化学人教版（2019）选择性必修1 2.3化学反应的方向（共40张ppt）

(共40张PPT)
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材
第二章 化学反应速率与化学平衡
化学反应的方向
第三节
化学反应速率
化学平衡
化学反应的方向
——化学反应进行的快慢
——化学反应的限度
——
第二章 化学反应速率和化学平衡
判定一个化学反应在指定条件下能否发生，以及在什么条件下可能发生？
生产的可行性问题
生产的效率问题
产率问题
电流总是从高电位流向低电位
水由高处向低处流；
自然界中有许多自然而然发生的现象
一、自发过程和自发反应
红墨水扩散
冰雪融化
这些过程都是自发的，其逆过程就是非自发的。
Cu和AgNO3反应
NaOH和HCl反应
这些化学反应都是自发的，其逆过程就是非自发的。
铁生锈
在一定条件下，不借助外部力量就能自动进行的过程。
1.自发过程：
①自然界中水总是从高处往低处流；
（前提：无外力挡住流水）
⑤食盐溶解于水；
④墨汁滴入水中，自动扩散；
③气温高于0℃，冰雪自动融化；
②电流:电位高→电位低；
过程的自发性只是一种趋势，过程要发生，必须具备一定的条件。
如，人手里拿一个球，它有下落的自发性，
但要让球落下，必须具备“松开手”这个条件。
特别说明：
一、自发过程和自发反应
①镁条燃烧；
⑤锌与CuSO4溶液会自动反应生成Cu和ZnSO4
… …
④甲烷和氧气的混合气体遇明火就燃烧；
③铁器暴露在潮湿空气中会生锈；
②酸碱中和；
在一定条件下，不需外界帮助,一经引发即能自动进行的反应，称为自发反应 。
(往往指一定的温度和压强)
2.自发反应：
一、自发过程和自发反应
说明：
1)自发反应并不一定在常温常压下自发进行。
如，氢气燃烧需要点燃，碳酸钙在高温下自发分解… …
在所需条件下，反应一旦发生便能自发进行，即为自发反应
2)一般地，一个过程是自发的，其逆过程就是非自发的。
非自发过程要想发生，必须对它做功。
如，水→H2和O2必须通电，一旦停止通电，反应停止。
如，利用水泵将水从低处抽向高处。
3)自发反应和非自发反应是可能互相转化的。
2NO+O2=2NO2
常温下自发
高温下自发
2NO2 ===2NO + O2
高温
一、自发过程和自发反应
在一定条件下，不需外界帮助,一经引发即能自动进行的反应，称为自发反应 。
(往往指一定的温度和压强)
2.自发反应：
如何判断一个过程，一个反应
能否自发进行？
寻找反应能否自发进行的判据
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
2Na(s)+2H2O(l)＝2NaOH(aq)+H2(g) ΔH＝-368kJ/mol
⒊钠与水反应
⒋ Fe(OH)2被氧化为Fe(OH)3
4Fe(OH)2(s)+O2(g)+2H2O(l)＝4Fe(OH)3(s)ΔH＝-444.3kJ/mol
结论：
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
（焓判据）
反应物的总能量高
生成物的总能量低
放热反应
△H＜0
生活的经验规律:体系趋向于从高能状态转变为低能状态
(放热反应过程中体系能量降低因此具有自发进行的倾向)
二、自发反应与焓变的关系
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＝ +31.4kJ/mol
有些吸热反应(ΔH＞0)也能自发进行。
ΔH＞0
结论：
△H < 0有利于反应自发进行，但自发反应不一定要△H < 0
可见，焓变是反应能否自发进行的一个因素,但不是唯一因素。
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。
(熵判据)
二、自发反应与焓变的关系
硝酸铵可以自发地溶于水中。
NH4NO3(s) ＝ NH4+(aq) + NO3-(aq)
墨 水 扩 散
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，
科学上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。
“熵”是德国物理学家克劳修斯在1850年创造的一个术语。
(熵判据)
二、自发反应与焓变的关系
1.熵：
①(密闭容器)体系倾向：
②含义：
科学家用 (符号为 )来量度体系的混乱程度。
熵
S
⑤熵与物质状态的关系：
同一种物质，气态时熵值最大，液态时次之，固态时最小
S(g) S(l) S(s)。
＞
＞
熵值越大，体系混乱度越大
③单位：J mol-1 K-1
J/(mol K)
④熵与物质的量的关系
物质的量越大→粒子数越多→体系的混乱度越大→熵值越大
(熵判据)
二、自发反应与焓变的关系
69.9J/(mol·K)
47.9J/(mol·K)
188.7J/(mol·K)
H2O的熵值：
熵变△S：
化学反应中，△S=S(生成物总熵)-S(反应物总熵)
冰
液态水
气态水
＜　 　　　　 ＜
2.熵增原理：
在密闭体系中，自发过程的体系趋向于有序变为无序，导致体系的熵增大，这叫做熵增原理(△S>0) 。
(1)常见熵增加过程：
固体的溶解，气体的扩散，水的汽化，墨水的扩散等。
(2)常见熵增加的反应：
产生气体的反应、气态物质的物质的量增大的反应，通常都为熵增加(△S＞0)反应。
3.熵判据：
用熵变(△S)来判断化学反应方向时就称为熵判据。
(熵判据)
二、自发反应与焓变的关系
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？
一般地，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
气体及其物质的量的增多是体系熵值变化的主要决定因素
→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)
→大多数熵增的反应可以自发进行，
结论：
△S > 0有利于反应自发进行，但自发反应不一定要△S > 0。
即，熵变是反应能否自发进行又一个主要因素, 但也不是惟一的因素。
化学反应的最终判据到底是什么呢？
自主学习：
课本P42最后一自然段------P43资料卡片
反应的自发性与化学反应的焓变、熵变和温度等有关。
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
△G=△H—T △S
四、复合判据（自由能变化△G ）
当△G<0时，反应自发进行
当△G>0时，反应不自发进行
当△G=0时，反应到达平衡状态
记住
吉布斯自由能变
( Ｇ<0反应可以自发进行)
H S G 能否自发进行
＜０ ＞０
＞０ ＜０
＞０ ＞０
＜０ ＜０
低温时＞０,高温时＜０
＜０
＞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
熵增
放热
吸热
熵减
无论温度如何，反应自发进行
△G=△H—T △S
四、复合判据（自由能变化△G ）
△H
△S
△H>0, △S>0
高 温 时
反应自发进行
△H<0, △S>0
△H>0, △S<0
△H<0, △S<0
所有温度下，反应自发进行
所有温度下,反应不自发进行
低 温 时
反应自发进行
小结：“大大高温，小小低温”
△G=△H—T △S
四、复合判据（自由能变化△G ）
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。
石灰石分解，常温下是非自发的，但在1273K时是自发的反应。
→闪电时空气中的N2和O2发生反应：
N2(g)＋O2(g)＝2NO(g) ΔH＝＋180.50 kJ/mol，ΔS＝247.7 J/(mol·K)，
若不考虑温度对该反应焓变的影响，则下列说法中正确的是(　　)
A．在1 000℃时，此反应能自发进行
B．在1 000℃时，此反应不能自发进行
C．该反应能自发进行的最低温度约为730℃
D．该反应能自发进行的最高温度约为730 K
解析：若反应能自发进行，须满足ΔH－TΔS＜0，即
180．50 kJ/mol－T×247.7 J/(mol·K)×10－3 kJ/J＜0
A
解之可得T＞728.7 K，
即当温度高于728.7 K时该反应能自发进行。
化学反应进行方向的判据
１、能量判据(焓判据）：
是判断化学反应进行方向的判据之一。
２、熵判据：
能量最低原理。
熵增原理。
是判断化学反应进行方向的另一判据。
３、复合判据：
能量判据结合熵判据
△G
△H－
T△S
〓
小结：
4、过程的自发性只能用于判断过程的方向，不能确定过程一定会发生和过程发生的速率
1、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
2 、碳酸铵[(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、其分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增大；
B、其分解是因为外界给予了能量；
C、其分解是吸热反应，据能量判据不能自发解；
D、碳酸盐都不稳定，都能自发分解。
A
3.已知：(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)＋NH3(g) ΔH＝+74.9 kJ·mol－1，
下列说法正确的是
A.该反应中熵变、焓变皆大于0
B.该反应是吸热反应，因此一定不能自发进行
C.碳酸盐分解反应中熵增加，因此任何条件下所有碳酸盐分解一定能自发进行
D.能自发进行的反应一定是放热反应，不能自发进行的反应一定是吸热反应
A
4、250C和1.01×105Pa时，反应
2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g) △H=＋ 56.76kJ/mol
自发进行的原因是（ ）
A、是吸热反应；
B、是放热反应；
C、是熵减少的反应；
D、熵增大效应大于能量效应。
D
5.下列说法不正确的是（ ）
A.焓变是一个与反应能否自发进行有关的因素，多数的能自发进行的反应都是放热反应。
B.在同一条件下不同物质有不同的熵值，其体系的混乱程度越大，熵值越大。
C.一个反应能否自发进行取决于该反应放热还是吸热
D.一个反应能否自发进行，与焓变和熵变的共同影响有关
C
6、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/mol
C、(NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g); △H=+74.9 kJ/mol
D、2H2(g)+O2(g)=2H2O(l); △H=-571.6 kJ/mol
D
D
7、下列反应中，熵减小的是（ ）
A. (NH4 )2CO3(s)＝NH4HCO3(s)+NH3(g)
B. 2N2O5(g)＝4NO2(g)＋O2(g)
C. MgCO3(s)＝MgO(s)＋CO2(g)
D. 2CO(g)＝2C(s)＋O2(g)
8.下列反应在任何温度下均能自发进行的是
A.2N2(g)＋O2(g)===2N2O(g)　ΔH＝＋163 kJ·mol－1
B.Ag(s)＋ Cl2(g)===AgCl(s)　ΔH＝－127 kJ·mol－1
C.HgO(s)===Hg(l)＋ O2(g)　ΔH＝＋91 kJ·mol－1
D.H2O2(l)=== O2(g)＋H2O(l)　ΔH＝－98 kJ·mol－1
D
9.汽车尾气中的主要污染物是NO和CO,它们是现代化城市中的大气污染物。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： 2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)
→你能否判断该反应在室温下能自发进行吗？
已知 298K、101kPa下，ΔH=-746.8KJ·mol -1 ΔS＝-197.5J·mol－1·K－1
△G =ΔH-T ΔS
= -746.8KJ·mol-1+298K×197.5×10-3 KJ·mol－1·K－1
= -687.945 KJ.mol-1<0
可自发进行！