《化学反应进行的方向》详解课件

1、新课标人教版选修四第四节化学反应进行的方向第二章第1页，共29页。学习目标：1、焓的概念、熵的概念2、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4、利用自由能判断反应进行的方向第2页，共29页。化学反应的方向 1.自发过程:在一定条件下不需外力作用就 能自动进行的过程.自发过程的特征：有明确的方向性，具有做功的本领。要逆转必须借助外界做功。2.非自发过程 ：在一定条件下，需要外界做功才能进行的过程。3. 自发反应:在一定条件下无需外界帮助就能自动进行的反应.第3页，共29页。自然界中水总是从高处往低处流； 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？1、生活中的

2、自发过程 生活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；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，这些过程都是自发的，其逆过程就是非自发的。第4页，共29页。说明：(1)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。 (2)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 ，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。 (3)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

3、成氢气和氧气。第5页，共29页。(4)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要向体系中输入能量，该过程的本质仍然是非自发性的。(5)反应的自发性也受外界条件的影响。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，但在1273K时，这一反应就是自发的反应。第6页，共29页。判断化学反应方向的依据思考：高山流水为什么是自发过程？对于化学反应，体系趋向于从高能状态转变为低能状态（这时体系会对外做功或者释放热量H 0）因此：反应的焓变是制约化学反应是否自发

4、进行的因素之一。第7页，共29页。反应焓变与反应方向体系趋向于从高能状态转变为低能状态（这时体系会对外做功或者释放热量H 0）。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=444.3KJ/mol一、 能量判据第8页，共29页。2、放热的自发反应(1) 甲烷燃烧：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) H=-802.3 kJ/mol(2) 铁生锈：3Fe(s)+3/2O2(g)=Fe2O3(s) H=-824 kJ/mol(3

5、) 氢气和氧气反应：2H2(g)+O2(g)=2H2O(l); H=-571.6 kJ/mol(4) Fe(OH)2：4Fe(OH)2 + O2(g) +2H2O(l) = 4Fe(OH)3 ; H 0(5) NH3 + HCl = NH4Cl H 0第9页，共29页。但是，有不少吸热反应也能自发进行，如 NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)=CO2(g) +CH3COONH4（aq）+H2O（l）； H（298K）=37.3KJ/mol 还有一些吸热反应在室温条件下不能自发进行，但在较高温度下则能自发进行，如在室温下吸热反应的碳酸钙分解反应不能自发进行，但同样是这个吸热反应在较高温度

6、（1200K）下则能自发进行。放热反应过程中体系能量降低,因此具有自发进行的倾向,- 焓（H）判据第10页，共29页。3、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吸热过程。(2)N2O5分解： 2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)； H=+56.7kJ/mol(3) 碳铵的分解：(NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g); H=+74.9 kJ/mol第11页，共29页。由此可见运用能量判据主要依据反应焓变，而焓变（H）的确是一个与反应能否自发进行的因素，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素。第12页，共29页。火柴棒散落墨水扩散由有序变为

7、无序同一种物质，其气态时会通过分子的扩散自发形成均匀的混合物硝酸铵溶于水要吸热，但它能自发向水中扩散为了解释这样一类与能量状态的高低无关 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熵第13页，共29页。反应熵变与反应方向1、在密闭条件下，体系由有序自发地转变为无序的倾向称为熵。2、符号用S表示。3、熵值越大，体系混乱度越大。 同一物质，S（g）S（l）S（s）。二、熵判据 与有序体系相比，无序体系“更加稳定”可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。第14页，共29页。4、熵变和熵增原理（1）熵变（S）化学反应中要发生物质的变化或物质状态的

8、变化，因此存在着熵变。 S=S反应产物S反应物 产生气体的反应、气体物质的物质的量增大的反应，熵变通常都是正值（ S 0），为熵增加的反应。许多熵增反应在常温常压下能自发进行，有些在室温条件下不能自发进行，但在较高温度下则能自发进行。 （2）在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵增大，这个原理叫做熵增原理。该原理是用来判断过程的方向的又一个因素，又称为熵判据。第15页，共29页。5、焓判据和熵判据的应用1、由焓判据知放热过程（H0）常常是容易自发进行；2、由熵判据知若干熵增加（S0）的过程是自发的； -10的液态水能自动结冰成为固态、铝热反应是熵减反应，它在一定条件下也可自发进行。因此熵

9、判据判断过程的方向也是不全面的3、很多情况下，简单地只用其中一个判据去判断同一个反应，可能会出现相反的判断结果，所以我们应两个判据兼顾。由能量判据（以焓变为基础）和熵判据组合成的复合判据自由能将更适合于所有的反应过程。第16页，共29页。三、焓变与熵变对反应方向的共同影响（复合判据-自由能变化）在一定条件下，一个化学反应能否自发进行，既可能与反应焓变（H）有关，又可能与反应熵变（S）有关。在温度、压强一定的条件下，我们要判别化学反应的方向要考虑H、 S共同影响的结果。 反应焓变(焓判据)反应方向 反应熵变(熵判据) （复合判据-自由能变化）复合判据第17页，共29页。1、体系自由能变化（符号G

10、，单位为kJ/mol）综合考虑了焓变和熵变对体系的影响： G=HTS 这是恒温恒压下判断化学反应自发进行的判据，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：2、反应进行方向的判断方法： G =HTS0 (即H0)的反应能自发进行。 G =HTS=0 可逆反应 G= HTS0 (即H0, S0)反应不能自发进行。 第18页，共29页。4、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判断这两个反应什么条件下自发进行低温可行高温可行第19页，共29页。第20页，共29页。典例剖析DA例1：下列过程是非自发的是（ ）

11、 A、水由高处向低处流； B、天然气的燃烧； C、铁在潮湿空气中生锈； D、室温下水结成冰例2：碳酸铵(NH4)2CO3在室温下就能自发地分解产生氨气，对其说法中正确的是（ ） A、其分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增大； B、其分解是因为外界给予了能量； C、其分解是吸热反应，不能自发分解； D、碳酸盐都不稳定，都能自发分解。第21页，共29页。例3、下列说法正确的是（ ）A、放热反应一定是自发进行的反应；B、吸热反应一定是非自发进行的；C、自发进行的反应一定容易发生；D、有些吸热反应也能自发进行。例4、250C和1.01105Pa时，反应 2N2O5（g）=4NO2（g）+O2（g

12、）； H=56.76kJ/mol，自发进行的原因是（ ）A、是吸热反应； B、是放热反应；C、是熵减少的反应；D、熵增大效应大于能量效应。DD第22页，共29页。规律方法总结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、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。2、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。3、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。第23页，共29页。例3：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B、自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是熵减小或

13、不变C、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。 C 解析：放热反应常常是容易进行的过程，吸热反应有些也是自发的；自发反应的熵不一定增大 ，可能减少，也可能不变。如Fe生锈、H2燃烧的过程是熵减小的过程，NH4NO3晶体溶于水，NH4HCO3分解是熵增的过程。H2和Cl2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体的条件。第24页，共29页。练习题：1、科学家根据体系存在着力图使_和_的自然现象，提出了相互关联的_和_，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_，_。自身能量趋于“最低”“有序”变为“无序”焓判据熵判据铁在潮湿

14、空气中生锈硝酸铵溶于水2、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B、2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)； H=+56.7kJ/molC、(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29页。3下列说法中，正确的是 ( ) A化学反应总是伴随着能量变化的 B能够自发进行的反应不一定都是放热反应 C只有放热反应才能够自发进行 D能够自发进行的反应就一定能够发生并完成ABC4下列物质中，熵值(S)最大的是 ( ) A金刚石 BCl2(l) CI2(g) DCu(s)第26页，共29页。 5、水在273 K、1.01105Pa时可转化为固态，在373 K时则又可转化为气态。若分别用S(g)、S(1)、S(s)表示水的气、液、固三种状态的熵值，则下列表达式中，正确的是 ( ) AS(g)S(1)S(1)S(s) CS(g)S(1)= S(s) DS(g)S(s)S(1)6、有关化学反应的说法，正确的是( )A、自发反应都是放热反应B、自发反应都是熵增大的反应C、自发反应一定能实现D、非自发反应在一定条件下能实现DB第27页，共29页。 7、在25、101105 Pa条件下，反应2N2O5(g