高中化学人教选修4 第二章 第4节化学反应进行的方向

(共18张PPT)
第二章 化学反应速率和化学平衡
第四节
化学反应进行的方向
学习目标:
理解化学反应方向判断的焓判据及熵判据,
能用焓变和熵变说明化学反应的方向。
2NO(g)+ 2CO(g) = N2 (g)+ 2CO2 (g)你能否判断这一方案是否可行？理论依据是什么？
1.自发过程：在一定条件下，不需要外力作用就能自动进行的过程。
2.自发反应：在给定条件下，能自发地进行到显著程度的反应。
一、自发过程和自发反应：
请根据生活经验，列举你知道的自发过程。
自发过程：
(1)高山流水 (2)自由落体
(3)白磷的自燃 (4)酸碱中和反应
1.自发过程的逆过程是自发的吗？
2.分析上述过程的能量变化 。
3. 判断下列反应是不是自发反应？
NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l) △H= -57.3 kJ·mol-1
Cu(s)+2AgNO3(aq)=Cu(NO3)2(aq)+2Ag (s)△H= -181.75 kJ·mol-1
2Na(s)+2H2O(l)=2NaOH(aq)+H2(g) △H= -636.1 kJ·mol-1
Fe(s) …… Fe2O3 (aq)△H= -790.7 kJ·mol-1
4.上述自发过程的能量变化有什么共同特点？
体系趋向于从高能状态转变为低能状态。
思考与交流（一）
二、焓判据（△H） ：
自发过程的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释放热量)，这一经验规律就是焓判据。
即：焓减小有利于反应自发进行
放热反应：△H<0，体系能量由高到低，有利于反应自发进行。
1.已知金刚石和石墨在氧气中完全燃烧的热化学方程式为：
① C(金刚石、s)+O2(g) ＝CO2(g)
△H1＝－395.41kJ/mol
② C(石墨、s)+O2(g) ＝ CO2(g)
△H2＝－393.51kJ/mol
关于金刚石与石墨的转化，下列说法正确的是：
( )
A.金刚石转化成石墨是自发进行的过程
B.石墨转化成金刚石是自发进行的过程 C.石墨比金刚石能量低
D.金刚石比石墨能量低
A C
课堂检测
1. 已知反应： N2O5分解；碳铵的分解
2N2O5(g) ＝4NO2(g)+O2(g) △H=+56.7kJ/mol；：
(NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g) △H=+74.9 kJ/mol
可以自发进行，由此能得出什么结论？
焓判据是判断过程方向的一个因素，但不是唯一因素
思考与交流（二）
2. NH4NO3溶于水，红墨水扩散，N2和O2混合这三个过程是否为自发过程？这三个过程有什么共同特点？由此你能得出什么结论？
混合是自发过程，分离是非自发过程
3.下面几张图片说明了什么现象？
体系有趋向于
最大混乱度、
由有序变为无序的倾向。
三、熵判据（△S ）
1.熵：是描述体系混乱度的物理量。
符号：S 单位：J mol-1 K-1 。
体系的混乱度越低，熵值越小。
体系的混乱度越高，熵值越大。
注意: (1)在同一条件下，不同物质的熵不同；同一物质不同状态的熵： S（g）＞S（l）＞S（s）
(2) 固体溶于水后，熵值增大。
(3)发生化学反应，气体增多，熵值增大。
2.熵判据：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。在用来判断过程的方向时就称为熵判据。
熵增是自然界的普遍规律
2.碳铵[(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、碳铵分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增大。
B、碳铵分解是因为外界给了能量。
C、碳铵分解是吸热反应，根据焓判据能 自发分解。
D、碳酸盐都不稳定，都能自发分解。
A
课堂检测
思考与交流（三）
2.用焓判据判断上述反应能否自发进行？
已知:(1)-10℃时，液态水能自动结成固态冰
(2)2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g) △H=+56.7kJ/mol, 思考：
1. 自发过程一定是熵增的吗？
熵判据是判断过程方向的一个因素, 但也不是唯一因素
3.用熵判据判断上述反应能否自发进行？
焓判据和熵判据组合而成的复合判据，将更加适合于所有的过程。
(1)不能(2)能
(1)能(2)不能
四、复合判据 (自由能变化△G)
1.请同学们阅读课本第36页 “科学视野”，了解复合判据△G。
研究表明：在温度、压强一定的条件下，化学反应自发进行方向的判据是
△G = △H - T△S
△ Ｇ﹤0， 反应自发进行，
△ Ｇ＝ 0 ，反应到达平衡状态，
△ Ｇ＞ 0 ，反应不能自发进行。
2.阅读课本第35页最后一段，在讨论过程的方向问题时，需要注意哪些问题？
②过程的自发性只能用于判断过程的方向，不能确定过程是否一定会发生和过程发生的速率
①讨论过程的方向时，指没有外界干扰时体系的性质
③判断时应两个判据兼顾，由焓判据和熵判据组合成的复合判据(自由能变化△G)将更适合于所有的过程
问题解决,学以致用：
2NO(g)+ 2CO(g) = N2 (g)+ 2CO2 (g)
已知：在298K、100KPa时，该反应的
△H=-746.8kJ mol-1，△S=-197.5 J mol-1 K-1 。
则：
△G = △H - T△S
= -746.8kJ mol-1 - 298K×( -197.5 J mol-1 K-1) × 10-3 kJ J-1 = - 687.9 kJ mol-1 ﹤0
因此室温下反应能自发进行。但是，该反应的速率极慢，需要使用催化剂来加速。
知识归纳，能力提升
化学反应进行方向的判据
焓判据中，自发过程趋向于最低能量（焓减）状态的倾向。
熵判据中，自发过程趋向于最大混乱度（熵增）的倾向。
由焓判据和熵判据组合成的复合判据更适合于所有的过程。
3.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
可预测过程完成的快慢
可判断过程的热效应
A
随堂练习：
4.下列过程是非自发的是（ ）
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
D
5.下列说法正确的是∶（ ）
A.凡是放热反应都是自发的，凡是吸热反应都是非自发的；
B.自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是熵减少或不变；
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