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    高中化学 2.4《化学反应进行的方向》课件2 新人教版选修4

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    高中化学 2.4《化学反应进行的方向》课件2 新人教版选修4

    1、第二章 化学反应速率和化学平衡,第四节 化学反应进行的方向,高山流水,冰雪融化,花开花谢,一、化学反应原理的重要组成部分 反应的快慢程度 化学反应原理 化学反应的限度 反应进行的方向,自然界中水总是从高处往低处流; 室温下冰块自动融化; 墨水扩散;气体扩散; 食盐溶解于水;,墨水滴入水中,气体的扩散,固体的溶解,化学反应的方向,1.自发过程:在一定条件下不需外力作用就能自动进行的过程. 2.非自发过程 :在一定条件下,需要外界做功才能进行的过程。 3.自发过程的特征:有明确的方向性,要逆转必须借助外界做功;具有做功的本领。,练习:判断自发与非自发(室温下) (1)打开活塞,分液漏斗中的水流进烧

    2、杯 (2)镁带燃烧 (3)氢气燃烧 (4)水分解成H2和O2过程,自发,自发,自发,非自发,如何判断一个过程,一个反应能否自发进行?,自发过程和非自发过程,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: 在一定条件下,不借助外部力量就能自动进行的过程。 自发反应: 在一定温度、压强下,不借助(光、电能等)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

    3、是从属于自发过程的,是属于自发过程的一部分。,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?,【探究】以“物体由高处自由下落”为代表,探究自发过程中有哪些变化趋势。,1。自然界中水总是从高处往地处流; 2。电流总是从电位高的地方向电位低的地方流动;,观察下列几个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 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

    4、)=2H2O(l ) H=571.6kJ/mol,共同点:H0,放热反应,高能向低能转化。,共同点:高能向低能转化。,一、反应焓变与反应方向 :,注意: (1)焓判据只能用于判断过程的方向,能否实现要看具体条件; (2)焓判据只判断一定条件化学反应能否自发进行,与化学反应速率无关。 (3)反应焓变是反应能否自发进行的一个因素,但不是唯一因素,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。,交流 研讨,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

    5、反应则不能自发进行。你同意这种观点吗?请举例说明。,举例:,吸热反应,但是,有不少吸热反应也能自发进行, 如 NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)= CH3COONH4(aq)+CO2(g)+H2O(l) H=+37.3kJ/mol 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,如在室温下吸热反应的碳酸钙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(1200K)下则能自发进行。,放热反应过程中体系能量降低,因此具有自发进行的倾向,- 焓(H)判据,由此可见:,1。运用能量判据主要依据反应焓变,而 焓变(H)的确是一个与反应能否自发进行 的因素之一,但不是

    6、决定反应能否自发进行 的唯一因素。 2。对于某些反应而言: 若 H0,正向反应不能自发进行,而逆向 反应能自发进行。,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?,克劳修斯 (德国),熵,S,3。火柴棒散落,4。墨水扩散,由有序变为无序,1。同一种物质,其气态时会通过分子的扩散自发形成均匀的混合物,2。硝酸铵溶于水要吸热,但它能自发向水中扩散,为了解释这样一类与能量状态的高低无关 的过程的自发性,提出了在自然界还存在 着另一种能够推动体系变化的因素,二、熵(S): 1.描述体系混乱度的物理量 2.符号:

    7、S 单位:Jmol-1K-1,3.大小判据: (1)物质的混乱度:体系混乱度越大,熵值越大; (2)同一条件:不同物质的熵值不同;,(3)物质的存在状态:S(g) S(l) S(s)。,69.9Jmol-1K-1,47.9Jmol-1K-1,188.7Jmol-1K-1,S(g)S(l)S(s),三种状态下水的熵,冰 水 水蒸气,标准状况下:1mol不同物质的熵S(Jmol-1K-1),4.反应熵变:反应产物的总熵与反应物总熵之差 (1)符号:S (2)表达式:S =S(生成物) S (反应物) (3)正负判断: 气体体积增大的反应,S0,熵增加反应 气体体积减小的反应,S0,熵减小反应,练习

    8、:判断下列反应熵变大小: 1、N2+3H2=2NH3 2、2C+O2=2CO 3、CaCO3=CaO+CO2,S0,S0,S0,1、冰 液态水 水蒸气 2、氯化钠晶体溶于水 3、自发进行的吸热反应: N2O5分解: 2N2O5(g) 4NO2(g)+O2(g) H=+56.7kJ/mol 碳酸铵的分解: (NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g) H=+74.9 kJ/mol,共同点:熵(S)增加,【探究】下列自发过程中熵变的特点:,注意: 。熵判据只判断一定条件化学反应能否自发进行,与化学反应速率无关; 。熵变(S)只决定于体系的始态和终态,与变化的途径无关; 。熵变只是

    9、反应能否自发进行的一种因素。 。若 0 ,正向反应能自发进行; 若0 ,正向反应不能自发进行,而逆向反应能自发进行。,三、反应熵变与反应方向: 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,-10的液态水能自动结冰成为固态 铝热反应是熵减反应,它在一定条件下也可自发进行。 有些熵减的反应一定条件下也可以自发进行 因此熵判据判断过程的方向也是不全面的,总结:自发过程的两大变化趋势: (1)能量趋于减小(焓减) (2)混乱度趋于增大(熵增),举例:,科学家们总结出了一条公式G HT S,G代 表的是自由能,用自由能来判断反应进行

    10、的方向是最全面 最科学的,当G0时,反应就可以自发进行,任何温度都自发进行,不能自发进行,较低温度时自发进行,高温时自发进行,总结:,四、焓变与熵变对反应方向的共同影响 1.判据: G HT S 2.判据与反应的自发性: 0 反应不能自发进行 3.适用判据应注意的问题: (1)判断反应的自发性要结合H和S,利用 G H-TS (2)条件是一定温度、压强下 (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

    11、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。,小结,一、化学反应进行方向的判据,1焓判据,2熵判据,二、理解熵的含义和熵的变化,1、放热的自发过程可能是熵减小的过程, 如铁生锈、氢气燃烧等;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,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

    12、等。,练习: 1.能用能量判据判断下列过程的方向的是( ) A. 水总是自发的由高处往低处流 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. 多次洗牌后,扑克牌的毫无规律的混乱排列的几率大 2.已知石墨、金刚石燃烧的热化学方程式分别为: C(石墨,s)+O2(g)=CO2 (g)H=-393.5kJ/mol C(金刚石,s)+O2 (g) =CO2 (g)H=-395.4kJ/mol 关于金刚石和石墨的相互转化,下列说法正确的是( ) A.石墨转化为金刚石是自发进行的过程 B.金刚石转化为石墨是自发进行的过程 C.石墨比金刚石能量低 D.金刚石比

    13、石墨能量低,A,BC,3.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) 4.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 5.下列反应中在高温下不能自发进行的是( ) A.CO(g)=C(s) +/2O2(g) B.2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g) C.(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g) D.MgCO3(s)=MgO(

    14、s)+CO2(g),AB,B,A,6.下列说法完全正确的是( ) A.放热反应均是自发反应 B.S为正值的反应均是自发反应 C.物质的量增加的反应,S为正值 D.如果H和S均为正值,当温度升高时,反应可能 自发进行 7.下列反应中,S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)CuSO45H2O(s),D,A,8.某反应AB(g)=C(g)+3D(g)在高温时能自发进行,其逆反应在低温下能自发进行,则该反应的H、S应为( ) A.H 0 B. H 0,S 0 D. H 0,S 0,C,


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