2.3 化学反应的方向 课件(共33张PPT)-高二化学人教版选择性必修1课件

(共33张PPT)
第三节 化学反应的方向
第二章 化学反应速率与化学平衡
1791年钛元素的发现到1910年金属钛的制备经历一百多年，为什么？
二十一世纪金属 钛
水泵抽水
推石上山
冰川熔化
自发过程
非自发过程
被拉伸后的橡皮筋
铁和硫酸铜反应
自发反应
钠与水反应 热成像
(1) 一定条件指一定的温度、压强等
(2) 外力作用指对体系做电功等
1．在一定的条件下，不需要其他外力作用就能自动进行的反应
(1) 酸碱中和反应
(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燃烧
(4) 锌与CuSO4溶液
放热反应(ΔH<0)，体系能量降低，具有自发进行的倾向
说明
自发反应
这些科学家认为也能自发进行的反应与你熟悉的自发反应有什么不同？
2H2＋O2 2H2O
点燃
3Fe＋2O2 Fe3O4
点燃
2Al＋Fe2O3 2Fe＋Al2O3
高温
2Na＋Cl2 2NaCl
加热
C6H12O6＋6O2 6CO2＋6H2O
酶
自发反应
2H2O 2H2↑ ＋ O2↑
电解
6CO2＋6H2O C6H12O6＋6O2
光合作用
2NaCl(熔融) 2Na＋Cl2↑
电解
非自发反应
在一定条件下，需要持续外力作用才能维持进行的过程
非自发反应
2H2(g) + O2(g) === 2H2O(l) ΔH = -571.6 kJ/mol
Zn(s) + CuSO4(aq) === ZnSO4(aq) + Cu(s) ΔH = -216.8 kJ/mol
NaOH(aq) + HCl(aq) === NaCl(aq) + H2O(aq) ΔH = -57.3 kJ/mol
一、焓判据
焓变与反应的方向
(1) 体系趋向于从高能状态转变为低能状态即ΔH＜0
(2) 绝大多数的放热反应能自发进行，且放出的热量越多，体系能量降低越多，反应越完全
化学反应的方向
NaOH(aq)＋HCl(aq) === NaCl(aq)＋H2O(l) ΔH＜0
CaO(s)＋H2O(l) === Ca(OH)2(aq) ΔH＜0
2．少部分吸热反应常温也可以自发
CaCO3(s) === CaO(s)＋CO2(g) ΔH＞0
焓变不是自发反应的唯一依据
氢氧化钡晶体和氯化铵晶体反应吸收热量
2N2O5(g) === 4NO2(g) + O2(g) ΔH = ＋56.7 kJ/mol
NH4HCO3(s) + CH3COOH(aq) === CO2(g) + CH3COONH4(aq) + H2O(g)
ΔH = ＋37.3 kJ/mol
1．大多数放热反应可自发进行
3．少部分吸热反应高温下可以自发
深度思考
H＜0对自发有利
体系趋向于由有序转变为无序，混乱度增大的过程，有利于自发进行
下课后学生的状态如何？
一盒排列整齐的火柴随机抛下
这些看似不相干的事件之间有什么联系吗？
情境引入
实验 过程
实验 现象
实验 结论
硝酸铵溶于水，用温度计测量溶液的温度
不需要外界的任何作用，离子扩散自发地与水分子进行混合
溶液的温度由原来的22℃降为19℃
实验 过程
实验 现象
实验 结论
抽掉玻璃片，观察现象
盛放氯气的瓶内气体颜色逐渐变浅，盛放氢气的瓶内显现出了浅黄绿色，最后两瓶中的颜色相同
不需要外界的任何作用，气体通过分子的扩散自发地混合均匀
二、熵判据
1．熵
符号：S
衡量一个体系混乱度的物理量
单位：J·mol－1·K－1
熵值 H2O CH3OH S
气态 188.7 237.6 167.7
液态 69.9 126.8
固态 47.9 31.8
混乱度越大，熵值越大
化学反应的方向
(1) 同种物质的熵值：气态 >> 液态 > 固态
(2) 同种物态：分子数越多，熵值越大
固体 液体 气体
二、熵判据
1．熵
符号：S
衡量一个体系混乱度的物理量
单位：J·mol－1·K－1
化学反应的方向
按要求回答下列问题(填“＞”或“＜”)：
(1) 溶解少量蔗糖于水中，ΔS　　　　0
(2) 乙烯聚合成聚乙烯，ΔS　　　　0
(3) CaCO3(s)加热分解生成CaO(s)和CO2(g)，ΔS　　　　0
(4) H2O(s)→H2O(l)→H2O(g) ΔS　　　　0
(5) 2N2O5(g) 4NO2(g)＋O2(g) ΔS　　　　0
＞
＜
＞
＞
＞
化学反应的方向
(1) S > 0，体系混乱度增大； S < 0，体系混乱度减小
2．熵变
符号： S
(2) 有气体参与的反应，熵变与气体的物质的量变化有关
Zn(s) + H2SO4(aq) === ZnSO4(aq) + H2(g)
2KClO3(s) === 2KCl(aq) + 3O2(g)
体系混乱度增大，具有自发进行的倾向
S＝S生成物总熵－S反应物总熵
S > 0
反应前后体系熵的变化
S > 0
二、熵判据
1．熵
化学反应的方向
下列吸热反应可以自发进行的原因：
2N2O5(g) === 4NO2(g) + O2(g) H = ＋56.7 kJ/mol
NH4HCO3(s) + CH3COOH(aq) === CO2(g) + CH3COONH4(aq) + H2O(g)
H = ＋37.3 kJ/mol
2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8 H2O(s) === 2NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l) ΔH＞0
熵增反应 S >0
学以致用
下列熵减反应可以自发进行的原因：
2NO(g) + 2CO(g) === N2(g) + 2CO2(g)
4Fe(OH)2(s) + O2(g) + 2H2O(l) === 4Fe(OH)3(s)
放热反应 H < 0
n CH2＝CH2
催化剂
[ CH2—CH2 ]n
学以致用
1．许多熵增的反应在常温、常压下可以自发进行
2．有些熵增的反应在较高温度下可以自发进行
Ba(OH)2(aq)＋H2SO4(aq) === BaSO4(s)＋2H2O(l) S＜0
ΔH＜0
S＞0对自发有利
(NH4)2CO3(s) === NH4HCO3(s)＋NH3(g) ΔH＞0 S＞0
2NH4Cl(s)＋Ba(OH)2(s) === 2NH3(g)＋BaCl2(s)＋2H2O(l) ΔH＞0 S＞0
CaCO3(s) === CaO(s)＋CO2(g) ΔH＞0 S＞0
C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g) ΔH＞0 S＞0
3．少数熵减的反应，在一定条件下(较低温度)也可以自发进行
熵变不是自发反应的唯一依据
深度思考
1．大多数放热反应可自发进行
NaOH(aq)＋HCl(aq) === NaCl(aq)＋H2O(l) ΔH＜0
CaO(s)＋H2O(l) === Ca(OH)2(aq) ΔH＜0
2．少部分吸热反应常温也可以自发
2N2O5(g) === 4NO2(g)＋O2(g) ΔH＞0
3．少部分吸热反应高温下可以自发
CaCO3(s) === CaO(s)＋CO2(g) ΔH＞0
2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8 H2O(s) === 2NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l) ΔH＞0
S＞0
S＞0
S＞0
深度思考
？
吉布斯
自由能与化学反应的方向
G < 0 反应能自发进行
G = 0 反应处于平衡状态
G > 0 反应不能自发进行
化学反应总是向着自由能减小的方向进行，直到体系达到平衡
G = H - T S
T 为热力学温度，均为正值
资料卡片
H (298 K)＝+178.2 kJ·mol－1
S (298 K)＝+169.6 J·mol－1·K－1
CaCO3(s) === CaO(s)＋CO2(g)
常温常压下正向不能自发进行
判断下列反应能否自发进行：
298 K ，101 kPa
G＝ H－T S
＝178.2 kJ·mol－1－298 K×（169.6 ×10－3 ） kJ·mol－1·K－1
＝128 kJ·mol－1 ＞0
学以致用
T＞1051 K
＝178.2 kJ·mol－1－T ×（169.6 ×10－3） kJ·mol－1·K－1 ＜0
常压下，1051 K以上高温可以使反应正向自发进行
若要正向自发进行，假设 H、 S不随温度而变化
G＝ H－T S＜0
温度是改变反应方向的一种手段
H (298 K)＝+178.2 kJ·mol－1
S (298 K)＝+169.6 J·mol－1·K－1
CaCO3(s) === CaO(s)＋CO2(g)
判断下列反应能否自发进行：
298 K ，101 kPa
学以致用
2CO(g) === 2C(s) + O2(g)
汽车尾气中的CO和NO是现代化城市中的重要大气污染物。人们曾花费大量的时间和精力通过实验的方法消除CO对环境的影响，然而却徒劳无功。你能从焓变和熵变的角度分析原因吗？
反应不能自发进行
ΔH > 0 ΔS < 0
ΔG = ΔH - TΔS
后来人们又提出通过如下反应来处理尾气的方法：
2NO(g) + 2CO(g) === N2(g) + 2CO2(g)
298 K、100 kPa
反应能正向自发进行
ΔG = ΔH - TΔS
ΔH = -746.8 kJ/mol
> 0
< 0
学以致用
判断下面的反应能否自发进行：
ΔH＞0
ΔS＜0
该反应在任何温度下都不能自发进行
TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(石墨) === TiCl4(l)＋2CO(g)
ΔH＝－59.2 kJ·mol－1
ΔS＝+141.0 J·mol－1·K－1
ΔH＜0 ΔS＞0
TiO2(s)＋2Cl2(g) === TiCl4(l)＋O2(g)
ΔH＝＋161.9 kJ·mol－1 ΔS＝－38.4 J·mol－1·K－1
该反应在任何温度下都能自发进行
学以致用
学以致用
问题：工业生产制备金属钛的时候为什么采用1 100 K的高温？
反应速率快
H－T S指的是在等温、等压及除了体积功以外不做其他功条件下正向反应自发进行的趋势，即反应的可能性，并不能说明在该条件下正反应实际能否发生，因为反应能否实际发生还涉及速率和限度的问题。
自发反应
焓判据
熵判据
G = H - T S
G < 0 能自发进行
H < 0，多数焓减反应利于反应自发
S > 0，多数熵增反应利于反应自发
封闭体系
等温等压条件下
课堂小结
在给定条件下，无需外界帮助，一经引发即能自动进行的反应，称为自发反应。燃烧过程一般都是放热反应，能降低反应体系的能量，有利于反应的自发进行；金刚石的能量高于石墨，常温常压下不能自发进行，B符合题意。
1．下列过程中，属于非自发过程的是 (　　)
A．N2和O2混合
B．常温、常压下石墨转化为金刚石
C．H2和O2化合生成H2O
D．C＋O2 === CO2
B
2．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
焓判据是指ΔH<0的反应有利于自发进行，C项反应的ΔH>0，按焓判据判断可知反应不能自发进行。
3．下列变化过程中，ΔS＜0的是 ( )
A．氯化钠溶于水中
B．CaCO3（s）分解为CaO（s）和CO2（g）
C．干冰的升华
D．NH3（g）和HCl（g）反应生成NH4Cl
D
氯化钠溶于水，混乱度增大，ΔS＞0，A错误；CaCO3（s）分解为CaO（s）和CO2（g），反应生成气体，反应后熵增大，ΔS＞0，B错误；干冰的升华，物质从固体变为气体，混乱度增大，ΔS＞0，C错误；氨气与氯化氢合成氯化铵，气体体积减小，ΔS＜0，D正确。
4．判断下列反应中在所有温度下都不自发进行的是 ( )
A．2O3（g）=== 3O2（g） ΔH＜0
B．2CO（g）=== 2C（s）+O2（g） ΔH＞0
C．N2（g）+3H2（g）=== 2NH3（g） ΔH＜0
D．CaCO3（s）=== CaO（s）+CO2（g） ΔH＞0
B
ΔH＜0，ΔS＞0，一般温度下都能满足ΔH﹣TΔS＜0，反应可自发进行，A不选；ΔH＞0，ΔS＜0，一般情况下都满足ΔH﹣TΔS＞0，反应不能自发进行，B选；ΔH＜0，ΔS＜0，在较低温度下，可满足ΔH﹣TΔS＜0，反应可自发进行，C不选；ΔH＞0，ΔS＞0，在较高温度下，可满足ΔH﹣TΔS＜0，反应可自发进行，D不选。
5．下列说法正确的是 ( )
A．反应2Mg（s）+CO2（g）=== C（s）+2MgO（s）能自发进行，则该反应的ΔH＜0
B．ΔH＜0、ΔS＜0的反应在高温条件下能自发进行
C．反应CaCO3（s） === CaO（s）+CO2（g）的ΔS＜0
D．同一物质的固、液、气三种状态的熵值相同
A
由反应知ΔS＜0，若反应能自发进行，即ΔH﹣TΔS＜0，则该反应的ΔH＜0，A正确；反应的ΔH＜0、ΔS＜0，若反应能自发进行，即ΔH﹣TΔS＜0，则应为低温条件，B错误；该反应中气体增加，则ΔS＞0，C错误；混乱度越大，熵越大，则同一物质的固、液、气三种状态的熵值由小到大，D错误。
本节内容结束