第二章 第1节化学反应的方向2021-2022学年上学期高二化学鲁科版（2019）选择性必修1

(共29张PPT)
第1节 化学反应的方向
第二章 化学反应的方向、限度与速率
学习目标：
1、了解反应方向与反应焓变、反应熵变的关系
2、根据判据定量判断反应方向
重点、难点：
理解焓变和熵变对反应方向的共同影响
根据△H-T△S及给定数据判断反应的方向
冰雪融化
高山流水
是自动进行的自发变化过程
具有一定的方向性
生活中的自发过程
体系趋向于从高能量状态转换为低能量状态
生活中的自发过程
体系趋向于从有序状态转换为无序状态
自发过程
1、定义：
在等温、等压下，除了体积功以外不做其他功的条件下，就能自动进行的过程，即为自发过程。
自发反应：
等温等压下，除了体积功以外不做其他功的条件下（如不需要通电）就可进行的，是自发反应。
2、特点：
①体系趋向于从高能量状态转换为低能量状态 ；
②体系趋向于从有序状态转换为无序状态
自发反应必须在一定条件下才能实现。
注意：
自发反应属于自发过程，是自发过程的一部分。
1、酸碱中和；
2、铁器暴露在潮湿空气中生锈；
3、甲烷和氧气的混合气体遇明火就燃烧；
4、锌与CuSO4溶液反应生成Cu和ZnSO4等。
这些反应都是自发的，其逆过程就是非自发的.
举例：
自发反应有方向性
自发过程：
(1)自然界中水总是从高处往低处流；
(2)电流总是从电位高的地方向电位低的地方流动；
(3)室温下冰块自动融化；(4)墨水扩散；(5)食盐溶解于水。
自发反应：
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什么条件呢？
观察下列自发进行的化学反应，找出它们的共同之处
(1)钠与水反应：
2Na(s)+2H2O(l)=2NaOH(aq)+H2(g) △H=－368 kJ mol-1
(2)酸碱中和：
NaOH(aq) + HCl(aq)= NaCl(aq)+ H2O(l ) △H=－57.3 kJ mol-1
(3)铁生锈：
3Fe (s)+3/2O2 (g)=Fe2O3 (s) △H=－824 kJ mol-1
(4)氢气和氧气反应：
2H2(g)+O2(g)=2H2O(l ) △H=－571.6 kJ mol-1
共同点： △H<0，放热反应，高能向低能转化
19世纪,化学家们曾认为决定化学反应能否自发进行的因素是反应热：放热反应可以自发进行,而吸热反应则不能自发进行。你同意这种观点吗？请举例说明。
NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)=CH3COONH4(aq) +CO2(g)+H2O(l)
△H= +37.30kJ·mol-1
氯化铵固体与氢氧化钡晶体等固态铵盐与碱的反应：
Ba(OH)2.8H2O + 2NH4Cl = BaCl2 + 2NH3↑+ 10H2O △H＞0
碳酸钠和柠檬酸的反应：
3NaHCO3+C6H8O7=C6H5O7Na3+3H2O+3CO2 ↑ △H＞0
有些吸热反应也能自发进行
CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) △H=+178.2kJ·mol-1
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
二、 反应焓变与反应方向的关系
反应焓变是与反应能否自发进行有关的一个因素，但不是唯一因素。
多数放热反应能自发进行(ΔH < 0)
少数吸热反应也能自发进行(ΔH > 0)
归纳小结
几个常见的现象
固体硝酸铵、氢氧化钠、氯化钠和蔗糖都能溶于水，是什么因素决定它们的溶解过程能自发进行？
共同点：体系趋向于从有序状态转换为无序状态
三、反应熵变与反应方向
1、描述体系无序程度/混乱度的物理量——熵（S）
熵值越大，体系无序程度/混乱度越大。
(3) ①气体体积增大的反应，△S>0,熵增加反应
②气体体积减小的反应，△S<0,熵减小反应
2、反应熵变(△S)：反应产物的总熵与反应物总熵之差
(1)符号：△S ；单位：J mol-1 K-1
(2)对于确定的化学反应在一定条件下有确定的熵变
纯物质熵值的大小与物质的种类、数量、聚集状态以及温度、压强等因素有关。
同一物质的不同存在状态：S(g) > S(l) > S(s)。
ΔS =S生成物-S反应物
事实证明，熵增加（△S＞0）有利于反应的自发进行
NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)=CH3COONH4(aq) +CO2(g)+H2O(l)
△H= +37.30kJ·mol-1
Ba(OH)2.8H2O + 2NH4Cl = BaCl2 + 2NH3↑+ 10H2O △H＞0
3NaHCO3+C6H8O7=C6H5O7Na3+3H2O+3CO2 ↑ △H＞0
有些吸热反应也能自发进行：
△S＞0(熵增)
△S＞0(熵增)
△S＞0(熵增)
CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) △H=+178.2kJ·mol-1
△S＞0(熵增)
常见的熵增过程：
固体溶解、气体扩散、物质由s到 l 或g态、气体量增加的反应
三、 反应熵变与反应方向
多数熵增反应(ΔS>0)能自发进行；
少数熵减反应(ΔS<0)在一定条件下也能自发进行。
反应熵变是反应能否自发进行有关的一个因素，但不是唯一因素。
归纳小结
研究表明：反应有由有序状态转变为无序状态的趋势，即混乱度增加（ △S＞0）。且△S越大，越有利于反应自发进行。
1、已知下列过程都能自发进行，其中不能用“焓判据”解释的是( )
A.2Na(s)＋Cl2(g)=2NaCl(s)　ΔH<0
B.C3H8(g)＋5O2(g)=3CO2(g)＋4H2O(l)　ΔH<0
C.2NH4Cl(s)＋Ca(OH)2(s)=2NH3(g)＋CaCl2(s)＋2H2O(l)　ΔH>0
D.2Mg(s)＋O2(g)=2MgO(s)　ΔH<0
C
课堂练习
2.下列过程属于熵增加的是（ ）
A.固体的溶解过程
B.气体扩散过程
C.水蒸气变为液态水
D.CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)
AB
3.下列反应中，ΔS最大的是 ( )
A. CaCO3(s)＝CaO(s)+CO2(g)
B. 2SO2(g)+O2(g)＝2SO3(g)
C. N2(g)+3H2(g)＝2NH3(g)
D. CuSO4(s)+5H2O(l)＝CuSO4 5H2O(s)
A
研究表明，一定温度、压强下，体系除了体积功外不做其他功的条件下，自发反应总是向ΔH－TΔS<0的方向进行，直至达到平衡状态。
1、反应方向的判据
四、焓变与熵变对反应方向的共同影响
ΔG＝ΔH TΔS
2.判据与反应的自发性：
< 0 反应自发进行
= 0 反应达平衡状态
> 0 反应不能自发进行
吉布斯自由能变（ΔG）
放热反应的ΔH < 0，熵增加反应的ΔS ＞0，都对△H-T△S＜0有所贡献，因此放热反应和熵增加有利于反应自发进行。
ΔG＝ΔH TΔS
< 0 反应自发进行
= 0 反应达平衡状态
> 0 反应不能自发进行
2KClO3(s)= 2KCl(s)+3O2(g)
△H=-78.3kJ mol-1 △S=+494.4 J mol-1 K-1
CO(g)=C(s,石墨)+1/2O2(g)
△H=+110.5kJ mol-1 △S=-89.4 J mol-1 K-1
4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2 (g)= 4Fe(OH)3(s)
△H=-444.3kJ mol-1 △S=-280.1 J mol-1 K-1
NH4HCO3 (s)+CH3COOH(aq)=CO2 (g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l)
△H=+37.30kJ mol-1 △S=+184.0 J mol-1 K-1
△H＜0、△S＞0
一定能自发
△H＞0、△S＜0
一定不能自发
△H＜0、△S＜0
低温自发
△H＞0、△S＞0
高温自发
课堂练习
4、判断下列过程的自发情况：
5、下列反应中，一定不能自发进行的是( )
A.2KClO3(s)=2KCl(s)＋3O2(g)　ΔH＝－78.03 kJ/mol 　
B.CO(g)=C(s)＋O2(g)　ΔH＝110.5kJ/mol
C.4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)=4Fe(OH)3(s)
ΔH＝－444.3 kJ/mol
D.NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)=CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l)　ΔH＝37.301 kJ/mol
B
课堂练习
6、25 ℃和1.01×105 Pa时，
反应：2N2O5(g)=4NO2(g)＋O2(g)　ΔH＝56.7 kJ/mol
能自发进行，其原因是( )
A.该反应是吸热反应 B.该反应是放热反应
C.该反应是熵减小的反应 D.熵增效应大于能量效应
D
7、将煤加工成水煤气可降低污染并能提高燃料的利用率。将水蒸气通过红热的炭即产生水煤气，化学方程式为C(s)+H2O(g)==H2(g)+CO(g) ΔH=+131.3 kJ·mol－1，ΔS=+133.7 J·mol-1·K-1
该反应在常温下能否自发进行？_______(填“能”或“不能”)。
根据ΔH－TΔS=+131.3 kJ·mol-1-298 K×0.133 7 kJ·mol-1·K-1 ≈91.46 kJ·mol-1>0,
不能
所以常温下不能自发进行。
8、已知100KPa、298K时有以下反应：
NH4Cl(s)=NH3(g)+HCl(g)
△H= 176.4KJ/mol △S=284.3 J.mol-1.K-1
试计算NH4Cl分解自发进行的最低温度（℃）。
620.5K=374.5℃
联想质疑
为了减轻大气污染，人们提出通过以下反应来处理汽车尾气的想法。
该反应在 298K、101KP下：
△H=—746.8KJ·mol-1，△S=—197.5J mol-1 K-1，
2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)
⑴试计算该反应室温是否有自发进行的趋势。
(2)试想现在这一方案未能大面积实施的原因是什么？
(2)未找到合适的催化剂，反应速率太慢，难以实施
(1)室温下该反应的ΔH－TΔS=-687.9 kJ·mol-1＜0，反应能自发进行。
利用ΔH－T ΔS判据，只能用于判断在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下反应正向自发进行的趋势，即反应发生的可能性，但它并不能说明在该条件下可能正向自发进行的反应能否实际发生，这个反应到底能不能反应，那还要看反应进行的限度和反应进行的速率。
例如：金刚石有向石墨转化的倾向。但是这种转化能否发生，什么条件下才能发生，反应的快慢程度，反应的程度如何，就不是焓判据和熵判据能解决的问题了。
注意
课堂小结
在温度和压强一定的条件下，不借助光、电等外部力量就能自动进行的过程。
自发过程
1、定义：
（不需要对反应做非体积功）
在等温、等压下，除了体积功以外不做其他功的条件下，就能自动进行的过程，即为自发过程。
自发反应：
等温等压下，除了体积功以外不做其他功的条件下（如不需要通电）就可进行的，是自发反应。
不需要借助于外力就可以进行的反应，是自发反应；
不需要对反应做非体积功的反应，是自发反应；
所以，一个可逆反应无论从哪个方向开始反应最终都会平衡的客观事实，所以可逆反应的正逆反应都是自发的。
对于一个反应，当ΔG=ΔH-TΔS＜0时，反应自发。那么对于一个可逆反应，如果正反应ΔG＜0，那么逆反应的ΔG＞0，应该不自发。但是我们知道一个可逆反应的正逆反应是同时发生的，那么是否可逆反应就违背吉布斯自由能变公式呢？
在ΔG=ΔH-TΔS中，焓变和熵变的值是通过末状态减初状态得出的，所以自由能变也应该用末状态减初状态。
对于一个可逆反应，其末状态是平衡状态，从反应体系的自由能变化（如图1所示）可以知道，平衡状态的自由能确实比两头都小，它是一个极小值，无论从“哪头”投料，即无论起始状态是什么样，它都会降低自由能，朝着化学平衡状态的方向移动。