2.3化學反應的方向課件上學期高二化學人教版選擇性必修1

第三節(jié)

化學反應的方向第二章

化學反應速率與化學平衡早在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)歷了如此長的時間呢？情景引入化學家們?yōu)榱四軓牡V物中制備金屬鈦，設(shè)計了如下反應：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)進行的，而且是有方向性的。水往低處流耳機線總是自發(fā)地纏繞到一起墨滴在水中擴散暖爐取暖自然現(xiàn)象自然界有一些過程是自發(fā)進行的，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1、自發(fā)過程：在一定條件下，不需借助外力就能自發(fā)進行的過程。2、自發(fā)反應：在給定的條件下，可以自發(fā)進行到顯著程度的化學反應。

如：鋼鐵生銹。3．特征：具有方向性，即過程的某個方向在一定條件下自發(fā)進行，而該過程逆方向在該條件下肯定不能自發(fā)進行。自發(fā)反應不需要任何條件就能自發(fā)進行嗎？非也~注意定義里的“給定條件”。如氫氣和氧氣反應需要點燃，但也是自發(fā)反應。（溫度和壓強）（光解、電解）思考交流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？它們有何共同特點？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：放熱反應使體系能量降低，能量越低越穩(wěn)定，△H<0有利于反應自發(fā)進行?！鱄<0即放熱反應化學反應進行方向的判據(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的反應有自發(fā)進行的傾向?！舳鄶?shù)能自發(fā)進行的化學反應是放熱反應反應物的總能量高生成物的總能量低放熱反應△H＜0思考時間是不是所有自發(fā)進行的化學反應都是放熱的？結(jié)論：△H<0有利于反應自發(fā)進行，但自發(fā)反應不一定要△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。對點練習2、以下自發(fā)反應可用能量判據(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發(fā)生可預測過程發(fā)生完成的快慢可判斷過程的熱效應A你能發(fā)現(xiàn)這些看似不相干的事件之間的聯(lián)系嗎墨水擴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)定化學反應進行方向的判據(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對于同一物質(zhì)，當物質(zhì)的量相同時，S(g)>S(l)>S(s)③不同物質(zhì)熵值的關(guān)系：I、物質(zhì)組成越復雜→熵值越大II、對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)生化學反應時物質(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，越有利于反應自發(fā)進行?；瘜W反應進行方向的判據(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)地向水中擴散。從晶體有序排列到溶液中無序自由移動。2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8H2O(s)=2NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l)思考時間自發(fā)反應一定是熵增加的反應嗎？結(jié)論：△S>0有利于反應自發(fā)進行，自發(fā)反應不一定要△S>0熵變是反應能否自發(fā)進行的一個因素,但不是唯一因素。2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)

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

化學反應進行方向的判據(jù)——復合判據(jù)溫度（開爾文）開氏度=攝氏度+273.15自由能變化（符號為△G):△G=△H-T△S我們已經(jīng)知道：△H<0有利于反應自發(fā)；△S>0有利于反應自發(fā)。吉布斯確立了定量描述焓變和熵變在判斷反應的自發(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。△G<0，反應才能自發(fā)，那么△G的正負和誰有關(guān)呢？△G=△H-T△S<0反應能自發(fā)進行△G=△H-T△S=0反應達到平衡狀態(tài)△G=△H-T△S>0反應不能自發(fā)進行反應在該狀況下能否自發(fā)進行＜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)進行不自發(fā)進行低溫不自發(fā)，高溫自發(fā)低溫自發(fā)，高溫不自發(fā)化學反應進行方向的判據(jù)——復合判據(jù)自由能變化（符號為△G):△G=△H-T△S小結(jié)：“大大高溫，小小低溫”△H△S?H>0?S>0高溫下反應自發(fā)進行?H>0?S<0所有溫度下反應不能自發(fā)進行?H<0?S>0所有溫度下反應自發(fā)進行?H<0?S<0低溫下反應自發(fā)進行化學反應進行方向的判據(jù)——復合判據(jù)活學活用早在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家設(shè)計的第一步反應：TiO2(s)+2Cl2(g)=TiCl4(l)+O2(g)△H=+161.9KJ/mol，△S=-38.4J/(mol·K)不能自發(fā)反應。另一個方案：科學家們?yōu)榱私鉀Q這一難題，想出來另外一個方案：向二氧化鈦與氯氣的反應體系中加入石墨，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什么條件下能自發(fā)進行？(1)鈉與水反應(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)進行△H<0△S<0低溫自發(fā)進行△H>0△S>0高溫自發(fā)進行△H>0△S<0非自發(fā)進行小結(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)放熱反應熵增原理<0反應在該狀況下能否自發(fā)進行＜０＞０＞０＜０＞０＞０＜０＜０＜０自發(fā)進行＞０不自發(fā)進行低溫時＞０,高溫時＜０低溫時＜０,高溫時＞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，它的過去應該是能量溫度極高，有極度規(guī)律的質(zhì)點，不斷膨脹，演變成現(xiàn)在的宇宙-—霍金《時間簡史》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，當熵接近極大值時就達到危險狀態(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：熵是量度我們對一個領(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，那就沒有什么會自發(fā)按照你所希望的方式順利進行：考不到好成績、作業(yè)不會自動完成、諾貝爾獎不會自動砸在你的頭上。

看看那些干出成績的人：攻克雜交水稻的袁隆平、發(fā)現(xiàn)青蒿素的屠呦呦等，哪個不是付出了千倍萬倍的努力，才換來一個有價值的、為人所認可的成就？這正是熵的哲學：努力不一定成功，但放棄一定失敗。熵對點訓練【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)反應對點訓練【例2】（2021·浙江高考真題）相同溫度和壓強下，關(guān)于物質(zhì)熵的大小比較，合理的是()B題型二：熵的大小比較對點訓練D題型三：自由能判斷反應進行的方向?qū)c訓練【例4】（2021·云南省云天化中學高二期中）某化學反應A(s)=D(g)+E(g)

ΔH-TΔS=(-4500+11T)kJ·mol-1(其中ΔH為焓變，ΔS為熵變，T為熱力學溫度，單位為K)，要防止反應發(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：自由能判斷反應進行的方向【變5-1】焦炭常用