《2.3 第三節(jié) 化學反應的方向》參考課件

第四節(jié)化學反應進行的方向1.了解自發(fā)反應的焓判據(jù)。2.了解混亂度熵的概念及熵增原理。3.根據(jù)反應的焓變和熵變兩個判據(jù)，判斷反應自發(fā)進行的可能性。4.了解根據(jù)吉布斯自由能變判定化學反應的方向。學習目標：科學判據(jù)：理論指引，少走彎路汽車尾氣帶來嚴重的環(huán)境問題。為減少污染，人們創(chuàng)造性地設計新反應：2NO+2CO=N2+2CO2一個化學反應在給定的條件下（通常指溫度和壓強）能否自發(fā)進行？以及在什么條件下有可能按照我們預期的方向發(fā)生？這個“判據(jù)”是什么呢？化學反應的方向預期方向飛流直下：不借助外力自發(fā)過程與非自發(fā)過程過程1:水的流動高處抽水上山：借助水泵，持續(xù)消耗電能低處自發(fā)非自發(fā)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。自發(fā)過程與非自發(fā)過程一段時間后熱量傳遞給周圍空氣=室溫的涼水最終自發(fā)非自發(fā)過程3:氫氣燃燒水的電解2H2+O2=2H2O①在一定條件下，如果一個過程是自發(fā)的，那么它的逆過程通常是非自發(fā)的氫氣的燃燒自發(fā)過程與非自發(fā)過程處于高水位的水有向低處流動的趨勢，但是現(xiàn)在被大壩攔截，此過程并沒有實際發(fā)生，但是有發(fā)生的趨勢。水從高處到低處可以用來發(fā)電氫氣燃燒可以設計成原電池②自發(fā)過程可以對外界做功③“自發(fā)”只是有發(fā)生的趨勢，并不代表實際發(fā)生，更不能確定發(fā)生的速率?！胺亲园l(fā)”也不代表不能發(fā)生。自發(fā)過程與非自發(fā)過程④“自發(fā)”是一定條件下的自發(fā)，條件變了，可能由原來的“自發(fā)”變成“非自發(fā)”自發(fā)非自發(fā)過程4:鋼鐵生銹鋼鐵生銹也是自發(fā)反應，但是速率很慢。過程6:春天冰融水自發(fā)過程5:冬天水結冰自發(fā)自發(fā)過程與非自發(fā)過程自然界中水總是從高處往低處流；正電荷是從電勢高的地方向電勢低的地方流動；室溫下冰塊自動融化；墨水擴散；食鹽溶解于水；火柴棍散落等。思與題問考體系趨向于從高能態(tài)到低能態(tài)體系趨向于從“有序”到“無序”自發(fā)過程的特點有哪些？下列反應在一定條件下都能自發(fā)進行，你知道這些反應能自發(fā)進行的主要原因嗎？交考思流H2(g)+

O2(g)＝H2O(l)

△H＝-286KJ/mol12NaOH(aq)+HCl(aq)＝NaCl(aq)+H2O(l)△H＝-57.3KJ/molZn(s)+CuSO4(aq)

＝

ZnSO4(aq)+Cu

(s)△H＝-216.8KJ/mol

H2(g)+Cl2(g)＝

HCl(g)△H＝-92KJ/mol12

Na(s)+H2O(l)

＝

NaOH(aq)+H2(g)△H＝-184KJ/mol12反應物的總能量高生成物的總能量低放熱反應△H＜0共同特點：△H<O即放熱反應。結論：放熱反應體系能量降低，具有自發(fā)傾向。能量降低在一定

下，不借助

就能自動進行的過程。條件

自發(fā)過程體系趨向于從

能狀態(tài)轉變?yōu)?/p>

能態(tài)，這時體系對外部

或釋放

。一、焓判據(jù)1.自發(fā)過程：在一定

下不需外界幫助就能

進行的反應。2.自發(fā)反應：低能態(tài)高能態(tài)3.焓判據(jù)：

反應體系能量降低，具有自發(fā)進行的傾向,易發(fā)生。外力高低做功能量條件自動放熱結論：2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8H2O(s)=NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l)

(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g)△H＝+74.9KJ/mol1.有些吸熱反應也是自發(fā)進行的；2.焓變只是反應能否自發(fā)進行的一個因素,但不是惟一因素。只根據(jù)焓變來判斷反應方向是不全面的；3.以上自發(fā)反應是增體反應或生成氣體（相當于增體），實質(zhì)是混亂度增加。思與察觀考△H>0如下反應都是常溫常壓下的自發(fā)反應，你得出什么結論？2N2O5(g)=4NO2(g)+O2

(g)

△H＝+56.7KJ/mol25思考與交流分析以下現(xiàn)象，總結出它們也能自發(fā)進行的原因。1.放在同一個密閉容器中的不同氣態(tài)物質(zhì)（包括液體物質(zhì)或能夠揮發(fā)的固態(tài)物質(zhì)的蒸氣），不需要外界任何作有用，氣態(tài)物質(zhì)會通過分子的擴散自發(fā)地形成均勻混合物。2.相互接觸的固體物質(zhì)體系，經(jīng)過長期放置后，人們能夠找到通過擴散而進入到另一物質(zhì)中的原子或分子，所以作為純物質(zhì)難以保存。3.把硝酸銨溶于水雖然吸熱，它卻能夠自發(fā)地向水中擴散。在密閉條件下，體系有從有序自發(fā)轉變?yōu)闊o序的傾向，即混亂度增加有自發(fā)傾向。結論：有序混亂討與流交論有序排列的火柴散落成為無序排列，有趨向于最大混亂度的傾向自發(fā)進行二、熵判據(jù)1.熵：符號S，表示混亂度（無序度）的物理量。3.熵變：熵的變化，用△S表示。4.熵增原理：在密閉體系中，熵增體系（△S>0）有自發(fā)傾向。注意：

有的熵減反應也是自發(fā)的，如-10℃的液態(tài)水就會自動結冰（熵減），但它是放熱的。所以只根據(jù)熵變判斷反應進行方向跟只用焓判據(jù)一樣都是不全面的。2.規(guī)律：同一物質(zhì)的熵S(g)>S(l)>S(s)。如水蒸氣>水>冰

Zn(s)+H2SO4(aq)=ZnSO4(aq)+H2(g)

2KClO3(s)=2KCl(s)+3O2(g)如：

2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)

4Fe(OH)2(s)+O2(g)+2H2O(l)=4Fe(OH)3(s)縮體熵減，但自發(fā)進行再如：增體熵增，自發(fā)進行

5.熵增原理的條件：不能只根據(jù)熵增或熵減來判斷化學反應進行的方向。事實上，只有與環(huán)境沒有物質(zhì)交換的孤立體系或與環(huán)境既沒有物質(zhì)交換也沒有熱量交換的絕熱體系，自發(fā)過程才向著熵增的方向進行。我們生活中遇到的熵增過程墨水滴入水中氣體的擴散固體的溶解熵增過程學與問1.離子反應在溶液中進行，生成氣體則熵增加(△S>0)，有自發(fā)進行的傾向，所以易于發(fā)生。2.一般的增體反應（包括反應物中無氣，生成氣體）,因熵增加(△S>0)，有自發(fā)進行的傾向，所以易于發(fā)生。2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8H2O(s)=NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l)

△H>0

2N2O5(g)=4NO2(g)+O2

(g)△H＝+56.7KJ/mol25(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g)△H＝+74.9KJ/mol如：以上三個反應，都是增體反應的熵增(△S>0)反應，所以易于自發(fā)進行。(1)焓判據(jù)：放熱反應(△H

<0)一般易自發(fā)進行。(2)熵判據(jù)：熵增反應(增體反應，△G>0)一般易自發(fā)進行。(3)很多情況下，簡單地只用其中一個判據(jù)判斷同一個反應，可能會出現(xiàn)相反的判斷結果，所以應兩個判據(jù)兼顧。由焓判據(jù)和熵判據(jù)組合成的復合判據(jù)(吉布斯自由能變△G)將更適合于所有的過程。反應能否自發(fā)還與溫度有關

要正確判斷一個化學反應能否自發(fā)進行，必須綜合考慮反應的焓變△H和熵變△S。小結三、吉布斯自由能變△G自由能變△G綜合考慮了焓變(△H)和熵變(△S)對體系的影響：△G=△H-T△S(T為熱力學溫度，T＝t+273,單位開爾文K)當△G<0時，自發(fā)反應當△G>0時，非自發(fā)反應當△G=0時，平衡狀態(tài)△H△S反應類型△G化學反應能否自發(fā)進行<0>0放熱的熵增反應>0<0吸熱的熵減反應<0<0放熱的熵減反應>0>0吸熱的熵增反應自發(fā)進行不自發(fā)進行不確定<0>0不確定與T有關△S△H△H>0，△S>0吸熱的熵增反應高溫自發(fā)進行△H<0，△S>0放熱的熵增反應任何溫自發(fā)進行△H<0，△S<0放熱的熵減反應低溫自發(fā)進行△H>0，△S<0吸熱的熵減反應任何溫度不能自發(fā)進行溫度與反應方向關系圖如活潑金屬與酸反應如高溫鍛燒石灰石如氫氣在氧氣中燃燒如石墨高溫高壓變?yōu)榻饎偸?．反應的自發(fā)性只能用于判斷反應的方向，不能確定反應是否一定會發(fā)生和過程發(fā)生的速率。例如涂有防銹漆和未涂防銹漆的鋼制器件，二者發(fā)生腐蝕過程的自發(fā)性是相同的，但只有后者可以實現(xiàn)?！咀⒁狻?．在討論過程的方向時，指的是沒有外界干擾時體系的性質(zhì)。如果允許外界對體系施加某種作用，就可能出現(xiàn)相反的結果。例如水泵可以把水從低水位升至高水位；高溫高壓下可以使石墨轉化為金剛石，實現(xiàn)的先決條件是要向體系中輸入能量，該過程的本質(zhì)仍然是非自發(fā)性的。2KClO3(s)==2KCl(s)+3O2(g)△H(25℃)=-78.03kJ·mol-1△S(25℃)=+494.4J·mol-1·K-1CO(g)==C(s,石墨)+1/2O2(g)△H(298K)=+110.5kJ·mol-1△S(298K)=-89.36J·mol-1·K-1例：判斷下列反應能否自發(fā)進行解：△G=△H-T△S＝-78.03kJ/mol-298K×0.4944KJ/(mol·K)＝-78.03kJ/mol-147.33

KJ/mol＝-225.36

kJ/mol∵△G<0,∴能自發(fā)進行。解：△G=△H-T△S＝+110.5

kJ/mol-298K×(-0.08936)

KJ/(mol·K)＝+110.5

kJ/mol+26.63

KJ/mol＝+137.13

kJ/mol∵△G>0,∴不能自發(fā)進行。1.4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)==4Fe(OH)3(s)△H(25℃)=-444.3kJ·mol-1△S(25℃)=-280.1J·mol-1·K-1△H(298K)=+178.2kJ·mol-1△S(298K)=+169.6J·mol-1·K-12.CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)作業(yè)：判斷下列反應能否自發(fā)進行【學習評價】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.其分解是因為生成了易揮發(fā)的氣體，使體系的熵增大B.其分解是因為外界給予了能量C.其分解是吸熱反應，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DA3.自發(fā)進行的反應一定是∶（）A.吸熱反應B.放熱反應C.熵增加反應D.熵增加或者放熱反應D4.下列說法正確的是（）A.凡是放熱反應都是自發(fā)的，由于吸熱反應都是非自發(fā)的B.自發(fā)反應一定是熵增大，非自發(fā)反應一定是熵減少或不變C.自發(fā)反應在恰當條件下才能實現(xiàn)D.自發(fā)反應在任何條件下都能實現(xiàn)C5.下列說法不正確的是（）A.焓變是一個與反應能否自發(fā)進行有關的因素，多數(shù)的能自發(fā)進行的反應都是放熱反應B.在同一條件下不同物質(zhì)有不同的熵值，其體系的混亂程度越大，熵值越大C.一個反應能否自發(fā)進行取決