高中化学鲁科版（2019）选择性必修一同步课件 2.1 化学反应的方向 课件(共31张PPT)

(共31张PPT)
第1节　化学反应的方向
第2章　　
1.知道化学反应是有方向的。
2.了解反应焓变、熵变对化学反应方向的影响。
3.能利用反应焓变、熵变综合判断化学反应进行的方向(重、难点)。
学习目标
自发反应　反应焓变与反应方向
一
我们生活中越来越多的汽车带来大气污染，有人设想让CO与NO反应产生两种无毒的气体，其中一种是空气的主要成分之一，写出此反应的化学方程式：
2CO+2NO===2CO2+N2
自然界中有许多自然而然发生的现象，那么是否所有的化学反应都能够自发进行呢？
联想·质疑
1.自发反应
(1)含义：在给定的条件下，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。
钢铁生锈
面包发霉
(2)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。
电解水
煅烧碳酸钙
2.反应焓变与反应方向
(1)观察下列四个自发反应
①钠与水反应：2Na(s)＋2H2O(l)===2NaOH(aq)＋H2(g)　ΔH＝－368 kJ·mol－1
②铁生锈：2Fe(s)＋ O2(g)===Fe2O3(s)　ΔH＝－824 kJ·mol－1
③氢气和氧气反应：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－571.6 kJ·mol－1
④2NH4Cl(s)＋Ba(OH)2·8H2O(s)===2NH3(g)＋BaCl2(s)＋10H2O(l)　ΔH＝＋37.3 kJ·mol－1
分析上述自发反应，得出的结论： ___________________________
_________________________________________________________。
多数放热反应(ΔH<0)能自发进行，有些吸热反应(ΔH>0)也能自发进行
(2)CaCO3在室温下不能自发分解，但在高温下能自发分解，分解热化学方程式如下：
CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)
ΔH(298 K)＝＋178.2 kJ·mol－1
ΔH(1 200 K)＝＋176.5 kJ·mol－1
由此可得出的结论：______________________________________
________________________________________________________。
有些焓变不大的吸热反应(ΔH>0)，在常温下不能自发进行，但在较高温度下则能自发进行
多数放热反应是自发进行的，有些吸热反应也可以自发进行，只用放热或者吸热(ΔH)判断反应是否自发是不全面的。
思考交流
1.为什么日常生活中常用的铁器会生锈，而铁锈不会变成铁？试从反应能否自发进行的角度分析。
提示　铁生锈是自发进行的反应，而铁锈变成铁是不能自发进行的反应。
思考交流
(1)自发反应不需要任何条件就能发生吗？
提示　自发反应也需要一定条件引发反应，一旦反应后即可自发进行。
(2)非自发反应一定不能发生吗？
提示　非自发反应在一定条件下能发生。
思考交流
3.自发反应一定很容易发生吗？
提示　不一定。自发反应是指在一定条件下无需外界帮助，一经引发就能自动进行的反应，但并不等于反应很容易发生。
思考交流
4.实验证明，多数能自发进行的反应都是放热反应。下列对此说法理解正确的是
A.所有的放热反应都是自发进行的
B.所有的自发反应都是放热的
C.焓变是影响反应是否具有自发性的一个重要因素
D.焓变是决定反应是否具有自发性的唯一判据
√
自发进行的反应不都是放热反应
不都是，例如铝热反应
对自发反应中“一定条件”的理解
(1)包括能加快化学反应速率的条件，如“搅拌、研磨”等。
(2)包括反应开始时需要、开始后就不再需要的条件，如“点燃、光照、加热、高温”等。
反应熵变与反应方向
二
火柴散落有趋向于最大混乱度的倾向
有序
无序
冰块融化
品红在水中扩散
思考：用什么物理量来描述体系的无序程度？
联想·质疑
1.熵、熵变的概念
S
ΔS
定义
符号
度量体系无序程度的物理量
反应产物的总熵与反应物的总熵之差
常用单位
符号
熵
熵变
定义
J·mol-1·K-1
2.影响熵值大小的因素
(2)同一物质的熵值：S(g)＞S(l)＞S(s)，在同一条件下，不同物质的熵不同。
(1)纯物质熵值的大小与物质的种类、数量、聚集状态以及温度、压强等因素有关。
(3)相同条件下的不同物质：分子结构越复杂，熵值越大。
69.9 J·mol-1·K-1
47.9 J·mol-1·K-1
188.7 J·mol-1·K-1
冰 水 水蒸气
3.熵变正负判断依据
(1)物质由固态到液态、由液态到气态或由固态到气态的过程，ΔS>0，是熵增加的过程。
(2)气体体积增大的反应，通常ΔS>0，是熵增加的反应。
(3)气体体积减小的反应，通常ΔS<0，是熵减小的反应。
ΔS=S(产物)－S(反应物)
ΔS>0，熵增反应
ΔS<0，熵减反应
4.反应熵变与化学反应方向
自发进行的化学反应大多是熵增加的反应，有些熵减小的化学反应也能自发进行。不能只根据熵增或熵减来判断化学反应进行的方向。
熵增加的反应，在常温、常压下可以自发进行
熵增加的反应，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
熵减少的反应，在一定条件下也可以自发进行
思考交流
1.下列对熵变的判断不正确的是
A.少量的食盐溶于水中：ΔS>0
B.碳和氧气反应生成CO(g)：ΔS>0
C.气态水变成液态水：ΔS>0
D.CaCO3(s)受热分解为CaO(s)和CO2(g)：ΔS>0
√
2C(s)＋O2(g)===2CO(g)，气体的n增大，为熵增加的反应
体系混乱度减小， ΔS＜0
CaCO3(s)的分解产生了气体， ΔS>0
食盐溶于水是典型的熵增加过程
思考交流
2.(1)反应CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑的ΔS___(填“>”“<”或“＝”，下同)0，常温下___(填“能”或“不能”，下同)自发进行。
(2)2KClO3(s)===2KCl(s)＋3O2(g)该反应的ΔS____0，常温下____自发进行。
(3)自发反应4Fe(OH)2(s)＋O2(g)＋2H2O(l)===4Fe(OH)3(s)的ΔS____0。
(4)二氧化碳通入澄清石灰水的反应Ca(OH)2(aq)＋CO2(g)===CaCO3(s)＋H2O(l)____自发进行，其ΔS____0。
>
能
>
能
<
能
<
用焓变与熵变综合判断反应方向
1.自发反应的方向与焓变和熵变有关，但焓变和熵变又都不能单独作为判断反应自发进行方向的依据。要判断反应自发进行的方向，必须综合考虑体系的焓变和熵变。
ΔG＝ΔH－TΔS
ΔG：反应的吉布斯自由能变
2.在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下，化学反应的方向可以用反应的焓变和熵变来综合判断，判据为ΔG＝ΔH－TΔS(ΔG为反应的吉布斯自由能变)。
ΔG＝ΔH－TΔS>0，反应正向不能自发进行。
ΔG＝ΔH－TΔS<0，反应正向能自发进行；
ΔG＝ΔH－TΔS＝0，反应达到平衡状态；
提醒　ΔH－TΔS＜0，只能说明反应有发生的可能性，但它并不能说明在该条件下可能正向自发进行的反应能否实际发生，这是因为反应能否实际发生还涉及反应速率问题。
思考交流
1.正误判断
(1)在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂，可以改变化学反应进行的方向
(2)自由能变化ΔG＜0的化学反应一定能迅速发生
(3)由焓判据和熵判据组合而成的复合判据，将更适合于所有的过程
(4)Na与H2O的反应是熵增的放热反应，该反应能自发进行
(5)反应NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)在室温下可正向自发进行，则该反应的ΔH＜0
×
×
√
√
√
思考交流
2.查阅资料可知2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)的ΔH＝－746.8 kJ·mol－1、ΔS＝－197.5 J·mol－1·K－1。试着分析该反应室温(298 K)下能否自发进行？
提示　该反应室温时，ΔG＝ΔH－TΔS≈－687.9 kJ·mol－1<0，能自发进行。
思考交流
3.反应的焓变、熵变随温度的变化较小，假设它们不随温度变化，根据下表数据，思考回答下列问题：
化学反应 ΔH/(kJ·mol－1) ΔS/(J·mol－1·K－1)
①2H2O2(aq)===2H2O(l)＋O2(g) －98 ＋57.2
②CO2(g)===C(s，石墨)＋O2(g) ＋393.5 －2.86
③HCl(g)＋NH3(g)===NH4Cl(s) －176 －285
④CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ＋178.2 ＋169.6
(1)根据表中数据判断：在任何温度下都能正向自发进行的反应是___(填序号，下同)，在任何温度下都不能正向自发进行的反应是___。
①
②
思考交流
3.反应的焓变、熵变随温度的变化较小，假设它们不随温度变化，根据下表数据，思考回答下列问题：
化学反应 ΔH/(kJ·mol－1) ΔS/(J·mol－1·K－1)
①2H2O2(aq)===2H2O(l)＋O2(g) －98 ＋57.2
②CO2(g)===C(s，石墨)＋O2(g) ＋393.5 －2.86
③HCl(g)＋NH3(g)===NH4Cl(s) －176 －285
④CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ＋178.2 ＋169.6
(2)利用综合判据，计算反应③能正向自发进行的温度范围。
答案　ΔH－TΔS<0，则－176 kJ·mol－1＋0.285 kJ·mol－1·K－1×T<0，T<617.5 K≈344.5 ℃，即低于344.5 ℃时反应③能正向自发进行。
思考交流
3.反应的焓变、熵变随温度的变化较小，假设它们不随温度变化，根据下表数据，思考回答下列问题：
化学反应 ΔH/(kJ·mol－1) ΔS/(J·mol－1·K－1)
①2H2O2(aq)===2H2O(l)＋O2(g) －98 ＋57.2
②CO2(g)===C(s，石墨)＋O2(g) ＋393.5 －2.86
③HCl(g)＋NH3(g)===NH4Cl(s) －176 －285
④CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ＋178.2 ＋169.6
(3)利用综合判据，计算CaCO3分解的温度条件。
答案　CaCO3分解的条件是ΔH－TΔS<0，代入数据，＋178.2 kJ·mol－1－0.169 6 kJ·mol－1·K－1×T＜0，解得T＞1 051 K≈778 ℃，即当温度高于778 ℃时，CaCO3开始分解。
综合判断反应自发进行的四种类型
类型 ΔH ΔS ΔG 反应的自发性
1 <0 >0 <0 一定能自发
2 >0 <0 >0 一定不能自发
3 <0 <0 正负决定于温度 低温能自发
4 >0 >0 高温能自发
H
S
H>0
S>0
高温下
反应自发进行
H＞0
S<0
所有温度下
反应不能自发进行
H<0
S>0
所有温度下
反应自发进行
H<0
S<0
低温下
反应自发进行