第二章第3節(jié)化學(xué)反應(yīng)的方向+課件人教版（2019版）高中化學(xué)反應(yīng)原理（選擇性必修1）

人教版（2019版）化學(xué)化學(xué)反應(yīng)原理第二章化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡第三節(jié)化學(xué)反應(yīng)的方向第1課時

化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生有一定的方向性1.鹽酸和氫氧化鈉溶液混合會立即生成氯化鈉和水，但氯化鈉和水卻很難生成鹽酸和氫氧化鈉溶液。說明了化學(xué)反應(yīng)有怎樣的特點(diǎn)？2.N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H=-92.4KJ/mol，但是1molN2和3molH2在一定條件下混合，反應(yīng)后放出熱量卻少于92.4KJ。又說明了化學(xué)反應(yīng)有什么特點(diǎn)？化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行有一定的限度

自然界中有許多現(xiàn)象是可以自發(fā)進(jìn)行的，請結(jié)合自己的生活經(jīng)驗(yàn)，舉例說明自然界變化的方向性.1.美麗的瀑布總是從高處落向低處（即水往低處流）2.室溫下冰會自發(fā)融化在一定條件下不需外力作用就能自發(fā)進(jìn)行的過程。自發(fā)過程——3.電流總是從由高電位流向低電位T2>T1P2>P1h2>h1墨滴

Q

氣體

液體

擴(kuò)散

高溫處到低溫處溫度相同為止

高壓處到低壓處壓力相等為止

高水位到低水位水位相等為止

高濃度到低濃度滲透平衡為止電流方向高電位到低電位

……這些過程都是自發(fā)的，其逆過程就是非自發(fā)的.熱量傳導(dǎo)

氣體擴(kuò)散

水流方向滲透作用（1）

（2）

（3）

（4）自然界中的自發(fā)過程體現(xiàn)了自然界的變化具有一定的方向性！自發(fā)反應(yīng)：在一定條件（溫度、壓強(qiáng)）下不需外界（光、電能）幫助，就能自動進(jìn)行的反應(yīng)。

與自然界中的許多變化一樣，化學(xué)反應(yīng)也具有方向性。如:化學(xué)反應(yīng)中酸堿中和、鐵器暴露在潮濕空氣中生銹、甲烷和氧氣的混合氣體遇明火就燃燒、鋅與CuSO4溶液反應(yīng)生成Cu和ZnSO4等。

這些過程都是自發(fā)的，其逆過程就是非自發(fā)的.【學(xué)習(xí)任務(wù)一】自發(fā)反應(yīng)思考與討論1：下列反應(yīng)在室溫下能否自發(fā)進(jìn)行？如能，請寫出相應(yīng)的化學(xué)方程式。

1.水電解生成H2和O2的反應(yīng)2.氯氣與溴化鉀溶液的反應(yīng)3.乙烯與溴單質(zhì)的反應(yīng)4.氮?dú)夂脱鯕馍梢谎趸姆磻?yīng)5.水加熱到20000C分解成H2和O2非自發(fā)能自發(fā)能自發(fā)非自發(fā)Cl2+2KBr=2KCl+Br2C2H4+Br2CH2BrCH2Br自發(fā)反應(yīng)：在一定條件（溫度、壓強(qiáng)）下不需外界（光、電能）幫助，就能自動進(jìn)行的反應(yīng)。2H2O=2H2+O2

（室溫、通電）2H2O=2H2+O2

（加熱至2000℃）能自發(fā)N2+O2=2NO（室溫、放電）【學(xué)習(xí)任務(wù)一】自發(fā)反應(yīng)尋找反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的判據(jù)思考與討論2：準(zhǔn)確判斷一個過程、一個反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的依據(jù)是什么？水往低處流——能量高到低室溫下冰會自發(fā)融化——有序排列變無序運(yùn)動借鑒自然現(xiàn)象從本質(zhì)上認(rèn)識自發(fā)過程（從現(xiàn)象到本質(zhì)）思考與討論3：下列反應(yīng)在一定條件下都能自發(fā)進(jìn)行，你知道這些反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行的原因嗎？①C3H8(g)+5O2(g)=3CO2(g)+4H2O(l)△H=-2217.5kJ/mol②2Na(s)+Cl2(g)=2NaCl(s)△H=-882kJ/mol③C(s)+O2(g)=CO2(g)△H=-393.5kJ/mol④H2(g)+F2(g)=2HF(g)△H=-546.6kJ/mol共同特點(diǎn)?

總結(jié)：放熱反應(yīng)使體系能量降低，能量越低越穩(wěn)定，△H<O有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行

△H＜0，放熱反應(yīng)。即體系趨向于從高能狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軤顟B(tài)（穩(wěn)定）小結(jié)：自然之法如此神奇，正是很多燃燒反應(yīng)會遇到“活化能”的壁壘。才使得富含有機(jī)物的生命體在富含氧氣的大氣中沒有“自燃”。思考與討論4：對以上反應(yīng)中的③，即碳燃燒，有同學(xué)提出這個過程不能自發(fā)，因?yàn)樾枰c(diǎn)燃，你怎么看？因?yàn)槿紵磻?yīng)存在“障礙”——活化能，“點(diǎn)燃”的目的是克服反應(yīng)的活化能，“啟動”反應(yīng)，使之發(fā)生。因?yàn)榉磻?yīng)放出的熱量|△H|>Ea。使得放出的熱量足以克服后續(xù)反應(yīng)的活化能，因此在反應(yīng)引發(fā)后，不用持續(xù)加熱，也能自發(fā)進(jìn)行下去?！緦W(xué)習(xí)任務(wù)二】反應(yīng)自發(fā)性的判斷依據(jù)1.焓判據(jù)（能量判據(jù)）思考與討論5：為什么有些放熱反應(yīng)需要持續(xù)加熱呢？例如：H2(g)+CuO(s)=Cu(s)+H2O(1)△H=-128.5KJ/mol因?yàn)榇朔磻?yīng)所需活化能很大，而反應(yīng)放出的熱量太少，即|△H|<Ea。使得放出的熱量難以克服后續(xù)反應(yīng)的活化能，因此在反應(yīng)發(fā)生后，需要從環(huán)境中不斷吸收熱量，才能夠自發(fā)進(jìn)行下去。【學(xué)習(xí)任務(wù)二】反應(yīng)自發(fā)性的判斷依據(jù)1.焓判據(jù)（能量判據(jù)）思考與討論6：在19世紀(jì)，一些化學(xué)家認(rèn)為，決定反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的因素是反應(yīng)熱，放熱反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)行，而吸熱反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。你同意這種觀點(diǎn)嗎？2NH4Cl(s)+Ba(OH)2.8H2O

(s)=BaCl2(s)+2NH3(g)+10H2O(l)△H＞0該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，但在常溫下能自發(fā)進(jìn)行結(jié)論：

反應(yīng)的焓變是制約化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的因素之一，但不是唯一的因素。人們經(jīng)過大量反應(yīng)焓變的研究表明，大多數(shù)能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)是放熱反應(yīng)。但是，有些吸熱反應(yīng)也能自發(fā)。因此，不能僅僅依靠焓變來判斷反應(yīng)是否自發(fā)。①NH4NO3(s)=NH4+(aq)

＋NO3-(aq)

②

CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)③N2O4(g)=2NO2(g)④CuSO4·5H2O(s)=CuSO4(s)+5H2O(l)⑤Ba(OH)2·8H2O(s)+2NH4Cl(s)=BaCl2(s)+2NH3(g)+10H2O(l)

思考與討論7：下列過程均為吸熱過程，且在一定條件下都能自發(fā)進(jìn)行，請分析其共同特點(diǎn)，找出原因。不自由變自由(有序變無序)固體變氣體氣體少變成氣體多固體變液體固體變液體和氣體共同點(diǎn)：生成物微粒的活動范圍變大，活動范圍大的微粒增多?！大w系的混亂度增大。結(jié)論：除熱效應(yīng)（焓變）外，決定化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的另一個因素是體系的混亂度，且大多數(shù)自發(fā)反應(yīng)有趨向于體系混亂度增大的傾向。尋找根源【學(xué)習(xí)任務(wù)二】反應(yīng)自發(fā)性的判斷依據(jù)思考與討論8：下列現(xiàn)象哪個混亂度大？哪個更有序？在化學(xué)上如果描述混亂度的？熵：用來衡量體系混亂（無序）程度的物理量，用S表示。體系越混亂（無序）,熵值越大，單位是J.mol-1.K-1?！緦W(xué)習(xí)任務(wù)二】反應(yīng)自發(fā)性的判斷依據(jù)2.熵判據(jù)（混亂度判據(jù)）熵變（△S）：①同一物質(zhì)在不同狀態(tài)下熵值不同，一般規(guī)律是：S(g)>S(l)>S(s);S(高溫)＞S（低溫）;S（低壓）＞S(高壓)

△S=S(產(chǎn)物）-S(反應(yīng)物）△S>0,熵增反應(yīng)△S<0,熵減反應(yīng)②在化學(xué)反應(yīng)中，氣態(tài)物質(zhì)的系數(shù)增大，則熵增大。反之，則熵減小2.關(guān)于下列過程熵變的判斷不正確的是（)A.溶解少量食鹽于水中，△S>0

B.純碳和氧氣反應(yīng)生成CO(g),△S>0C.H2O(g)變成液態(tài)水，△S>0

D.CaCO3(s)加熱分解為CaO(s)和CO2(g),△S>01.下列過程中△S<0的是（)A.H2O(I)=H2O(g)

B.C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)C.N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)

D.2H2O(g)=2H2(g)+O2(g)CC隨堂練習(xí)思考與討論9：對比下列過程，是熵增過程容易自發(fā)，還是熵減過程容易自發(fā)？越是有序的狀態(tài)，越是難以維持【學(xué)習(xí)任務(wù)二】反應(yīng)自發(fā)性的判斷依據(jù)2.熵判據(jù)（混亂度判據(jù)）結(jié)論：密閉條件下，體系有從有序自發(fā)的轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序的傾向。即△S>0有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，也叫熵增原理，這就是熵判據(jù)2N2O5(g)＝4NO2(g)+O2(g)△H=＋56.7kJ/mol(NH4)2CO3(s)＝NH4HCO3(s)+NH3(g)△H=＋74.9kJ/mol請說說下列吸熱反應(yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行的原因。熵增反應(yīng)(△S>0)具有自發(fā)進(jìn)行的傾向△S>0

△S>0

【學(xué)習(xí)任務(wù)二】反應(yīng)自發(fā)性的判斷依據(jù)2.熵判據(jù)（混亂度判據(jù)）結(jié)論;熵增加(ΔS＞0)有利于化學(xué)反應(yīng)的自發(fā)進(jìn)行，但不全面。思考與討論9：所有自發(fā)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)都是熵增的？2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)△S<0NH3(g)+HCl(g)=NH4Cl(s)△S<0都可自發(fā)進(jìn)行室溫冰融化-10℃

水結(jié)冰H2O(l)=H2O(s)△H<0△S<0

H2O(s)=H2O(l)△H>0△S>0

尋找全面的判據(jù)復(fù)合判據(jù)：自由能ΔG＝ΔH－TΔS，化學(xué)反應(yīng)總是向著自由能減小的方向進(jìn)行，直到達(dá)到平衡。當(dāng)ΔG<0，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行；當(dāng)ΔG＝0，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)；當(dāng)ΔG>0，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行?！緦W(xué)習(xí)任務(wù)二】反應(yīng)自發(fā)性的判斷依據(jù)3.復(fù)合判據(jù)（焓與熵復(fù)合判據(jù)：ΔG＝ΔH－TΔS

）反應(yīng)在該狀況下能否自發(fā)進(jìn)行＜０＞０＞０＜０＞０＞０＜０＜０

H

Ｓ

Ｇ＜０＞０低溫時＞０，高溫時＜０低溫時＜０，高溫時＞０自發(fā)進(jìn)行不自發(fā)進(jìn)行低溫不自發(fā)，高溫自發(fā)低溫自發(fā)，高溫不自發(fā)△S△H?H<0?S>0所有溫度下反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行?H>0?S>0高溫下反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行?H<0?S<0低溫下反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行?H<0，?S<0所有溫度下反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行3.復(fù)合判據(jù)（ΔG＝ΔH－TΔS

）拓展1：過程的自發(fā)性只能用于判斷過程的方向，不能確定過程是否一定會發(fā)生和過程發(fā)生的速率。例如：金剛石有向石墨轉(zhuǎn)化的傾向，但是能否發(fā)生，什么時候發(fā)生，多快才能完成，就不是能量判據(jù)和熵判據(jù)能解決的問題了。再如涂有防銹漆和未涂防銹漆的鋼制器件，其發(fā)生腐蝕過程的自發(fā)性是相同的，但只有后者可以實(shí)現(xiàn)。（2）粗硅的制備:SiO2(s)+2C(s)=Si(s)+2CO(g)。C的還原性是弱于Si的，此反應(yīng)為什么能夠發(fā)生呢？同樣是因?yàn)殪卦鲈恚?）金屬鉀的制備：Na(l)+KCI(l)=K(g)+NaCI(l)。Na的活潑性是弱于K的，此反應(yīng)為什么能夠發(fā)生呢？拓展2：對幾個特殊反應(yīng)的再認(rèn)識主要是因?yàn)镹a的沸點(diǎn)高于K的沸點(diǎn)。我們可以控制反應(yīng)溫度，使K沸騰為氣體，Na保持液體。從而使反應(yīng)熵值增大，即

S>0,以利于反應(yīng)自發(fā)。工業(yè)冶鈦：①TiO2(s)+2Cl2(g)=TiCl4(l)+O2(g)

ΔH=+161.9KJ/molΔS＝-38.4J·mol－1·K－1②Mg+TiCl4=Ti+MgCl2拓展3：工業(yè)上“改造”反應(yīng)2C(s,石墨)+O2(g)=2CO(g)

△H=-110.5KJ/molΔS＝+89.7J·mol－1·K－1TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s,石墨)=TiCl4(l)+2CO(g)

△H=-59.2KJ/molΔS＝+141.0J·mol－1·K－13.汽車尾氣(含烴類、CO、NO與SO2等)是城市主要污染源之一，治理的辦法之一是在汽車排氣管上裝催化轉(zhuǎn)化器，它使NO與CO反應(yīng)生成可參與大氣生態(tài)循環(huán)的無毒氣體，其反應(yīng)原理是2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)。由此可知，下列說法正確的是(

)A．該反應(yīng)是熵增大的反應(yīng)B．該反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行，因此需要合適的催化劑C．該反應(yīng)常溫下能自發(fā)進(jìn)行，催化劑條件只是增大反應(yīng)的速率D．該反應(yīng)常溫下能自發(fā)進(jìn)行，因?yàn)檎磻?yīng)是吸熱反應(yīng)C

隨堂練習(xí)4.一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，如圖表示該反應(yīng)過程中能量（單位kJ·mol-1）的變化。關(guān)于該反應(yīng)的下列說法中，正確的是（

）A.ΔH>0，△S>0

B.ΔH>0,△S＜0C.ΔH＜0，△S＜0

D.ΔH＜0，△S>0C隨堂練習(xí)5.反應(yīng)CH3OH(l)+NH3(g)=CH3NH2(g)+H2O(g)在某溫度下才能自發(fā)向右進(jìn)行，若反應(yīng)的|ΔH|=17kJ·mol-1，該溫度下|ΔH-TΔS|=17kJ·mol-1，則下列選項(xiàng)中正確的是(

)A.ΔH>0，ΔH-TΔS<0B.ΔH<0，ΔH-TΔS>0C.ΔH>0，ΔH-TΔS>0D.ΔH<0，ΔH-TΔS<0A根據(jù)方程式可知該反應(yīng)的ΔS>0，如果ΔH<0，則該反應(yīng)在任何溫度下都自發(fā)進(jìn)行，不符合事實(shí)，故ΔH=+17kJ·mol-1>0，所以選A項(xiàng)。隨堂練習(xí)

6.汽車尾氣中的主要污染物是NO和CO,它們是現(xiàn)代化城市中的大氣污染物。為了減輕大氣污染，人們提出通過以下反應(yīng)來處理汽車尾氣：2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)。如何判斷該反應(yīng)在室溫下能自發(fā)進(jìn)行嗎？已知298K、100kPa下，ΔH=-746.8KJ·mol-1ΔS＝-197.5J·mol－1·K－1△G=ΔH-TΔS=-746.8KJ·mol-1+298K×197.5×10-3KJ·mol－1·K－1=-687.945KJ.mol-1<0可自發(fā)進(jìn)行！隨堂練習(xí)7.已知在100kPa、298.15K時石灰石分解反應(yīng)：CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)

ΔH＝＋178.3kJ·mol－1

，ΔS＝160.4J·mol－1·K－1，則：(1)該反應(yīng)_