人教版高中化学选择性必修1第二章化学反应速率与化学平衡第三节化学反应的方向课件(共46张PPT)

(共46张PPT)
第二章　化学反应速率与化学平衡
第三节　化学反应的方向
【学习目标】　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。3.知道焓变和熵变不能单独作为自发 反应进行方向的判断依据。
一、自发过程与自发反应
1. 自发过程
（1）含义
在一定条件下，不需要 就能自动进行的过程。例如高山流水、自由 落体。
（2）特点
①体系趋向于从 状态转变为 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 自发地转变为 的倾向性（无序体系更加 稳定）。
借助外力作用　
高能　
低能　
有序　
无序　
（3）非自发过程：在一定条件下，需要 才能自动进行的过程。
借助外力作用　
2. 自发反应
（1）定义：在给定条件下，可以 地进行到显著程度的化学反应。例如钢铁 生锈。
（2）自发反应的特征
①具有 ，即反应的某个方向在一定条件下是自发的，则其逆反应在该条件 下肯定不自发。
②体系趋向于从 状态转变为 状态。
③体系趋向于从 转变为 。
④能够自发进行的反应在常温下 能够发生，自发性只能用于判断反应 的 ，不能确定反应 一定会发生和发生的速率。
自发　
方向性　
高能量　
低能量　
有序体系　
无序体系　
不一定　
方向　
是否　
3. 应用
（1）自发反应可被用来做“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。
【判断】
√
√
×
A. 只有不需要任何条件就能够自动进行的过程才是自发过程
B. 需要加热才能进行的过程肯定不是自发过程
C. 同一可逆反应的正、逆反应在不同条件下都有自发的可能
D. 非自发过程在任何条件下都不可能变为自发过程
解析：在一定条件下，不用借助外力即可自发进行的过程为自发过程，所以自发过程 也需要特定的条件，A、B项错误；可逆反应在不同的条件下，可以向不同方向自发 进行，C项正确；非自发过程在一定条件下可能变成自发过程，如Cu与稀H2SO4在电 解条件下可发生反应，D项错误。
C
（1）自发反应不需要任何条件就能发生吗？
自发反应也需要一定条件引发反应，一旦反应后即可自发进行。
（2）非自发反应一定不能发生吗？
非自发反应在一定条件下能发生。
二、化学反应进行方向的判据
1. 焓变与化学反应的方向
（1）放热过程中体系能量 ，ΔH＜0，具有 的倾向。
（2）实验发现，大多数放热反应是可以 进行的。
（3）有些吸热反应也可以自发进行，如 与 的反应是吸热的，但是这个反应却是可以自发进行的，能量变化是一个与反应能否自 发进行有关的因素，但 决定反应能否自发进行的唯一因素。
降低　
自发　
自发　
Ba（OH）2·8H2O晶体　
NH4Cl晶体　
不是　
（5）结论：绝大多数放热反应都能自发进行，且反应放出的热量越多，体系能量降 低得也越多，反应越完全。但反应能量判据 决定反应能否自发进行的唯一因 素，有些 反应也能自发进行。
不是　
吸热　
（4）有一些吸热反应在室温条件下 自发进行，但在 温度下则能自 发进行。
例如：在室温下和较高温度下均为吸热过程的CaCO3的分解反应。
不能　
较高　
2. 熵变与化学反应方向
（1）熵的定义
描述体系 的物理量，一般用S表示。熵值越大，体系的混乱度越大。
（2）熵的大小
同种物质的熵值与其存在状态有关，S（g） S（l） S（s）。
混乱程度　
＞　
＞　
（3）熵变的含义：熵变是反应前后体系 ，用 表示，化学反应 的 越大，越有利于反应 进行。计算式：ΔS＝S（生成物）－S（反 应物）
变化过程 熵变 反应类型
增体反应 ΔS 0 熵 反应
减体反应 ΔS 0 熵 反应
盐的溶解 ΔS 0 熵 反应
电离过程 ΔS 0 熵 反应
熵的变化　
ΔS　
ΔS　
自发　
＞　
增　
＜　
减　
＞　
增　
＞　
增　
（4）化学反应的方向与熵变的关系
①许多 的反应在常温、常压下可以自发进行。
②有些熵增的反应在常温、常压下 自发进行，但在 温度下可以自发 进行。
③有些熵减的过程也能 。
④结论：决定化学反应能否自发进行的另一个因素是体系的 ， 自发反应有趋向于体系 的倾向。
熵增加　
不能　
较高　
自发进行　
混乱度　
大多数　
混乱度增大　
【思考交流】
＞　
能　
＜　
能　
＜　
3. 自由能与化学反应的方向
（1）体系的自由能变化：符号为 ，单位为kJ/mol。
ΔG　
（2）体系的自由能与熵变、焓变的关系：ΔG＝ 。ΔG不仅与熵变、 焓变有关，还与 有关。即：
当ΔG＜0时，反应能 ；
当ΔG＝0时，反应处于 ；
当ΔG＞0时，反应不能 。
情况 焓变 熵变 自由能变化 反应能否自发进行
① ΔH＜0 ΔS＞0 ΔG＜0
② ΔH＞0 ΔS＜0 ΔG＞0
③ ΔH＜0 ΔS＜0 时ΔG＜0
④ ΔH＞0 ΔS＞0 时ΔG＜0
ΔH－TΔS　
温度　
自发进行　
平衡状态　
自发进行　
能
不能
低温　
低温自发
高温　
高温自发
【判断】
×
√
×
×
√
B
A. 混乱度减小的吸热反应一定不能自发进行
B. 碳酸氢钠加热可以分解，因为升高温度利于熵增的方向自发进行
C. 在温度、压强一定条件下，自发反应总是向ΔG＝ΔH－TΔS＜0的方向进行
D. 水结冰的过程不能自发进行的原因是熵减的过程，改变条件也不可能自发进行
解析：混乱度减小的吸热反应ΔS＜0，ΔH＞0，则该反应的ΔH－TΔS＞0，一定不 能自发进行，A项正确；碳酸氢钠加热可以分解，即升高温度反应能自发进行，由于 该反应生成的气体增多，ΔS＞0，所以升高温度利于熵增的方向自发进行，B项正 确；自发反应有向ΔG＜0方向进行的趋势，即温度、压强一定时，ΔG＝ΔH－TΔS ＜0的反应可自发进行，C项正确；水结冰的过程是熵减的放热过程，通常情况下不 能自发进行，但降温时该过程能自发进行，D项错误。
D
（1）判断反应②高温自发还是低温自发： （填“高温”或“低温”）。
高温　
（2）通过计算判断反应①在常温下能否自发进行 （填“能”或“不 能”）。
解析：（2）反应①在常温下时，ΔH－TΔS＝74.848 kJ·mol－1－80.674×10－3 kJ·mol－1·K－1×298 K≈50.807 kJ·mol－1＞0，所以该反应常温下不能自发进行。
（3）计算制取炭黑的允许温度范围 。
解析：（3）甲烷生成炭黑和H2时，ΔH－TΔS＝74.848 kJ·mol－1－80.674×10－3 kJ·mol－1 ·K－1×T＜0，得T＞927.8 K，即甲烷生成炭黑的最低温度为927.8 K。甲 烷生成乙炔时，ΔH－TΔS＝376.426 kJ·mol－1－220.211×10－3 kJ·mol－1·K－1×T＜ 0，得T＞1 709.4 K，即温度高于1 709.4 K时，甲烷生成乙炔和氢气，所以要制取炭 黑，温度应控制在927.8 K～1 709.4 K。
不能　
927.8 K～1 709.4 K　
课时作业（十三）　化学反应的方向
[对点训练]
题组一　自发过程与自发反应
A. 红墨水加到清水使整杯水变红
B. 冰在室温下融化成水
C. 水电解生成氢气和氧气
D. 铁器在潮湿的空气中生锈
解析：水电解生成氢气和氧气，是强制发生的氧化还原反应，不能自发进行，C符合 题意。
C
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A. 非自发过程在一定条件下可能变成自发过程
B. 若ΔH＞0，ΔS＜0，任何温度下都不能自发进行
C. 若ΔH＜0，ΔS＞0，任何温度下都能自发进行
D. 需要加热才能够进行的过程肯定不是自发过程
解析：非自发过程在一定条件下可能变成自发过程，如铜和稀硫酸在电解条件下可发 生，故A正确；若ΔH＞0，ΔS＜0，则ΔH－TΔS＞0任何温度下都不能自发进行， 故B正确；若ΔH＜0，ΔS＞0，则ΔH－TΔH＜0任何温度下都能自发进行，故C正 确；需要加热才能够进行的过程可能是自发过程，如碳酸钙高温分解，故D错误。
D
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题组二　熵与熵变
A. 乙烯聚合为聚乙烯
B. 硝酸铵溶于水
C. 水结冰
B
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（1）该反应能自发进行的条件是 。
A. 高温 B. 低温
C. 任意温度 D. 无法判断
C　
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（2）资源的再利用和再循环有利于人类的可持续发展。选用如下方程式，可以设计 能自发进行的多种制备方法，将反应副产物偏硼酸钠（NaBO2）再生为NaBH4。（已 知：ΔG是反应的自由能变化量，其计算方法也遵循盖斯定律，可类比ΔH计算方 法；当ΔG＜0时，反应能自发进行）
NaBO2
（要求：反应物不超过三种物质；氢原子利用率为100％）
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题组三　化学反应方向的判断
B. 恒温恒压下，ΔH＜0且ΔS＞0的反应一定能自发进行
C
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A. 会变成灰锡
B. 不会变成灰锡
C. 不能确定
D. 升高温度才会变成灰锡
A
解析：在等温、等压条件下，自发反应总是向着ΔH－TΔS＜0的方向进行，直至达 到平衡状态。在0 ℃、100 kPa条件下，ΔH－TΔS＝－2 180.9 J·mol－1－273 K× （－6.61 J·mol－1·K－1）＝－376.37 J·mol－1＜0，因此在该条件下白锡会变为灰锡。
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反应 ΔH/
（kJ·mol－1） Δn ΔS/
（J·K－1·mol－1）
117.6 1 a
177.9 1 b
注：其中Δn表示反应方程式中气体系数差。
C
A. 因为Δn相同，所以a与b大小相近
B. 高温下，均能自发进行
C. a－b＝S[MgCO3（s）]＋S[CaO（s）]－S[MgO（s）]－S[CaCO3（s）]
D. 两个反应的ΔH和ΔS都大于零
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解析：由方程式可知，两个反应中气体化学计量数差相等，则反应的熵变a和b大小 相近，故A正确；因为两个反应的ΔH、ΔS均大于零，则在高温下，均可得到ΔH－ TΔS＜0，故高温下，均能自发进行，故B正确；由方程式可知，两个反应中气体化 学计量数差相等，则反应的熵变a和b的差值a－b＝S[MgO（s）]＋S[CaCO3（s）] －S[MgCO3（s）]－S[CaO（s）]，故C错误；由表格数据可知，两个反应都是气体 体积增加的吸热反应，故两个反应的ΔH和ΔS都大于零，故D正确。
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[综合强化]
A. 自发进行的化学反应的方向，应由焓判据和熵判据的复合判据来判断
B. 知道了某过程有自发性之后，就能确定该过程是否一定会发生
C. 某些非自发的反应能通过改变条件使其成为自发反应
B
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A. 由ΔH＝－113 kJ·mol－1可知，当有2 mol NO（g）被消耗时反应放出113 kJ的热量
B. 可根据计算ΔG是否小于0，判断常温下该反应是否自发反应
C. 由于反应需要借助催化转化器，因此可推断该反应在常温下不是自发反应
D. 该反应是熵减的反应
C
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A. 反应①的ΔS＜0
B. 反应②在600 ℃时的反应速率很快
C. 温度大于1 000 ℃时，反应①能自发进行
D. 反应②的ΔH＞0
C
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解析：反应①随温度的升高，ΔG逐渐减小，则ΔS＞0，故A错误；该题可以推测自 发反应时的温度，但无法推测某温度下的反应快慢，故B错误；因ΔG＜0时，反应能 自发进行，由图可知，反应①在温度大于1 000 ℃时ΔG＜0，故此时反应①能自发进 行，故C正确；反应②随温度升高，ΔG增大，故ΔS＜0，低温时反应②能自发进 行，ΔH－TΔS＜0，故ΔH＜0，故D错误。
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解析：（1）由于CO在O2中燃烧生成CO2为放热反应，则二氧化碳分解生成CO和氧气 的反应为吸热反应，ΔH＞0，根据化学方程式可知，反应后气体的化学计量数之和 增加，ΔS＞0，故低温下ΔG＝ΔH－TΔS＞0，反应不能自发进行。
＞　
＞　
不能　
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解析：（2）ΔG＝ΔH－TΔS＜0时反应自发进行，通过化学方程式可知，ΔS＜0， 常温下反应能够自发进行，则ΔH＜0。
＜　
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①常温下，该反应 （填“能”或“不能”）自发进行。
②据本题反应数据分析，温度 （填“能”或“不能”）成为反应进行方向的决 定因素。
不能　
能　
解析：（3）①根据ΔG＝ΔH－TΔS＜0时反应自发进行，已知ΔH＞0，ΔS＞0，则 常温下不能自发进行。②该反应的ΔH＞0、ΔS＞0，高温条件下能使ΔG＝ΔH－ TΔS＜0，而常温条件下ΔG＝ΔH－TΔS＞0，则该反应中温度能成为决定反应进行 方向的因素。
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解析：（4）该反应的ΔS＞0、ΔH＞0，则高温时ΔG＝ΔH－TΔS＜0，反应能自发 进行。
（5）某吸热反应能自发进行，则该反应的ΔS （填“＞”或“＜”）0。
解析：（5）已知某吸热反应能自发进行，即ΔG＝ΔH－TΔS＜0，ΔH＞0，则ΔS ＞0。
高温　
＞　
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（1）下列说法错误的是 （填字母）。
A. 氮肥NH4NO3溶于水的过程中熵值增大
C. Pd/Cu双金属催化剂是该反应是否能自发发生的决定因素
C　
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（填“能”“不能”或“无法判断是否能”）自发进行。
无法判断是否能　
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