2.1 化学反应的方向课件（共37张ppt）鲁科版（2019）选择性必修一第2章第1节

(共37张PPT)
化学反应的方向
汽车尾气中的主要污染物是一氧化氮和一氧化碳，它们是现代化城市中的重要大气污染物。
为了减轻大气污染，人们提出通过以下反应来处理汽车尾气的想法。
请判断该想法是否可行，并说明理论依据。
一氧化碳与血液中的血红蛋白结合的速度比氧气快250倍。一氧化碳经呼吸道进入血液循环，与血红蛋白亲合后生成碳氧血红蛋白，从而削弱血液向各组织输送氧的功能，危害中枢神经系统，造成人的感觉、反应、理解、记忆力等机能障碍，重者危害血液循环系统，导致生命危险。一氧化氮对人体特别是对呼吸系统有危害。
一个化学反应在给定条件下（温度、压强）下能否自发进行以及在什么条件下有可能按照预期的方向发生，仅用实验方法是不可行的，所以要寻求一种客观的判据，用它来判断一个化学反应能否自发进行。
思考交流
请结合生活经验或者学过的化学反应举例说明哪些反应是能自发进行的。
第1课时
反应焓变 熵变与反应方向
观察以下能自发进行的化学反应的热化学方程式，体会并总结这些自发反应的共同点是什么
(1)甲烷燃烧：
CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) ΔH=－802.3 kJ/mol
放热反应 ΔH＜0
(2)氢氧化亚铁被O2氧化：
4Fe(OH)2(s)+O2(g)+2H2O(l)=4Fe(OH)3(s)
ΔH=－444.3 kJ/mol
(3)氢气和氧气反应：
2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) ΔH=－571.6 kJ/mol
有不少吸热反应也能自发进行。
有一些焓变不大的吸热反应，在室温下不能自发进行，但是在高温条件下其焓变并没有显著减小，但反应却能自发进行。
一、反应焓变与反应方向
固体硝酸铵、氢氧化钠、氯化钠和蔗糖都能溶于水，是什么因素决定它们的溶解过程能自发进行？
固体硝酸铵的溶解时吸热过程，氢氧化钠写溶解时放热过程，而氯化钠和蔗糖溶解过程的焓变微乎其微，但这些过程都能自发进行。
再比如：同温同压条件下氢气和氧气的混合，过程中没有任何热效应，但是过程仍能自发进行。
H2
O2
O2 H2
显然，热效应不是这些过程自发进行的决定因素。
分析可知，不论是固体的溶解过程（固体中排列整齐的离子或分子进入溶剂，溶质的离子或分子由有序变得无序）还是气体的自由扩散，都是体系的有序程度降低，无序程度增大。
固体硝酸铵的溶解是吸热过程，氢氧化钠的溶解是放热过程，而氯化钠和蔗糖溶解过程的焓变微乎其微，但这些过程都能自发进行。
显然，热效应不是这些过程自发进行的决定因素。
为了描述体系的无序程度，定义了一个物理量——熵。
“熵”
（1）熵值越大，体系的无序程度越高，即混乱度越高。
（2）纯物质的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。例如，同一条件下，不同物质的熵不同；同一物质，S(g)>S(l)>S(s)。
固体的溶解、水的汽化、墨水在水中的扩散以及气体的扩散过程，都是体系无序程度增大的过程，即熵增加的过程。
化学反应存在着熵变。反应的熵变
△S为反应产物的总熵与反应物的总熵之差。
对于确定的化学反应，在一定条件下具有确定的熵变。
产生气体的反应和气体的物质的量增大的反应，反应变的数值通常都是正值，为增加反应，如:
熵增加的反应，在常温、常压下可以自发进行
熵增加的反应，在常温、常压下不能自发进行，但在较高温度下可以自发进行
是不是只有熵增加的反应才能自发进行呢？
事实上，有些熵减小的反应在一定条件下也可以自发进行。
共同 影响
影响因素：
化学反应的方向
反应焓变
反应熵变
吸热
放热
熵增
熵减
焓减小、熵增大有利于反应自发进行。
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-TAS，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。
放热反应的焓变小于零，熵增加反应的熵变大于零，都对 ΔH-TΔS<0有所贡献因此放热和熵增加有利于反应正向自发进行。
显然，放热的增加反应一定能正向自发进行，而吸热的熵减小反应一定不能正向自发进行。
在判断等温、等压及除了体积功以外不做其他功条件下的反应的方向时，需要同时考虑焓变、熵变和温度因素，用 ΔH-TΔS作为判据进行判断。
对于给定条件下不能正向自发进行的化学反应，可以通过改变反应条件(如温度、压强、度)使反应能够正向自发进行。
值得注意的是，反应方向与反应条件有关，不能随意将常温、常压下的结论用于其他温度、压强条件下发生的反应。而且，反应发生的条件有多种，“ΔH-TΔS判据”只能用于判断等温、等压条件下的反应，不能用于判断其他条件(如等温、等容)下的反应。
需要指出的是，“ΔH-TΔS判据”只能用于判断等温、等压及除了体积功以外不做其他功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，这是因为反应能否实际发生还涉及反应速率问题。
用于汽车尾气净化的反应例析
对于反应:
2NO(g)+ 2CO(g)=========N2 (g)+ 2CO2 (g)
根据计算，在298K、100kPa下，该反应的ΔH=-746.8k·mol-1、ΔS=-197.5J·mol-1·K-1, ΔH -T ΔS=-687.9 kJ·mol-1。
ΔH -T ΔS＜0
因此室温下反应能正向自发进行。
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 和 CO 同时除去。
1.在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下，如何判断化学反应的方向
2.判断下列说法是否正确并结合具体实例说明理由。
(1)放热反应都能正向自发进行。
(2)熵增加反应都能正向自发进行。
请判断下列反应是否能够自发进行。
化学反应 △H △S 能否正向自发进行
2KClO3(s)= 2KCl(s)+3O2(g) -78.3kJ/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) 37.30kJ/mol 184.0J/mol/K
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
任何温度下都能正向自发进行
3.下列关于能量判据和熵判据的说法中，不正确的是
A.放热的自发过程可能是熵减小的过程，吸热的自发过程一定为熵增加的过程
B.放热过程(ΔH＜0)或熵增加(ΔS＞0)的过程一定是自发的
C.在室温下碳酸钙的分解反应不能自发进行，但同样是这个吸热反应在较高温度(1200 K)下则能自发进行
D.由能量判据(以焓变为基础)和熵判据组合成的复合判据，将更适合于所有的过程
B
4.已知：△G=△H－T△S，当△G＜0，反应能自发进行，△G＞0反应不能自发进行。下列说法中正确的是
A.非自发反应在任何条件下都不能发生
B.熵增加且放热的反应一定是自发反应
C.自发反应一定是熵增加的反应，非自发反应一定是熵减小或不变的反应
D.凡是放热反应都是能自发进行的反应，而吸热反应都是非自发进行的反应
B