课件54张PPT。第4节 化学反应进行的方向重点和难点:
焓减、熵增与化学反应方向的关系。 生活中的自发过程高山流水电流自发过程的共同特点:高能状态低能状态Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu反应进行的方向 自发反应——在一定条件下不用借助外力就能自动进行的反应。 非自发反应——在一定条件下需要持续外力才能维持进行的反应。 下列过程和反应属于自发进行的是
A. 物体由高处自由下落
B. 电解水 C、钠与水反应
D. 电动水泵将水由低抽到高处
E、氢气与氧气点燃生成水
F、在室温下水结成冰
G、一缕花香可以溢满居室
I、一滴墨水染红一盆清水
J、铁在潮湿空气中发生锈蚀
K、石灰石的分解
自发过程:
A C E G I J非自发过程
B D F K请分析下列自发进行的反应,有什么共同点?2H2(g)+O2(g)= 2H2O(l) △H=-572kJ/mol
H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g) △H=-184kJ/mol
2Na(s)+2H2O(l)=2NaOH(aq)+H2(g) △H=-368kJ/mol
2Fe(s)+3/2O2(g)= Fe2O3(s) △H=-824kJ/mol
NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+ H2O(l) △H=-56kJ/mol结论:放热反应是自发的
____焓判据
E反 >E生共同点—放热反应 △H<0反应物的总能量高生成物的总能量低放热反应△H<0自发过程的特点: (1).具有单向性. 自发过程的体系取向于从高能状态转变为低能状态(这时体系会对外部做功或释放热量,焓变小于0),这一经验规律就是焓判据,是判断化学反应进行方向的判据之一。 通常,我们把反应的这个能量变化叫做焓变(△H)。那么我们的焓判据就可以表述为:一、判断化学反应进行的方向的依据——焓判据2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8 H2O(s)
=NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l)
(2) NaHCO3(s) +HCl(aq)==NaCl(aq)
+CO2(g)+H2O(l)
(3) 2N2O5(g)=4NO2(g)+O2 (g)
(4) (NH4) 2CO3(s) = NH4HCO3(s)+NH3(g)
吸热反应在常温下都不能自发进行吗? △H ﹥ O 吸热反应思考:很多放热反应有自发进行的倾向, 是不是吸热反应就不能自发进行呢?2N2O5(g) =4NO2(g)+O2(g) △H=+56.7kJ/mol
(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g) △H=+74.9 kJ/mol
但有些自发反应却是吸热的,如:硝酸铵溶于水、氯化铵与氢氧化钙的反应等等。
又如:
能从焓变方面来解释吗?
结论:△H < O有利于反应自发进行,
但自发反应不一定要△H < O
焓变只是反应能否自发进行的一个因素,但不是唯一因素。只根据焓变来判断反应方向是不全面的。引起某些吸热反应能自发进行的“气球”是什么呢?冰块融化品红在水中扩散 多数自发进行的化学反应是放热反应,但也有不少吸热反应能自发进行。那是不是说焓判据是错误的呢?不是,这只是说明了焓变不能作为判断反应是否自发进行的独立依据。 墨水溶解扩散气态物质能通过分子的扩散自发地形成均匀的混合物。火柴散落有趋向于最大混乱度的倾向结论:在密闭条件下,体系从有序→无序是自发的。与能量状态的高低无关有序混乱克劳修斯(德国)熵S一副崭新的扑克牌被洗过后会怎样?
如果没有法律的制约,世界会怎样?
下课铃一响教室里会怎样?
你能发现这些看似不相干的事件之间的联系吗?散 乱思考与交流: 决定化学反应能否自发进行另一因素:
体系的混乱度。1、熵(S)——描述体系混乱度的物理量 2、熵判据:体系趋向于由有序状态转变为无序状态,即混乱度增加( △S>0)。且△S越大,越有利于反应自发进行。二、判断化学反应进行的方向的依据——熵判据3、熵变:用△S表示。
△S=S生成物总熵-S反应物总熵 在与外界隔离的体系中,自发过程将导致体系的熵增大( △S>0) ,这个原理叫做熵增原理。又称为熵判据。熵值最大熵值最小【结论】同一物质的熵值:气态>液态>固态1、同一物质状态改变:
2、固体的溶解过程、墨水扩散过程和气体扩散过程。
3、反应过程中气体物质的量增多的反应。
4. 生成气体的反应。导致熵增(△S>0)的一些因素 固态 液态 气态 熵增熵增 由有序自发地转变为无序,体系的混乱度是增加的, 熵其实就是一个可以反应体系混乱程度的值,体系越混乱,熵值越大。熵变就是反应前后混乱度之差。 熵值的大小判断:
(1)气态 > 液态 > 固态
(2)与物质的量成正比
(3)反应熵变△S=反应产物总熵-反应物总熵2N2O5(g) =4NO2(g)+O2(g) △H=+56.7kJ/mol
(NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g) △H=+74.9 kJ/mol
这两个反应都是吸热反应,但却能自发进行,为什么?思考:两个反应都是混乱度增大的反应。思考:在一定温度和压强下,化学反应一定不能向着熵减少的方向自发进行吗? 焓变和熵变都与反应的自发性有关,要判断反应进行的方向,必须综合考虑焓变和熵变。由焓判据和熵判据组合成的复合判据将更适合于所有的过程。课本P35: -10℃的水结冰2.过程的自发性只能用于判断过程的方向,不能确定过程是否一定会发生和过程发生的速率。注意 课本P351.在讨论过程的方向时,指的是没有外界干扰时体系的性质。如果允许外界对体系施加某种作用,就可能出现相反的结果。1. 25℃和1.01×105Pa时,反应2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g) △H=+56.76 kJ/mol,自发进行的原因是( )
A.是吸热反应 B.是放热反应
C.是熵减少的反应
D.熵增大效应大于能量效应练习:D2.试根据熵的定义判断下列过程中体系的熵变大于零还是小于零
(1)水蒸气冷凝成水
(2)CaCO3(S)=CaO(S)+CO2(g)
(3)乙烯聚合成聚乙烯
(4)气体在催化剂上吸附
(5)碳水化合物在生物体内分解△S<0△S>0△S<0△S<0△S>03.下列关于冰融化为水的过程判断正确的 是( )
A. △H >0, △S<0
B. △H <0, △S>0
C. △H >0, △S>0
D. △H <0, △S<0 C小结化学反应进行方向的判据1.焓判据:2.熵判据:能量降低的方向,就是反应容易进行的方向熵增的方向,就是反应容易进行的方向
(2)混乱度趋于增大 自发过程的两大变化趋势:(1)能量趋于减小三、焓变与熵变对反应方向的共同影响 美国物理化学家吉布斯 自由能G 在一定条件下,一个化学反应能否自发进行,既可能与反应焓变有关,又可能与反应熵变有关,在温度、压力一定的条件下,化学反应的方向是反应的焓变和熵变共同影响的结果,反应方向的判据为△H-T△S 。△H-T△S<0????????? 反应能自发进行
△H-T△S=0????????? 反应达到平衡状态
△H-T△S>0????????? 反应不能自发进行 在温度、压力一定的条件下,自发反应是向△H-T△S<0的方向进行,直至达到平衡状态。 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(1) △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( G ~吉布斯自由能 T ~绝对温度)3、复合判据(自由能变化△G)(2) 反应进行方向的判断方法:(3) 当?H<0, ?S<0 ,或?H>0 ,?S>0 时,反应是否自发进行与温度有关,一般低温时焓变影响为主,高温时,熵变影响为主,而温度影响的大小要?H、?S的具体数值而定。(4) 过程的自发性只能用于判断过程的方向,不能确定过程是否一定会发生和过程发生的速率。如涂有防锈漆和未涂防锈漆的钢制器件,其发生腐蚀过程的自发性是相同的,但只有后者可以实现。△G = △H - T△S (5).在讨论过程的方向时,指的是没有外界干扰时体系的性质。如果允许外界对体系施加某种作用,就可能出现相反的结果。例如水泵可以把水从低水位升至高水位;高温高压下可以是石墨转化为金刚石,实现的先决条件是要向体系中输入能量,该过程的本质仍然是非自发性的。 在恒温、恒压下,用DG判断化学反应在该状况时自发进行的方向可列表表示: ?H>0
?S>0
高温下
反应自发进行?H<0
?S<0
所有温度下
反应不能自发进行?H<0
?S>0
所有温度下
反应自发进行?H<0
?S<0
低温下
反应自发进行放热反应 熵减反应 判断下列反应的进行趋势 NH3(g) + HCl(g) == NH4Cl(s) △H < 0 △S < 0 低温对此类反应有利高温对此类反应不利△G = △H - T△S ? H > 0 ? S > 0 高温对此类反应有利低温对此类反应不利 NH4Cl(s) == NH3(s) + HCl(g) 知识回顾 化学反应与能量的变化 (焓判据) 化学反应与熵值的变化 (熵判据) “焓”与“熵”共同对化学反应的自发性产生影响 吉布斯自由能的定量判断 理解反应
设计反应△S > O有利于反应自发进行△H < O有利于反应自发进行 例:高温时空气中的N2和O2会反应生成NO而污染大气:N2(g)+O2(g)=2NO(g)。试通过计算说明在1200℃的条件下,此反应能否正向自发进行?估算自发进行的最低温度是多少?
(已知:DH=180.50kJ/mol,DS=247.7J/mol·K)提示:反应自发进行的条件是: △G=△H-T△S<0 在1200℃的条件下: △G=180.50-(1200+273)×247.7×10-3 =-184.36<0 说明反应能够自发进行。 假设反应自发进行的最低温度为t,则有:△G=180.50-(t+273)×247.7×10-3<0 解得:t>455.7℃ 1.自发过程的体系取向于从高能状态转变为低能状态(这时体系会对外部做功或释放热量,焓变小于0),这一经验规律就是焓判据,是判断化学反应进行方向的判据之一。 2.在密闭条件下,体系由有序自发地转变为无序的倾向,这种推动体系变化的因素称作熵。 3.熵值的大小判断:
(1)气态 > 液态 > 固态
(2)与物质的量成正比
(3)反应熵变△S=反应产物总熵-反应物总熵 4.在与外界隔离的体系中,自发过程将导致体系的熵增大,这一经验规律叫做熵增原理。是在用来判断化学反应方向时就称为熵判据。一、填空 1.当铁丝加热后放入氧气中可观察到的现象是__________________,说明这个反应是______反应(填“吸热”或“放热”),说明单质铁的稳定性___(填“强”或“弱”)于产物。铁丝红热、火星四射、有黑色固体生成放热弱A. 放热反应不一定是自发进行的反应
B. 吸热反应一定是非自发进行的
C. 自发进行的反应一定容易发生
D. 反应速率快的一定是自发进行的 1. 下列说法正确的是_A 二、选择题A. 水总是自发地由高处往低处流
B. 放热反应容易自发进行 ,吸热反应不能自发进行
C. 有序排列的火柴散落时成为无序排列
D. 多次洗牌以后,扑克牌的毫无规律的混乱排列的几率大 2.能用能量判据判断下列过程的方向的是_A ⑴CuSO4+Na2CO3
Cu2++CO32-+H2O=Cu(OH)2↓+CO2↑(主要)
Cu2++CO32-=CuCO3↓(次要)
⑵CuSO4+Na2S
Cu2++S2-=CuS↓(主要)
Cu2++S2-+2H2O=Cu(OH)2↓+H2S↑(次要) 3.已知:CuSO4溶液分别与Na2CO3溶液、Na2S溶液的反应情况如下:D 则下列物质的溶解度的比较正确的是_ 1.举出几种日常生活中常见的由于熵增的原因而使某过程自发进行的实例。 提示:铵盐溶解常常是吸热的,但它们都能在水中自发地溶解。把两种或两种以上彼此不发生反应的气体依次通入到同一个密闭容器中,它们能自发地混合均匀。 2.应该如何判断反应进行的方向。 提示:在封闭体系中焓减和熵增的反应是容易自发发生的。在判断化学反应的方向时不能只根据焓变ΔH<0或熵增中的一项就得出结论,而是要全面考虑才能得出正确结论。 1、下列说法正确的是∶( )
A、凡是放热反应都是自发的,
吸热反应都是非自发性的
B、自发反应一定是熵增大,
非自发反应一定是熵减小或不变
C、自发进行的反应一定容易发生;
D、自发反应在恰当条件下才能实现
2、25℃和1.01×105Pa时,反应
2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g);
△H=+56.76kJ/mol,自发进行的原因是∶
A、是吸热反应; B、是放热反应;
C、是熵减少的反应;
D、熵增大效应大于能量效应。DD3、下列关于判断过程的方向的说法正确的是
A、所有自发进行的化学反应都为放热反应
B、高温高压下可以使石墨转化为金刚石是自发的化学反应
C、由焓判据和熵判据组合而成的复合判据,将更适合于所有过程。
D、同一物质的固、液、气三种状态的熵值由大到小。谢谢,再见