人教版选修四高中化学第二章第四节-化学反应进行的方向（共23张PPT）

(共23张PPT)
第四节
化学反应进行的方向
第二章
化学反应速率和化学平衡
化学反应进行的快慢
化学反应的限度
化学反应进行的方向
——化学反应速率
——化学平衡
——
?
生活中的自发过程
(1)自然界中水由高处往低处流，而不会自动从低处往高处流；
(2)
铁器暴露在潮湿空气中会生锈。
化学反应中的自发过程
(1)甲烷燃烧：
CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)
△H=－802.3
kJ/mol
(2)铁生锈：
3Fe(s)+3/2O2(g)=Fe2O3(s)
△H=
－
824
kJ/mol
(3)氢气和氧气反应：
2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)
△H=－571.6
kJ/mol
共同点——
?
E反
>E生,
△H<0
放热反应
一、自发过程与自发反应
1、自发过程：在一定条件下不需要外力作用就可以自动进行的自发过程。
☆共同特点：体系趋向于从高能状态转变为低能状态。
2、自发反应：在给定的一组条件下，一个反应可以自发地进行到显著程度，就称为自发反应。
☆特征：具有方向性，即反应在某个方向在一定条件下是自发的，其逆方向的反应在该条件下肯定不自发。
1.焓判据：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)，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。
二、焓判据
放热反应使
体系能量降
低，能量越低越稳
定，
△H
<
O有利
于反应自发进行。
(1)多数能自发进行的化学反应是放热反应。
例如：4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)
＝4Fe(OH)3(s)
ΔH(298
K)＝－444.3
kJ/mol
(2)有不少吸热反应也能自发进行。
例如：NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)
＝CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l)
ΔH(298
K)＝＋37.30
kJ/mol
(3)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。
例如：CaCO3(s)
＝CaO(s)＋CO2(g)
ΔH(298
K)＝＋178.2
kJ/mol
2.焓判据的应用
反应能量判据不能作为决定反应能否自发进行的惟一因素。
练习1
已知金刚石和石墨在氧气中完全燃烧的热化学方程式为：
①
C(金刚石、s)+O2(g)
＝CO2(g)
△H1＝－395.41kJ/mol
②
C(石墨、s)+O2(g)
＝
CO2(g)
△H2＝－393.51kJ/mol
关于金刚石与石墨的转化，下列说法正确的是（
）
A.金刚石转化成石墨是自发进行的过程
B.石墨转化成金刚石是自发进行的过程
C.石墨比金刚石能量低
D.金刚石比石墨能量低
AC
有些过程也是自发的，当中有的与物质的能量高低无关，有的虽与能量高低有关，但用焓判据却无法解释清楚，例如：
两种不同气体的混合可顺利自发进行，无须借助外力。
N2O5分解：
2N2O5(g)
＝4NO2(g)+O2(g)；
△H=+56.7kJ/mol
碳铵的分解：(NH4
)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g);
△H=+74.9
kJ/mol
自发进行的吸热反应
三、熵、熵增原理、熵判据
1.熵：在密闭条件下，体系有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（S，单位:
J·mol-1·K-1）。
2.熵增原理：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(△S>0)
。
体系混乱度有增加的倾向
3.熵判据：用熵变(△S)来判断化学反应方向时就称为熵判据。
熵值最大
熵值最小
【结论】同一物质的熵值：气态＞液态＞固态
4.物质熵大小规律
(1)同一种物质的熵值
(3)不同物质熵值间的关系：
(2)熵值与物质的量的关系：
物质的量越大，分子数越多，熵值越大。
例如：2N2O5(g)＝4NO2(g)＋O2(g)
ΔS＞0
物质的组成越复杂其熵值越大，一般组成物质的原子种类相同时，一个分子中的原子数目越多，其混乱程度就越大，熵值也越大。
例如：S(甲烷)
S(甲醇)
S(甲酸)
S(甲醇)
S(乙醇)
S(丙醇)
<
<
<
<
(1)许多熵增加的反应在常温、常压下可以自发进行。产生气体的反应，气体物质的物质的量增大的反应，熵变通常都是正值，为熵增加反应。
例如：C(石墨，s)＋H2O(g)
＝
CO(g)＋H2(g)
(2)吸热的自发过程应为熵增加的过程
如冰的融化、硝酸铵溶于水等。
(3)无热效应的自发过程是熵增加的过程
如两种理想气体的混合等。
(4)放热的自发过程可能是熵减小的过程
。如铁生锈、氢气燃烧、铝热反应等；也可能是熵无明显变化或增加的过程。如金刚石和石墨的互变熵不变；活泼金属与酸的置换反应熵增等……
5.熵判据的应用
事实证明，熵变是与反应能否自发进行有关的又一个因素，但也不能作为唯一判据。
练习2
碳铵[(NH4)2CO3]在室温下就能自发地分解产生氨气，对其说法中正确的是
A、碳铵分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增大。
B、碳铵分解是因为外界给予了能量
C、碳铵分解是吸热反应，根据焓判据不能自发分解
D、碳酸盐都不稳定，都能自发分解。
AC
练习3
下列反应中，在高温下不能自发进行的是
D.
CO(g)＝C(s)＋1/2O2
(g)
B.
2N2O5(g)＝4NO2(g)＋O2(g)
A.
(NH4
)2CO3(s)＝NH4HCO3(s)+NH3(g)
C.
MgCO3(s)＝MgO(s)＋CO2(g)
D
熵减
熵增
熵增
熵增
五、复合判据
吉布斯自由能变
?G=
?H-T?S(?Ｇ<0反应可以自发进行)
低温时＞０,高温时＜０
＜０
＞０
低温时＜０,高温时＞０
自发进行
不自发进行
低温不自发,高温自发
低温自发,高温不自发
?H
?S
?G
反应在该状况下能否自发进行
＜０
＞０
＞０
＜０
＞０
＞０
＜０
＜０
1.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。
例如：金刚石有向石墨转化的倾向，但是能否发生，什么时候发生，多快才能完成，就不是能量判据和熵判据能解决的问题了。
注意
2.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：石墨经高温高压还是可以变为金刚石的。
练习4
知道了某过程有自发性之后，则
可判断出过程的方向
可确定过程是否一定会发生
可预测过程发生完成的快慢
可判断过程的热效应
小结
化学反应进行方向的判据
1.焓判据：
2.熵判据：
3.复合判据：
能量降低的方向,就是反应容易进行的方向(?H<0)
熵增的方向,就是反应容易进行的方向(?S>0)
吉布斯自由能减小的方向，就是反应容易进行的方向(?G<0)
1.下列说法正确的是(　　)
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
2.下列说法中正确的是(　　)
A．凡是放热反应都是自发的，凡是吸热反应都是非自发的
B．自发反应一定是熵增大的反应，非自发反应一定是熵减小或不变的反应
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
课堂训练
会发生
A
C
3.下列对熵的理解不正确的是(　　)
A．同种物
质气态时熵值最大，固态时熵值最小
B．体系越有序，熵值越小；越混乱，熵值越大
C．与外界隔离的体系，自发过程将导致体系的熵减小
D．25℃、1.01×105
Pa时，2N2O5(g)=4NO2(g)＋O2(g)是熵增的反应
4.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是放热反应
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．由能量判据和熵判据组合而成的复合判据，将更适合于所有的过程
D．同一物质的固、液、气三种状态的熵值相同
C
C
5.某反应：A=B+C在室温下不能自发进行，在高温下能自发进行，对该反应过程ΔH、ΔS的判断正确的是(　　)　　　　　　　　　　　　　　　　　
A．ΔH＜0、ΔS＜0
B．ΔH＞0、ΔS＜0
C．ΔH＜0、ΔS＞0
D．ΔH＞0、ΔS＞0
6.对于化学反应方向的确定，下列说法中正确的是(　　)
A．温度、压力一定时，放热的熵减小的反应一定能自发进行
B．温度、压力一定时，焓因素和熵因素共同决定一个化学反应的方向
C．反应焓变是决定反应能否进行的惟一因素
D．固体的溶解过程与熵变无关
D
B
7.闪电时空气中的N2和O2发生反应：N2(g)＋O2(g)
＝
?
?2NO(g)
ΔH＝＋180.50
kJ/mol，ΔS＝247.7
J/(mol·K)，若不考虑温度对该反应焓变的影响，则下列说法中正确的是(　　)
A．在1
000℃时，此反应能自发进行
B．在1
000℃时，此反应不能自发进行
C．该反应能自发进行的最低温度约为730℃
D．该反应能自发进行的最高温度约为730
K
解析　若反应能自发进行，须满足ΔH－TΔS＜0，即
180．50
kJ/mol－T×247.7
J/(mol·K)×10－3
kJ/J＜0，解之可得T＞728.7
K，即当温度高于728.7
K时该反应能自发进行。
A