《化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向》詳解課件

1、新課標(biāo)人教版選修四第四節(jié)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向第二章第1頁(yè)，共29頁(yè)。學(xué)習(xí)目標(biāo)：1、焓的概念、熵的概念2、利用焓變判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向3、利用熵變判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向4、利用自由能判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向第2頁(yè)，共29頁(yè)?；瘜W(xué)反應(yīng)的方向 1.自發(fā)過(guò)程:在一定條件下不需外力作用就 能自動(dòng)進(jìn)行的過(guò)程.自發(fā)過(guò)程的特征：有明確的方向性，具有做功的本領(lǐng)。要逆轉(zhuǎn)必須借助外界做功。2.非自發(fā)過(guò)程 ：在一定條件下，需要外界做功才能進(jìn)行的過(guò)程。3. 自發(fā)反應(yīng):在一定條件下無(wú)需外界幫助就能自動(dòng)進(jìn)行的反應(yīng).第3頁(yè)，共29頁(yè)。自然界中水總是從高處往低處流； 墨水?dāng)U散，食鹽溶解于水如何判斷一個(gè)過(guò)程，一個(gè)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行？1、生活中的

2、自發(fā)過(guò)程 生活中電流總是從電位高的地方向電位低的地方流動(dòng)，其反方向也不會(huì)自動(dòng)進(jìn)行；生活中一般在室溫下，冰塊會(huì)融化；鐵器暴露在潮濕空氣中會(huì)生銹；甲烷和氧氣的混合氣體遇明火就燃燒，這些過(guò)程都是自發(fā)的，其逆過(guò)程就是非自發(fā)的。第4頁(yè)，共29頁(yè)。說(shuō)明：(1)自然界中水由高處往低處流是自發(fā)過(guò)程，其逆過(guò)程就是非自發(fā)過(guò)程，甲烷與氧氣混合遇火就燃燒是自發(fā)反應(yīng)，其逆向是非自發(fā)反應(yīng)。 (2)自發(fā)過(guò)程和自發(fā)反應(yīng)可被利用來(lái)完成有用功。如向下流動(dòng)的水可推動(dòng)機(jī)器 ，甲烷燃燒可在內(nèi)燃機(jī)中被利用來(lái)做功，可將氫氣燃燒反應(yīng)設(shè)計(jì)成燃燒電池等。 (3)非自發(fā)過(guò)程要想發(fā)生，則必須對(duì)它做功，如利用水泵可將水從低處流向高處，通電可將水分解生

3、成氫氣和氧氣。第5頁(yè)，共29頁(yè)。(4)在討論過(guò)程的方向時(shí)，指的是沒(méi)有外界干擾時(shí)體系的性質(zhì)。如果允許外界對(duì)體系施加某種作用，就可能出現(xiàn)相反的結(jié)果。如水泵可以把水從低水位升至高水位；用高溫可使石灰石分解。實(shí)現(xiàn)后者的先決條件是要向體系中輸入能量，該過(guò)程的本質(zhì)仍然是非自發(fā)性的。(5)反應(yīng)的自發(fā)性也受外界條件的影響。如常溫下石灰石分解生成生石灰和二氧化碳是非自發(fā)性的，但在1273K時(shí)，這一反應(yīng)就是自發(fā)的反應(yīng)。第6頁(yè)，共29頁(yè)。判斷化學(xué)反應(yīng)方向的依據(jù)思考：高山流水為什么是自發(fā)過(guò)程？對(duì)于化學(xué)反應(yīng)，體系趨向于從高能狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軤顟B(tài)（這時(shí)體系會(huì)對(duì)外做功或者釋放熱量H 0）因此：反應(yīng)的焓變是制約化學(xué)反應(yīng)是否自發(fā)

4、進(jìn)行的因素之一。第7頁(yè)，共29頁(yè)。反應(yīng)焓變與反應(yīng)方向體系趨向于從高能狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軤顟B(tài)（這時(shí)體系會(huì)對(duì)外做功或者釋放熱量H 0）。多數(shù)能自發(fā)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)是放熱反應(yīng)，如常溫、常壓下，氫氧化亞鐵被氧化為氫氧化鐵的反應(yīng)是自發(fā)的，反應(yīng)放熱 4Fe(OH)2(s) + 2H2O(l) + O2(g) = 4Fe(OH)3(s)； H=444.3KJ/mol一、 能量判據(jù)第8頁(yè)，共29頁(yè)。2、放熱的自發(fā)反應(yīng)(1) 甲烷燃燒：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) H=-802.3 kJ/mol(2) 鐵生銹：3Fe(s)+3/2O2(g)=Fe2O3(s) H=-824 kJ/mol(3

5、) 氫氣和氧氣反應(yīng)：2H2(g)+O2(g)=2H2O(l); H=-571.6 kJ/mol(4) Fe(OH)2：4Fe(OH)2 + O2(g) +2H2O(l) = 4Fe(OH)3 ; H 0(5) NH3 + HCl = NH4Cl H 0第9頁(yè)，共29頁(yè)。但是，有不少吸熱反應(yīng)也能自發(fā)進(jìn)行，如 NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)=CO2(g) +CH3COONH4（aq）+H2O（l）； H（298K）=37.3KJ/mol 還有一些吸熱反應(yīng)在室溫條件下不能自發(fā)進(jìn)行，但在較高溫度下則能自發(fā)進(jìn)行，如在室溫下吸熱反應(yīng)的碳酸鈣分解反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行，但同樣是這個(gè)吸熱反應(yīng)在較高溫度

6、（1200K）下則能自發(fā)進(jìn)行。放熱反應(yīng)過(guò)程中體系能量降低,因此具有自發(fā)進(jìn)行的傾向,- 焓（H）判據(jù)第10頁(yè)，共29頁(yè)。3、吸熱的自發(fā)過(guò)程 (1)室溫下冰塊的融化；硝酸鹽類(lèi)的溶解等都是自發(fā)的吸熱過(guò)程。(2)N2O5分解： 2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)； H=+56.7kJ/mol(3) 碳銨的分解：(NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g); H=+74.9 kJ/mol第11頁(yè)，共29頁(yè)。由此可見(jiàn)運(yùn)用能量判據(jù)主要依據(jù)反應(yīng)焓變，而焓變（H）的確是一個(gè)與反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的因素，但不是決定反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的唯一因素。第12頁(yè)，共29頁(yè)?；鸩癜羯⒙淠?dāng)U散由有序變?yōu)?/p>

7、無(wú)序同一種物質(zhì)，其氣態(tài)時(shí)會(huì)通過(guò)分子的擴(kuò)散自發(fā)形成均勻的混合物硝酸銨溶于水要吸熱，但它能自發(fā)向水中擴(kuò)散為了解釋這樣一類(lèi)與能量狀態(tài)的高低無(wú)關(guān) 的過(guò)程的自發(fā)性，提出了在自然界還存在 著另一種能夠推動(dòng)體系變化的因素熵第13頁(yè)，共29頁(yè)。反應(yīng)熵變與反應(yīng)方向1、在密閉條件下，體系由有序自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)序的傾向稱(chēng)為熵。2、符號(hào)用S表示。3、熵值越大，體系混亂度越大。 同一物質(zhì)，S（g）S（l）S（s）。二、熵判據(jù) 與有序體系相比，無(wú)序體系“更加穩(wěn)定”可以采取更多的存在方式。由大量粒子組成的體系中，用熵來(lái)描述體系的混亂。第14頁(yè)，共29頁(yè)。4、熵變和熵增原理（1）熵變（S）化學(xué)反應(yīng)中要發(fā)生物質(zhì)的變化或物質(zhì)狀態(tài)的

8、變化，因此存在著熵變。 S=S反應(yīng)產(chǎn)物S反應(yīng)物 產(chǎn)生氣體的反應(yīng)、氣體物質(zhì)的物質(zhì)的量增大的反應(yīng)，熵變通常都是正值（ S 0），為熵增加的反應(yīng)。許多熵增反應(yīng)在常溫常壓下能自發(fā)進(jìn)行，有些在室溫條件下不能自發(fā)進(jìn)行，但在較高溫度下則能自發(fā)進(jìn)行。 （2）在與外界隔離的體系中，自發(fā)過(guò)程將導(dǎo)致體系的熵增大，這個(gè)原理叫做熵增原理。該原理是用來(lái)判斷過(guò)程的方向的又一個(gè)因素，又稱(chēng)為熵判據(jù)。第15頁(yè)，共29頁(yè)。5、焓判據(jù)和熵判據(jù)的應(yīng)用1、由焓判據(jù)知放熱過(guò)程（H0）常常是容易自發(fā)進(jìn)行；2、由熵判據(jù)知若干熵增加（S0）的過(guò)程是自發(fā)的； -10的液態(tài)水能自動(dòng)結(jié)冰成為固態(tài)、鋁熱反應(yīng)是熵減反應(yīng)，它在一定條件下也可自發(fā)進(jìn)行。因此熵

9、判據(jù)判斷過(guò)程的方向也是不全面的3、很多情況下，簡(jiǎn)單地只用其中一個(gè)判據(jù)去判斷同一個(gè)反應(yīng)，可能會(huì)出現(xiàn)相反的判斷結(jié)果，所以我們應(yīng)兩個(gè)判據(jù)兼顧。由能量判據(jù)（以焓變?yōu)榛A(chǔ)）和熵判據(jù)組合成的復(fù)合判據(jù)自由能將更適合于所有的反應(yīng)過(guò)程。第16頁(yè)，共29頁(yè)。三、焓變與熵變對(duì)反應(yīng)方向的共同影響（復(fù)合判據(jù)-自由能變化）在一定條件下，一個(gè)化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行，既可能與反應(yīng)焓變（H）有關(guān)，又可能與反應(yīng)熵變（S）有關(guān)。在溫度、壓強(qiáng)一定的條件下，我們要判別化學(xué)反應(yīng)的方向要考慮H、 S共同影響的結(jié)果。 反應(yīng)焓變(焓判據(jù))反應(yīng)方向 反應(yīng)熵變(熵判據(jù)) （復(fù)合判據(jù)-自由能變化）復(fù)合判據(jù)第17頁(yè)，共29頁(yè)。1、體系自由能變化（符號(hào)G

10、，單位為kJ/mol）綜合考慮了焓變和熵變對(duì)體系的影響： G=HTS 這是恒溫恒壓下判斷化學(xué)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的判據(jù)，它不僅與焓變和熵變有關(guān)，還與溫度有關(guān)，由上述關(guān)系式可推知：2、反應(yīng)進(jìn)行方向的判斷方法： G =HTS0 (即H0)的反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。 G =HTS=0 可逆反應(yīng) G= HTS0 (即H0, S0)反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。 第18頁(yè)，共29頁(yè)。4、吉布斯自由能判斷反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的方向 G= H -TS NH3(g)+HCl(g)NH4Cl(s) H0 S 0 S0判斷這兩個(gè)反應(yīng)什么條件下自發(fā)進(jìn)行低溫可行高溫可行第19頁(yè)，共29頁(yè)。第20頁(yè)，共29頁(yè)。典例剖析DA例1：下列過(guò)程是非自發(fā)的是（ ）

11、 A、水由高處向低處流； B、天然氣的燃燒； C、鐵在潮濕空氣中生銹； D、室溫下水結(jié)成冰例2：碳酸銨(NH4)2CO3在室溫下就能自發(fā)地分解產(chǎn)生氨氣，對(duì)其說(shuō)法中正確的是（ ） A、其分解是因?yàn)樯闪艘讚]發(fā)的氣體，使體系的熵增大； B、其分解是因?yàn)橥饨缃o予了能量； C、其分解是吸熱反應(yīng)，不能自發(fā)分解； D、碳酸鹽都不穩(wěn)定，都能自發(fā)分解。第21頁(yè)，共29頁(yè)。例3、下列說(shuō)法正確的是（ ）A、放熱反應(yīng)一定是自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)；B、吸熱反應(yīng)一定是非自發(fā)進(jìn)行的；C、自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)一定容易發(fā)生；D、有些吸熱反應(yīng)也能自發(fā)進(jìn)行。例4、250C和1.01105Pa時(shí)，反應(yīng) 2N2O5（g）=4NO2（g）+O2（g

12、）； H=56.76kJ/mol，自發(fā)進(jìn)行的原因是（ ）A、是吸熱反應(yīng)； B、是放熱反應(yīng)；C、是熵減少的反應(yīng)；D、熵增大效應(yīng)大于能量效應(yīng)。DD第22頁(yè)，共29頁(yè)。規(guī)律方法總結(jié)自發(fā)反應(yīng)中的焓變和熵變的關(guān)系：1、放熱的自發(fā)過(guò)程可能是熵減小的過(guò)程，如鐵生銹、氫氣燃燒等；也可能是熵?zé)o明顯變化或增加的過(guò)程，如甲烷燃燒、氫氣和氯氣化合等。2、吸熱的自發(fā)過(guò)程是熵增加的過(guò)程，如冰的融化、硝酸銨溶于水等。3、無(wú)熱效應(yīng)的自發(fā)過(guò)程是熵增加的過(guò)程，如兩種理想氣體的混合等。第23頁(yè)，共29頁(yè)。例3：下列說(shuō)法正確的是( )A、凡是放熱反應(yīng)都是自發(fā)的，吸熱反應(yīng)都是非自發(fā)性的B、自發(fā)反應(yīng)一定是熵增大，非自發(fā)反應(yīng)一定是熵減小或

13、不變C、自發(fā)反應(yīng)在恰當(dāng)條件下才能實(shí)現(xiàn)。D、自發(fā)反應(yīng)在任何條件下都能實(shí)現(xiàn)。 C 解析：放熱反應(yīng)常常是容易進(jìn)行的過(guò)程，吸熱反應(yīng)有些也是自發(fā)的；自發(fā)反應(yīng)的熵不一定增大 ，可能減少，也可能不變。如Fe生銹、H2燃燒的過(guò)程是熵減小的過(guò)程，NH4NO3晶體溶于水，NH4HCO3分解是熵增的過(guò)程。H2和Cl2混合反應(yīng)熵基本不變的過(guò)程。自發(fā)性只能用于判斷過(guò)程的方向，是否能實(shí)現(xiàn)還要看具體的條件。第24頁(yè)，共29頁(yè)。練習(xí)題：1、科學(xué)家根據(jù)體系存在著力圖使_和_的自然現(xiàn)象，提出了相互關(guān)聯(lián)的_和_，為最終解決上述問(wèn)題提供了必要的理論根據(jù)。試分別舉一例_，_。自身能量趨于“最低”“有序”變?yōu)椤盁o(wú)序”焓判據(jù)熵判據(jù)鐵在潮濕

14、空氣中生銹硝酸銨溶于水2、以下自發(fā)反應(yīng)可用能量判據(jù)來(lái)解釋的是( )A、硝酸銨自發(fā)地溶于水B、2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)； H=+56.7kJ/molC、(NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g); H=+74.9 kJ/molD、2H2(g)+O2(g)=2H2O(l); H=-571.6 kJ/molD第25頁(yè)，共29頁(yè)。3下列說(shuō)法中，正確的是 ( ) A化學(xué)反應(yīng)總是伴隨著能量變化的 B能夠自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)不一定都是放熱反應(yīng) C只有放熱反應(yīng)才能夠自發(fā)進(jìn)行 D能夠自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)就一定能夠發(fā)生并完成ABC4下列物質(zhì)中，熵值(S)最大的是 ( ) A金剛石 BCl2(l) CI2(g) DCu(s)第26頁(yè)，共29頁(yè)。 5、水在273 K、1.01105Pa時(shí)可轉(zhuǎn)化為固態(tài)，在373 K時(shí)則又可轉(zhuǎn)化為氣態(tài)。若分別用S(g)、S(1)、S(s)表示水的氣、液、固三種狀態(tài)的熵值，則下列表達(dá)式中，正確的是 ( ) AS(g)S(1)S(1)S(s) CS(g)S(1)= S(s) DS(g)S(s)S(1)6、有關(guān)化學(xué)反應(yīng)的說(shuō)法，正確的是( )A、自發(fā)反應(yīng)都是放熱反應(yīng)B、自發(fā)反應(yīng)都是熵增大的反應(yīng)C、自發(fā)反應(yīng)一定能實(shí)現(xiàn)D、非自發(fā)反應(yīng)在一定條件下能實(shí)現(xiàn)DB第27頁(yè)，共29頁(yè)。 7、在25、101105 Pa條件下，反應(yīng)2N2O5(g