2.1化学反应的方向 课件(共21张PPT)2023-2024学年高二上学期化学苏教版（2019）选择性必修1

(共21张PPT)
化学反应的方向
科学史话---金属钾的制备
请同学们回忆金属钠、镁、铝的制备，并思考金属钾的制备方法。
戴维在发现钾的实验中，用的是电解法，但是钾的实际生产不是通过电解反应来实现的，原因有两点：
①阴极得到的钾会溶解在熔融的氯化钾中。
②钾浮在电解质上面，与氧气接触，会发生剧烈反应，甚至会爆炸。
金属K的制备方案
Na(l) + KCl(l) === NaCl(l) + K(g)
高温
？
任务1：生活体验---感知化学反应与能量的变化
请列举自然界中的自发过程，并从能量角度分析这些自发过程有什么共同特点？
重力势能降低
内能降低
【问题引导】
1.从能量角度分析为什么有些放热反应常温下能自发进行？
2.为什么有些放热反应需要点燃或加热？此类反应的进行最初需要克服的“壁垒”是什么？
任务1：生活体验---感知化学反应与能量的变化
E
反应历程
反应物的能量总和
生成物的能量总和
△H
C + O2 === CO2
2H2 + O2 === 2H2O
Fe + S === FeS
点燃
点燃
加热
Ea
Ea< △H
【问题引导】
3.为什么有些放热反应需要持续加热？
任务1：生活体验---感知化学反应与能量的变化
E
反应历程
反应物的能量总和
生成物的能量总和
△H
Cu + 2H2SO4 === CuSO4 + SO2↑ + 2H2O
加热
△H
Ea
Ea > △H
反应过程中放出的热量，不足以产生维持反应持续进行所需的推动力
— 环境提供能量
【问题引导】
4.为什么有些吸热反应也能够发生？
任务1：生活体验---感知化学反应与能量的变化
E
反应历程
反应物的能量总和
生成物的能量总和
△H
△H
Ea
当环境提供能量时，吸热反应也能发生。
C + CO2 === 2CO
高温
CaCO3 === CaO + CO2
高温
C+ H2O === CO + H2
高温
任务1：生活体验---感知化学反应与能量的变化
反应条件与反应过程中的能量变化的关系
反应历程
E
反应物的能量总和
生成物的能量总和
反应历程
E
反应物的能量总和
生成物的能量总和
常温下可自发进行的反应 需要加热或点燃才能自发进行的反应
任务1：生活体验---感知化学反应与能量的变化
反应条件与反应过程中的能量变化的关系
反应历程
E
反应物的能 量总和
生成物的能量总和
反应历程
E
反应物的能量总和
生成物的能量总和
需要持续加热才能发生的放热反应 在持续加热条件下发生的吸热反应
问题5.吸热反应在常温下不能自发进行吗？
（以碳酸氢钠与柠檬酸的反应为例）
任务1：生活体验---感知化学反应与能量的变化
问题5.吸热反应在常温下不能自发进行吗？
（碳酸氢钠与柠檬酸的反应为例）
任务1：生活体验---感知化学反应与能量的变化
反应历程
E
反应历程
E
①
②
②
Na2CO3
NaHCO3
③
③
① CO32- + H+ == HCO3-△H < 0
② HCO3- + H+ == H2CO3△H < 0
③ H2CO3 == H2O + CO2(g)△H > 0
放热反应
吸热反应
问题6：碳酸氢钠与盐酸的反应为吸热反应，为什么常温下也能自发进行？
体系有自发向混乱度增加(即熵增)的方向变化的倾向，这是自然界的普遍规律。
新的物理量 — 熵
描述体系混乱度的物理量，符号：S 单位：J·mol-1·K-1
物质熵值的特点：
1.与物质的状态有关:
2.与物质的分子结构有关:
S(冰)< S(水)<< S(水蒸气)
S(CH4) < S(C2H6) < S(C3H8) < S(C4H10)
S(H2O) < S(H2O2)
任务2：探究之旅---理解化学反应与熵值的变化
问题6：碳酸氢钠与盐酸的反应为吸热反应，为什么常温下也能自发进行？
从反应的整体过程看，反应是吸热的，但是熵值是增大的，这是反应得以自发进行的主要原因
反应历程
E
②
NaHCO3
③
吸热反应
任务2：探究之旅---理解化学反应与熵值的变化
任务2：探究之旅---理解化学反应与熵值的变化
热冰实验
高温
【学以致用】为什么金属钠能还原金属钾？
Na(l) + KCl(l) === NaCl(l) + K(g)
熵拉动反应自发进行的实例
【迁移应用】1.SiO2的还原是“从沙滩到用户”的关键反应，请比较以下两个反应，哪个更容易发生？
SiO2 + 2C === Si + 2CO
高温
SiO2 + C === Si + CO2
高温
高温下低价氧化物更加稳定，
即高温有利于CO生成
关键： 沸点 K < Na
平衡移动
任务2：探究之旅---理解化学反应与熵值的变化
熵拉动反应自发进行的实例
【迁移应用】2.历史上金属铝的制备常用金属Na或K还原AlCl3，自然界大量存在Al2O3，科学家又是如何将Al2O3转化成AlCl3的呢？ 2Al2O3(s)+6Cl2(g)==4AlCl3(s)+3O2(g) △H=217 KJ/mol
如何将反应设计成自发的过程呢？
任务2：探究之旅---理解化学反应与熵值的变化
熵拉动反应自发进行的实例
Al的冶炼
2Al2O3(s)+6Cl2(g)==4AlCl3(s)+3O2(g)
Al2O3 + 3Cl2 + 3C == 2AlCl3 + 3CO
高温
2C + O2 == 2CO
高温
Al2O3 AlCl3 Al
Cl2
Na
△H>0 △S<0
+）
真实反应与理性思考的契合
任务2：探究之旅---理解化学反应与熵值的变化
任务3：问题解决---应用吉布斯自由能进行定量判断
研究表明：在温度、压强一定的条件下，化学反应自发进行方向的判据是
吉布斯自由能
△G = △H - T△S
△G = △H - T△S ＜ 0 反应能自发进行
△G = △H - T△S ＞0 反应不能自发进行
△G = △H - T△S ＝0 反应达到平衡状态
J．W．Gibbs
吉布斯
【学以致用】请判断下列四个反应的自发性，并归纳影响反应自发性的因素。
（1）2KClO3(s)=2KCl (s) +3O2 △H<0
（2）NH3(g)+ HCl(g)=NH4Cl (s) △H<0
（3）NH4Cl (s) = NH3(g)+HCl(g) △H>0
（4）2CO(g) = 2C (s，石墨) + O2(g) △H>0
（2）△H<0 △S<0 低温下可自发进行；
（3）△H>0 △S>0 高温下可自发进行；
（4）△H>0 △S<0 任何温度下均不能自发进行；
（1）△H<0 △S>0 任何温度下下均能自发进行；
任务3：问题解决---应用吉布斯自由能进行定量判断
一种新的对化学反应加以分类的方法
从定量的角度衡量焓变和熵变对反应自发性的影响
任务3：问题解决---应用吉布斯自由能进行定量判断
【迁移应用】随着国家综合实力的增强，现在我国人均拥有汽车数逐年递增，但同时也带来一系列的问题，如汽车尾气，作为化学学习者，我们该如何将汽车尾气中NO、CO化为可参与大气循环的气体？
已知， 298K、101KPa下反应
2NO(g) + 2CO(g) = N2(g) + 2CO2(g)，△H = - 113.0 KJ·mol-1 ，
△S = - 143.5 J·mol-1·K-1
如果该反应速率极慢，如何加快反应速率？
请说明上述反应在什么条件下，可以自发进行？
T< 787K t<514℃
任务3：问题解决---应用吉布斯自由能进行定量判断
反应的可行性与反应的现实性的关系
反应的趋势的强弱不等同于反应速率的快慢
人为的干预可以改变反应的进行方向
化学反应与能量的变化
化学反应与熵值的变化
吉布斯自由能的定量判断
解释反应
设计反应
知识小结