自发进行 ( ) A ．在任何温度下都能自发进行 B ．在任何温度下都不能自发进行 C ．仅在高温下自发进行 D ．仅在低温下自发进行 A