2.1 化学反应的方向 课件(共23张PPT) 2023-2024学年高二化学鲁科版（2019）选择性必修1

(共23张PPT)
为什么氢氧化钠与盐酸混合即可自动发生反应生成氯化钠和水，而氯化钠与水混合却不会自动发生反应生成氢氧化钠和盐酸？
用氢气和氮气合成氨时，即使氢气和氮气的物质的量之比为3：1，为什么它们也不能全部反应？
氢气与氧气的混合物一经点燃立即发生爆炸，为什么在常温下氢气与氧气却能长期共存？
第1节 化学反应的方向
第2章 化学反应的方向、限度与速率
1.了解焓变、熵变与反应方向的关系；
2.能综合运用焓变与熵变判断反应进行的方向。
联想 · 质疑
联想 · 质疑
越来越多的汽车带来的大气污染。为了减轻大气污染，人们提出让CO与NO反应产生两种无毒的气体，写出此反应的化学方程式。
该方法是否可行，该反应是否能自发进行呢？
2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)
一、反应焓变与反应方向
在一定的条件下，无需外界帮助就能自发进行的过程。
1.自发过程
(1)定义:
水往低处流
冰块融化
铁网生锈
体系趋向于从高能量状态转换为低能量状态
具有方向性，其逆过程是非自发的
一、反应焓变与反应方向
在一定的条件下，无需外界帮助就能自发进行的过程。
1.自发过程
(1)定义:
体系趋向于从有序状态转换为无序状态
如何判断反应能否自发进行呢？反应要自发的进行是否要符合什么条件呢？
溶解
交流 · 研讨
交流 · 研讨
19世纪,一些化学家们曾认为决定化学反应能否自发进行的因素是反应热：放热反应可以自发进行,而吸热反应则不能。你同意这种观点吗？请举例说明。
钠与水反应： 2Na(s)+2H2O(l)=2NaOH(aq)+H2(g) ΔH=－368 kJ mol-1
酸碱中和： NaOH(aq) + HCl(aq)= NaCl(aq)+ H2O(l ) ΔH=－57.3 kJ mol-1
氢气和氧气反应： 2H2(g)+O2(g)=2H2O(l ) ΔH=－571.6 kJ mol-1
NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)=CH3COONH4(aq) +CO2(g)+H2O(l) ΔH= +37.30kJ·mol-1
多数放热反应能自发进行，有些吸热反应也能自发进行，如：
体系趋向于从高能量状态转换为低能量状态
CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) ΔH=+178.2kJ·mol-1
还有一些焓变不大的吸热反应在室温条件下不能自发进行，但在较高温度下却能自发进行，如碳酸钙的分解反应。
因此，不能仅用反应焓变来判断反应能否自发进行。
是什么“推动”了反应的进行？
体系趋向于从有序状态转换为无序状态
二、反应熵变与反应方向
1.熵（ S ）
熵值越大，体系无序程度/混乱度越大。
同一物质：S(g) > S(l) > S(s)
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。
——描述体系无序程度的物理量
CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) ΔH=+178.2kJ·mol-1
2.熵变（ ΔS ）
ΔS 为反应产物的总熵与反应物的总熵之差。
产生气体的反应和气体的物质的量增大的反应，反应熵变的数值通常都是正值，为熵增加反应，如：
ΔS =S反应产物－S反应物
对于确定的化学反应在一定条件下有确定的熵变
2H2O2(aq) = 2H2O(l)+O2(g) ΔH＞0
CaCO3(s) = CaO(s)+CO2(g) ΔH＞0
ΔS=+57.2 J·mol-1·K-1
ΔS=+169.6 J·mol-1·K-1
2H2O2(aq) = 2H2O(l)+O2(g) ΔH＞0
CaCO3(s) = CaO(s)+CO2(g) ΔH＞0
ΔS=+57.2 J·mol-1·K-1
ΔS=+169.6 J·mol-1·K-1
事实证明，熵增加有利于反应的自发进行。
思考与交流
自发反应一定是熵增加的反应吗？
2Al(s)+Fe2O3(s)=Al2O3(s)+2Fe(s) ΔS=－39.4 J·mol-1·K-1
熵变是反应能否自发进行一个因素, 但也不是唯一因素。
三、用焓变与熵变综合判断反应方向
研究表明，在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下，化学反应的方向可以用反应的焓变和熵变来综合判断，判据为ΔH－TΔS。
1.反应方向的判据
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
反应方向的吉布斯自由能判据
吉布斯自由能（符号G）的定义式为G=H－TS。ΔG为反应的吉布斯自由能变：
ΔG= ΔH-TΔS，表示的是一个封闭体系在等温、等压条件下做最大非体积功的能力。在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下，反应的方向可依据ΔG来判断：
ΔG<0 反应正向能自发进行
ΔG=0 反应达到平衡状态
ΔG>0 反应正向不能自发进行
在以上条件下，自发反应总是朝着吉布斯自由能减小的方向进行，直至达到平衡状态。
思考与交流
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，判断下列反应在什么情况下能自发进行。
化学反应 ΔH ΔS 能否正向自发进行
2KClO3(s)= 2KCl(s)+3O2(g) -78.03kJ/mol +494.4J/mol/K
CO(g)=C(s,石墨)+1/2O2(g) +110.5kJ/mol -89.4J/mol/K
4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g) = 4Fe(OH)3(s) -444.3kJ/mol -280.1J/mol/K
CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) +178.2kJ/mol +169.6J/mol/K
任何温度下都能
正向自发进行
任何温度下都不
能正向自发进行
低温下能正向
自发进行
高温下能正向
自发进行
化学反应 ΔH ΔS 能否正向自发进行
2KClO3(s)= 2KCl(s)+3O2(g) ΔH ＜0 ΔS ＞0
CO(g)=C(s,石墨)+1/2O2(g) ΔH ＞0 ΔS ＜0
4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g) = 4Fe(OH)3(s) ΔH ＜0 ΔS ＜0
CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) ΔH ＞0 ΔS ＞0
任何温度下都能
正向自发进行
任何温度下都不
能正向自发进行
低温下能正向
自发进行
高温下能正向
自发进行
ΔH和ΔS的作用相反，且相差不大时，温度对反应的方向起决定性作用。
【理解应用】
用于汽车尾气净化反应例析
在298 K、100 kPa下，2NO(g)＋2CO(g)=N2(g)＋2CO2(g)　 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？
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。
单位换算
利用ΔH－TΔS判据，只能用于判断在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下反应正向自发进行的趋势，即反应发生的可能性，但它并不能说明在该条件下可能正向自发进行的反应能否实际发生，这个反应到底能不能反应，那还要看反应进行的限度和反应进行的速率。
【注意】
不过，该反应需要使用催化剂来加速。通常使用贵金属作为催化剂，将其装入汽车尾气净化器中，并将净化器与汽车尾气排放管道连接在一起。利用这个装置，人们可以有效地将汽车尾气中的污染物NO（g）和CO（g）同时除去。
【练一练】
1.判断下列说法是否正确。
(1)放热反应一定能自发进行,吸热反应一定不能自发进行。(　　)
(2)熵增反应一定能自发进行,熵减反应一定不能自发进行。(　　)
(3)能够自发进行的反应一定容易发生,也一定能反应完全。(　　)
(4)对于ΔS>0的反应,若在任何温度下均能自发进行,则该反应ΔH>0。(　　)
(5)TATP(C8H18O6)受撞击分解爆炸,且无明显热效应,说明该分解反应的熵显著增加。(　　)
(6)反应C(s)+CO2(g) === 2CO(g)在室温下不能自发进行,说明该反应的ΔH>0。(　　)
2.下列说法正确的是（ ）
A.凡是放热反应都是自发的，由于吸热反应都是非自发的
B.自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是熵减少或不变
C.自发反应在恰当条件下才能实现
D.自发反应在任何条件下都能实现
3.自发进行的反应一定是（ ）
A.吸热反应 B.放热反应
C.熵增加反应 D.熵增加且放热反应
C
D
5.下列有关说法不正确的是(　　)
A.一定温度下,反应MgCl2(l) === Mg(l)+Cl2(g)　ΔH>0　ΔS>0
B.镀铜铁制品镀层受损后,铁制品比受损前更容易生锈
C.反应CaCO3(s) === CaO(s)+CO2(g)室温下不能自发进行,说明该反应的ΔH<0
D.铅蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生氧化反应
C
4.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
D
6.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。现把白锡制造的器皿放在0 ℃、100 kPa的室内存放,它会不会变成灰锡而不能继续使用(已知在0 ℃、100 kPa条件下白锡转化为灰锡的反应的焓变和熵变分别为:ΔH=-2 180.9 J·mol-1,ΔS=-6.61 J·mol-1·K-1)(　　)
A.会变 B.不会变 C.不能确定 D.升高温度才会变
A
7.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
C
8.已知甲烷隔绝空气在不同温度下有可能发生如下两个反应:
①CH4(g) === C(s)+2H2(g),②2CH4(g) === C2H2(g)+3H2(g)。
某同学为了得到用天然气制取炭黑的允许温度范围和最佳温度,在图书馆查到了如下热力学数据:
反应①的ΔH(298 K)=+74.848 kJ·mol-1,ΔS(298 K)=+80.674 J· mol-1·K-1
反应②的ΔH(298 K)=+376.426 kJ·mol-1,ΔS(298 K)=+220.211 J· mol-1·K-1
已知焓变和熵变随温度变化很小。请帮助这位同学回答如下问题:
(1)判断反应②高温自发还是低温自发:　　　(填“高温”或“低温”)。
(2)通过计算判断反应①在常温下能否自发进行　　　　　　　 。
(3)求算制取炭黑的允许温度范围　　　　　　　　　　　。
高温
能自发进行
927.8 K化学反应的方向
反应焓变
反应熵变
反应放热
反应吸热
熵增
熵减
ΔH－T ΔS＜0