2.3 化学反应的方向(共26张PPT).pptx

(共26张PPT)
第三节　化学反应的方向
第二章　化学反应速率和化学平衡
学习目标
1、知道化学反应是有方向的。
2、知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关。
3、能判断熵的变化（熵增或熵减）
4、能结合具体事例说明反应自发进行的方向。
可逆反应进行的方向：
化学反应进行的方向
1、化学反应速率角度
2、化学平衡角度
v正 > v逆
v正 < v逆
向正反应方向进行
向逆反应方向进行
v正 = v逆
平衡状态
Q向正反应方向进行
Q>K
向逆反应方向进行
Q=K
平衡状态
如果一个化学反应已经发生，方向也就确定了。如果还没发生，就需要依据科学理论，对它是否能够发生，以及在什么条件下发生做出判断。
电流从电势高到底
热量从高传到低
自然界中有一些过程是自发进行的，而且是有方向性的。
水从高处流向低处
“自发过程”
在一定条件下不用借助外力就能自动进行。
“自发方向1”
高能量 低能量
对外做功或释放热量
抽水上山：借助水泵，
持续消耗电能
让水沸腾：借助燃料燃烧，持续消耗热能
非自发过程 ：
在一定条件下，需要持续借助外力才能进行的过程。
红墨水扩散
花香四溢
火柴掉地
硝酸铵的溶解
自然界中有一些过程是自发进行的，而且是有方向性的。
自发方向2：
有序（混乱度小）
无序（混乱度大）
冬天水结冰自发
春天冰融水自发
“自发”是有一定条件的
“自发”是一定条件下的自发，条件变了，可能由原来的“自发”变成“非自发”
一、自发与非自发
1．自发过程：在一定条件下，不需借助 就能_________的过程。
如：高山流水，自由落体，冰雪融化。
2．自发反应：在给定的条件下，可以_________ 到显著程度的化学反应。
如：钢铁生锈，酸碱中和。
3.非自发反应：不能自发进行，必须借助 才能进行的反应。
如：电解水
外力
自发进行
自发进行
外力
自发反应不需要任何条件就能自发进行吗？非自发反应一定不能发生吗？自发过程与自发反应有什么联系？
4．特征：
（1）具有 ，即过程的某个方向在一定条件下自发进行，而该过程逆方向在该条件下肯定不能自发进行。
（2）体系趋向于从 能量状态转变为 能量状态。
（3）在密闭条件下，体系有从 体系转变为 体系。
知道了某个反应是自发反应后，能否知道某条件下是否发生？能否预测反应的快慢及热效应？
方向性
高
低
有序
无序
钢铁生锈
氢气的燃烧
锌与硫酸铜溶液
镁与硫酸溶液
Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl晶体
如何解释下列化学反应是自发反应？
①H2(g)+O2(g)= H2O(l)
②H2(g)+Cl2(g)= HCl(g)
③Na(s)+H2O(l)=NaOH(aq)+H2(g)
④铁生锈：2Fe(s)+O2(g)= Fe2O3(s)
⑤NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l)
H= -286kJ·mol-1
H= -92kJ·mol-1
H= -184kJ·mol-1
H= -824kJ·mol-1
H= -57.3kJ·mol-1
【练习1】请说说下列反应能够自发进行的原因。
反应物的总能量高
生成物的总能量低
放热反应
H < 0
体系的能量降低
二、化学反应方向的判据
1.焓判据（能量判据）：体系趋向于从能量高的状态转变为能量低的状态，
因此放热反应（ △H<0 ）有利于反应自发进行
（1）多数 反应是自发进行。例如燃烧反应、中和反应等。且放出的热量越多，体系能量降低越多，反应越完全。
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，吸热反应则不能自发进行。你同意这种观点吗？
（2）有些 反应也可以自发进行。
放热
吸热
2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8H2O(s)=2NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l) △H>0
2N2O5(g)=4NO2(g)+O2 (g) △H=+109.8kJ/mol
NaHCO3(s)+HCl ＝NaClaq)+CO2(g)+ H2O(l) △H= ＋31.4kJ/mol
焓变只是反应能否自发进行的一个因素,但不是惟一因素。
只根据焓变来判断反应方向是不全面的。
这些吸热反应也是自发反应
吸热反应能自发进行。怎么解释？
阅读课本P41-42 了解描述体系混乱(或无序)程度的物理量熵
体系除了具有从高能状态自发地转变为低能状态的倾向，还有从有序自发地转变为无序的倾向。
气体的扩散
德国科学家克劳修斯(R. Clausius)最早提出了另一个推动体系变化的因素，并称之为“熵”（符号S）的概念，用熵表示体系混乱度，S=Q/T。
描述体系混乱(或无序)程度的物理量。单位：J·mol-1·K-1
熵(S)：
【练习2】试根据熵的定义判断下列过程中体系的熵变大于零还是小于零。
(1)水蒸气冷凝成水
(2)硫酸铜溶于水
(3)CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)
(4) 2N2O5(g)＝4NO2(g)+O2(g)
(5)2H2(g)+ O2(g) ＝2H2O (l)
△S<0
△S>0
△S>0
△S<0
△S>0
①化学反应中，固态物质或液态物质生成气态物质，体系的混乱度增大；
②从较少的气态物质生成较多的气态物质，体系的混乱度也增大
熵变（△S）=S生-S反
2.熵判据
（1）定义
熵：描述体系__________的物理量，一般用 S 表示。
熵变：生成物与反应物熵值之差，符号△S。
S=S(生成物)－S(反应物) S＞0 熵增 S＜0 熵减
（2）熵值的大小
①体系的熵值：体系的混乱度越大，体系熵值就 。
②同种物质的熵值： S(g) ____ S(l) ____ S(s)。
③同一条件下，物质的量大，分子数多，熵值越大。
④不同物质熵值的关系：组成越复杂，熵值越大。
混乱程度
越大
>
>
(3)熵判据：
体系有自发地向混乱度增加（即 ，△S>0）的方向转变的倾向，因此可用熵变来判断反应进行的方向。
（4）熵变与化学反应进行方向的关系
①许多 的反应是自发进行的（大多数产生气体的反应、气体物质的物质的量增大的反应）
②有些 的（△S<0）的反应也可自发进行，如乙烯聚合为聚乙烯的反应。
所以只用熵判据判断反应是否自发不全面。
熵增
熵增
熵减
单独使用焓判据，或者熵判据往往会得出错误的结论
2H2(g)+O2(g)=2H2O(I)
△S<0 依熵判据，熵减小不利于反应自发
△H<0依焓判据，放热有利于反应自发
结论： 自发反应的方向与焓变、熵变有关，判断反应自发进行的方向，需综合考虑体系的焓变和熵变。
三、复合判据——自由能
在等温、等压条件的封闭体系中，
G = H – T S （Ｔ为热力学温度，为正值）
1876年，吉布斯（美）提出自由能变化 ΔG，并认为化学反应总是向着自由能减小（ ΔG < 0）的方向进行，直至达到平衡。
吉布斯自由能变化△G综合考虑了焓变和熵变对体系的影响
当ΔG<0， 反应能自发进行；
当ΔG＝0，反应处于平衡状态；
当ΔG>0， 反应不能自发进行。
① 2KClO3(s)=2KCl(s)+3O2(g)
△H = -78.03 kJ·mol-1
△S = 494.4 J·mol-1·K-1
② CO(g)=C(s,石墨)+1/2O2(g)
△H = 110.5 kJ·mol-1
△S = -89.36 J·mol-1·K-1
【练3】根据 G = H – T S判断下列反应在T=298K时否自发进行
③ 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
△H = 178.2 kJ·mol-1
△S = 169.6 J·mol-1·K-1
④ CaCO3(s) = CaO(s)+CO2(g)
自发
非自发
自发
非自发
若T=1K，计算能否自发
非自发
2.反应进行方向的判断方法（等温、等压）
③ H>0， S＞0？
低温下能自发
高温下能自发
G＝ H－T S
① H＜0， S＞0
② H＞0， S＜0
G＝ H－T S＜0
反应能自发进行
G＝ H－T S ＞ 0
反应不能自发进行
④ H＜0， S<0？
取决于温度
“自发反应”也是有一定条件的
G = H – T S<0自发
课堂小结
化学反应进行的方向
反应焓变
反应熵变
复合判据
温度
影响因素
焓减小有利于反应自发
熵增大有利于反应自发
2.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=+74.9kJ/mol
D、2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) △H=-571.6 kJ/mol
D
1.过程自发性的作用（ ）
判断过程的方向
确定过程是否一定会发生
可预测过程发生完成的快慢
可判断过程的热效应
A
3.以下说法中正确的是（　　 ）
A、△H＜0的反应均是自发反应
B、自发进行的反应一定能随时自动发生
C、冰在室温下自动熔化成水，是熵增的结果
D、MgCO3(s)===MgO(s)+CO2(g)高温下，不能自发
4.下列关于化学反应的熵变的叙述正确的是（　 　）
A．化学反应的熵变与反应的方向无关
B．化学反应的熵变直接决定了反应的方向
C．熵值增大的反应都是混乱度增大的反应
D．熵值增大的反应都能自发进行
C
C
5.某反应2AB(g) C(g)+3D(g)在高温下能自发进行,其逆反应在低温下能自发进行,则该反应的ΔH、ΔS应为( )
A．△H＜0，△S＞0 B．△H＜0，△S＜0
C．△H＞0，△S＞0 D．△H＞0，△S＜0
6.下列内容与结论相对应的是（ ）
A.H2O(g)变成H2O(l) △S>0
B.硝酸铵溶于水可自发进行 该过程的△S>0
C.一个反应的△H>0，△S>0 反应一定不能自发进行
D.H2(g)+F2(g)=2HF(g)，△H=-271kJ/mol △S=+8J/(mol·K)
反应在任何温度都不能自发进行
C
B