高中化学人教版（2019）选择性必修一2.3化学反应的方向（共28张ppt）

(共28张PPT)
自然界中水总是自发地从高处流向低处
高山流水
物体总是由高处落向低处
冰雪融化
墨水滴入水中
固
体
的
溶
解
在一定条件下，不需外力作用就可以自动进行的过程。
⒈自发过程
⑴含义
⑵自发过程的特征：
有明确的方向性，要逆转必须借助外界做功；具有做功的本领。
第三节
化学反应的方向
一、自发过程和自发反应
非自发过程：
在一定条件下，需外力作用才能进行的过程。
自发过程的逆过程不能自发进行
在一定条件下，不借助(光、电能等）外部力量即能进行或具有发生的可能性的反应。
注意：
⒈一定条件指：一定的温度和压强。
⒉自发反应在恰当条件下才能实现。
⒉自发反应
⑴含义
自发反应是从属于自发过程的，是属于自发过程的一部分。
非自发反应：
在一定条件下，需要借助(光、电能等）外部力量才能进行的反应。
那么我们该如何判断一个过程，一个反应能否自发进行呢？一个过程或者一个反应要自发的进行是否要符合怎样的条件呢？
自发反应与非自发反应关系：
条件改变，非自发反应可以转变为自发反应。
二、自发反应与焓变的关系
观察下列几个自发进行的化学反应，想一想：它们有何特点？
⒈氢气和氧气反应
⒉锌与硫酸铜溶液
Zn(s)
+
CuSO4(aq)
＝
Cu(s)
+
ZnSO4(aq)
ΔH＝－216.8kJ/mol
思
与
察
观
考
H2(g)
+
O2(g)
＝
H2O(l)
ΔH＝－285.8kJ/mol
1
2
⒋氢氧化亚铁被氧化为氢氧化铁：
⒌
NH3(g)
+
HCl(g)
＝
NH4Cl(s)
ΔH
<
0
4Fe(OH)2(s)
+
O2(g)
+
2H2O(L)
＝
4Fe(OH)3(s)
ΔH＝－444.3
kJ/mol
结论：
2Na(s)
+
2H2O(l)
＝
2NaOH(aq)
+
H2(g)
ΔH＝－368
kJ/mol
⒊钠与水反应
早在一个世纪之前，在无数化学家的辛勤努力下，发现大多数放热反应（即ΔH＜0）都能自发进行。
焓减
是不是所有自发进行的化学反应都是放热
的呢？
2NH4Cl(s)
+
Ba(OH)2·8H2O(s)
＝
BaCl2(s)+
2NH3(g)
+
10H2O(l)
2N2O5(g)＝4NO2(g)
+
O2(g)
ΔH＝+109.8
kJ/mol
NaHCO3(s)
+
HCl(aq)
＝
NaCl(aq)
+
CO2(g)
+
H2O(l)
ΔH＝
+37.3kJ/mol
(NH4)2CO3(s)
＝
NH4HCO3(s)
+
NH3(g)
ΔH＝
+74.9kJ/mol
有些吸热反应(ΔH＞0)也能自发进行。
大多数能自发进行的化学反应是放热反应（即ΔH＜0），但有些吸热反应也能自发进行。因此，不能只根据放热或者吸热来判断化学反应的方向。
在密闭容器中，不同种气态物质会通过分子的扩散自发地混合均匀。
三、自发反应与熵变的关系
气
体
扩
散
.wmv
硝酸铵可以自发地溶于水中。
NH4NO3(s)
＝
NH4+(aq)
+
NO3-(aq)
墨
水
扩
散
交
与
考
思
流
无
序
有
序
一副崭新的扑克牌被洗过后
这些过程都是自发地从混乱度小（有序）向混乱度大（无序）的方向进行。
混
乱
度
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，科学家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”是德国物理学家克劳修斯在1850年创造的一个术语。
熵
熵
S
⒈定义：
⒉符号：S
⒋影响熵大小的因素：
⒊单位：J?mol-1?K-1
J/(mol?K)
衡量体系混乱度大小的物理量
体系的混乱度越大→体系越无序→熵值越大
⑴与物质的量的关系：
物质的量越大→粒子数越多→体系的混乱度越大→熵值越大
69.9Jmol-1K-1
47.9Jmol-1K-1
188.7Jmol-1K-1
⑵同一物质，当物质的量相同时：
冰
三种状态下水的熵
水
水蒸气
S(g)＞S(l)＞S(s)
CH4
O2
CO2
H2
NH3
186.15
205.03
214
130
192
H2O(l)
HNO3(l)
Br2(l)
69.9
156
152
NaCl
Fe
金刚石
SiO2
CuO
72.1
27.3
2.4
41.84
42.7
标准状况下：1mol不同物质的熵
S
(Jmol-1K-1)
⑶同一条件下，不同物质的熵值：
①物质组成越复杂→熵值越大
②对于原子种类相同的物质：分子中原子数越多→熵值越大
熵变：
⑴概念：生成物总熵与反应物总熵之差
⑵符号：ΔS
⑶表达式:ΔS
＝
∑S(生成物)
－
∑S
(反应物)
⒈
N2
+
3H2
＝
2NH3
⒉
2C
+
O2
＝
2CO
⒊
CaCO3
＝
CaO
+
CO2
交
与
考
思
流
这些反应的熵如何变化？
产生气体的反应、气体物质的物质的量增大的反应，
ΔS
＞0，为熵增加的反应。
ΔS＜0
ΔS＞0
ΔS＞0
上述自发过程中熵变的特点：
大多数熵增的反应可以自发进行，但有些熵减的反应也能自发进行。
交
与
考
思
流
体系有自发地向混乱度增加（即熵增ΔS＞0）的方向转变的倾向。
Zn(s)
+
H2SO4(aq)
＝
ZnSO4(aq)
+
H2(g)
2KClO3(s)
＝
2KCl(s)
+
3O2(g)
nCH2＝CH2
[
CH2—CH2
]n
催化剂
2NO(g)
+
2CO(g)
＝
N2(g)
+
2CO2(g)
4Fe(OH)2(s)
+
O2(g)
+
2H2O(l)
＝
4Fe(OH)3(s)
大多数能自发进行的化学反应是熵增（即ΔS＞0）的反应，但有些熵减的反应也能自发进行。因此，不能只根据熵增或熵减来判断化学反应的方向。
科学家们发现：事实上，只有孤立体系或者绝热体系，自发过程才向着熵增（即ΔS＞0）的方向进行，这个原理叫做熵增原理。
－10℃的液态水能自动结冰成为固态。
ΔS＜0
很多情况下，简单地只用焓变（ΔH）或者熵变（ΔS）判断同一个反应，可能会出现相反的判断结果。
在温度、压强一定的条件下，我们要判断化学反应进行的方向应兼顾焓变和熵变，考虑ΔH、ΔS共同影响的结果。
化学反应的方向到底根据什么来判断呢？
在一定条件下，一个化学反应能否自发进行，既可能与反应的焓变（ΔH）有关，又可能与反应的熵变（ΔS）有关。
美国著名的数学化学家、数学物理学家吉布斯1878年提出由焓变和熵变组合成的复合判据－吉布斯自由能－ΔＧ来判断反应进行的方向更适合于所有的反应过程。
反应方向
反应焓变（能量判据）
反应熵变（熵判据）
一定温度、一定压强
自由能与化学反应的方向
?H
?Ｓ
?Ｇ
能否自发进行
＜０
＞０
＞０
＜０
＞０
＞０
＜０
＜０
＜０
自发进行
＞０
不能自发进行
高温时＜0,
自发进行
低温时＜0,自发进行
（T为绝对温度）
ΔＧ＜
0
反应能自发进行
ΔＧ＝０反应处于平衡状态
ΔＧ＞０反应不能自发进行
ΔＧ
＝
ΔH
—
TΔS
焓
减熵
增自
发
巧记
小结：“大大高温，小小低温”
⑵过程的自发性只能用于判断过程进行的方向，不能确定过程是否一定会发生和过程发生的速率。
⑴在讨论过程的方向问题时，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。
例如：金刚石有向石墨转化的倾向，但是能否发生，什么时候发生，多快才能完成，就不是能量判据和熵判据能解决的问题了。
例如：石墨经高温高压还是可以变为金刚石的。
⑶只适用于没有发生的反应。
人生犹如没有彩排的现场直播,错过便是永恒
！
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