二章四节化学反应进行的方向学习教案

1、会计学1二章四节化学反应二章四节化学反应(huxu fnyng)进行进行的方向的方向第一页，共31页。我们已经知道工业上可以用焦炭还原我们已经知道工业上可以用焦炭还原氧化铁得到金属氧化铁得到金属(jnsh)铁：铁： 3C +2Fe2O3 4Fe+3CO2 但是金属但是金属(jnsh)铝冶炼时，却是用电铝冶炼时，却是用电解熔融氧化铝的方法：解熔融氧化铝的方法： 2Al2O3 4Al+3O2能不能也用焦炭还原氧化铝得到金属能不能也用焦炭还原氧化铝得到金属(jnsh)铝呢？铝呢？ 3C +2Al2O3 4Al +3CO2 ?Na3AlF6第1页/共30页第二页，共31页。自然界中有许多自然自然界中有

2、许多自然而然的现象发生，请而然的现象发生，请同学们联系生活知识同学们联系生活知识，列举，列举(lij)一些能一些能自动发生的例子？自动发生的例子？第2页/共30页第三页，共31页。第3页/共30页第四页，共31页。自发反应：在一定条件下，不需外界自发反应：在一定条件下，不需外界(wiji)持久帮助就持久帮助就 能自动进行的反应，称为自发反应能自动进行的反应，称为自发反应 。自发过程：在一定条件下，不借助外部力量就能自发过程：在一定条件下，不借助外部力量就能 自动进行自动进行(jnxng)的过程。的过程。阅读课本阅读课本P P3434 交流与讨论举例说明交流与讨论举例说明什么是自发反应？什么是自

3、发反应？如何判断一个反应过程能否自发进行呢？如何判断一个反应过程能否自发进行呢？第4页/共30页第五页，共31页。2Na(s) +2H2O(l) = 2NaOH(aq) + H2(g) H = 368 kJmol-14Fe(OH)2(s) + O2 (g) +2H2O(l) = 4Fe(OH)3(s) H = 444.3 kJmol-1NaOH(aq) + HCl(aq) = NaCl(aq) + H2O(l) H = 57.3 kJmol-1H2(g) + F2(g) = 2HF(g) H = 546.6 kJmol-1 上述这些反应在一定条的件下都能自发进行，你知道上述这些反应在一定条的件

4、下都能自发进行，你知道(zh do)这些反应能自发进行的主要原因吗？这些反应能自发进行的主要原因吗？第5页/共30页第六页，共31页。n能量判据：体系趋向于从高能状态转变为低能能量判据：体系趋向于从高能状态转变为低能状态状态( (H H0)0)。n对于对于(duy)(duy)化学反应而言，放热过程中体系化学反应而言，放热过程中体系能量降低，因此有自发进行的倾向，且放出的能量降低，因此有自发进行的倾向，且放出的热量越多，体系能量降低越多，反应越完全。热量越多，体系能量降低越多，反应越完全。共同特点：共同特点：H HO O 即放热反应一般即放热反应一般(ybn)(ybn)能自发进行能自发进行放热反

5、应放热反应(fn r fn yng)(fn r fn yng)使体系能量使体系能量降低，能量越低越稳定，降低，能量越低越稳定，H HO O 有利于反有利于反应自发进行。应自发进行。第6页/共30页第七页，共31页。反应物的总能量反应物的总能量(nngling)(nngling)高高生成物的总能量生成物的总能量(nngling)(nngling)低低放热反应放热反应H H0 0第7页/共30页第八页，共31页。思考：是不是所有自发思考：是不是所有自发(zf)(zf)进行的进行的化学化学 反应都是放热的呢？反应都是放热的呢？思思与与题题问问考考(NH4)2CO3(s)NH4HCO3(s) + NH

6、3(g) H0NH4HCO3(s) NH3(g) + H2O(l)+ CO2(g) H0不是不是(b shi)第8页/共30页第九页，共31页。结论：结论：H HO O有利于反应有利于反应(fnyng)(fnyng)自发自发进行，进行， 但自发反应但自发反应(fnyng)(fnyng)不一定都要不一定都要H HO O2NH4Cl(s) + Ba(OH)28 H2O(s) NH3(g) + BaCl2(aq) + 10H2O(l) 焓变只是判断反应能否焓变只是判断反应能否(nn fu)(nn fu)自发进自发进行的一个因素行的一个因素, ,但不是唯一因素。但不是唯一因素。思思与与察察观观考考第9

7、页/共30页第十页，共31页。)讨讨与与流流交交论论阅读阅读(yud)(yud)教材教材p35p35第10页/共30页第十一页，共31页。火柴散落火柴散落(snlu)过程混乱度如何变化过程混乱度如何变化？从混乱度角度分析从混乱度角度分析(fnx)它为什么可以自发发生？它为什么可以自发发生？即在密闭条件下，体系有从有序自发地转即在密闭条件下，体系有从有序自发地转变为无序变为无序(w x)(w x)的倾向，即熵增加（的倾向，即熵增加（S S0 0）有利于自发进行。）有利于自发进行。在化学上用熵在化学上用熵(符号符号S)来量度这种混乱来量度这种混乱(或无序或无序)的程度。的程度。增大增大混乱程度越大

8、越稳定混乱程度越大越稳定第11页/共30页第十二页，共31页。1、同一、同一(tngy)物质气态时熵值最大，液态较小，固态时最小。物质气态时熵值最大，液态较小，固态时最小。2、固体的溶解过程、品红扩散过程和气体扩散过程。、固体的溶解过程、品红扩散过程和气体扩散过程。3、产生气体的反应和气体的物质的量增加的反应。、产生气体的反应和气体的物质的量增加的反应。清清识识知知单单在与外界隔离的体系中，自发过程的体系趋向于在与外界隔离的体系中，自发过程的体系趋向于由有序转变为无序，导致体系的熵增大，这一经由有序转变为无序，导致体系的熵增大，这一经验规律叫做验规律叫做，也是反应方向的另一个重要也是反应方向的

9、另一个重要判剧判剧第12页/共30页第十三页，共31页。由于反应中生成气体是熵增大的过程，所以增大由于反应中生成气体是熵增大的过程，所以增大了反应的自发性。与之类似的如用浓磷酸与食盐固了反应的自发性。与之类似的如用浓磷酸与食盐固体反应制取体反应制取HCl气体，对复分解反应来说看似矛盾气体，对复分解反应来说看似矛盾，但生成了，但生成了HCl气体，是熵增大的过程，气体，是熵增大的过程，HCl脱离反脱离反应体系，使得反应得以正常进行。在熔融态，用金应体系，使得反应得以正常进行。在熔融态，用金属钠与属钠与KCl反应制取钾，把反应温度控制在金属钾反应制取钾，把反应温度控制在金属钾的沸点以上，使钾以气体形

10、式的沸点以上，使钾以气体形式(xngsh)产生，既是产生，既是熵增大的过程，又是减少生成物浓度平衡向正反应熵增大的过程，又是减少生成物浓度平衡向正反应方向移动的过程等，都是利用理论知识来解释使看方向移动的过程等，都是利用理论知识来解释使看似不能发生的反应得以进行。似不能发生的反应得以进行。教材教材P35【学与问】【学与问】 发生离子反应的条件之一是产发生离子反应的条件之一是产生气体，请你利用熵判椐进行解释生气体，请你利用熵判椐进行解释(jish)？由此你？由此你对于理论的指导作用是否有新的体会？对于理论的指导作用是否有新的体会？第13页/共30页第十四页，共31页。结论：结论：S SO O有利

11、于反应自发有利于反应自发(zf)(zf)进进行，行， 但自发但自发(zf)(zf)反应不一定都要反应不一定都要S S0 0熵变是反应能否自发熵变是反应能否自发(zf)(zf)进行的又一个进行的又一个因素因素, ,但不是唯一因素。但不是唯一因素。自发反应一定是熵增加的反应吗？你想一想有没自发反应一定是熵增加的反应吗？你想一想有没有由气态有由气态(qti)(qti)转变成固态的反应？也就是熵减转变成固态的反应？也就是熵减小的反应也能自发进行。小的反应也能自发进行。不一定。不一定。【思考与交流】【思考与交流】 NH3(g)+HCl (g) = NH4Cl(s) S0有，如有，如：再如：再如：2Al(

12、s)+Fe2O3(s)=Al2O3(s)+2Fe(s) S=39.35Jmol-1K-1 能自发进行能自发进行第14页/共30页第十五页，共31页。 根据根据(gnj)(gnj)你已有的知识和经验你已有的知识和经验, ,分析下列过程分析下列过程的焓变、熵变与反应方向的焓变、熵变与反应方向 焓变焓变 熵变熵变 NH3(g)+ HCl(g)= NH4Cl(s) NH3(g)+ HCl(g)= NH4Cl(s) NH4Cl(s) = NH3(g)+ HCl(g) NH4Cl(s) = NH3(g)+ HCl(g)加热加热(ji r)要正确判断一个要正确判断一个(y )(y )化学反应能否自发进化学反

13、应能否自发进行行, ,必须综合考虑反应的焓变必须综合考虑反应的焓变H H和熵变和熵变S S。S0H0H 0S0反应是否自发还可能与反应是否自发还可能与有关有关第15页/共30页第十六页，共31页。2KClO3(s)=2KCl(s)+3O2(g)H = +78.03 kJmol-1S = 494.4 Jmol-1K-1反应是否自发确实反应是否自发确实(qush)还与温度有关还与温度有关CaCO3(s) = CaO(s)+CO2(g)H (298K) = +178.2 kJmol-1S (298K) = 169.6 Jmol-1K-1第16页/共30页第十七页，共31页。化学反应进行化学反应进行(

14、jnxng)(jnxng)方向的方向的判据判据 、能量、能量(nngling)判据判据(焓判据）：焓判据）：是判断是判断(pndun)(pndun)化学反应进行方向的判化学反应进行方向的判据之一。据之一。2 2、熵判据：、熵判据：能量最低原理。能量最低原理。熵增原理。熵增原理。是判断化学反应进行方向的另一判据。是判断化学反应进行方向的另一判据。3 3、复合判据：、复合判据：能量判据结合能量判据结合熵判据熵判据小结：小结：阅读教材阅读教材p p36 36 科学视野科学视野第17页/共30页第十八页，共31页。练习：判断下列过程的焓变、熵变的正负（填练习：判断下列过程的焓变、熵变的正负（填“0”或

15、或“0”），并指出哪些能够用焓判据判定？哪些能），并指出哪些能够用焓判据判定？哪些能够用熵判据判定？够用熵判据判定？ （1）溶解少量蔗糖于水中，）溶解少量蔗糖于水中， H_；S_； （2) 纯碳和氧气反应生成纯碳和氧气反应生成(shn chn) CO(g)， H_；S_； （3）液态水蒸发变成水蒸气，）液态水蒸发变成水蒸气， H_；S_； （4）CaCO3(s)加热分解生成加热分解生成(shn chn)CaO(s)和和CO2(g)， H_；S_。00000000焓、熵判据焓、熵判据(pn j)判定判定熵判据熵判据(pn j)判定判定熵判据判定熵判据判定熵判据判定熵判据判定实例说明单独运用上述判

16、据中的任一种，都可能出现错误，都实例说明单独运用上述判据中的任一种，都可能出现错误，都不是全面的。要正确的判断化学反应的方向，需要综合考虑焓不是全面的。要正确的判断化学反应的方向，需要综合考虑焓变和熵变的复合判据。变和熵变的复合判据。第18页/共30页第十九页，共31页。G H TS当当H0 ，S0时，时， G0. 这时反应这时反应(fnyng)自发进自发进行；行；当当H0 ，S0时，时， G 0. 这时反应这时反应(fnyng)不自发进不自发进行；行；当当H0 ，S0或或 H 0， S0时，时， 反应是否自发反应是否自发(zf)与温度有关。与温度有关。在恒温、恒压下，综合考虑判断化学反应自发

17、性的在恒温、恒压下，综合考虑判断化学反应自发性的判据：判据：自由能自由能(G)与焓变、熵变的关系：与焓变、熵变的关系：3.3.复合判据：复合判据：第19页/共30页第二十页，共31页。1 1反应的自发性只能用于判断反应的方向反应的自发性只能用于判断反应的方向(fngxing)(fngxing)，不，不能确定反应是否一定会发生和过程发生的速率。例如涂有防能确定反应是否一定会发生和过程发生的速率。例如涂有防锈漆和未涂防锈漆的钢制器件，其发生腐蚀过程的自发性是锈漆和未涂防锈漆的钢制器件，其发生腐蚀过程的自发性是相同的，但只有后者可以实现。相同的，但只有后者可以实现。2 2在讨论过程的方向在讨论过程的

18、方向(fngxing)(fngxing)时，指的是没有外时，指的是没有外界干扰时体系的性质。如果允许外界对体系施加某种界干扰时体系的性质。如果允许外界对体系施加某种作用，就可能出现相反的结果。例如水泵可以把水从作用，就可能出现相反的结果。例如水泵可以把水从低水位升至高水位；高温高压下可以是石墨转化为金低水位升至高水位；高温高压下可以是石墨转化为金刚石，实现的先决条件是要向体系中输入能量，该过刚石，实现的先决条件是要向体系中输入能量，该过程的本质仍然是非自发性的。程的本质仍然是非自发性的。注意注意(zh y)：第20页/共30页第二十一页，共31页。【例题】工业上可以用焦炭还原氧化铁得到金属铁，

19、但是【例题】工业上可以用焦炭还原氧化铁得到金属铁，但是金属铝冶炼时，却是用电解金属铝冶炼时，却是用电解(dinji)熔融氧化铝的方法。熔融氧化铝的方法。请从自由能的角度判断为什么不能用焦炭还原请从自由能的角度判断为什么不能用焦炭还原Al2O3炼制炼制金属铝？金属铝？已知：已知：298 K时，时，2Al2O3(s) + 3C(s) 4Al(s) + 3CO2(g) H+2171 kJ/mol S635.5 J/(molK) 解：解： G HTS 2 171 kJ/mol298 K635.510-3 kJ/(molK) 1981 kJ/mol因此室温下反应不能自发进行。该反应为吸热的熵增加反因此室

20、温下反应不能自发进行。该反应为吸热的熵增加反应，升高温度可使应，升高温度可使HTS0，使反应能自发进行。，使反应能自发进行。假设反应焓变与反应熵变不随温度变化而变化即：假设反应焓变与反应熵变不随温度变化而变化即： 当当G0时，反应才能发生，有：时，反应才能发生，有： 21711000J/molT635.5J/(molK)0 得：得：T3416 K所以当所以当T3416K时，该反应才能自发进行，而这么高的时，该反应才能自发进行，而这么高的温度在工业生产中一般是很难满足的。温度在工业生产中一般是很难满足的。第21页/共30页第二十二页，共31页。DA第22页/共30页第二十三页，共31页。CC4、

21、吸热反应一定是、吸热反应一定是 ( ) A.非自发的化学反应非自发的化学反应(huxu fnyng)B.释释放能量放能量 C.贮存能量贮存能量 D.反应需要加热反应需要加热 第23页/共30页第二十四页，共31页。D第24页/共30页第二十五页，共31页。6、下列说法不正确的是（、下列说法不正确的是（ ）A.焓变是一个与反应能否自发进行有关的焓变是一个与反应能否自发进行有关的因素，多数的能自发进行的反应都是放热因素，多数的能自发进行的反应都是放热反应。反应。B.在同一条件下不同物质有不同的熵值，在同一条件下不同物质有不同的熵值，其体系的混乱程度其体系的混乱程度(chngd)越大，熵值越越大，熵

22、值越大。大。C.一个反应能否自发进行取决于该反应放一个反应能否自发进行取决于该反应放热还是吸热热还是吸热D.一个反应能否自发进行，与焓变和熵变一个反应能否自发进行，与焓变和熵变的共同影响有关的共同影响有关C第25页/共30页第二十六页，共31页。7、以下自发反应、以下自发反应(fnyng)可用能量判据来解释的是可用能量判据来解释的是( ) A.硝酸铵自发地溶于水硝酸铵自发地溶于水2O5(g)=4NO2(g)+O2(g) C. (NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g) H=+74.9 kJ/mol D. 2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) H=571.6 kJ/molD第26页/共30页第二十七页，共31页。8、下列、下列(xi