2.3化學(xué)反應(yīng)的方向課件上學(xué)期高二化學(xué)人教版選擇性必修1

第三節(jié)

化學(xué)反應(yīng)的方向第二章

化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡早在1791年，人們就在金紅石的礦物中發(fā)現(xiàn)了鈦元素（該礦物的主要成分是TiO2,含量95%）。然而，直到1910年，人們第一次才得以制得純凈的鈦。為什么從鈦元素的發(fā)現(xiàn)到金屬鈦的制備中間經(jīng)歷了如此長(zhǎng)的時(shí)間呢？情景引入化學(xué)家們?yōu)榱四軓牡V物中制備金屬鈦，設(shè)計(jì)了如下反應(yīng)：TiO2(s)+2Cl2(g)=TiCl4(l)+O2(g)（1）

TiCl4(l)+2Mg(s)=Ti(s)+2MgCl2(s)（2）自然現(xiàn)象自然界有一些過程是自發(fā)進(jìn)行的，而且是有方向性的。水往低處流耳機(jī)線總是自發(fā)地纏繞到一起墨滴在水中擴(kuò)散暖爐取暖自然現(xiàn)象自然界有一些過程是自發(fā)進(jìn)行的，而且是有方向性的。自發(fā)過程與非自發(fā)過程飛流直下：不借助外力過程1:水的流動(dòng)高處抽水上山：借助水泵，持續(xù)消耗電能低處自發(fā)非自發(fā)自發(fā)過程與非自發(fā)過程過程2:熱量傳遞高溫物體低溫物體自發(fā)非自發(fā)100°C的沸水<100°C的溫水沸水可以自發(fā)變涼，但是這杯涼水是不可能自發(fā)變成沸水的。一段時(shí)間后熱量傳遞給周圍空氣=室溫的涼水最終自發(fā)過程與自發(fā)反應(yīng)1、自發(fā)過程：在一定條件下，不需借助外力就能自發(fā)進(jìn)行的過程。2、自發(fā)反應(yīng)：在給定的條件下，可以自發(fā)進(jìn)行到顯著程度的化學(xué)反應(yīng)。

如：鋼鐵生銹。3．特征：具有方向性，即過程的某個(gè)方向在一定條件下自發(fā)進(jìn)行，而該過程逆方向在該條件下肯定不能自發(fā)進(jìn)行。自發(fā)反應(yīng)不需要任何條件就能自發(fā)進(jìn)行嗎？非也~注意定義里的“給定條件”。如氫氣和氧氣反應(yīng)需要點(diǎn)燃，但也是自發(fā)反應(yīng)。（溫度和壓強(qiáng)）（光解、電解）思考交流下列反應(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)行的主要原因嗎？它們有何共同特點(diǎn)？C3H8(g)+5O2(g)=3CO2(g)+4H2O(l)△H=-2217.5kJ·mol-12Na(s)+Cl2(g)=2NaCl(s)△H=-822kJ·mol-1

4Fe(s)+3O2(g)=Fe2O3(s)

△H=-1648.4kJ·mol-1

H2(g)+F2(g)=2HF(g)

△H=-546.6kJ·mol-1共同特點(diǎn)：放熱反應(yīng)使體系能量降低，能量越低越穩(wěn)定，△H<0有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行?！鱄<0即放熱反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的判據(jù)——能量判據(jù)（焓判據(jù)）能量判據(jù)（焓判據(jù)）∶◆自發(fā)過程的體系趨向于從高能狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軤顟B(tài)，即△H＜0的反應(yīng)有自發(fā)進(jìn)行的傾向?！舳鄶?shù)能自發(fā)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)是放熱反應(yīng)反應(yīng)物的總能量高生成物的總能量低放熱反應(yīng)△H＜0思考時(shí)間是不是所有自發(fā)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)都是放熱的？結(jié)論：△H<0有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，但自發(fā)反應(yīng)不一定要△H<02NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8H2O(s)=2NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l)2N2O5(g)=4NO2(g)+O2

(g)NaHCO3(s)+HCl(aq)=NaCl(aq)+CO2(g)+H2O(l)△H>0焓變只是反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的一個(gè)因素，但不是惟一因素。只根據(jù)焓變來判斷反應(yīng)方向是不全面的。對(duì)點(diǎn)練習(xí)2、以下自發(fā)反應(yīng)可用能量判據(jù)來解釋的是()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=+74.9kJ/molD、2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)△H=-571.6kJ/molD1、知道了某過程有自發(fā)性之后，則（

）可判斷出過程的方向可確定過程是否一定會(huì)發(fā)生可預(yù)測(cè)過程發(fā)生完成的快慢可判斷過程的熱效應(yīng)A你能發(fā)現(xiàn)這些看似不相干的事件之間的聯(lián)系嗎墨水?dāng)U散撲克牌的多次洗牌固體的溶解火柴的散落有序混亂更穩(wěn)定化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的判據(jù)——熵判據(jù)1、熵（S）：熵是衡量體系混亂度大小的物理量①與物質(zhì)的量的關(guān)系物質(zhì)的量越大→粒子數(shù)越多→熵值越大②對(duì)于同一物質(zhì)，當(dāng)物質(zhì)的量相同時(shí)，S(g)>S(l)>S(s)③不同物質(zhì)熵值的關(guān)系：I、物質(zhì)組成越復(fù)雜→熵值越大II、對(duì)于原子種類相同的物質(zhì)：分子中原子數(shù)越多→熵值越大◆影響熵大小的因素：混亂度越大→體系越無序→熵值越大1g冰1g液態(tài)水1g水蒸氣熔化蒸發(fā)2、熵變（ΔS）：發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)物質(zhì)熵的變化?！趔w系有自發(fā)向混亂度增加的方向變化的傾向。(即熵增△S＞0)△S越大，越有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行?；瘜W(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的判據(jù)——熵判據(jù)Zn(s)+H2SO4(aq)=ZnSO4(aq)+H2(g)2KClO3(s)=2KCl(s)+3O2(g)硝酸銨溶于水要吸熱，它卻能夠自發(fā)地向水中擴(kuò)散。從晶體有序排列到溶液中無序自由移動(dòng)。2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8H2O(s)=2NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l)思考時(shí)間自發(fā)反應(yīng)一定是熵增加的反應(yīng)嗎？結(jié)論：△S>0有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，自發(fā)反應(yīng)不一定要△S>0熵變是反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的一個(gè)因素,但不是唯一因素。2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)

思考：化學(xué)反應(yīng)是否能夠自發(fā)進(jìn)行的最終判斷依據(jù)是什么呢？△S<04Fe(OH)2(s)+O2(g)+2H2O(l)=4Fe(OH)3(s)

化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的判據(jù)——復(fù)合判據(jù)溫度（開爾文）開氏度=攝氏度+273.15自由能變化（符號(hào)為△G):△G=△H-T△S我們已經(jīng)知道：△H<0有利于反應(yīng)自發(fā)；△S>0有利于反應(yīng)自發(fā)。吉布斯確立了定量描述焓變和熵變?cè)谂袛喾磻?yīng)的自發(fā)性過程中的地位。吉布斯自由能的出現(xiàn)，完美地從定量角度揭示了變化過程中焓變與熵變之間的協(xié)調(diào)與抗衡?！鱃<0，反應(yīng)才能自發(fā)，那么△G的正負(fù)和誰有關(guān)呢？△G=△H-T△S<0反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行△G=△H-T△S=0反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)△G=△H-T△S>0反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行反應(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(shí)＞０，高溫時(shí)＜０低溫時(shí)＜０，高溫時(shí)＞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)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的判據(jù)——復(fù)合判據(jù)自由能變化（符號(hào)為△G):△G=△H-T△S小結(jié)：“大大高溫，小小低溫”△H△S?H>0?S>0高溫下反應(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?H<0?S>0所有溫度下反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行?H<0?S<0低溫下反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的判據(jù)——復(fù)合判據(jù)活學(xué)活用早在1791年，人們就在金紅石的礦物中發(fā)現(xiàn)了鈦元素（該礦物的主要成分是TiO2,含量95%）。然而，直到1910年，人們第一次才得以制得純凈的鈦?？茖W(xué)家設(shè)計(jì)的第一步反應(yīng)：TiO2(s)+2Cl2(g)=TiCl4(l)+O2(g)△H=+161.9KJ/mol，△S=-38.4J/(mol·K)不能自發(fā)反應(yīng)。另一個(gè)方案：科學(xué)家們?yōu)榱私鉀Q這一難題，想出來另外一個(gè)方案：向二氧化鈦與氯氣的反應(yīng)體系中加入石墨，TiO2(s)+2Cl2(g)+2C（石墨）=TiCl4(l)+2CO(g)ΔH=-59.1kJ·mol-1，△S=+141.0J·mol-1·K-1。判一判判斷下列反應(yīng)什么條件下能自發(fā)進(jìn)行？(1)鈉與水反應(yīng)(2)NH3(g)+HCl(g)=NH4Cl(s)C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)(4)2CO(g)=2C(s)+O2(g)△H<0△S>0自發(fā)進(jìn)行△H<0△S<0低溫自發(fā)進(jìn)行△H>0△S>0高溫自發(fā)進(jìn)行△H>0△S<0非自發(fā)進(jìn)行小結(jié)2、物質(zhì)的混亂度趨于增加1、物質(zhì)具有的能量趨于降低

H(焓變)

S(熵變)>0焓(H)判據(jù)熵(S)判據(jù)放熱反應(yīng)熵增原理<0反應(yīng)在該狀況下能否自發(fā)進(jìn)行＜０＞０＞０＜０＞０＞０＜０＜０＜０自發(fā)進(jìn)行＞０不自發(fā)進(jìn)行低溫時(shí)＞０,高溫時(shí)＜０低溫時(shí)＜０,高溫時(shí)＞０低溫自發(fā),高溫不自發(fā)

H

Ｓ

Ｇ低溫不自發(fā),高溫自發(fā)視野拓展熵與宇宙：宇宙，它的過去應(yīng)該是能量溫度極高，有極度規(guī)律的質(zhì)點(diǎn)，不斷膨脹，演變成現(xiàn)在的宇宙-—霍金《時(shí)間簡(jiǎn)史》熵與生命：生命體通過新陳代謝攝入蛋白質(zhì)等低熵物質(zhì)，產(chǎn)生小分子的過程表現(xiàn)為熵增，當(dāng)熵接近極大值時(shí)就達(dá)到危險(xiǎn)狀態(tài)即死亡——《生命是什么》熵與環(huán)境：污染就是熵增的同義詞，低碳就是低熵。熵與信息：熵是量度我們對(duì)一個(gè)領(lǐng)域未知程度的量。要努力的把事做好（有序）人活著，要是啥都不干，那就沒有什么會(huì)自發(fā)按照你所希望的方式順利進(jìn)行：考不到好成績(jī)、作業(yè)不會(huì)自動(dòng)完成、諾貝爾獎(jiǎng)不會(huì)自動(dòng)砸在你的頭上。

看看那些干出成績(jī)的人：攻克雜交水稻的袁隆平、發(fā)現(xiàn)青蒿素的屠呦呦等，哪個(gè)不是付出了千倍萬倍的努力，才換來一個(gè)有價(jià)值的、為人所認(rèn)可的成就？這正是熵的哲學(xué)：努力不一定成功，但放棄一定失敗。熵對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練【例1】下列過程是非自發(fā)的是()A．水由高處向低處流B．氯氣和溴化鉀溶液的反應(yīng)C．鐵在潮濕空氣中生銹D．室溫下水結(jié)成冰D題型一：自發(fā)過程與自發(fā)反應(yīng)對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練【例2】（2021·浙江高考真題）相同溫度和壓強(qiáng)下，關(guān)于物質(zhì)熵的大小比較，合理的是()B題型二：熵的大小比較對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練D題型三：自由能判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向?qū)c(diǎn)訓(xùn)練【例4】（2021·云南省云天化中學(xué)高二期中）某化學(xué)反應(yīng)A(s)=D(g)+E(g)

ΔH-TΔS=(-4500+11T)kJ·mol-1(其中ΔH為焓變，ΔS為熵變，T為熱力學(xué)溫度，單位為K)，要防止反應(yīng)發(fā)生，溫度必須()A．高于409K B．低于136KC．高于136K而低于409K D．低于409KA題型三：自由能判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向【變5-1】焦炭常用