2.1 化学反应的方向-2023-2024学年高二化学鲁科版选择性必修第一册课件(共36张PPT)

(共36张PPT)
第一节　化学反应的方向
【情景思考】
汽车尾气中的主要污染物是一氧化氮和一氧化碳，它们是现代化城市中的重要大气污染物。为了减轻大气污染，人们提出通过以下反应来处理汽车尾气的想法。
2NO(g)＋2CO(g) N2(g)＋2CO2(g)
该方法是否可行，并说明理论依据。
探究学习一 反应焓变与反应方向
【问题讨论】
1．什么叫自发反应？
2．观察下列几个自发进行的化学反应。
①4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)＝4Fe(OH)3(s)　ΔH＝－444.3 kJ·mol－1
②2Na(s)＋2H2O(l) ＝ 2NaOH(aq)＋H2(g) ΔH＝－368 kJ·mol－1
③2H2O2 (l) ＝ 2H2(g)＋O2(g) ΔH＝－571.6 kJ·mol－1
④NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq) ＝ CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l)
ΔH＝＋37.30 kJ·mol－1
(1)放热反应是否都能自发进行？吸热反应是否都不能自发进行？
(2)能否仅用反应焓变来判断反应能否自发进行？
在一定条件下，具有自动发生倾向的化学反应。
多数放热反应是自发反应，放热反应不一定自发进行。
不能
不少吸热反应能自发进行。
1．多数能自发进行的化学反应是 反应。
2．不少吸热反应也能自发进行。
3．ΔH 0，有利于反应自发进行，
但不能仅用反应焓变来判断反应能否自发进行。
【归纳总结】
自发反应与吸热反应、放热反应的关系
放热
<
【理解应用】
(1)能自发进行的反应，一定是放热反应(　　)
(2)焓变是一个与反应能否自发进行有关的因素，多数能自发进行的反应是放热反应(　　)
(3)凡是放热反应都是自发的，吸热反应都是非自发的(　　)
(4)一个反应能否自发进行取决于该反应是放热还是吸热(　　)
×
×
√
×
×
×
√
判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
2．不能用焓判据解释的自发进行的反应过程是(　　)
A．铁在潮湿空气中生锈
B．天然气的燃烧
C．铜在潮湿空气中产生铜绿
D．NH4Cl与Ba(OH)2·8H2O反应产生NH3
探究学习二 反应熵变与反应方向
【问题讨论】
1.请描述熵(S)和反应的熵变(ΔS)的概念？写出熵与熵变的单位，熵值大小与体系的无序程度有什么关系？
2.下列过程属于熵增加过程的是_____________(填序号)，判断的理由是
________________________________________________________。
①硝酸铵固体溶于水　②水汽化　
③墨水在水中扩散 ④氨气在空气中扩散
熵(S)：描述体系无序程度的物理量。J·mol－1·K－1
反应的熵变：在一定条件下，反应产物的总熵与反应物的总焓之差。J·mol－1·K－1
体系的无序程度越大，体系的熵值就越大。
①②③④　
这些过程均是无序程度增大的过程
3.对同一物质，熵值大小与其不同的状态有何关系？总结哪些因素影响体系熵值的大小？
同一物质在三态时的熵值大小顺序：一般为气态>液态>固态。
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。
【问题讨论】
4．请观察下列反应，思考以下问题。
①2H2O2(aq)＝2 H2O(l)＋O2(g)
②NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)＝CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l)
③C(s，石墨)＋H2O(g)＝CO(g)＋H2(g)
③C(s，石墨)＋H2O(g)＝CO(g)＋H2(g)
④CaCO3(s) CaO(s)+CO2(g)　
⑤2Al(s)＋Fe2O3(s)＝Al2O3(s)＋2Fe(s)　ΔS＝－39.4 J·mol－1·K－1
(1)判断①～④的ΔS是的正负，并解释理由。
(2)熵增反应一定能自发进行吗？熵减反应一定不能自发进行吗？
(3)判断熵变ΔS与能否自发进行的关系？
【问题讨论】
ΔS＞0
均产生气体，无序程度增大
不一定
不一定
ΔS＞0有利于反应自发进行，不能仅用反应熵变来判断反应能否自发进行。
【知识总结】
1．熵、熵变的概念
化学反应过程中发生熵变。
对于确定的化学反应，在一定条件下具有确定的熵变。
【知识总结】
2．影响熵值大小的因素
物质的种类、数量、聚集状态以及温度、压强等因素。
同一物质，S(高温)＞S(低温)；S(g)＞S(l)＞S(s)。
3．反应熵变正负判断依据
(1)物质由固态到液态或气态、由液态到气态或的反应过程中，ΔS＞0。
(2) 对于一个特定的气相反应,气体体积增大的反应，一般ΔS＞0。
4．熵变与反应方向
①熵增加有利于反应的自发进行。
②某些熵减小的反应在一定条件下也能自发进行。
③不能仅用反应熵变来判断反应能否自发进行。
【知识总结】
【理解应用】
(1)在同一条件下不同物质有不同的熵值，其体系的混乱程度越大，熵值越大 (　　)
(2)CaCO3(s) CaO(s)+CO2(g)是一个熵增加的反应(　　)
(3)熵增加的反应一定能自发进行(　　)
(4)焓变与熵变均不是决定一个反应是否自发进行的唯一因素(　　)
(6)某吸热反应能自发进行，因此该反应是熵增反应(　　)
×
√
×
×
√
判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
√
√
√
2．已知碳酸钙在常温下不能分解，但在高温下可以分解，观察碳酸钙分解在常温和高温下的焓变，CaCO3(s)＝CaO(s)＋CO2(g)　
ΔH(298 K)＝＋178.2 kJ·mol－1；ΔH(1 200 K)＝＋176.5 kJ·mol－1。
由此可见，对于焓变不大的______反应，反应能否自发进行，不仅与焓变、熵变有关，还与反应的______有关。
【理解应用】
吸热
温度
探究学习三 用焓变与熵变综合判断反应方向
1．化学反应方向的判据
在等温、等压条件下，化学反应的方向可用反应的焓变和熵变来综合判断。
ΔH－TΔS
ΔH－TΔS<0
反应正向能自发进行
ΔH－TΔS=0
反应达到平衡状态
ΔH－TΔS＞0
反应正向不能自发进行
2．文字表述
在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下，自发反应总是向ΔH－TΔS<0的方向进行，直至达到平衡状态。
3．相关规律
(1) ΔH 0，ΔS　　0的反应，任何温度下都能自发进行；
(2)ΔH　　0，ΔS　　0的反应任何温度下都不能自发进行；
(3)ΔH和ΔS的作用相反，且相差不大时，　　对反应的方向起决定性作用。
①当ΔH<0，ΔS<0时，　　　下反应能自发进行；
②当ΔH>0，ΔS>0时，　　　下反应能自发进行。
(4)当反应的焓变和熵变的影响相反时，且大小相差悬殊时，某一因素可能占主导地位。
①常温下的放热反应， 对反应方向起决定性作用。
②常温下的吸热反应， 对反应方向起决定性作用。
<
>
>
<
温度
低温
高温
焓变
熵变
【理解应用】
(1)自发反应在任何条件下均可发生(　　)
(2)当温度升高时，吸热且熵增加的反应一定能自发进行(　　)
(3)ΔH＜0，ΔS＞0的反应在温度低时一定能自发进行(　　)
(4)一定温度下NH4HCO3(g)===NH3(g)＋H2O(g)＋CO2(g)　ΔH＝＋185.57 kJ·mol－1能自发进行，原因是ΔS＞0 (　　)
(5)一定温度下，反应MgCl2(l) ===Mg(l)＋Cl2(g)的ΔH＞0，ΔS＞0(　　)
×
√
×
×
1．判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
×
×
√
√
【理解应用】
1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(6)反应NH3(g)＋HCl(g)=NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的ΔH＜0(　　)
(7)反应CO2(g)＋C(s)==2CO(g)的ΔS＞0，ΔH＜0(　　)
(8)反应CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH<0，可自发进行的温度条件是低温(　　)
×
√
×
×
√
√
2．下列说法不正确的是(　　)
A．反应4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g) =4Fe(OH)3(s)常温下能自发进行，该反应的ΔH<0
B．反应H2S(g)+ZnO(s) =H2O(g)+ZnS(s)在一定条件下可自发进行，且ΔS<0，则ΔH>0
C．反应3C(s)+CaO(s) =CaC2(s)+CO(g)在常温下不能自发进行，说明该反应的ΔH>0
D．SiO2(s)+2C(s) =Si(s)+2CO(g)必须在高温下反应才能发生，则ΔH>0
【理解应用】
【思维模型】
化学反应进行的方向判据
＜
＜
＞
＝
＞
在温度、压强一定的条件下，反应总是向ΔH-TΔS<0的方向进行，直至达到平衡状态。
四象限法判断反应能否自发进行
【思维模型】
反应方向与反应条件有关，不能随意将常温、常压下的结论用于其他温度、压强下发生的反应。
只适用于判断等温、等压条件下的反应，不能用于其他条件下的反应。
3．2NO(g)＋2CO(g)=N2(g)＋2CO2(g)　在298 K、100 kPa下，该反应的ΔH＝－746.8 kJ·mol－1、ΔS＝－197.5 J·mol－1·K－1，在通常条件下，用上述化学反应处理汽车尾气是否具有可行性，阐述判断的理由。
【理解应用】
ΔH－TΔS＝－746.8 kJ·mol－1－298 K×(－197.5 ×10－3)
kJ·mol－1·K－1≈－687.9 kJ·mol－1＜0。
该反应能自发进行，利用此反应解决汽车污染问题可行。
用于汽车尾气净化反应例析
【身边的化学】
ΔH－TΔS＜0，只能判断反应的可能性。
不能说明反应在该条件下可能进行的正向自发反应能否实际发生。
反应能否实际发生还涉及反应速率问题。
用于汽车尾气净化反应例析
ΔH－TΔS判据
【基础达标】
1．在图①中A、B两个容器里，分别收集着两种作用不同的理想气体。若将中间活塞打开，两种气体分子立即充满了两个容器(如图②)。关于此过程下列说法不正确的是(　　)
A．此过程是体系从混乱程度小向混乱程度大变化的过程，即熵增大的过程
B．此过程为自发过程，而且没有热量的吸收或放出
C．此过程从有序到无序，混乱度增大
D．此过程是自发可逆的
【理解应用】
2．下列说法正确的是(　　)
A．反应2NO2(g)=N2O4(l)的ΔS＞0
B．ΔH＜0，ΔS＞0的反应在温度低时不能自发进行
C．因为焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓变或熵变均可以单独作为反应自发性的判据
D．反应NH4HCO3(g)=NH3(g)＋H2O(g)＋CO2(g) ΔH＝＋185.57 kJ·mol－1能自发进行，原因是熵增效应大于焓增效应
【理解应用】
3． (2019·浙江十校联合体联考)某反应2AB(g)＝C(g)＋3D(g)在高温时能自发进行，其逆反应在低温时能自发进行，则该反应的正反应的ΔH、ΔS应为(　　)
A．ΔH＜0、ΔS＞0 B．ΔH＜0、ΔS＜0
C．ΔH＞0、ΔS＞0 D．ΔH＞0、ΔS＜0
【基础达标】
4． 下列反应中，一定不能自发进行的是(　　)
A．2KClO3(s) ===2KCl(s)+3O2(g) ΔH=-78．03 kJ·mol-1，ΔS=+1110 J·mol-1·K-1
B．CO(g) ===C(石墨，s)+ O2(g) ΔH=+110.5 kJ·mol-1，ΔS=-89.36 J·mol-1·K-1
C．4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g) ===4Fe(OH)3(s)
ΔH=-444.3 kJ·mol-1，ΔS=-280.1 J·mol-1·K-1
D．NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq) ===CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l)
ΔH=+37.301 kJ·mol-1，ΔS=+184.05 J·mol-1·K-1
5．根据所学知识和已有生活经验，分析以下反应在给定温度下能否正向自发进行，将这些反应的焓变和熵变“＞0”或“＜0”填入表格。
化学反应 正向是否自发 ΔH ΔS
常温Zn(s)＋2HCl(aq)=ZnCl2(aq)＋H2(g)
常温6CO2(g)＋6H2O(l)=C6H12O6(s)＋6O2(g) ＞0 ＜0
常温NH3(g)＋HCl(g)=NH4Cl(s)
常温C(s)＋CO2(g)=2CO(g)
自发
＜0
＞0
非自发
自发
＜0
＜0
非自发
＞0
＞0
【理解应用】
【素养提升】
6．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)根据表中数据可知：反应①在______温度下，______正向自发进行。
任何　 都能
【素养提升】
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
不可行，该反应为吸热、熵减的化学反应，ΔH－ΔS<0，在任何温度下都不能正向自发进行。
(2)有人提出采用适当的催化剂，用热分解法分解CO2，以减少CO2的排放，你认为是否可行？阐述判断的理由。
【素养提升】
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
ΔH－TΔS＜0，则－176＋0.285T＜0
T＜617.5 K≈344.5 ℃，即低于344.5 ℃时反应③能正向自发进行。
(3)利用综合判据，计算反应③能正向自发进行的温度范围。
【素养提升】
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
CaCO3分解的条件是ΔH－TΔS<0，代入数据，178.2－0.169 6T＜0
解得T＞1 051 K≈778 ℃，即当温度高于778 ℃时，CaCO3开始分解。
(4)利用综合判据，计算CaCO3分解的温度条件。
【易错提醒】
1.在利用ΔH－TΔS作为判据判断反应方向时，给出ΔH的单位通常为kJ·mol－1，ΔS的单位通常是J·mol－1·K－1，进行计算时应将二者的单位统一。
2.利用ΔH、ΔS的符号和ΔH－TΔS进行推理，可以避开计算。