人教版 高中化学 选择性必修1 2.3化学反应的方向(共35张PPT)
文档属性
| 名称 | 人教版 高中化学 选择性必修1 2.3化学反应的方向(共35张PPT) |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 7.2MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2023-11-16 18:13:32 | ||
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文档简介
(共35张PPT)
汇报人：XXX
XX月XX日
化学反应的方向
人教版高中化学选择必修一
学习目标
1.能知道化学反应是有方向的
2.能知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关
钛被称为“21世纪金属”。1791年人们在金红石的矿物中（主要成分是TiO2，含量95%）中发现了钛，而第一次制得纯净的钛却是在1910年。
钛元素的发现到金属钛的制备为什么经历一百多年？后来又怎样成功制备？
水总是自发地从高处流向低处
被拉伸后的橡皮筋立刻缩回
自发过程：不需借助外界力量，就能自行发生的过程
思考：举例生活中的自发过程
冰融化
墨水扩散
火柴散落
有些化学反应也是自发进行的， 而且具有方向性
铁生锈
天然气燃烧
铁和硫酸铜反应
说明：1.一定条件指一定的温度、压强等
自发反应——化学反应的方向
2.外力作用指对体系做电功等
在一定的条件下，不需要其它外力作用就能自动进行的反应称为自发反应
2H2(g) + O2(g) = 2H2O(l) △ H = -571.6 kJ/mol
Zn(s) + CuSO4(aq) = ZnSO4(aq) + Cu(s) △ H = -216.8 kJ/mol
NaOH(aq) + HCl(aq) = NaCl(aq) + H2O(aq) △ H = -57.3 kJ/mol
思考：观察并总结这些自发反应的共同点
共同点：放热反应
一、化学反应方向的焓判据
思考：如何判断化学反应自发进行的方向
分析：自发反应的方向和能量变化的关系
放热反应（△ H<0），体系能量降低，具有自发进行的倾向
未加硝酸铵前
硝酸铵溶于水吸收热量，自发进行
加入硝酸铵后
思考：只有放热反应才能自发进行吗？
氢氧化钡晶体和氯化铵晶体反应吸收热量
化学反应吸热使烧杯与木片间的水凝结成冰
氢氧化钡晶体和氯化铵晶体反应吸收热量
N2O5(g) = 4NO2(g) + O2(g) △ H = ＋56.7 kJ/mol
NH4HCO3(s) + CH3COOH(aq) = CO2(g) + CH3COONH4(aq) + H2O(g)
△ H = ＋37.3 kJ/mol
有的吸热反应也能自发进行
焓判据：大多数焓减（△ H <0）的反应即放热反应，具有自发进行的倾向
但是，不能只根据放热或者吸热来判断化学反应的方向
【实验过程】开始时中间用玻璃片隔开，抽掉玻璃片，观察
【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
NH4+和NO3-在硝酸铵晶体中有序排列
被水分子包围的NH4+和NO3-在溶液中自由移动
溶解
硝酸铵溶于水的过程可以自发进行
体系自发地向混乱度增加（即有序向无序）方向转变
思考：从混乱度的角度分析两个自发进行过程的相同点
硝酸铵溶解
气体扩散
1、用熵来度量体系混乱的程度
（1）同种物质的熵值：气态 >> 液态 > 固态
符号：S
熵值越大，体系越无序，混乱度越大
二、化学反应方向的熵判据
（2）同种物态：分子数越多，熵值越大
固体 液体 气体
(1)△ S > 0，体系混乱度增大；△ S < 0，体系混乱度增小
2、熵变：反应前后体系熵的变化
符号：△ S
(2)有气体参与的反应，熵变与气体的物质的量变化有关
Zn(s) + H2SO4(aq) = ZnSO4(aq) + H2(g)
2KClO3(s) = 2KCl(aq) + 3O2(g)
熵增的反应（△ S > 0），体系混乱度增大，具有自发进行的倾向
2NO(g) + 2CO(g) = N2(g) + 2CO2(g)
4Fe(OH)2(s) + O2(g) + 2H2O(l) = 4Fe(OH)3(s)
但是，不能只根据熵增或熵减来判断化学反应的方向
乙烯合成聚乙烯
有的熵减反应也能自发进行
思考：只有熵增反应才能自发进行？
熵判据：大多数熵增（△ S > 0）的反应，具有自发进行的倾向
例题：下列几个过程中，属于熵减的变化是 （ ）
A. 干冰的升华
B. NaCl 溶于水
C. NH3 (g) + HCl(g) = NH4Cl (s)
D. 2Na + 2H2O = 2NaOH + H2 ↑
C
学以致用
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2↑
NaHCO3 + HCl = NaCl + H2O + CO2↑
发生离子反应的条件之一是生成气体，根据熵判据加以解释
学以致用
解释有的吸热反应可以自发进行的原因
氢氧化钡晶体和氯化铵晶体反应吸收热量
N2O5(g) = 4NO2(g) + O2(g) △ H = ＋56.7 kJ/mol
NH4HCO3(s) + CH3COOH(aq) = CO2(g) + CH3COONH4(aq) + H2O(g)
△ H = ＋37.3 kJ/mol
原因：这些是熵增反应 △ S >0
学以致用
解释有的熵减反应可以自发进行的原因
2NO(g) + 2CO(g) = N2(g) + 2CO2(g)
4Fe(OH)2(s) + O2(g) + 2H2O(l) = 4Fe(OH)3(s)
乙烯合成聚乙烯
原因：这些是放热反应 △ H < 0
自发反应
焓判据
（△ H < 0，多数焓减反应具有自发进行的倾向）
熵判据
（△ S > 0，多数熵增反应具有自发进行的倾向）
资料卡片 自由能与化学反应的方向
△ G = △ H - T△ S
（T为热力学温度，均为正值）
在恒温、恒压下的封闭体系中（不考虑体积变化做功以外的其他功），自由能的变化综合反应了体系的焓变和熵变对自发过程的影响
自由能变化：用△ G 表示，单位：kJ/mol
吉布斯
△ G = △ H - T△ S
化学反应总是向着自由能减小的方向进行，直到体系达到平衡
△ G < 0 反应能自发进行
△ G = 0 反应达到平衡状态
△ G > 0 反应不能自发进行
吉布斯
Zn(s) + H2SO4(aq) = ZnSO4(aq) + H2(g)
思考：如何综合焓变和熵变判断化学反应能否自发进行
△ H < 0，△ S > 0
任何温度下，△ G < 0，自发进行
△ G = △ H - T△ S
工业上利用石灰石制备二氧化碳
思考：如何综合焓变和熵变判断化学反应能否自发进行
△ H > 0，△ S > 0
高温下，△ G < 0，自发进行
△ G = △ H - T△ S
CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g)
煅烧碳酸钙
2CO(g) = 2C(s) + O2(g)
汽车尾气中的一氧化碳和一氧化氮是现代化城市中的重要大气污染物。人们曾花费大量的时间和精力，通过实验的方法利用如下反应消除CO对环境的影响，然而却徒劳无功。你能从焓变和熵变的角度分析原因吗？
△ G > 0，不能自发进行
△ H > 0，△ S < 0
△ G = △ H - T△ S
应用：
应用：后来人们又提出通过如下反应来处理尾气的方法
2NO(g) + 2CO(g) = N2(g) + 2CO2(g)
已知：在 298 K、100 kPa，△ H = -746.8 kJ/mol
室温下，△ G < 0，反应能正向自发进行
△ H < 0，△ S < 0
△ G = △ H - T△ S
反应需要催化剂来加速
利用这个装置人们有效地将汽车尾气中的污染物NO和CO同时除去
例题：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) △ H = +163 kJ/mol
B. 2Ag(s) + Cl2(g) = 2AgCl(s) △ H = -254 kJ/mol
C. 2HgO(s) = 2Hg(l) + O2(g) △ H = +182 kJ/mol
D. 2H2O2(l) = O2(g) + 2H2O(l) △ H = -196 kJ/mol
D
解题关键：依据△ G = △ H - T△ S 判断
自发反应
焓判据
（△ H < 0，多数焓减反应具有自发进行的倾向）
熵判据
（△ S > 0，多数熵增反应具有自发进行的倾向）
自由能
△ G = △ H - T△ S
（△ G < 0）
（能自发进行）
综合
考虑
本课小结
等温等压条件下的封闭体系
练习：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，主要原因是 。
反馈评价
从发现元素钛到冶炼出金属钛，为什么经历100多年？
原始反应：TiO2(s) + 2Cl2(g) = TiCl4 (l) + O2(g)
△ H = +161.9 kJ mol-1
引入反应：2C(s,石墨) + O2(g) = 2CO(g)
△ H = -221.04 kJ mol-1
综合反应：TiO2 (s) + 2Cl2(g) + 2C(s,石墨) =TiCl4(l) + 2CO(g)
△ H = -59.14 kJ mol-1 △ S = + 146 J K-1 mol-1
TiCl4+ 2Mg 2MgCl2 + Ti
△ H > 0，△ S < 0
△ G > 0，不能自发进行
△ H < 0，△ S > 0
△ G < 0，能自发进行
1070K
Ar
正确判断反应自发进行的方向对于生产实践具有重要的作用
21世纪金属—— 钛
科技强国，
科学先行，
吾辈当自强！
汇报人：XXX
XX月XX日
化学反应的方向
人教版高中化学选择必修一
学习目标
1.能知道化学反应是有方向的
2.能知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关
钛被称为“21世纪金属”。1791年人们在金红石的矿物中（主要成分是TiO2，含量95%）中发现了钛，而第一次制得纯净的钛却是在1910年。
钛元素的发现到金属钛的制备为什么经历一百多年？后来又怎样成功制备？
水总是自发地从高处流向低处
被拉伸后的橡皮筋立刻缩回
自发过程：不需借助外界力量，就能自行发生的过程
思考：举例生活中的自发过程
冰融化
墨水扩散
火柴散落
有些化学反应也是自发进行的， 而且具有方向性
铁生锈
天然气燃烧
铁和硫酸铜反应
说明：1.一定条件指一定的温度、压强等
自发反应——化学反应的方向
2.外力作用指对体系做电功等
在一定的条件下，不需要其它外力作用就能自动进行的反应称为自发反应
2H2(g) + O2(g) = 2H2O(l) △ H = -571.6 kJ/mol
Zn(s) + CuSO4(aq) = ZnSO4(aq) + Cu(s) △ H = -216.8 kJ/mol
NaOH(aq) + HCl(aq) = NaCl(aq) + H2O(aq) △ H = -57.3 kJ/mol
思考：观察并总结这些自发反应的共同点
共同点：放热反应
一、化学反应方向的焓判据
思考：如何判断化学反应自发进行的方向
分析：自发反应的方向和能量变化的关系
放热反应（△ H<0），体系能量降低，具有自发进行的倾向
未加硝酸铵前
硝酸铵溶于水吸收热量，自发进行
加入硝酸铵后
思考：只有放热反应才能自发进行吗？
氢氧化钡晶体和氯化铵晶体反应吸收热量
化学反应吸热使烧杯与木片间的水凝结成冰
氢氧化钡晶体和氯化铵晶体反应吸收热量
N2O5(g) = 4NO2(g) + O2(g) △ H = ＋56.7 kJ/mol
NH4HCO3(s) + CH3COOH(aq) = CO2(g) + CH3COONH4(aq) + H2O(g)
△ H = ＋37.3 kJ/mol
有的吸热反应也能自发进行
焓判据：大多数焓减（△ H <0）的反应即放热反应，具有自发进行的倾向
但是，不能只根据放热或者吸热来判断化学反应的方向
【实验过程】开始时中间用玻璃片隔开，抽掉玻璃片，观察
【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
NH4+和NO3-在硝酸铵晶体中有序排列
被水分子包围的NH4+和NO3-在溶液中自由移动
溶解
硝酸铵溶于水的过程可以自发进行
体系自发地向混乱度增加（即有序向无序）方向转变
思考：从混乱度的角度分析两个自发进行过程的相同点
硝酸铵溶解
气体扩散
1、用熵来度量体系混乱的程度
（1）同种物质的熵值：气态 >> 液态 > 固态
符号：S
熵值越大，体系越无序，混乱度越大
二、化学反应方向的熵判据
（2）同种物态：分子数越多，熵值越大
固体 液体 气体
(1)△ S > 0，体系混乱度增大；△ S < 0，体系混乱度增小
2、熵变：反应前后体系熵的变化
符号：△ S
(2)有气体参与的反应，熵变与气体的物质的量变化有关
Zn(s) + H2SO4(aq) = ZnSO4(aq) + H2(g)
2KClO3(s) = 2KCl(aq) + 3O2(g)
熵增的反应（△ S > 0），体系混乱度增大，具有自发进行的倾向
2NO(g) + 2CO(g) = N2(g) + 2CO2(g)
4Fe(OH)2(s) + O2(g) + 2H2O(l) = 4Fe(OH)3(s)
但是，不能只根据熵增或熵减来判断化学反应的方向
乙烯合成聚乙烯
有的熵减反应也能自发进行
思考：只有熵增反应才能自发进行？
熵判据：大多数熵增（△ S > 0）的反应，具有自发进行的倾向
例题：下列几个过程中，属于熵减的变化是 （ ）
A. 干冰的升华
B. NaCl 溶于水
C. NH3 (g) + HCl(g) = NH4Cl (s)
D. 2Na + 2H2O = 2NaOH + H2 ↑
C
学以致用
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2↑
NaHCO3 + HCl = NaCl + H2O + CO2↑
发生离子反应的条件之一是生成气体，根据熵判据加以解释
学以致用
解释有的吸热反应可以自发进行的原因
氢氧化钡晶体和氯化铵晶体反应吸收热量
N2O5(g) = 4NO2(g) + O2(g) △ H = ＋56.7 kJ/mol
NH4HCO3(s) + CH3COOH(aq) = CO2(g) + CH3COONH4(aq) + H2O(g)
△ H = ＋37.3 kJ/mol
原因：这些是熵增反应 △ S >0
学以致用
解释有的熵减反应可以自发进行的原因
2NO(g) + 2CO(g) = N2(g) + 2CO2(g)
4Fe(OH)2(s) + O2(g) + 2H2O(l) = 4Fe(OH)3(s)
乙烯合成聚乙烯
原因：这些是放热反应 △ H < 0
自发反应
焓判据
（△ H < 0，多数焓减反应具有自发进行的倾向）
熵判据
（△ S > 0，多数熵增反应具有自发进行的倾向）
资料卡片 自由能与化学反应的方向
△ G = △ H - T△ S
（T为热力学温度，均为正值）
在恒温、恒压下的封闭体系中（不考虑体积变化做功以外的其他功），自由能的变化综合反应了体系的焓变和熵变对自发过程的影响
自由能变化：用△ G 表示，单位：kJ/mol
吉布斯
△ G = △ H - T△ S
化学反应总是向着自由能减小的方向进行，直到体系达到平衡
△ G < 0 反应能自发进行
△ G = 0 反应达到平衡状态
△ G > 0 反应不能自发进行
吉布斯
Zn(s) + H2SO4(aq) = ZnSO4(aq) + H2(g)
思考：如何综合焓变和熵变判断化学反应能否自发进行
△ H < 0，△ S > 0
任何温度下，△ G < 0，自发进行
△ G = △ H - T△ S
工业上利用石灰石制备二氧化碳
思考：如何综合焓变和熵变判断化学反应能否自发进行
△ H > 0，△ S > 0
高温下，△ G < 0，自发进行
△ G = △ H - T△ S
CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g)
煅烧碳酸钙
2CO(g) = 2C(s) + O2(g)
汽车尾气中的一氧化碳和一氧化氮是现代化城市中的重要大气污染物。人们曾花费大量的时间和精力，通过实验的方法利用如下反应消除CO对环境的影响，然而却徒劳无功。你能从焓变和熵变的角度分析原因吗？
△ G > 0，不能自发进行
△ H > 0，△ S < 0
△ G = △ H - T△ S
应用：
应用：后来人们又提出通过如下反应来处理尾气的方法
2NO(g) + 2CO(g) = N2(g) + 2CO2(g)
已知：在 298 K、100 kPa，△ H = -746.8 kJ/mol
室温下，△ G < 0，反应能正向自发进行
△ H < 0，△ S < 0
△ G = △ H - T△ S
反应需要催化剂来加速
利用这个装置人们有效地将汽车尾气中的污染物NO和CO同时除去
例题：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) △ H = +163 kJ/mol
B. 2Ag(s) + Cl2(g) = 2AgCl(s) △ H = -254 kJ/mol
C. 2HgO(s) = 2Hg(l) + O2(g) △ H = +182 kJ/mol
D. 2H2O2(l) = O2(g) + 2H2O(l) △ H = -196 kJ/mol
D
解题关键：依据△ G = △ H - T△ S 判断
自发反应
焓判据
（△ H < 0，多数焓减反应具有自发进行的倾向）
熵判据
（△ S > 0，多数熵增反应具有自发进行的倾向）
自由能
△ G = △ H - T△ S
（△ G < 0）
（能自发进行）
综合
考虑
本课小结
等温等压条件下的封闭体系
练习：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，主要原因是 。
反馈评价
从发现元素钛到冶炼出金属钛，为什么经历100多年？
原始反应：TiO2(s) + 2Cl2(g) = TiCl4 (l) + O2(g)
△ H = +161.9 kJ mol-1
引入反应：2C(s,石墨) + O2(g) = 2CO(g)
△ H = -221.04 kJ mol-1
综合反应：TiO2 (s) + 2Cl2(g) + 2C(s,石墨) =TiCl4(l) + 2CO(g)
△ H = -59.14 kJ mol-1 △ S = + 146 J K-1 mol-1
TiCl4+ 2Mg 2MgCl2 + Ti
△ H > 0，△ S < 0
△ G > 0，不能自发进行
△ H < 0，△ S > 0
△ G < 0，能自发进行
1070K
Ar
正确判断反应自发进行的方向对于生产实践具有重要的作用
21世纪金属—— 钛
科技强国，
科学先行，
吾辈当自强！