2.3化学反应的方向课件上学期高二化学人教版选择性必修1

第三节

化学反应的方向第二章

化学反应速率与化学平衡早在1791年，人们就在金红石的矿物中发现了钛元素（该矿物的主要成分是TiO2,含量95%）。然而，直到1910年，人们第一次才得以制得纯净的钛。为什么从钛元素的发现到金属钛的制备中间经历了如此长的时间呢？情景引入化学家们为了能从矿物中制备金属钛，设计了如下反应：TiO2(s)+2Cl2(g)=TiCl4(l)+O2(g)（1）

TiCl4(l)+2Mg(s)=Ti(s)+2MgCl2(s)（2）自然现象自然界有一些过程是自发进行的，而且是有方向性的。水往低处流耳机线总是自发地缠绕到一起墨滴在水中扩散暖炉取暖自然现象自然界有一些过程是自发进行的，而且是有方向性的。自发过程与非自发过程飞流直下：不借助外力过程1:水的流动高处抽水上山：借助水泵，持续消耗电能低处自发非自发自发过程与非自发过程过程2:热量传递高温物体低温物体自发非自发100°C的沸水<100°C的温水沸水可以自发变凉，但是这杯凉水是不可能自发变成沸水的。一段时间后热量传递给周围空气=室温的凉水最终自发过程与自发反应1、自发过程：在一定条件下，不需借助外力就能自发进行的过程。2、自发反应：在给定的条件下，可以自发进行到显著程度的化学反应。

如：钢铁生锈。3．特征：具有方向性，即过程的某个方向在一定条件下自发进行，而该过程逆方向在该条件下肯定不能自发进行。自发反应不需要任何条件就能自发进行吗？非也~注意定义里的“给定条件”。如氢气和氧气反应需要点燃，但也是自发反应。（温度和压强）（光解、电解）思考交流下列反应在一定条件下都能自发进行，你知道这些反应能自发进行的主要原因吗？它们有何共同特点？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共同特点：放热反应使体系能量降低，能量越低越稳定，△H<0有利于反应自发进行。△H<0即放热反应化学反应进行方向的判据——能量判据（焓判据）能量判据（焓判据）∶◆自发过程的体系趋向于从高能状态转变为低能状态，即△H＜0的反应有自发进行的倾向。◆多数能自发进行的化学反应是放热反应反应物的总能量高生成物的总能量低放热反应△H＜0思考时间是不是所有自发进行的化学反应都是放热的？结论：△H<0有利于反应自发进行，但自发反应不一定要△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焓变只是反应能否自发进行的一个因素，但不是惟一因素。只根据焓变来判断反应方向是不全面的。对点练习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=+74.9kJ/molD、2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)△H=-571.6kJ/molD1、知道了某过程有自发性之后，则（

）可判断出过程的方向可确定过程是否一定会发生可预测过程发生完成的快慢可判断过程的热效应A你能发现这些看似不相干的事件之间的联系吗墨水扩散扑克牌的多次洗牌固体的溶解火柴的散落有序混乱更稳定化学反应进行方向的判据——熵判据1、熵（S）：熵是衡量体系混乱度大小的物理量①与物质的量的关系物质的量越大→粒子数越多→熵值越大②对于同一物质，当物质的量相同时，S(g)>S(l)>S(s)③不同物质熵值的关系：I、物质组成越复杂→熵值越大II、对于原子种类相同的物质：分子中原子数越多→熵值越大◆影响熵大小的因素：混乱度越大→体系越无序→熵值越大1g冰1g液态水1g水蒸气熔化蒸发2、熵变（ΔS）：发生化学反应时物质熵的变化。◆体系有自发向混乱度增加的方向变化的倾向。(即熵增△S＞0)△S越大，越有利于反应自发进行。化学反应进行方向的判据——熵判据Zn(s)+H2SO4(aq)=ZnSO4(aq)+H2(g)2KClO3(s)=2KCl(s)+3O2(g)硝酸铵溶于水要吸热，它却能够自发地向水中扩散。从晶体有序排列到溶液中无序自由移动。2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8H2O(s)=2NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l)思考时间自发反应一定是熵增加的反应吗？结论：△S>0有利于反应自发进行，自发反应不一定要△S>0熵变是反应能否自发进行的一个因素,但不是唯一因素。2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)

思考：化学反应是否能够自发进行的最终判断依据是什么呢？△S<04Fe(OH)2(s)+O2(g)+2H2O(l)=4Fe(OH)3(s)

化学反应进行方向的判据——复合判据温度（开尔文）开氏度=摄氏度+273.15自由能变化（符号为△G):△G=△H-T△S我们已经知道：△H<0有利于反应自发；△S>0有利于反应自发。吉布斯确立了定量描述焓变和熵变在判断反应的自发性过程中的地位。吉布斯自由能的出现，完美地从定量角度揭示了变化过程中焓变与熵变之间的协调与抗衡。△G<0，反应才能自发，那么△G的正负和谁有关呢？△G=△H-T△S<0反应能自发进行△G=△H-T△S=0反应达到平衡状态△G=△H-T△S>0反应不能自发进行反应在该状况下能否自发进行＜０＞０＞０＜０＞０＞０＜０＜０

H

Ｓ

Ｇ＜０＞０低温时＞０，高温时＜０低温时＜０，高温时＞０自发进行不自发进行低温不自发，高温自发低温自发，高温不自发化学反应进行方向的判据——复合判据自由能变化（符号为△G):△G=△H-T△S小结：“大大高温，小小低温”△H△S∆H>0∆S>0高温下反应自发进行∆H>0∆S<0所有温度下反应不能自发进行∆H<0∆S>0所有温度下反应自发进行∆H<0∆S<0低温下反应自发进行化学反应进行方向的判据——复合判据活学活用早在1791年，人们就在金红石的矿物中发现了钛元素（该矿物的主要成分是TiO2,含量95%）。然而，直到1910年，人们第一次才得以制得纯净的钛。科学家设计的第一步反应：TiO2(s)+2Cl2(g)=TiCl4(l)+O2(g)△H=+161.9KJ/mol，△S=-38.4J/(mol·K)不能自发反应。另一个方案：科学家们为了解决这一难题，想出来另外一个方案：向二氧化钛与氯气的反应体系中加入石墨，TiO2(s)+2Cl2(g)+2C（石墨）=TiCl4(l)+2CO(g)ΔH=-59.1kJ·mol-1，△S=+141.0J·mol-1·K-1。判一判判断下列反应什么条件下能自发进行？(1)钠与水反应(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自发进行△H<0△S<0低温自发进行△H>0△S>0高温自发进行△H>0△S<0非自发进行小结2、物质的混乱度趋于增加1、物质具有的能量趋于降低

H(焓变)

S(熵变)>0焓(H)判据熵(S)判据放热反应熵增原理<0反应在该状况下能否自发进行＜０＞０＞０＜０＞０＞０＜０＜０＜０自发进行＞０不自发进行低温时＞０,高温时＜０低温时＜０,高温时＞０低温自发,高温不自发

H

Ｓ

Ｇ低温不自发,高温自发视野拓展熵与宇宙：宇宙，它的过去应该是能量温度极高，有极度规律的质点，不断膨胀，演变成现在的宇宙-—霍金《时间简史》熵与生命：生命体通过新陈代谢摄入蛋白质等低熵物质，产生小分子的过程表现为熵增，当熵接近极大值时就达到危险状态即死亡——《生命是什么》熵与环境：污染就是熵增的同义词，低碳就是低熵。熵与信息：熵是量度我们对一个领域未知程度的量。要努力的把事做好（有序）人活着，要是啥都不干，那就没有什么会自发按照你所希望的方式顺利进行：考不到好成绩、作业不会自动完成、诺贝尔奖不会自动砸在你的头上。

看看那些干出成绩的人：攻克杂交水稻的袁隆平、发现青蒿素的屠呦呦等，哪个不是付出了千倍万倍的努力，才换来一个有价值的、为人所认可的成就？这正是熵的哲学：努力不一定成功，但放弃一定失败。熵对点训练【例1】下列过程是非自发的是()A．水由高处向低处流B．氯气和溴化钾溶液的反应C．铁在潮湿空气中生锈D．室温下水结成冰D题型一：自发过程与自发反应对点训练【例2】（2021·浙江高考真题）相同温度和压强下，关于物质熵的大小比较，合理的是()B题型二：熵的大小比较对点训练D题型三：自由能判断反应进行的方向对点训练【例4】（2021·云南省云天化中学高二期中）某化学反应A(s)=D(g)+E(g)

ΔH-TΔS=(-4500+11T)kJ·mol-1(其中ΔH为焓变，ΔS为熵变，T为热力学温度，单位为K)，要防止反应发生，温度必须()A．高于409K B．低于136KC．高于136K而低于409K D．低于409KA题型三：自由能判断反应进行的方向【变5-1】焦炭常用