鲁科版高中化学选择性必修1第2章化学反应的方向、限度与速率2.1化学反应的方向课件（16张）

(共16张PPT)
第2章 化学反应的方向、限度与速率
第1节 化学反应的方向
1.通过对日常生活中自发进行的过程的认知，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。
2．认识焓判据和熵判据的局限性，会用ΔH－TΔS判断反应正向自发进行的趋势。
学习目标
知识体系
冰雪融化
高山流水
自发过程和非自发过程
自发过程：
(1)自然界中水总是从高处往低处流；(2)电流总是从电位高的地方向电位低的地方流动；(3)室温下冰块自动融化；(4)墨水扩散；(5)食盐溶解于水。
自发反应：
镁条燃烧：Mg(s)+O2(g)=MgO(s) 酸碱中和：H++OH- =H2O
铁器暴露在潮湿空气中会生锈： 3Fe(s)+3/2O2(g)=Fe2O3(s)
甲烷和氧气的混合气体遇明火就燃烧： CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)
自发过程
在温度和压强一定条件下，不借助光、电等外部力量就能自动进行的过程。
自发反应：
在一定温度和压强下，不借助光、电等外部力量即能进行，或具有发生的可能性的反应称为自发反应。
自发反应是从属于自发过程的，是属于自发过程的一部分。
演示实验：墨水的扩散、高锰酸钾的溶解
那么我们该如何判断一个过程，一个反应能否自发进行呢？一个过程或者一个反应要自发的进行是否要符合什么条件呢？
自发过程：
(1)自然界中水总是从高处往低处流；(2)电流总是从电位高的地方向电位低的地方流动；(3)室温下冰块自动融化；(4)墨水扩散；(5)食盐溶解于水。
共同点：高能向低能转化
观察下列自发进行的化学反应，找出它们的共同之处
(1)钠与水反应： 2Na(s)+2H2O(l)=2NaOH(aq)+H2(g) △H=－368 kJ mol-1
(2)铁生锈： 3Fe (s)+3/2O2 (g)=Fe2O3 (s) △H=－824 kJ mol-1
(3)氢气和氧气反应： 2H2(g)+O2(g)=2H2O(l ) △H=－571.6 kJ mol-1
共同点：△H<0，放热反应，高能向低能转化
19世纪,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,而吸热反应则不能自发进行。你同意这种观点吗？请举例说明。
1.多数能自发进行的化学反应是放热反应
2.有不少吸热反应也能自发进行
CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) △H=+178.2kJ·mol-1
4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)= 4Fe(OH)3(s) △H=-444.3kJ·mol-1
NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)=CH3COONH4(aq) +CO2(g)+H2O(l)
△H= +37.30kJ·mol-1
3.还有一些吸热反应在室温条件下不能自发进行，但在较高温度下则能自发进行
一、反应焓变与反应方向
反应焓变判断是反应能否自发进行的一个因素，但不是唯一因素 。不能仅用反应焓变来判断反应能否自发进行。
几个常见的现象
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？
二、反应熵变与反应方向
1、描述体系无序程度的物理量——熵（S）
熵值越大，体系无序程度越大。
许多上增加的反应在常温常压下都是自发进行的；有些熵减小的反应在一定条件下也能自发进行；不能仅用熵变来判断反应能否自发进行。
(3) ①气体体积增大的反应，△S>0,熵增加反应
②气体体积减小的反应，△S<0,熵减小反应
2、反应熵变(△S)：反应产物的总熵与反应物总熵之差
(1)符号：△S ；单位：J mol-1 K-1
(2)对于确定的化学反应在一定条件下有确定的熵变
3、事实证明，熵增加（△S＞0）有利于反应的自发进行
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。同一物质的不同存在状态：S(g) > S(l) > S(s)。
1.下列过程属于熵增加的是（ ）
A.固体的溶解过程
B.气体扩散过程
C.水蒸气变为液态水
D.CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)
AB
2.下列说法中，正确的是（ ）
A.自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是熵减小或不变
B.自发反应在恰当条件下才能实现
C.自发反应在任何条件下均能实现
D. 同一物质的固、液、气三种状态的熵值相同
B
3.适用判据应注意的问题：
三、用焓变和熵变综合判断反应方向
△G＝△H-T△S
1.研究表明等温等压及除了体积功外不做其他功的条件下，自发反应总是向△H-T△S＜0 的方向进行，直至达到平衡状态。
2.判据与反应的自发性：
< 0 反应自发进行
= 0 反应达平衡状态
> 0 反应不能自发进行
（3）反应具有自发性，只能说明这个反应有进行的趋势，但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。
（1）判断反应的自发性要同时考虑△H、△S、和温度，利用△H-T△S进行判断；
（2）给定条件不能自发地反应，通过改变条件使反应能够正向自发进行；
2KClO3(s)= 2KCl(s)+3O2(g)
△H=-78.3kJ mol-1 △S=+494.4 J mol-1 K-1
CO(g)=C(s,石墨)+1/2O2(g)
△H=+110.5kJ mol-1 △S=-89.4 J mol-1 K-1
4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2 (g)= 4Fe(OH)3(s)
△H=-444.3kJ mol-1 △S=-280.1 J mol-1 K-1
NH4HCO3 (s)+CH3COOH(aq)=CO2 (g)
+CH3COONH4(aq)+H2O(l)
△H=+37.30kJ mol-1 △S=+184.0 J mol-1 K-1
放热反应的焓变小于零，熵增加反应的熵变大于零，都对△H-T△S＜0有所贡献，因此放热反应和熵增加有利于反应自发进行。
△H＜0、△S＞0
一定能自发反应
△H＞0、△S＜0
一定不能自发反应
△H＜0、△S＜0
低温下能自发反应
△H＞0、△S＞0
高温下能自发反应
3.下列说法完全正确的是 ( )
A. 放热反应均是自发反应
B. ΔS为正值的反应均是自发反应
C. 物质的量增加的反应，ΔS为正值
D. 如果ΔH和ΔS均为正值，当温度升高时，反应可能自发进行
D
4.下列反应中，ΔS最大的是 ( )
A. CaCO3(s)＝CaO(s)+CO2(g)
B. 2SO2(g)+O2(g)＝2SO3(g)
C. N2(g)+3H2(g)＝2NH3(g)
D. CuSO4(s)+5H2O(l)＝CuSO4 5H2O(s)
A
5.节能减排是指节约物质资源和能量资源，减少废弃物和环境有害物(包括三废和噪声等)排放。
(1)实现 “节能减排” 和“低碳经济”的一项重要课题就是如何将CO2转化为可利用的资源。目前工业上有一种方法是用CO2来生产燃料甲醇。一定条件下发生反应：
CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)，如图表示该反应过程中能量(单位为kJ·mol-1)的变化，关于该反
应的下列说法中，正确的是_____(填字母)。
A.ΔH＞0，ΔS＞0 B.ΔH＞0，ΔS＜0
C.ΔH＜0，ΔS＜0 D.ΔH＜0，ΔS＞0
C
(2)将煤加工成水煤气可降低污染并能提高燃料的利用率。将水蒸气通过红热的炭即产生水煤气，化学方程式为C(s)+H2O(g)==H2(g)+CO(g) ΔH=+131.3 kJ·mol－1，ΔS=+133.7 J·mol-1·K-1
该反应在常温下能否自发进行？_______(填“能”或“不能”)。
根据ΔH－TΔS=+131.3 kJ·mol-1-298 K×0.133 7 kJ·mol-1·K-1 ≈91.46 kJ·mol-1>0,
不能
所以常温下不能自发进行。
6、（ 课本第50页）本节课开始提出用于净化汽车尾气的反应：
2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)，该反应在 298K、101KP下，
△H=—746.8KJ·mol-1，△S=—197.5J mol-1 K-1，
⑴试计算该反应室温是否有自发进行的趋势。
⑵如果假定该反应的ΔH 随温度的变化忽略不计，那么该反应能够自发进行的最高温度是多少？(反应温度应低于多少？)
⑶试想现在这一方案未能大面积实施的原因是什么？
(3)未找到合适的催化剂，反应速率太慢，难以实施
(1)室温下该反应的ΔH－TΔS=-687.9 kJ·mol-1＜0，反应能自发进行。
(2) 要使反应自发进行，ΔH-TΔS<0。