2.3 化学反应的方向 课件 (共20张PPT)2023-2024学年高二化学人教版（2019）选择性必修1

(共20张PPT)
第三节 化学反应的方向
第二章 化学反应速率与化学平衡
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。
自然条件下，水总是自发地从高处流向底处。自然界中有一些过程是自发进行的，而且是有方向性的。
有些化学反应也是自发进行的，而且具有方向性。
一、自发过程与自发反应
(1)含义:在一定条件下,不用借助外力就可以自动进行的过程。例如:高山流水、自由落体、热茶变凉。
(2)特点:
①体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或释放热量)。
②在密闭条件下,体系有从有序自发转变为无序的倾向(无序体系更加稳定)。
(3)非自发过程:在一定条件下,需持续借助外力才能进行的过程。
1.自发过程
(1)含义:在给定的条件下,可以自发进行到显著程度的化学反应,称为自发反应。例如:钢铁生锈。
(2)非自发反应:不能自发进行,必须借助某种外力才能进行的反应。
不正确。某些自发反应需要在一定条件下才能发生,非自发反应具备了一定条件也能发生。例如:甲烷燃烧是自发反应,但需要点燃或加热才能够发生;石灰石的分解反应,在常温下是非自发反应,但在高温时,这一反应就能自发进行。
2.自发反应
思考：自发反应一定能发生,非自发反应一定不能发生吗
3.应用
(1)可被用来做“有用功”,例如H2的燃烧可设计成燃料电池;
(2)非自发过程要想发生,必须对它做功,例如通电将水分解为H2和O2。
下列过程属于非自发的是(　　)
A.气体从高密度处向低密度处扩散 B.水由高处向低处流
C.煤气的燃烧 D.室温下水结成冰
D
解析:气体从高密度处向低密度处扩散,为自发过程,A不选;
水由高处向低处流,受重力的作用,属于自发过程,B不选;
煤气的燃烧,反应常温下不能自发进行,但由于其为放热反应,点燃引发反应后,能自发进行,属于自发过程,C不选;
练一练
二、化学反应方向的判断
1.焓判据
H2(g) + O2(g) = H2O(l) △H= -285.8 kJ·mol-1
Zn(s) + CuSO4 (aq) = ZnSO4(aq)+ Cu(s) △H= -216.8 kJ·mol-1
NaOH(aq) + HCl(aq) = NaCl(aq) + H2O(l) △H= -57.3kJ·mol-1
上述三反应都是放热反应（△H<0），常温下都能自发进行。
放热反应(△H<0 )具有自发进行的倾向。
放热反应过程中体系能量降低,具有自发进行的倾向,因此可用焓变来判断反应进行的方向。
大多数放热反应可以自发进行，但也有很多吸热反应能自发进行，因此，反应焓变是与反应进行的方向有关的因素之一，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素。
CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)　 ΔH>0
Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl==2NH3↑+BaCl2+10H2O ΔH>0
该反应在常温下不能自发进行，但在较高温度下你那能自发进行。
该反应在常温下能自发进行
2.熵
熵:用来度量体系混乱程度的物理量,符号为S,单位为J·mol-1·K-1。体系混乱程度越大,熵值越大。
③对于一个化学反应,若气体分子数增大,则ΔS＞0,气体分子数减少,则ΔS＜0。
①同一种物质,不同状态,熵值大小为S(g)＞S(l)＞S(s)。
②熵变(ΔS)：ΔS＝S(生成物)－S(反应物)。
3.熵判据
体系有自发地向混乱度增大(即熵增)的方向转变的倾向,因此可用熵变来判断反应进行的方向。
熵增有利于反应自发进行,有些熵减的反应,在一定条件下也能自发进行。
所以熵变是反应能否自发进行的一个因素,但不是唯一因素。
熵增原理：在与外界隔绝的体系中，自发过程将导致体系的熵增大，即熵变大于零。
NH3(g)+HCl(g)===NH4Cl(s)　ΔS＜0。
该熵减反应常温下能自发进行。
在一定条件下,一个化学反应能否自发进行,既与反应焓变有关,又与反应熵变有关。研究表明,在恒温、恒压下,判断化学反应自发性的判据是体系自由能变化(ΔG、单位:kJ·mol-1):ΔG=ΔH-TΔS(注意:T为热力学温度，单位是“K”)。
4.复合判据
①ΔG<0,反应能自发进行;
②ΔG=0,反应达到平衡状态;
③ΔG>0,反应不能自发进行。
①当ΔH＜0,ΔS＞0时,
ΔG　　 0,反应　　　自发进行。
②当ΔH ＞0,ΔS＜0时,
ΔG　　 0,反应　　 　自发进行。
③当ΔH＞0,ΔS＞0或ΔH＜0,ΔS＜0时,
反应是否自发进行与　　　　有关,在一
定温度下可使ΔG=0,即反应达平衡状态。
＜
能
＞
不能
温度
在温度、压强一定的条件下,自发反应总是向ΔG =ΔH -TΔS＜0的方向进行,直到达平衡状态。
1.下列过程为自发过程的是 (　　)
①铵盐溶解　②烧碱与盐酸的反应　③锌与稀硫酸的反应　④氢气在氧气中燃烧　⑤镁在空气中燃烧　⑥铝热反应　⑦墨水在水中扩散　⑧电解熔融氯化钠
A．①②③⑦ B．⑤⑥⑦⑧ C．②④⑥⑧ D．①②③④⑤⑥⑦
D　
解析：自发过程是不借助任何外界条件即可发生的过程，①铵盐溶解放出热量，②烧碱与盐酸的反应是中和反应，释放热量，是自发过程，③锌与稀硫酸的反应是自发过程，④氢气在氧气中燃烧是自发过程，⑤镁在空气中燃烧是自发过程，⑥铝热反应是自发过程，⑦墨水在水中扩散是自发过程，⑧电解熔融氯化钠需要通电，不是自发过程。
练一练
2.试判断用于汽车净化的一个反应2NO(g)+2CO(g)===N2(g)+2CO2(g)在298 K、100 kPa下能否自发进行
已知:在298 K、100 kPa下该反应的ΔH=-113.0 kJ·mol-1,ΔS=-145.3 J·mol-1·K-1。
ΔG=ΔH-TΔS=-113.0 kJ·mol-1-298 K×[-145.3 J·mol-1·K-1)]×10-3≈-69.7 kJ·mol-1<0
可以自发进行
3.以下说法中正确的是 (　　)
A.ΔH<0的反应均是自发反应
B.自发进行的反应一定能随时自动发生
C.冰在室温下自动融化成水,这是熵增的过程
D.MgCO3(s)====MgO(s)+CO2(g)高温下,不能自发
解析:ΔG<0反应自发进行,由ΔG=ΔH-TΔS可知,ΔH<0时,若ΔS<0,则ΔG可能大于0,反应非自发,故A错误;ΔG<0反应自发进行,能否随时自动发生还有反应速率问题,故B错误;反应向熵增方向进行,同种物质熵值:液体>固体,冰在室温下自动融化成水,是熵增的过程,故C正确;碳酸镁分解属于吸热反应,ΔH>0,MgCO3(s)===MgO(s)+CO2(g),固体分解得到气体,混乱度增加,ΔS>0,在高温条件下ΔG=ΔH-T·ΔS<0反应自发进行,故D错误。
C
4.下列反应中ΔH>0,ΔS>0的是 (　　)
A.CaCO3(s)====CaO(s)+CO2(g)
B.NH3(g)+HCl(g)====NH4Cl(s)
C.4Fe(OH)2(s)+O2(g)+2H2O(l)====4Fe(OH)3(s)
D.任何温度下均能自发进行2H2O2(l)====2H2O(l)+O2(g)
解析:CaCO3(s)====CaO(s)+CO2(g)是吸热反应,气体体积增大,故A正确;NH3(g)+HCl(g)====NH4Cl(s)是放热反应,气体体积减小,故B错误;4Fe(OH)2(s)+O2(g)+2H2O(l)====4Fe(OH)3(s)是放热反应,气体体积减小,故C错误;2H2O2(l)====2H2O(l)+O2(g),ΔH>0,气体体积增大的反应其ΔS>0,故D错误。
A
5.某反应CH3OH(l)+NH3(g)===CH3NH2(g)+H2O(g)在高温时才能自发进行,则该反应过程的ΔH、ΔS判断正确的是 (　　)
A.ΔH>0、ΔS<0　　　 B.ΔH>0、ΔS>0
C.ΔH<0、ΔS<0 D.ΔH<0、ΔS>0
【解析】选B。由反应可知,气体的体积增大,则ΔS>0,ΔH-TΔS<0的反应可自发进行,该反应在高温时才能自发进行,可知ΔH>0。
B
6.下列对化学反应方向的说法,正确的是 (　　)
A.同一物质的固、液、气三种状态的熵值递减
B.常温下反应2Na2SO3(s)+O2(g)=2Na2SO4(s)能自发进行,则ΔH<0
C.CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)　ΔH>0,ΔS>0,不论在何种条件下都不可能自发进行
D.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判断反应能否自发进行的判据
B
解析:同一物质的固、液、气三种状态的熵值递增,A错误;常温下反应2Na2SO3(s)+O2(g)=2Na2SO4(s)　ΔS<0,能自发进行主要是因为ΔH<0,B正确;CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)　ΔH>0,ΔS>0,根据自由能判据可知,若自发进行,则 ΔG=ΔH-TΔS<0,即高温下可自发进行,C错误;焓变和熵变都与反应的自发性有关,但焓变或熵变单独作为判断反应能否自发进行的判据是片面的,应该用复合判据综合判断,D错误。