2.3.1化学反应的方向 课件 (共27张PPT) 2023-2024学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

(共27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
学习目标 1min
1．了解自发过程和化学反应的自发性。
2．知道化学反应是有方向的，知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关。
自学指导 6min
阅读课本第41-43页，完成课堂新坐标第33页
自学检测 3min
不是。如H2和O2反应需要点燃。
C
C
C
放热
教师点拨 20min
假设你是一名化工厂工程师，需要把一个化学反应投入生产，针对化学反应而言，你需要考虑哪些问题？
生产的可行性问题
生产的效率问题
产率问题
------反应进行的方向
------化学反应的速率
------化学平衡(限度)
在一定条件下不需外力作用就能自发进行的过程。相反，不会自然发生的(需持续借助外力作用才能进行)过程，叫做非自发过程。
自发过程——
自发过程在恰当条件下才能实现
外力指通电、光照等为体系提供能量。不是此过程发生条件。
水从高处向低处流
热茶变凉
T2 > T1 P2 > P1 h2 > h1 墨滴
Q 气体 液体 扩散
　 高温处　 到　 低温处　 温度相同为止
高压处 到 低压处 压力相等为止
高水位 到 低水位 水位相等为止
高浓度 到 低浓度 渗透平衡为止
电流方向 高电位 到 低电位
……
这些过程都是自发的，其逆过程就是非自发的.
热量传导　
气体扩散
水流方向
渗透作用
（1） （2） （3） （4）
自然界中的自发过程体现了自然界的变化具有一定的方向性！
自发反应：在一定条件（温度、压强）下不需外界（光、电能等）帮助，就能自发进行的反应。
与自然界中的许多变化一样，化学反应也具有方向性。
如: 化学反应中酸碱中和、铁器暴露在潮湿空气中生锈、甲烷和氧气的混合气体遇明火就燃烧、锌与CuSO4溶液反应生成Cu和ZnSO4等。
这些过程都是自发的，其逆过程就是非自发的.
高
水
低
流
思考：
1.从能量角度分析这些自发过程有什么共同特点？
2.在一定的温度、压强条件下，有的化学反应也是自发进行的，如何判断化学反应自发进行的方向？
热茶变凉
对外做功或释放热量
高能状态
低能状态
下列反应能够自发进行。请大家观察焓变(ΔH)与反应自发进行的关系。
ΔH < 0
ΔH= -285.8 kJ·mol-1
ΔH= -216.8 kJ·mol-1
ΔH= -57.3 kJ·mol-1
一、焓 判 据（能量判据）
H2(g) + 1/2O2(g) = H2O(l)
Zn(s) + CuSO4 (aq) = ZnSO4(aq)+ Cu(s)
NaOH(aq) + HCl(aq) = NaCl(aq) + H2O(l)
思考: 所有自发进行的化学反应都是放热的？
2NH4Cl(s)+Ba(OH)2 8H2O(s)=BaCl2(s)+2NH3(g)+10H2O(l) ΔH＞0
结论： 大多数自发反应是放热反应。焓变是决定化学反应能否自发进行的因素之一，但不是唯一的因素。
小结：自然之法如此神奇，正是很多燃烧反应会遇到“活化能”的壁垒。才使得富含有机物的生命体在富含氧气的大气中没有“自燃”。
思考：对反应条件需要点燃或加热的反应，有同学提出这个过程不能自发，因为需要提供能量，你怎么看？
因为燃烧反应存在“障碍”——活化能，“点燃”的目的是克服反应的活化能，“启动”反应，使之发生。因为反应放出的热量|ΔH|>Ea。使得放出的热量足以满足后续反应的活化能，因此在反应引发后，不用持续加热，也能自发进行下去。
思考：为什么有些放热反应需要持续加热呢？
例如：H2(g)+CuO(s) = Cu(s)+H2O(1) ΔH=-128.5KJ/mol
因为此反应所需活化能很大，而反应放出的热量太少，即|ΔH|Δ
有序
混乱
墨水扩散
固体的溶解
即反应向越混乱的方向自发进行
二、熵 判 据（混乱度判据）
思考：从混乱度分析这些自发过程有什么共同特点？
越是有序的状态，越是难以维持
气体扩散
熵：用来衡量体系混乱(无序)程度的物理量，用S表示。
体系越混乱(无序)，熵值越大，单位是J mol-1 K-1。
熵变(ΔS)：
①同一物质在不同状态下熵值不同，一般规律是：S(g)>S(l)>S(s)；S(高温)＞ S(低温)；S(低压)＞S(高压)
ΔS = S(产物) - S(反应物)
ΔS>0，熵增反应
ΔS<0，熵减反应
②在化学反应中，气态物质的系数增大，则熵增大。反之，则熵减小
三、熵 判 据（混乱度判据）
① NH4NO3(s) = NH4+ (aq) ＋NO3- (aq)
② CaCO3(s) = CaO (s) +CO2 (g)
③ N2O4(g) = 2NO2(g)
④ CuSO4·5H2O(s) = CuSO4(l) +5H2O(l)
⑤ Ba(OH)2·8H2O(s)+2NH4Cl(s) = BaCl2(l)+2NH3(g)+10H2O(l)　
下列过程均为吸热过程，且在一定条件下都能自发进行，请分析其共同特点，找出原因。
固体变液体
固体变固体和气体
气体体积增大
固体变液体
固体变液体和气体
生成物微粒的活动范围变大，从有序到无序。即体系的混乱度增大。
结论：密闭条件下，大多数自发反应有趋向于体系熵增的倾向。熵变是决定化学反应能否自发进行的另一个因素。
思考: 所有自发进行的化学反应都是熵增的？
NH3(g)+HCl(g)= NH4Cl(s) ΔS<0
二、熵 判 据（混乱度判据）
三、复合判据（焓与熵复合判据）
室温 冰融化
0 ℃ 水结冰
H2O(l) = H2O (s) ΔH <0 ΔS<0
H2O(s) = H2O (l) ΔH >0 ΔS>0
寻找全面的判据
复合判据：研究表明自由能ΔG＝ΔH－TΔS ，化学反应总是向着自由能减小的方向进行，直到达到平衡。
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。
思考: 所有自发进行的化学反应都能在常温下进行？
CaCO3(s) == CaO(s)+CO2(g) ΔH= +178.2kJ·mol-1
高温
三、复合判据（焓与熵复合判据）
ΔG=ΔH—TΔS， 当ΔG<0时反应能自发进行
必须综合考虑反应的焓变ΔH和熵变ΔS
一定不能自发进行
一定能自发进行
低温下能自发进行
不一定
不一定
ΔH <0 ΔS >0
ΔH >0 ΔS <0
ΔH <0 ΔS <0
ΔH >0 ΔS >0
高温下能自发进行
ΔG=ΔH—TΔS， 当ΔG<0时反应能自发进行
2KClO3(s)= 2KCl(s)+3O2(g)
ΔH=-78.3kJ mol-1 ΔS=+494.4 J mol-1 K-1
CO(g)=C(s,石墨)+1/2O2(g)
ΔH=+110.5kJ mol-1 ΔS=-89.4 J mol-1 K-1
4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2 (g)= 4Fe(OH)3(s)
ΔH=-444.3kJ mol-1 ΔS=-280.1 J mol-1 K-1
NH4HCO3 (s)+CH3COOH(aq)=CO2 (g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l)
ΔH=+37.30kJ mol-1 ΔS=+184.0 J mol-1 K-1
放热反应的ΔH＜0，熵增加反应的ΔS＞0，都对ΔH-TΔS＜0有所贡献，因此放热反应和熵增加有利于反应自发进行。
ΔH＜0、ΔS＞0
一定能自发反应
ΔH＞0、ΔS＜0
一定不能自发反应
ΔH＜0、ΔS＜0
低温下能自发反应
ΔH＞0、ΔS＞0
高温下能自发反应
利用ΔH－TΔS判据，只能用于判断在等温、等压的封闭体系条件下反应正向自发进行的趋势，即反应发生的可能性，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，这个反应到底能不能反应，那还要看反应进行的条件、限度和速率。
例如：金刚石有向石墨转化的倾向。但是这种转化能否发生，什么条件下才能发生，反应的快慢程度，反应的程度如何，就不是焓判据和熵判据能解决的问题了。
注意
(2) 粗硅的制备:SiO2(s)+2C(s)=Si(s)+2CO(g)。C的还原性是弱于Si的，此反应为什么能够发生呢？
同样是因为熵增原理
(1) 金属钾的制备：Na(l)+KCI(l)=K(g)+NaCI(l)。Na的活泼性是弱于K的，此反应为什么能够发生呢？
拓展2：对几个特殊反应的再认识
主要是因为Na的沸点高于K的沸点。我们可以控制反应温度，使K沸腾为气体，Na保持液体。从而使反应熵值增大，即 S>0，以利于反应自发。
工业冶钛：
①TiO2(s)+2Cl2(g)=TiCl4(l)+O2(g)
ΔH = +161.9KJ/mol ΔS＝-38.4 J·mol－1·K－1
②Mg+ TiCl4=Ti+ MgCl2
拓展3： 工业上“改造”反应
2C(s,石墨)+ O2(g) = 2CO(g)
ΔH = -110.5KJ/mol ΔS＝+89.7 J·mol－1·K－1
TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s,石墨) = TiCl4(l)+2CO(g)
ΔH = -59.2KJ/mol ΔS＝+141.0 J·mol－1·K－1
判断化学反应方向的依据
可以利用反应的焓变和熵变来综合判断反应能否自发进行。
室温时，ΔG＝ΔH－TΔS ≈－687.9 kJ·mol－1＜0，能自发进行。
加快反应速率。
A
该反应的ΔH－TΔS ≈－69.7 kJ·mol－1<0，可自发进行，能用于消除汽车尾气中的NO
能
随堂评估自测
D
A
A
B
不能
能
1111.6K