第四节化学反应进行的方向学习教案

1、会计学1第四节化学反应进行的方向第四节化学反应进行的方向第一页，编辑于星期二：十九点 四十七分。学习要求：学习要求：1、焓的概念、熵的概念、焓的概念、熵的概念2、利用焓变判断反应进行的方向、利用焓变判断反应进行的方向3、利用熵变判断反应进行的方向、利用熵变判断反应进行的方向第1页/共33页第二页，编辑于星期二：十九点 四十七分。自然界中水总是从高处往低处流；自然界中水总是从高处往低处流； 墨水扩散，食盐溶解于水墨水扩散，食盐溶解于水如何判断一个过程，一个反应能否自发进行？如何判断一个过程，一个反应能否自发进行？1、生活中的自发过程、生活中的自发过程 生活中电流总是从电位高的地方向电位低的地生活

2、中电流总是从电位高的地方向电位低的地方流动，其反方向也不会自动进行；方流动，其反方向也不会自动进行；生活中一般在室温下，冰块会融化；铁器暴露在潮湿生活中一般在室温下，冰块会融化；铁器暴露在潮湿空气中会生锈；甲烷和氧气的混合气体遇明火就燃烧空气中会生锈；甲烷和氧气的混合气体遇明火就燃烧，这些过程都是自发的，其逆过程就是非自发的。，这些过程都是自发的，其逆过程就是非自发的。第2页/共33页第三页，编辑于星期二：十九点 四十七分。第3页/共33页第四页，编辑于星期二：十九点 四十七分。说明说明：(1)自然界中水由高处往低处流是自发过程，其自然界中水由高处往低处流是自发过程，其逆过程就是非自发过程，甲

3、烷与氧气混合遇火就燃烧逆过程就是非自发过程，甲烷与氧气混合遇火就燃烧是自发反应，其逆向是非自发反应。是自发反应，其逆向是非自发反应。 (2)自发过程和自发反应可被利用来完成有用功。如自发过程和自发反应可被利用来完成有用功。如向下流动的水可推动机器向下流动的水可推动机器 ，甲烷燃烧可在内燃机中被，甲烷燃烧可在内燃机中被利用来做功，可将氢气燃烧反应设计成燃烧电池等。利用来做功，可将氢气燃烧反应设计成燃烧电池等。 (3)非自发过程要想发生，则必须对它做功，如利非自发过程要想发生，则必须对它做功，如利用水泵可将水从低处流向高处，通电可将水分解生成用水泵可将水从低处流向高处，通电可将水分解生成氢气和氧气

4、。氢气和氧气。第4页/共33页第五页，编辑于星期二：十九点 四十七分。(4)在讨论过程的方向时，指的是没有外界干扰时体系在讨论过程的方向时，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作用，就可能的性质。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。如水泵可以把水从低水位升至高水出现相反的结果。如水泵可以把水从低水位升至高水位；用高温可使石灰石分解。实现后者的先决条件是位；用高温可使石灰石分解。实现后者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要向体系中输入能量，该过程的本质仍然是非自发性的。的。(5)反应的自发性也受外界条件的影响。如常温下反应的自发性也

5、受外界条件的影响。如常温下石灰石分解生成生石灰和二氧化碳是非自发性的石灰石分解生成生石灰和二氧化碳是非自发性的，但在，但在1273K时，这一反应就是自发的反应。时，这一反应就是自发的反应。第5页/共33页第六页，编辑于星期二：十九点 四十七分。2、放热的自发反应、放热的自发反应(1)甲烷燃烧：甲烷燃烧：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) H=-802.3 kJ/mol(2)铁生锈：铁生锈：3Fe(s)+3/2O2(g)=Fe2O3(s) H=-824 kJ/mol(3)氢气和氧气反应：氢气和氧气反应：2H2(g)+O2(g)=2H2O(l); H=-571.6 kJ/mo

6、l(3)Fe(OH)2：4Fe(OH)2 + O2(g) +2H2O(l) = 4Fe(OH)3 ; H 0NH3 + HCl = NH4Cl H 0第6页/共33页第七页，编辑于星期二：十九点 四十七分。3、吸热的自发过程、吸热的自发过程 (1)室温下冰块的融化；硝酸盐类的溶解等都是自发的室温下冰块的融化；硝酸盐类的溶解等都是自发的吸热过程。吸热过程。(2)N2O5分解：分解： 2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)； (3) 碳铵的分解：碳铵的分解：(NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g); H=+74.9 kJ/mol4、既不吸热也不放热的自发过程、既不吸热也

7、不放热的自发过程两种理想气体的混合等两种理想气体的混合等第7页/共33页第八页，编辑于星期二：十九点 四十七分。练习练习：判断自发与非自发（：判断自发与非自发（室温下室温下）（1）打开活塞，分液漏斗中的水流进烧杯打开活塞，分液漏斗中的水流进烧杯 （2）镁带燃烧镁带燃烧 （3）氢气燃烧氢气燃烧 （4）水分解成水分解成H H2 2和和O O2 2过程过程 自发自发自发自发自发自发非自发非自发第8页/共33页第九页，编辑于星期二：十九点 四十七分。思考：思考：高山流水为什么是自发过程？高山流水为什么是自发过程？对于化学反应，对于化学反应，体系趋向于从体系趋向于从高能状态高能状态转变为转变为低能状态低

8、能状态（这时体系会对外做功或者释放热（这时体系会对外做功或者释放热量量H 0）因此：因此：反应的焓变反应的焓变是制约化学反应是否自发进是制约化学反应是否自发进行的因素之一。行的因素之一。第9页/共33页第十页，编辑于星期二：十九点 四十七分。多数能自发进行的化学反应是放热反应，多数能自发进行的化学反应是放热反应，如常温、常压下，氢氧化亚铁被氧化为氢氧化如常温、常压下，氢氧化亚铁被氧化为氢氧化铁的反应是自发的，反应放热铁的反应是自发的，反应放热 4Fe(OH)2(s) + 2H2O(l) + O2(g) = 4Fe(OH)3(s)； H=一、一、 能量判据能量判据第10页/共33页第十一页，编辑

9、于星期二：十九点 四十七分。放热反应过程中体系能量降低放热反应过程中体系能量降低,因此具有自发因此具有自发进行的倾向进行的倾向,- 焓（焓（H）判据）判据第11页/共33页第十二页，编辑于星期二：十九点 四十七分。第12页/共33页第十三页，编辑于星期二：十九点 四十七分。火柴棒散落火柴棒散落墨水扩散墨水扩散由有序变为无序由有序变为无序同一种物质，其气态时会通过分子的扩散自发同一种物质，其气态时会通过分子的扩散自发形成均匀的混合物形成均匀的混合物硝酸铵溶于水要吸热，但它能自发向水中硝酸铵溶于水要吸热，但它能自发向水中扩散扩散为了解释这样一类与能量状态的高低无关为了解释这样一类与能量状态的高低无

10、关 的过程的自发性，提出了在自然界还存在的过程的自发性，提出了在自然界还存在 着另一种能够推动体系变化的因素着另一种能够推动体系变化的因素熵熵第13页/共33页第十四页，编辑于星期二：十九点 四十七分。二、熵判据二、熵判据 与有序体系相比，无序体系与有序体系相比，无序体系“更加稳定更加稳定”可可以采取更多的存在方式。由大量粒子组成的体以采取更多的存在方式。由大量粒子组成的体系中，用熵来描述体系的混乱。系中，用熵来描述体系的混乱。第14页/共33页第十五页，编辑于星期二：十九点 四十七分。发过程将导致体系的熵增大，这发过程将导致体系的熵增大，这个原理叫做个原理叫做熵增原理熵增原理。该原理是。该原

11、理是用来判断过程的方向的又一个因用来判断过程的方向的又一个因素，素，n又称为又称为熵判据熵判据。第15页/共33页第十六页，编辑于星期二：十九点 四十七分。第16页/共33页第十七页，编辑于星期二：十九点 四十七分。n（复合判据（复合判据-自由能变化自由能变化）复合判据复合判据第17页/共33页第十八页，编辑于星期二：十九点 四十七分。1、体系自由能变化、体系自由能变化（符号（符号G，单位为，单位为kJ/mol）综合考虑了焓变和熵）综合考虑了焓变和熵变对体系的影响：变对体系的影响： G=HTS 这是恒温恒压下判断化学反应自发进行的判据，这是恒温恒压下判断化学反应自发进行的判据，它不仅与焓变和熵

12、变有关，还与温度有关，由上述关它不仅与焓变和熵变有关，还与温度有关，由上述关系式可推知：系式可推知：2、反应进行方向的判断方法：、反应进行方向的判断方法： G =HTS0 (即即H0)的反应能的反应能自发进行。自发进行。 G =HTS=0 反应达到平衡状态反应达到平衡状态 G= HTS0 (即即H0, S0)反应不能反应不能自发进行。自发进行。 第18页/共33页第十九页，编辑于星期二：十九点 四十七分。3、过程的自发性只能用于判断过程的方向，不能确定、过程的自发性只能用于判断过程的方向，不能确定过程是否一定会发生和过程发生的速率。如涂有防锈过程是否一定会发生和过程发生的速率。如涂有防锈漆和未

13、涂防锈漆的钢制器件，其发生腐蚀过程的自发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。性是相同的，但只有后者可以实现。第19页/共33页第二十页，编辑于星期二：十九点 四十七分。4、吉布斯自由能判断反应自发进行的方向、吉布斯自由能判断反应自发进行的方向 G= H -TS NH3(g)+HCl(g)NH4Cl(s) H0 S 0 S0判断这两个反判断这两个反应什么条件下应什么条件下自发进行自发进行低温可行低温可行高温可行高温可行第20页/共33页第二十一页，编辑于星期二：十九点 四十七分。DA第21页/共33页第二十二页，编辑于星期二：十九点 四十七分。nCnD、

14、熵增大效应大于能量效应。、熵增大效应大于能量效应。DD第22页/共33页第二十三页，编辑于星期二：十九点 四十七分。规律方法总结规律方法总结自发反应中的焓变和熵变的关系：自发反应中的焓变和熵变的关系：1、放热的自发过程可能是熵减小的过程，如铁生锈、放热的自发过程可能是熵减小的过程，如铁生锈、氢气燃烧等；也可能是熵无明显变化或增加的过程，氢气燃烧等；也可能是熵无明显变化或增加的过程，如甲烷燃烧、氢气和氯气化合等。如甲烷燃烧、氢气和氯气化合等。2、吸热的自发过程是熵增加的过程，如冰的融化、吸热的自发过程是熵增加的过程，如冰的融化、硝酸铵溶于水等。硝酸铵溶于水等。3、无热效应的自发过程是熵增加的过程

15、，如两种理想、无热效应的自发过程是熵增加的过程，如两种理想气体的混合等。气体的混合等。第23页/共33页第二十四页，编辑于星期二：十九点 四十七分。例例3：下列说法正确的是：下列说法正确的是( )A、凡是放热反应都是自发的，吸热反应都是非自发性的、凡是放热反应都是自发的，吸热反应都是非自发性的B、自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是熵减小或、自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是熵减小或不变不变C、自发反应在恰当条件下才能实现。、自发反应在恰当条件下才能实现。D、自发反应在任何条件下都能实现。、自发反应在任何条件下都能实现。 C 解析：放热反应常常是容易进行的过程，吸热反应解析：放热反应常常

16、是容易进行的过程，吸热反应有些也是自发的；自发反应的熵不一定增大有些也是自发的；自发反应的熵不一定增大 ，可能，可能减少，也可能不变。如减少，也可能不变。如Fe生锈、生锈、H2燃烧的过程是熵减燃烧的过程是熵减小的过程，小的过程，NH4NO3晶体溶于水，晶体溶于水，NH4HCO3分解是熵分解是熵增的过程。增的过程。H2和和Cl2混合反应熵基本不变的过程。自混合反应熵基本不变的过程。自发性只能用于判断过程的方向，是否能实现还要看具发性只能用于判断过程的方向，是否能实现还要看具体的条件。体的条件。第24页/共33页第二十五页，编辑于星期二：十九点 四十七分。练习题：练习题：1、科学家根据体系存在着力

17、图使、科学家根据体系存在着力图使_和和_的自然现象，提出了相互关联的的自然现象，提出了相互关联的_和和_，为最终解决上述问题提供了必，为最终解决上述问题提供了必要的理论根据。试分别举一例要的理论根据。试分别举一例_，_。自身能量趋于自身能量趋于“最低最低”“有序有序”变为变为“无序无序”能量判据能量判据熵判据熵判据铁在潮湿空气中生锈铁在潮湿空气中生锈硝酸铵溶于水硝酸铵溶于水2、以下自发反应可用能量判据来解释的是、以下自发反应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B、2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)； C、(NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g); H=+74.9 kJ/molD、2H2(g)+O2(g)=2H2O(l); H=-571.6 kJ/molD第25页/共33页第二十六页，编辑于星期二：十九点 四十七分。ABC第26页/共33页第二十七页，编辑于星期二：十九点 四十七分。6、有关化学反应的说法，正确的是、有关化学反应的说法，正确的是( )A、自发反应都是放热反应、自发反应都是放热反应B、自发反应都是熵增大