化学人教版（2019）选择性必修1 2.3化学反应进行的方向（共32张ppt）

(共32张PPT)
第二章 化学反应速率与化学平衡第三节 化学反应的方向
１、有的反应瞬间即可完成，有的反应非常缓慢？
２、一个可能发生的反应进行的程度如何？在允许的情况下如何通过改变条件获得尽可能高的转化率？
化学反应的方向问题
化学反应的限度问题------化学平衡
化学反应的速率问题
3、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？
1、自发过程和非自发过程
在一定条件下，需要外界做功才能进行的过程
一、自发过程和自发反应
在一定条件下，不需要借助外力(光、电等外部力量)作用就能自动进行的过程。
非自发过程
自发过程
高山流水、自由落体
利用水泵将水从低处抽向高处，把石头推上山
下列过程均为自发过程的是___________
①铵盐的溶解 ②烧碱与盐酸反应
③Zn与稀H2SO4反应 ④氢气在氧气中燃烧
⑤Mg在空气中燃烧 ⑥铝热反应
⑦墨水在水中的扩散 ⑧电解熔融的氯化钠
学以致用
①②③④⑤⑥⑦
2、自发反应和非自发反应
不能自发进行，必须借助某种外力才能进行的反应
一、自发过程和自发反应
在一定条件下，有可以发生反应的趋势的一类反应
非自发反应
自发反应
酸碱中和、铁器生锈、金属与酸反应……
碳酸钙分解、电解熔融氯化钠……
请分析下列自发进行的反应,有什么共同点
2H2(g)+O2(g)= 2H2O(l) △H=－572kJ/mol
H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g) △H=－184kJ/mol
2Na(s)+2H2O(l)=2NaOH(aq)+H2(g) △H=－368kJ/mol
2Fe(s)+3/2O2(g)= Fe2O3(s) △H=－824kJ/mol
NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+ H2O(l) △H=－57.3kJ/mol
△H<0,
　　　
反应自发性的判据之一（焓判据）
放热反应，
E反 >E生
结论:
放热反应使能量变低，故有利于自发进行
1、焓判据
二、反应焓变与反应方向——焓判据
体系趋向于从高能量状态转变为低能量状态，这时体系会对外部做功或释放能量，表现为焓变ΔH＜0
焓判据：放热反应过程中，体系能量降低，具有自发进行的倾向
经验规律：
若ΔH＜0，正向反应一般能自发进行；
若ΔH＞0，正向反应一般不能自发进行，而逆向反应能自发进行。
思考：很多放热反应有自发进行的倾向，　　是不是吸热反应就不能自发进行呢？
2N2O5(g) ＝4NO2(g)+O2(g) 　△H=+56.7kJ/mol
(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g) △H=+74.9 kJ/mol
又如下列反应能自发进行：
如何解释？
硝酸铵溶于水、铵盐与碱的反应
是吸热反应可自发进行
焓变是反应能否自发进行的一个因素,但不是唯一因素
(1)大多数放热反应常温可自发进行
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
(NH4)2CO3(s) = NH3(g)+NH4HCO3(s) 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
【例】已知下列反应都能自发进行，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)+Ba(OH)2·8H2O(s)=2NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l) ΔH＞0
D.2Mg(s)＋O2(g)＝2MgO(s)　ΔH＜0
C
生活中的另类自发过程
火柴散落
　　你能解释蒸汽扩散和火柴散落的真正原因吗？
蒸汽扩散
气态物质能通过分子的扩散自发地形成均匀的混合物。
火柴散落有趋向于最大混乱度的倾向
在密闭条件下，体系从有序→无序是自发的。与能量状态的高低无关
结论：
【实验过程】开始时中间用玻璃片隔开，抽掉玻璃片
【实验现象】盛放氯气的瓶内气体颜色逐渐变浅，而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
【实验结论】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
实验——气体的自发扩散过程
1、混乱度
二、反应熵变与反应方向——熵判据
表示体系的不规则或无序状态。
混乱度的增加意味着体系变得更加无序。
2、熵（S）
热力学上用来表示混乱度的状态函数。
符号：S 单位：J mol－1 K－1
ΔS =S生－S反
体系的有序性越高，混乱度越低，熵值就越小。
有序变无序就是熵增的过程
熵值最小
同一物质的熵值：气态＞液态＞固态
熵值最大
3、熵判据
三、反应熵变与反应方向——熵判据
自发过程的体系趋向于由有序转变为无序，导致体系的熵增加，表现为ΔS＞0
这一经验规律叫做熵增原理，也就是熵判据。
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)CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)
(3)乙烯聚合成聚乙烯
(4)气体被固体催化剂吸附
(5)碳水化合物在生物体内分解
(6)氯化钠溶于水
(7)NH3(g)和HCl(g)反应生成NH4Cl(s)
(8)干冰的升华
ΔS<0
ΔS>0
ΔS<0
ΔS<0
ΔS>0
课堂练习
ΔS>0
ΔS<0
ΔS>0
思考：自发反应一定是熵增加的反应吗？
下列反应能自发进行：
如何解释？
熵变是反应能否自发进行的一个因素,但不是唯一因素
2Al(s)+Fe2O3(s)=Al2O3(s)+2Fe(s)
ΔS=－39.35J mol-1 K-1
① 许多熵增的反应在常温、常压下可以自发进行
(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
②有些熵增的反应在常温、常压下不能自发进行，但在较高温度下可以自发进行
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
Ba(OH)2(aq)＋H2SO4(aq)＝BaSO4(s)＋2H2O(l) ΔH＜0 S＜0
归纳总结
如何判断一个化学反应是否能够自发进行依据
必须综合考虑反应的焓变和熵变
2N2O5(g) ＝4NO2(g)+O2(g) 　△H=+56.7kJ/mol
(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g) △H=+74.9 kJ/mol
2Al(s)+Fe2O3(s)=Al2O3(s)+2Fe(s)
ΔS=－39.35J mol-1 K-1
下列反应能自发进行：
归纳总结
如何判断一个化学反应是否能够自发进行依据
必须综合考虑反应的焓变和熵变
恒温恒压时判断反应是否能够自发进行
ΔH ＜0 ΔS>0
ΔH >0 ΔS ＜0
ΔH ＜0 ΔS ＜0
ΔH >0 ΔS>0
一定自发
一定不自发
不一定
不一定
ΔG=ΔH—TΔS
当ΔG＜0时，
当ΔG＞0时，
当ΔG= 0时，
NH3(g)+HCl(g)＝NH4Cl(s)
ΔH ＜0 ΔS ＜0
CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)
ΔH >0 ΔS>0
判断这两个反应什么条件下自发进行？
低温自发
高温自发
反应自发进行
反应不自发进行
反应达平衡状态
四、复合判据——吉普斯自由能变化ΔG
kJ/mol kJ/mol K J mol－1 K－1
ΔH ΔS ΔH－TΔS 反应情况
－ ＋ 永远是负值 在任何温度下反应均自发进行
＋ － 永远是正值 在任何温度下反应均非自发进行
＋ ＋ 低温为正高温为负 低温时非自发，高温时自发
－ － 低温为负高温为正 低温时自发，高温时非自发
1．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。
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，就不是焓判据和熵判据能解决的问题了。
注意
2．在讨论过程的方向时，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：石墨经高温高压还是可以变为金刚石的。
影响因素
化学反应的方向
反应焓变
反应熵变
共同影响
吸热
放热
熵增
熵减
小结：
焓减小有利于反应自发，
熵增大有利于反应自发
相互矛盾时，算自由能
小结
【思考】请同学们用所学的自由能公式判断这个反应能否自发进行？
（1）TiO2(s)＋2Cl2(g)＝TICl4(l)＋O2(g)
ΔH＝＋161.9kJ·mol－1 ΔS＝－38.4J·mol－1·K－1
ΔH＞0 ΔS＜0 该反应在任何温度下都不能自发进行。
(2) 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 该反应在任何温度下都能自发进行。
常温常压下正向不能自发进行
T＞1050K，常压下，1050K以上高温可以使反应正向自发进行，因此温度是改变反应方向的一种手段。
练习1、判断下列反应能否自发进行
298K 、101kpa下，CaCO3(s)＝CaO(s)＋CO2(g)
△H (298K)＝+178.2 kJ·mol－1
△S (298K)＝+169.6 J·mol－1·K－1
G＝ H－T S ＝178.2kJ·mol－1－298K×（169.6 ×10－3 ） kJ·mol－1·K－1＝128kJ·mol－1 ＞0
若要正向自发进行，假设 H、 S不随温度而变化 G＝ H－T S＜0＝178.2kJ·mol－1－T×（169.6 ×10－3） kJ·mol－1·K－1＜0
练习2、2019天津高考.10 节选将SiCl4氢化为SiHCl3对应的反应依次为：
① SiCl4(g) + H2 (g) SiHCl3(g) + HCl(g) △ H1 > 0
② 3SiCl4(g) + 2H2 (g) + Si(s) 4SiHCl3(g) △ H2 < 0
已知体系自由能变△ G = △ H - T△ S，△ G < 0 时反应自发进行。二个氢化反应的△ G与温度的关系如图所示，反应①能自发进行的最低温度是 ；
1000 ℃
由△ H1 > 0，△ H2 < 0
推出△ H2 < △ H1 ， 所以△ G2 < △ G1
相同温度下，反应②比反应①的△ G小，主要原是 。
1.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
课堂练习
250C和1.01×105Pa时，反应2N2O5（g）=4NO2（g）+O2（g） △H=＋56.8kJ/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
课堂练习
3.下列关于冰融化为水的过程判断正确的 是( )
A. △H >0, △S<0
B. △H <0, △S>0
C. △H >0, △S>0
D. △H <0, △S<0
C
拓展训练