2021-2022学年高二化学人教版选修4-2.4《化学反应进行的方向》课件-（共29张PPT）

(共29张PPT)
共一课时
第四节
化学反应进行的方向
第二章
化学反应速率和化学平衡
核心素养发展目标
1.通过阅读思考、讨论交流，能结合宏观事实了解自发过程和自发反应的含义，知道自发反应与放热反应和吸热反应的关系。
2.通过问题探究、归纳总结，理解焓变、熵变、自由能变的概念，知道判断化学反应进行方向的三个判据，并认识到焓判据和熵判据有其局限性，能用复合判据分析和解决有关化学问题，构建判断化学反应自发性的思维方法模型。
3.根据对三个判据发展过程的认识和理解，认识物质及其变化都有向能量最低和平衡状态变化的趋势,了解科学知识的曲折发展历程，增强对化学反应自发性研究重要意义的认识。
【情景导入】生活中很对自然现象，如高山流水、熟透的苹果落地，其势能减少，状态趋向于稳定，能量趋向于最低，扑克、玩具散落时，“乱七八糟”，混乱度趋向于最大。其实化学反应也有类似现象，如室温下，冰块会融化；铁器暴露在潮湿的空气中会生锈；甲烷和氧气的混合气体遇明火就燃烧等。这些变化过程都有内能变化或混乱度的变化。那么，它们的变化过程又有哪些规律呢？本节课我们将进行一些探讨。
活动一、自发过程和自发反应
【阅读思考】阅读教材P34页第一自然段，根据生活中的一些自然现象，思考什么是自发过程，自发过程有什么特点？
【温馨提示】(1)含义：在一定条件下，不需要借助外力作用就能自动进行的过程。如：自由落体运动、高山流水、火柴散落、电流由电位高的地方向电位低的地方流。
(2)特点：①体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或释放热量)。
②在密闭条件下，体系有从有序转变为无序的倾向性(无序体系更加稳定)。
【讨论交流】阅读教材P34页第二自然段，思考什么是自发反应，自发反应有哪些特征？
【温馨提示】（1）在一定条件下无需外界帮助（可能需要引发）就能自发进行的反应称为自发反应。如燃烧反应等。
（2）自发反应的特征：①具有方向性，即反应的某个方向在一定条件下是自发的，则其逆反应在该条件下肯定不自发；②具有低能量性，即倾向于从高能量状态转变为低能量状态；③具有无序性，即倾向于从有序体系转变为无序体系。
【问题探究1】（1）举例说明自发进行的反应中，体系的能量如何变化？
【温馨提示】自发过程的体系倾向于从高能状态转变为低能状态(这时体系会对外部做功或释放热量，焓变小于0)。则例如放热反应都是自发过程：CH4(g)+2O2(g)==CO2(g)+2H2O(g)
ΔH=-802.3
kJ/mol
2H2(g)+O2(g)==2H2O(l)
ΔH=-571.6
kJ/mol
【问题探究2】（2）能自发进行的反应一定能实际发生吗？判断反应是否是自发过程的依据是什么？
【温馨提示】不一定，化学反应方向的判据指出的仅仅是在一定条件下化学反应自发进行的趋势，并不能说明在该条件下反应一定能实际发生，还要考虑化学反应的快慢等问题。
【问题探究3】（3）判断反应是否是自发过程的依据是什么？
【温馨提示】①根据条件判断：不是看是否需要条件，而是看是否需要持续施加外力(如加热等)。
②根据其逆向过程是否自发判断：若逆向过程自发，则正向过程一定不自发；若逆向过程不自发，则正向过程一定自发。
【对应训练】
1.下列不属于自发进行的变化是（
）
A.红墨水加到清水中使整杯水变红
B.冰在室温下融化成水
C.水电解生成氢气和氧气
D.铁器在潮湿的空气中生锈
【答案】C　【解析】红墨水滴入清水中能使整杯水变红、冰在室温下融化为水、铁器在潮湿空气中生锈等过程都是自发进行的，A、B、D属于自发进行的变化，而水电解生成氢气和氧气的反应必须通电电解才可以进行，不属于自发过程，C项不属于自发进行的变化。
2.下列说法中正确的是(　　)
A.能自发进行的反应一定能迅速发生
B.非自发进行的反应一定不能发生反应
C.能自发进行的反应实际可能没有发生反应
D.知道了某过程有自发性之后，则可确定过程是否一定会发生
【答案】C【解析】反应的自发性只表明反应具有能自发进行的趋势,并不能说明反应一定发生,A项错误,C项正确;非自发反应在有外力作用时有可能发生,B项错误;判断某反应是否自发，只是判断反应的方向，与是否会发生、反应的快慢、反应的热效应无关，D项错误。
活动二、化学反应进行方向的判据　
【阅读思考1】（1）阅读教材P34-35页内容，思考放热反应、吸热反应焓变与反应的自发性有何关系？
【温馨提示】放热反应体系的能量降低，吸热反应体系的能量升高。研究表明，对于化学反应而言，绝大多数放热（体系能量降低）反应都能自发进行，且反应放出的热量越多，体系能量降低得也越多，反应越完全。但少部分吸热反应也能自发进行，如N2O5（g）=
4NO2（g）+
O2（g）
△H
=
＋56.7KJ/mol。可见，反应的焓变是制约化学反应能否自发进行的因素之一，但不是唯一因素。
【阅读思考2】（2）什么是熵及熵变，熵变与反应的自发性有何关系？
【温馨提示】①熵的含义：熵是衡量一个体系混乱度的物理量。用符号S表示，单位：J·mol-1·K-1。同一条件下，不同物质有不同的熵值，同一物质在不同状态下熵值也不同，一般规律是S(g)>S(l)>S(s)。如：
②熵变的含义：用ΔS表示，熵变是反应前后体系熵的变化，即反应熵变△S=反应产物总熵-反应物总熵，化学反应的ΔS越大，越有利于反应自发进行。
③有气体物质参加的反应，气体物质的量增大，熵值增加（混乱度增大），△S为正值，反应通常能自发进行。
④许多熵增的反应是自发的（熵增原理—在与外界隔绝的体系中，自发过程将导致体系的熵增大，即熵变(符号ΔS)＞零），如：2KClO3
2KCl+O2↑；CaCO3+2HCl==CaCl2+CO2↑+H2O等。有些熵减的反应也可以是自发的，如Ca(OH)2(aq)+CO2(g)==CaCO3(s)+H2O(l)。
【讨论交流1】（1）什么是焓判据？利用焓判据判断反应的自发性要注意什么？
【温馨提示】①自发过程的体系取向于从高能状态转变为低能状态(这时体系会对外部做功或释放热量，焓变小于0)，这一经验规律就是焓判据，是判断化学反应进行方向的判据之一。
②焓变(?H)只决定于体系的始态和终态，与变化的途径无关；焓判据只能用于判断过程的方向，能否实现要看具体条件；焓判据只判断一定条件化学反应能否自发进行，与化学反应速率无关。
【讨论交流2】（2）什么是熵判据？利用熵判据判断反应的自发性要注意什么？
【温馨提示】①在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵增大，这一经验规律叫做熵增原理。是在用来判断化学反应方向时就称为熵判据。
②熵变只是反应能否自发进行的一种因素；熵变(?S)只决定于体系的始态和终态，与变化的途径无关；熵判据只判断一定条件化学反应能否自发进行，与化学反应速率无关。
【问题探究1】（1）固体硝酸铵溶于水要吸热，室温下冰块的溶解要吸热，两种或两种以上互不反应的气体通入一密闭容器中，最终会混合均匀，这些过程都是自发的，它们的自发性能用焓变解释吗？
【温馨提示】不能。研究表明，除了热效应外，决定化学反应能否自发进行还有另一个因素就是体系的混乱度。大多数自发反应有趋向于体系从有序自发转变为无序或混乱度（熵）增大的倾向，即熵增原理。
【问题探究2】（2）同一物质，在固态、液态、气态时熵有何不同？
【温馨提示】体系混乱度越大，熵值越大，混乱度越小，熵值越小。因此，同一物质，在气态时熵最大，液态时次之，固态时最小，即S（g）﹥S（l）﹥S（s）。
【归纳小结】焓变和熵变与反应的自发性关系。
【温馨提示】焓变和熵变都与反应的自发性有关，又都不能独立地作为自发性的判据，因此要判断反应的自发性（进行的方向），必须综合考虑体系的焓变和熵变。
【对应训练】
1．下列说法中正确的是(　　)
A．凡是放热反应都是自发的，吸热反应都是非自发的
B．自发反应一定熵增大，非自发反应一定熵减小或不变
C．熵增加且放热的反应一定是自发反应
D．非自发反应在任何条件下都不能实现
【答案】C【解析】反应的自发性同时受焓变和熵变的影响。放热反应不都是自发的，吸热反应也不都是非自发的。自发反应不一定熵增大，非自发反应也不一定熵减小或不变。反应能不能发生受外界条件的影响，非自发反应在一定条件下也可能发生。
2．下列说法正确的是(　　)
A．凡是放热反应都是自发的，因为吸热反应都是非自发的
B．自发反应的熵一定增大，非自发反应的熵一定减小
C．常温下，反应C(s)＋CO2(g)
2CO(g)不能自发进行，则该反应的ΔH>0
D．反应2Mg(s)＋CO2(g)===C(s)＋2MgO(s)能自发进行，则该反应的ΔH>0
【答案】C【解析】反应的自发性是由熵变和焓变共同决定的，即ΔG＝ΔH－TΔS<0时，反应一定能自发；若ΔH<0，ΔS>0，则反应一定能自发，若ΔH>0，ΔS<0，则反应一定不能自发，若ΔH<0，ΔS<0或ΔH>0，ΔS>0，则反应在一定温度下可以自发，选项A、B错误；C项中反应的ΔS>0，若ΔH<0，则一定自发，现常温下不自发，说明ΔH>0，正确；D项中反应的ΔS<0，能自发，说明ΔH<0，错误。
活动三、化学反应方向的综合判据及应用
【实例分析】在298K时，合成氨反应是一个可逆反应：N2(g)+3H2
2NH3(g)
△H=
-92.2kJ/mol，ΔS
=-198.2J.mol-1.K-1，请分别从焓变和熵变分析正反应能否自发进行？可得出什么结论？
【温馨提示】①从焓变分析，正反应为放热反应，由高能量状态到低能量状态，可自发进行；从熵变看，正反应为气体体积减小的反应，ΔS<0，混乱度减小，所以正反应不能自发。
②结论:焓判据和熵判据都不能独立地作为判断反应自发性的依据，必须综合考虑体系的焓变和熵变，才能确定反应能否自发进行。
【讨论交流1】（1）结合教材P36页“科学视野”，思考如何综合考虑焓变和熵变判断反应进行的方向？
【温馨提示】研究表明，在恒温、恒压下，判断化学反应自发性的综合判据可利用
体系自由能变化（△G、单位：KJ/mol），焓变、熵变与自由能变的关系为：△G
=
△H
-
T△S（Ｔ为热力学温度，均为正值）。综合判断反应方向的依据是：
①△G
=
ΔH－TΔS<0，反应能自发进行。
②△G
=
ΔH－TΔS＝0，反应达到平衡状态。
③△G
=
ΔH－TΔS>0，反应不能自发进行。
由于该反应的正反应△G
=
ΔH－TΔS
==
-92.2kJ/mol-298K×（-198.2）×10-3kJmol-1.K-1<0，因此，该条件下该反应的正反应能自发进行。
【讨论交流2】（2）焓变、熵变、自由能变判断反应自发性规律及注意事项有哪些？
【温馨提示】①焓变和熵变都与反应的自发性有关，又都不能独立地作为自发性的判据，要判断反应进行的方向，必须综合考虑体系的焓变和熵变。
②在温度、压力一定的条件下，自发反应是向?H-T?S<0的方向进行，直至达到平衡状态。
③根据ΔH－TΔS＜0判断的只是反应自发进行的可能性，具体的反应能否实际发生，还涉及化学反应速率的问题。
【讨论交流2】（3）
根据综合判据公式，思考温度对反应进行的方向有什么影响？
【温馨提示】根据复合判据ΔH－TΔS可知，反应熵变ΔS对化学反应方向的影响是与温度相关联的，因此温度也可以影响反应进行的方向。严格来讲，温度对反应的焓变与熵变都有影响，但是在焓变与熵变随温度变化不大的范围内，可以认为它们是定值。温度与反应进行方向的关系如下表：
ΔH
ΔS
ΔH－TΔS
反应情况
－
＋
永远是负值
在任何温度下过程均自发进行
＋
－
永远是正值
在任何温度下过程均非自发进行
＋
＋
低温为正高温为负
低温时非自发，高温时自发
－
－
低温为负高温为正
低温时自发，高温时非自发
【归纳小结】结合反应自发性的综合判据，归纳小结对反应自发性判断有哪些基本情况？
类型
ΔH
ΔS
反应的自发性
1
＜0
＞0
2
＞0
＜0
3
＜0
＜0
4
＞0
＞0
ΔH－TΔS＜0，一定能自发进行
ΔH－TΔS＞0，一定不能自发进行
(ΔH－TΔS)因温度的变化而可能大于0或小于0，反应自发性也因温度变化而改变。一般来说，低温时焓变影响为主，高温时熵变影响为主，ΔH＜0，ΔS＜0的反应在较低温度下能自发进行；ΔH＞0，ΔS＞0的反应在较高温度下能自发进行
【对应训练】
1．下列说法正确的是(　　)
A．ΔH<0，ΔS>0，所有温度下反应能自发进行
B．化合反应都是放热反应，分解反应都是吸热反应
C．凡是放热反应都是自发的，吸热反应都是非自发的
D．自发反应一定不需要任何条件就容易发生
【答案】A【解析】ΔH<0，ΔS>0，则ΔH－TΔS<0，反应在所有温度下均能自发进行，A正确；大部分化合反应是放热反应，分解反应是吸热反应，B错误；判断反应是否自发进行的依据是ΔH－TΔS<0反应自发进行，C错误；自发反应也可能需要一定的条件，D错误。
2.下列关于焓判据和熵判据的说法中，不正确的是
A.放热的自发过程可能是熵减小的过程，吸热的自发过程一定为熵增加的过程
B.4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)===4Fe(OH)3(s)　ΔH＝－444.3
kJ·mol－1　ΔS
＝－280.1
J·mol－1·K－1在常温常压下能自发进行
C.在室温下碳酸钙的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(1
200
K)下则能自发进行
D.放热过程(ΔH＜0)或熵增加(ΔS＞0)的过程一定是自发的
【答案】D【解析】放热的自发过程可能熵减小，吸热的自发过程是熵增加的过程，A项正确；根据ΔG＝ΔH－TΔS＝－444.3
kJ·mol－1－298
K×(－280.1×10－3
kJ·mol－1·K－1)≈－360.83
kJ·mol－1＜0，此时焓变对反应的方向起决定性作用，常温常压下能自发进行，B项正确；碳酸钙分解反应的ΔH＞0且ΔS＞0，同样根据ΔG＝ΔH－TΔS＜0可知在高温下可自发进行，C项正确；焓减小或熵增的过程不一定都是自发进行的，有的反应需在外力作用下才能进行，D项错误。
【课堂检测】
1.下列叙述不正确的是（
）
A．
碳酸氢钠加热可以分解，因为升高温度利于熵增的方向自发进行
B．
在温度、压强一定的条件下，自发反应总是向ΔG=
ΔH－TΔS<
0的方向进行
C．
水结冰的过程不能自发进行的原因是熵减的过程，改变条件也不可能自发进行
D．
混乱度减小的吸热反应一定不能自发进行
【答案】C【解析】升温至一定程度，碳酸氢钠固体受热分解为碳酸钠固体、二氧化碳气体和水蒸气，符合熵判据，A正确；既符合焓判据（ΔH<
0）又符合熵判据（ΔS<
0）的反应，即ΔG=
ΔH－TΔS<
0的方向，能自发进行，B正确；由于H2O(l)＝H2O(s)
ΔH<
0，因此水结冰的方向符合焓判据，能自发进行，C错误；混乱度减小的吸热反应，既违反焓判据，又违反熵判据，因此该方向不能进行，D正确；答案选C。
2．下列表述中正确的是（
）
A．任何能使熵值增大的过程都能自发进行
B．△H＜0，△S＞0的化学反应一定能自发进行
C．已知热化学方程式2SO2(g)＋O2(g)
2SO3(g)△H＝－QkJ·mol－1（Q＞0），则将2mol
SO2(g)
和1mol
O2(g)
置于一密闭容器中充分反应后放出Q
kJ的热量
D．稀溶液中1mol
NaOH分别和1mol
CH3COOH、1molHNO3反应，两者放出的热量一样多
【答案】B【解析】A、根据△G＝△H－T△S可知，当△G小于0时，反应才是自发进行的，A错误；B、△G＝△H－T△S＜0时，反应可自发进行，所以△H＜0，△S＞0的化学反应一定能自发进行，B正确；C、可逆反应不能完全进行，则将2mol
SO2(g)
和1mol
O2(g)
置于一密闭容器中充分反应后放出的热量小于Q
kJ，C错误；D、醋酸是弱电解质，电离时要吸热，所以醋酸和氢氧化钠反应放出热量要小于硝酸和氢氧化钠反应放出的热量，D错误；
3．下列有关说法不正确的是(　　)
A．反应NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的ΔH<0
B．CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)室温下不能自发进行，说明该反应的ΔH<0
C．一定温度下，反应MgCl2(l)===Mg(l)＋Cl2(g)的ΔH>0，ΔS>0
D．常温下，反应C(s)＋CO2(g)===2CO(g)不能自发进行，则该反应的ΔH>0
【答案】
B【解析】
当ΔG＝ΔH－TΔS<0时，反应能自发进行，A项，已知反应NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)在室温下可自发进行，该反应的ΔG<0，所以反应的ΔH<0，正确；B项，该反应ΔS>0，室温下不能自发进行，说明该反应的ΔH>0，错误；C项，分解反应一般为吸热反应，所以ΔH>0；生成气体是一个熵增加的反应，所以ΔS>0，正确；D项，该反应熵值增加，反应不能自发进行，说明反应一定是吸热反应，正确。
4．下列说法正确的是（
）
A．N、O、F原子半径及其简单离子半径均依次减小
B．NaH、Na2O2、CaC2均能与水发生氧化还原反应
C．反应MgCl2(l)=Mg(l)+Cl2(g)的△H<0，常温下能自发进行
D．对于酯化反应（△H<0），加入少量浓硫酸并加热，该反应的反应速率和平衡常数均增大
【答案】A【解析】A.
同周期从左到右原子半径递减，故N、O、F原子半径递减，具有相同电子排布的离子，原子序数大的离子半径小，故简单离子半径均依次减小，A正确；B.
NaH、Na2O2均能与水发生氧化还原反应，CaC2与水发生非氧化还原反应，B错误；C.
反应MgCl2(l)=Mg(l)+Cl2(g)的△H>0，△S>0，在常温下不能自发进行，C错误；D.
对于酯化反应（△H<0），加入少量浓硫酸并加热，浓硫酸作催化剂，故该反应的反应速率和增大，加热升温，平衡左移，故平衡常数减小，D错误；