2.3　化学反应的方向 课件(共23张PPT) 2023-2024学年高二化学人教版选择性必修1

(共23张PPT)
第二章
第三节　化学反应的方向
素养 目标
1.结合学过的化学反应实例,了解自发反应和非自发反应的含义,培养变化观念与平衡思想的化学核心素养。
2.通过“有序”和“无序”的对比,了解熵和熵变的意义,培养宏观辨识与微观探析的化学核心素养。
3.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,能用焓变和熵变解释化学反应的方向,培养证据推理与模型认知的化学核心素养。
基础落实·必备知识全过关
重难探究·能力素养全提升
目录索引
基础落实·必备知识全过关
一、自发过程和自发反应
1.自发过程
自然界中有一些过程是自发进行的,而且是有　　　　的。例如,水总是自发地从高处流向低处,而相反的过程却不能自发进行。
2.自发反应
有些化学反应也是自发进行的,而且具有　　　　　。
方向性
方向性
二、化学反应进行方向的判据
1.化学反应的自发性与反应焓变的关系
(1)放热反应:大多数都能　　　　　　　。
(2)吸热反应:有些也能自发进行。
(3)结论:反应的焓变是制约化学反应能否自发进行的因素之一,但不是唯一因素。
用焓变(能量变化)判断反应进行的方向称为焓判据(能量判据)
自发进行
2.化学反应的自发性与熵变的关系
(1)熵、熵变的定义
(2)物质熵大小的判断
①体系的熵值:体系的　　　　越大,体系的熵值就　　　。
②物质的存在状态:对于同一物质的熵值,S(g)>S(l)>S(s)。
　　　　
混乱度
混乱度
S
ΔS
越大
(3)熵变与反应方向
①含义:大多数自发反应有趋向于体系混乱度　　　　的倾向,导致体系的熵　　　　。
②规律:大多数　　　　　的反应都能自发进行。
③局限性:少数　　　　　的反应在一定条件下也可以自发进行。
④结论:熵变是影响反应自发进行的因素之一,但不是唯一因素。
用熵变判断反应进行的方向称为熵判据
增大
增大
熵增加
熵减少
3.自由能与化学反应的方向
(1)自由能:符号为　　　　　　　,单位为 kJ·mol-1。
(2)自由能与焓变、熵变的关系
ΔG=　　　　　。ΔG不仅与焓变和熵变有关,还与　　　有关。
(3)反应方向与自由能的关系
化学反应总是向着　　　　　　　　的方向进行,直到体系　　　　　　。
温度
G
ΔH-TΔS
自由能减小
达到平衡
微思考1
阅读教材“自然界中有一些过程是自发进行的”一段。思考:已知反应①2H2+O2 2H2O是自发反应,②2H2O 2H2↑+O2↑是非自发反应。
(1)自发反应不需要任何条件就能发生吗
(2)非自发反应一定不能发生吗
提示 (1)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)非自发反应也可能在一定条件下发生。
微思考2
自学教材“资料卡片”。思考:ΔH>0,ΔS>0和ΔH<0,ΔS<0的反应分别在低温还是高温下自发进行
提示 ΔH>0,ΔS>0的反应在高温下,ΔG=ΔH-TΔS<0,能自发进行;ΔH<0,ΔS<0的反应在低温下,ΔG=ΔH-TΔS<0,能自发进行。
易错辨析
(1)O2转变为O3时,熵减小。(　　)
(2)同种物质气态时熵值最大。(　　)
(3)合成氨反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH<0,高温有利于其自发进行。
(　　)
(4)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。
(　　)
√
√
×
提示 该反应ΔH<0,ΔS<0,要使ΔG=ΔH-TΔS<0,应减小温度T的数值,即低温有利于该反应自发进行。
√
重难探究·能力素养全提升
探究　化学反应方向的判断依据
情境探究
以下过程均为自发反应或自发过程:
①甲烷燃烧:CH4(g)+2O2(g)→O2(g)+2H2O(g)　ΔH=-802.31 kJ·mol-1
②氢气与氧气反应:2H2(g)+O2(g) === 2H2O(l)
ΔH=-571.6 kJ·mol-1
③钠与水反应:2Na(s)+2H2O(l) === 2NaOH(aq)+H2(g)　ΔH=-368.0 kJ·mol-1
④硝酸铵溶于水要吸热。
⑤冰融化要吸热。
⑥两种或两种以上互不反应的气体通入一密闭容器中,最终会混合均匀。
(1)对于自发反应①②③,从能量角度分析它们可以自发进行的原因。
(2)对于自发过程④⑤⑥,这些过程都是自发的,与焓有关吗 是什么因素决定它们能自发进行
(3)综合上述反应,分析化学反应方向的判断依据。
提示 ①②③这三个化学反应都是放热反应,ΔH<0。
提示 与焓无关。熵是用于描述体系无序程度的物理量,熵变是用来描述无序程度变化的物理量,④⑤⑥与熵变有关,体系由有序转变为无序,ΔS>0。
提示 判断化学反应的方向,需综合考虑焓变和熵变。
方法突破
应用体验
视角1焓判据的应用
1.下列过程的方向能用焓判据判断的是(　　)
A.湿的衣服经过晾晒变干
B.硝酸铵溶于水
C.水蒸气凝结成水
D.CaCO3(s) === CaO(s)+CO2(g)　ΔH>0
C
解析 湿的衣服经过晾晒变干、硝酸铵溶于水吸热、CaCO3分解均是吸热过程,不能用焓判据判断自发进行,故A、B、D错误;水蒸气凝结成水放热,能用焓判据判断,故C正确。
归纳总结　能用焓判据来解释过程自发性的一定为放热过程。
视角2熵变与熵判据
2.[熵变的判断]在常温常压下,下列反应是熵增反应的是(　　)
A.NH4HC2O4(s) === NH3(g)+CO(g)+CO2(g)+H2O(g)
B.3F2(g)+8NH3(g) === 6NH4F(s)+N2(g)
C.SO2(g)+CaO2(s) === CaSO4(s)
D.C(CH3)4(g)→H3CH2CH(CH3)2(l)
A
解析 反应NH4HC2O4(s) ===NH3(g)+CO(g)+CO2(g)+H2O(g)是固体生成气体的反应,属于熵增反应,故A正确;3F2(g)+8NH3(g) ===6NH4F(s)+N2(g)、SO2(g)+CaO2(s) ===CaSO4(s)、C(CH3)4(g)→CH3CH2CH(CH3)2(l)都是气体分子数减少的反应,属于熵减反应,故B、C、D错误。
3.[熵判据的考查]下列自发反应可以用熵判据来解释的是(　　)
A.2NO2(g) === N2O4(g)　ΔH=-56.9 kJ·mol-1
B.2N2O5(g) === 4NO2(g)+O2(g)　ΔH=+56.7 kJ·mol-1
C.N2(g)+3H2(g) === 2NH3(g)　ΔH=-92.3 kJ·mol-1
D.2H2(g)+O2(g) === 2H2O(l)　ΔH=-285.8 kJ·mol-1
B
解析 反应能否自发进行可以用熵判据来解释,说明该反应ΔS>0。反应2NO2(g) ===N2O4(g)、N2(g)+3H2(g) ===2NH3(g)、2H2(g)+O2(g) ===2H2O(l)中,均存在ΔS<0,不能用熵判据解释,故A、C、D错误;反应2N2O5(g) ===4NO2(g)+O2(g)的ΔS>0,可用熵判据解释,故B正确。
视角3复合判据的应用
4.[复合判据的定性判断]分析下列反应在任何温度下均能自发进行的是
(　　)
A.2N2(g)+O2(g) === 2N2O(g)　ΔH=+163 kJ·mol-1
C
解析 反应在任何温度下均能自发进行,则说明该反应的ΔH<0,ΔS>0,A、D中ΔH>0,故A、D错误;B中ΔS<0,B错误,C正确。
5.[复合判据的定量计算]灰锡结构松散,不能用于制造器皿,而白锡结构坚固,可以制造器皿。试分析现把白锡制成的器皿放在0 ℃、100 kPa的室内存放,它会不会变成灰锡而不能再继续使用 已知:在0 ℃、100 kPa条件下白锡转化为灰锡反应的焓变和熵变分别为ΔH=-2.180 9 kJ·mol-1,ΔS=-6.6 J·mol-1·K-1。(　　)
A.会变
B.不会变,但是降温后会变
C.不会变,且改变温度也不会变
D.不会变,但是升温后会变
A
解析 根据ΔG=ΔH-TΔS,在0 ℃、100 kPa下,代入数据求得,ΔG=-2 180.9 J·mol-1-273 K×(-6.6 J·mol-1·K-1)=-379.1 J·mol-1<0,在0 ℃、100 kPa下白锡会转化为灰锡,A项正确。
易错提醒　运用公式ΔG=ΔH-TΔS进行反应自发性的计算时,应注意题中所提供的数据ΔH的单位通常是kJ·mol-1,而ΔS的单位通常为J·mol-1·K-1,应注意单位中kJ和J的换算。
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