第二章第三节 化学反应进行的方向课件

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人教版 高中化学 必修一 第二章 化学反应速率和化学平衡第三节 化学反应的方向1、初步了解焓变、熵变与化学反应进行的方向的关系。（重点）2、应用焓变和熵变解释日常生产生活中的现象。 高山流水、熟透的苹果落地，其势能减少，状态趋向于稳定，能量趋向于最低，扑克、玩具散落时，“乱七八糟”，混乱度趋向于最大。化学反应也有如此现象，也有内能降低（焓判据），混乱度增大（熵判据）的趋势。【思考】什么是焓判据？什么是熵判据？它们有何应用呢？高山流水苹果落地1、自然界中水总是从高处往低处流；2、墨水扩散，食盐溶解于水；生活中的自发过程3、生活中，一般在室温下，冰块会融化；铁器暴露在潮湿的空气中会生锈；甲烷和氧气的混合气体遇明火就燃烧，这些过程都是自发的，其逆过程就是非自发的。在一定条件下不需外力作用就能自动进行的过程。1、自发过程:一、自发过程与自发反应特点：① 体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或者放释热量)。② 在密闭条件下，体系有从有序自发转变为无序的倾向。实例： 自然界中的自发过程 ① 自然界中的水由高处往低处流，而不会自动从低处往高处流。 ② 物理学中研究的电流总是从电位高的地方向电位低的地方流动。 ③ 日常生活中，气温升高，冰雪自动融化。2、自发反应 在给定的一组条件下，可以自发地进行到显著程度的反应。3、非自发过程要想发生，则必须对它做功，如利用水泵可以将水从低处引向高处，通电可以将水分解为氢气和氧气。 体系总是趋向于从高能状态转变为低能状态(这时体系往往会对外做功或释放热量)。这一经验规律就是焓判断依据，即焓变是决定一个反应能否自发进行的因素之一。二、化学反应方向的判据 1、焓判据1、多数能自发进行的化学反应是放热反应 例如：在常温、常压下，氢氧化亚铁被氧化为氢氧化铁的反应是自发的，反应放热：4Fe(OH)2(s) ＋ 2H2O(l) ＋ O2(g) === 4Fe(OH)3(s)　 ΔH(298K)＝－444.3 kJ·mol－12、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(298K)＝＋37.30 kJ·mol－13、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：在室温下和较高温度下均为吸热过程的CaCO3的分解反应。 CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)　 ΔH(298K)＝＋178.2 kJ·mol－1 　 ΔH(1200K)＝＋176.5 kJ·mol－11 、下列说法正确的是 ( 　　) 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．自发反应一定是放热反应，非自发反应一定是吸热反应 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C练一练2、下列过程是非自发的是 (　 　) A．水由高处向低处流　　　 B．煤炭的燃烧 C．铁在潮湿空气中生锈 D．室温下水结成冰D2、熵判据(1) 熵 熵是衡量体系混乱度大小的物理量，即表示体系的不规则或无序状态程度的物理量。混乱度越大，体系越无序，体系的熵值就越大。熵的符号为S，常用单位：J·mol－1·K－1。 有序排列的火柴变为无序的排列。(2) 物质熵大小规律 ① 物质的存在状态：对于同一种物质，等物质的量的该物质其熵值(混乱度)大小与物质的存在状态有关，气态时熵值最大，固态时熵值最小，而液态时介于二者之间，即S(g)>S(l)> S(s)。② 与物质的量的关系：物质的量越大，分子数越多，熵值越大。③ 不同物质熵值间的关系：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，其混乱度就越大，熵值也越大。① 熵变 化学反应的熵变是产物的总熵值与反应物的总熵值之差。符号：ΔS；表达式：ΔS＝S(产物)－S(反应物)。(3) 熵变② 熵变大小规律 对于有气体参与的化学反应(气体参与反应时气体既可以是反应物也可以是产物)，气态物质的物质的量增大的化学反应，其熵变通常是正值，是熵增大的反应；反之，气态物质的物质的量减小的化学反应，其熵变通常是负值，是熵减小的反应。所以离子反应的条件之一是有气体产生，即为熵值增大的反应。③ 熵判据 在与外界隔离的体系中，自发过程的体系趋向于由有序转变为无序，导致体系的熵增大，这一经验规律叫做熵增原理。在用来判断过程的方向时，就称为熵判据。④ 反应的熵变与反应方向的关系a．许多熵增加的反应在常温、常压下可以自发地进行。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：2H2O2(aq)== 2H2O(l) ＋ O2(g) ΔS＝467.4 J·mol－1·K－1NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)===CO2(g) + H2O(l) ＋CH3COONH4(aq) ΔS＝184.05 J·mol－1·K－1b. 有些熵增加的反应在常温、常压下不能自发进行，但在较高温度下可以自发进行。例：CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ΔS＝169.6 J·mol－1·K－1C(s，石墨)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) ΔS＝133.8 J·mol－1·K－1c. 铝热反应是熵减小的反应，它在一定条件下也可以自发进行。例： 2Al(s)＋Fe2O3(s)===Al2O3(s)＋2Fe(s) ΔS＝－39.35 J·mol－1·K－1 1、下列说法不正确的是 (　 　) A．焓变是一个反应能否自发进行相关的因素，多数放热反应能自发进行 B．在同一条件下不同物质有不同的熵值，其体系的混乱程度越大，熵值越大 C．自发进行的反应一定能迅速进行 D．一个反应能否自发进行，与焓变和熵变的共同影响有关D练一练2、碳酸铵[(NH4)2CO3]在室温下就能自发地分解产生氨气，对其说法正确的是 ( 　　) A．碳酸铵分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增大 B．碳酸铵分解是因为外界给予了能量 C．碳酸铵分解是吸热反应，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A3、复合判据 由焓判据知放热过程常常是容易进行的；由熵判据知熵增的过程是自发的。很多情况下，用不同的判据判断同一个反应，可能会出现相反的判断结果，所以我们应两个判据兼顾。复合判据公式为：ΔG＝ΔH－TΔSΔH－TΔS<0时反应能自发进行。ΔH－TΔS>0时反应不能自发进行。4、焓变与熵变对反应方向的共同影响(1)焓变和熵变的复合判据判断反应的方向。体系的自由能变化(符号为ΔG，单位为kJ·mol－1)综合考虑了焓变和熵变对体系的影响，可用于化学反应自发进行的方向的判断，ΔG＝ΔH－TΔS。① 当ΔH<0，ΔS>0时，ΔG<0，反应自发进行。② 当ΔH>0，ΔS<0时，ΔG>0，反应不能自发进行③ 当ΔH>0，ΔS>0或ΔH<0，ΔS<0时，反应是否自发进行与温度有关，在一定温度下可使ΔG＝0，即反应达平衡状态。(2) 用复合判据判断反应方向的有关规律。①放热的熵增加反应一定能自发进行，放热的熵减小反应或熵无明显变化的反应，也可能自发进行，如氢气燃烧、甲烷燃烧等。②吸热的熵减小反应一定不能自发进行，而吸热的自发过程一定是熵增加的过程，如：冰的融化。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。④ 当焓变和熵变的作用相反时，如果二者大小相差悬殊，可能某一因素占主导地位。⑤ 此外，如果焓变和熵变的作用相反且相差不大时，温度有可能对反应的方向起决定性作用。3、灰锡结构松散，不能用于制造器皿，而白锡结构坚固，可以制造器皿。现把白锡制成的器皿放在0℃、100 kPa的室内存放，它会不会变成灰锡而不能再继续使用 (　 　)(已知在0℃、100 kPa条件下白锡转化为灰锡的反应焓变和熵变分别为ΔH＝－2180.9 J·mol－1，ΔS＝－6.61 J·mol－1·K－1，当ΔH－TΔS<0时能自发反应)A．会变　　　　　　　　 B．不会变C．不能确定 D．升高温度才会变 A练一练4、某反应A＋B===C＋D在低温下能自发进行，在高温下不能自发进行，对该反应过程ΔH、ΔS的判断正确的是 (　 　)A．ΔH<0，ΔS>0 B．ΔH>0，ΔS>0C．ΔH<0，ΔS<0 D．ΔH>0，ΔS<0C化学反应进行的方向三、复合判据 放热过程（∆H﹤0）常常是容易自发进行的。 熵增过程（∆S﹥0）常常是容易发进行的。∆G = ∆H - T∆S一、能量判据二、熵判据1、知道了某反应有自发性之后，则 (　 　) A．可判断出反应的方向 B．可确定反应是否一定会发生 C．可预测反应速率的大小 D．可判断反应的热效应A2、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)是熵增加的反应C3、下列自发反应可用焓判据来解释的是 (　 　)A．2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g) ΔH＝＋56.7 kJ/molB．NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)===CO2(g)＋H2O(l) ＋CH3COONH4(aq) 　 ΔH＝＋37.3 kJ/molC．3NO2(g)＋H2O(l)===2HNO3(aq)＋NO(g) ΔH＝－138 kJ/molD．CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ΔH＝＋178.2 kJ/molC