《化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向》(課標(biāo))詳解課件

1、學(xué)習(xí)要求：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.利用復(fù)合判據(jù)判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向和限度第1頁，共17頁。一：化學(xué)反應(yīng)的方向1.自發(fā)反應(yīng)：2.非自發(fā)反應(yīng) ：在一定溫度和壓強(qiáng)下，無需外界幫助就能自動(dòng)進(jìn)行的反應(yīng)。自發(fā)過程的特征：有明確的方向性，具有對外做功的本領(lǐng)。要逆轉(zhuǎn)必須借助外界做功。在一定條件下，需要外界做功才能進(jìn)行的反應(yīng)。第2頁，共17頁。說明： (1)自然界中水由高處往低處流是自發(fā)過程，其逆過程就是非自發(fā)過程，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)過程和自發(fā)反應(yīng)可被利用來完成有用功。如向下流動(dòng)的水可

2、推動(dòng)機(jī)器 ，甲烷燃燒可在內(nèi)燃機(jī)中被利用來做功，可將氫氣燃燒反應(yīng)設(shè)計(jì)成燃燒電池等。 (3)非自發(fā)過程要想發(fā)生，則必須對它做功，如利用水泵可將水從低處流向高處，通電可將水分解生成氫氣和氧氣。第3頁，共17頁。1.能量判據(jù)：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)對外做功或者釋放熱量H 0）。4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)=4Fe(OH)3(s)H0二：判斷化學(xué)反應(yīng)方向的依據(jù) CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) H=802.3 kJ/mol2Fe(s)+3/2O2(g)=Fe2O3(s) H=824 kJ/mol 2H2(g)+O2(

3、g)=2H2O(l) H=571.6 kJ/molNH3 + HCl = NH4Cl H 0(1).大多數(shù)放熱反應(yīng)(H02NH4Cl(s)+Ba(OH)28H2O(s)=2NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l) H0CaCO3(s)=CaO(s)+O2(g) H0高溫(2).有的吸熱反應(yīng)(H0)在一定條件下也能自發(fā)進(jìn)行焓變(H)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因素。第5頁，共17頁。1.衡量一個(gè)體系混亂度的物理量稱為熵。2.符號(hào)：用S表示。3.單位：Jmol1K1 T(K)=273+t()4.熵值S越大，體系混亂度越大。 同一物質(zhì)，S（g）S（l）S（s）。5.大多數(shù)自

4、發(fā)反應(yīng)有趨向于體系混亂度增大的傾向。2.熵判據(jù)：反應(yīng)熵變與反應(yīng)方向熵變(S):化學(xué)反應(yīng)前后體系熵的變化。 S=S產(chǎn)物S反應(yīng)物S0 熵增反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行產(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)S0 熵減反應(yīng)難自發(fā)進(jìn)行第6頁，共17頁。 10的液態(tài)水能自動(dòng)結(jié)冰成為固態(tài)、H2在O2中燃燒為熵減反應(yīng)，它在一定條件下也可自發(fā)進(jìn)行。因此熵判據(jù)判斷過程的方向也是不全面的。 很多情況下，簡單地只用其中一個(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)過程。第7頁，共17頁。3.復(fù)合判據(jù):焓變與熵變對反應(yīng)方向

5、的共同影響（自由能變化）G=HTS G 0的反應(yīng) 不能自發(fā)進(jìn)行 H0 能自發(fā)進(jìn)行 H0, S0 不能自發(fā)進(jìn)行 H0, S0, S0 ？第8頁，共17頁。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9頁，共17頁。反應(yīng)總是在一定條件下進(jìn)行的。要討論反應(yīng)的自發(fā)性，也要指明反應(yīng)條件。如果沒有交代反應(yīng)條件，只講“某某反應(yīng)不自發(fā)”“某某反應(yīng)自發(fā)”，實(shí)際上是指在常溫常壓下進(jìn)行的反應(yīng)?！耙欢l件”指“一定的溫度一定壓強(qiáng)”。例如，反應(yīng) CaCO3= CaO + CO2 在常溫常壓是非自

6、發(fā)的，而在高溫下則是自發(fā)發(fā)生的。 用吉布提自由能計(jì)算公式（G=H-TS）來判斷反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行時(shí)，可以看到T對G的值有影響，在某些情況下，可能決定G是大于0還是小于0；式中H 是一個(gè)與溫度、壓強(qiáng)有關(guān)的物理量。因此，討論G是大于0還是小于0，實(shí)際上也是在一定溫度與壓強(qiáng)下進(jìn)行的。第10頁，共17頁。“外界幫助”這句話中，指的是為反應(yīng)體系提供能量?！皫椭辈⒉皇侵柑峁┓磻?yīng)發(fā)生的溫度和壓強(qiáng)等反應(yīng)條件，也不是點(diǎn)燃、使用催化劑等等。一定的溫度、一定的壓強(qiáng)是反應(yīng)所需要的條件。很多場合下,提高溫度,往往是為了加速反應(yīng)。合成氨反應(yīng)在常溫常壓下，G0,是放熱的自發(fā)反應(yīng)。但是，常溫常壓下實(shí)際上無法覺察到反應(yīng)的發(fā)生，

7、只有在高溫、高壓、催化劑存在下，才有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。又如，硝酸銨NH4NO3的分解反應(yīng)， H0，在任何溫度下都能自發(fā)進(jìn)行。在常溫常壓下，反應(yīng)速率慢，難以觀察到反應(yīng)的發(fā)生。但加熱到高溫，或受猛烈撞擊，發(fā)生爆炸性分解：2NH4NO3=N2+O2+4H2O。撞擊或加熱大大提高反應(yīng)速率，發(fā)生劇烈分解。氫氣氧氣化合成水的反應(yīng)在常溫下也是自發(fā)的。常溫下將H2與O2混合，不能觀察到有明顯現(xiàn)象，在氫氧燃料電池中，反應(yīng)在常溫下就能進(jìn)行。在鈀粉催化下H2與O2的混合氣體也能快速生成水。點(diǎn)燃?xì)錃庋鯕猓苎杆倩铣伤?，也只是加速了反?yīng)速率。第11頁，共17頁。從熱力學(xué)分析，“外界幫助”指的是對體系做“有用功”。例如，

8、水的分解在常溫常壓下是不自發(fā)的，但通電，為體系提供電能，可以使水分解成H2和O2 。電解反應(yīng)都是非自發(fā)反應(yīng),“通電”對體系做有用功，使反應(yīng)在常溫常壓下得以進(jìn)行。而原電池反應(yīng)是自發(fā)反應(yīng)，它能對外作電功。自發(fā)反應(yīng)和其他自發(fā)過程一樣，具有對外作功的能力。因此，自發(fā)反應(yīng)和非自發(fā)反應(yīng)的區(qū)別在于在一定條件下，反應(yīng)的發(fā)生是需要外界對體系作功，還是反應(yīng)體系具有能對外界作功的能力。第12頁，共17頁。典例剖析1. 下列過程是非自發(fā)的是（ ）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2. 碳酸銨(NH4)2CO3在室溫下就能自發(fā)地分解產(chǎn)生氨氣，對其說法中正確的是（ ）A、

9、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)，據(jù)能量判據(jù)不能自發(fā)分解；D、碳酸鹽都不穩(wěn)定，都能自發(fā)分解。DAC第13頁，共17頁。3下列說法中，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4下列物質(zhì)中，熵值(S)最大的是 ( ) A金剛石 BCl2(l) CI2(g) DCu(s)ABC第14頁，共17頁。3.下列說法正確的是（ ） 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

10、容易發(fā)生； D、有些吸熱反應(yīng)也能自發(fā)進(jìn)行。4. 250C和1.01105Pa時(shí)，反應(yīng) 2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g) H=56.8kJ/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15頁，共17頁。5.下列說法正確的是( )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 6.水在273 K、101105Pa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