【高中化學(xué)】2023-2024學(xué)年人教版（2019）選擇性必修一 化學(xué)反應(yīng)的方向課件

第三節(jié)化學(xué)反應(yīng)的方向第二章化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡1791年鈦元素的發(fā)現(xiàn)到1910年金屬鈦的制備經(jīng)歷一百多年，為什么？二十一世紀(jì)金屬鈦水泵抽水推石上山冰川熔化自發(fā)過(guò)程非自發(fā)過(guò)程被拉伸后的橡皮筋鐵和硫酸銅反應(yīng)自發(fā)反應(yīng)鈉與水反應(yīng)熱成像(1)一定條件指一定的溫度、壓強(qiáng)等(2)外力作用指對(duì)體系做電功等1．在一定的條件下，不需要其他外力作用就能自動(dòng)進(jìn)行的反應(yīng)(1)酸堿中和反應(yīng)(2)鐵器暴露在潮濕空氣中生銹(3)甲烷和氧氣的混合氣體遇明火燃燒(4)鋅與CuSO4溶液放熱反應(yīng)(ΔH<0)，體系能量降低，具有自發(fā)進(jìn)行的傾向說(shuō)明自發(fā)反應(yīng)這些科學(xué)家認(rèn)為也能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)與你熟悉的自發(fā)反應(yīng)有什么不同？2H2＋O22H2O點(diǎn)燃3Fe＋2O2Fe3O4點(diǎn)燃2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3高溫2Na＋Cl22NaCl加熱C6H12O6＋6O26CO2＋6H2O酶自發(fā)反應(yīng)2H2O2H2↑＋O2↑電解6CO2＋6H2OC6H12O6＋6O2光合作用2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑電解非自發(fā)反應(yīng)在一定條件下，需要持續(xù)外力作用才能維持進(jìn)行的過(guò)程非自發(fā)反應(yīng)2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)ΔH=-571.6kJ/molZn(s)+CuSO4(aq)===ZnSO4(aq)+Cu(s)ΔH=-216.8kJ/molNaOH(aq)+HCl(aq)===NaCl(aq)+H2O(aq)

ΔH

=-57.3kJ/mol一、焓判據(jù)焓變與反應(yīng)的方向(1)體系趨向于從高能狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軤顟B(tài)即ΔH＜0(2)絕大多數(shù)的放熱反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，且放出的熱量越多，體系能量降低越多，反應(yīng)越完全化學(xué)反應(yīng)的方向NaOH(aq)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l)ΔH＜0CaO(s)＋H2O(l)===Ca(OH)2(aq)ΔH＜02．少部分吸熱反應(yīng)常溫也可以自發(fā)CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)

ΔH＞0焓變不是自發(fā)反應(yīng)的唯一依據(jù)氫氧化鋇晶體和氯化銨晶體反應(yīng)吸收熱量2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g)ΔH

=＋56.7kJ/molNH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)===CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(g)

ΔH

=

＋37.3kJ/mol1．大多數(shù)放熱反應(yīng)可自發(fā)進(jìn)行3．少部分吸熱反應(yīng)高溫下可以自發(fā)深度思考?H＜0對(duì)自發(fā)有利體系趨向于由有序轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)序，混亂度增大的過(guò)程，有利于自發(fā)進(jìn)行下課后學(xué)生的狀態(tài)如何？一盒排列整齊的火柴隨機(jī)拋下這些看似不相干的事件之間有什么聯(lián)系嗎？情境引入實(shí)驗(yàn)過(guò)程實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)結(jié)論硝酸銨溶于水，用溫度計(jì)測(cè)量溶液的溫度不需要外界的任何作用，離子擴(kuò)散自發(fā)地與水分子進(jìn)行混合溶液的溫度由原來(lái)的22℃降為19℃實(shí)驗(yàn)過(guò)程實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)結(jié)論抽掉玻璃片，觀察現(xiàn)象盛放氯氣的瓶?jī)?nèi)氣體顏色逐漸變淺，盛放氫氣的瓶?jī)?nèi)顯現(xiàn)出了淺黃綠色，最后兩瓶中的顏色相同不需要外界的任何作用，氣體通過(guò)分子的擴(kuò)散自發(fā)地混合均勻二、熵判據(jù)1．熵符號(hào)：S衡量一個(gè)體系混亂度的物理量單位：J·mol－1·K－1熵值H2OCH3OHS氣態(tài)188.7237.6167.7液態(tài)69.9126.8固態(tài)47.931.8混亂度越大，熵值越大化學(xué)反應(yīng)的方向(1)同種物質(zhì)的熵值：氣態(tài)>>

液態(tài)>固態(tài)(2)同種物態(tài)：分子數(shù)越多，熵值越大固體液體氣體二、熵判據(jù)1．熵符號(hào)：S衡量一個(gè)體系混亂度的物理量單位：J·mol－1·K－1化學(xué)反應(yīng)的方向按要求回答下列問(wèn)題(填“＞”或“＜”)：(1)溶解少量蔗糖于水中，ΔS

0

(2)乙烯聚合成聚乙烯，ΔS

0(3)CaCO3(s)加熱分解生成CaO(s)和CO2(g)，ΔS

0(4)H2O(s)→H2O(l)→H2O(g)ΔS

0(5)2N2O5(g)?4NO2(g)＋O2(g)ΔS

0＞＜＞＞＞化學(xué)反應(yīng)的方向(1)?S>0，體系混亂度增大；?S<0，體系混亂度減小2．熵變符號(hào)：?S(2)有氣體參與的反應(yīng)，熵變與氣體的物質(zhì)的量變化有關(guān)Zn(s)+H2SO4(aq)===ZnSO4(aq)+H2(g)2KClO3(s)===2KCl(aq)+3O2(g)體系混亂度增大，具有自發(fā)進(jìn)行的傾向?S＝S生成物總熵－S反應(yīng)物總熵?S>0反應(yīng)前后體系熵的變化?S>0二、熵判據(jù)1．熵化學(xué)反應(yīng)的方向下列吸熱反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)行的原因：2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g)?H

=＋56.7kJ/molNH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)===CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(g)

?H

=

＋37.3kJ/mol2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8H2O(s)===2NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l)ΔH＞0熵增反應(yīng)?S>0學(xué)以致用下列熵減反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)行的原因：2NO(g)+2CO(g)===N2(g)+2CO2(g)4Fe(OH)2(s)+O2(g)+2H2O(l)===4Fe(OH)3(s)放熱反應(yīng)?H<0nCH2＝CH2催化劑[CH2—CH2]n學(xué)以致用1．許多熵增的反應(yīng)在常溫、常壓下可以自發(fā)進(jìn)行2．有些熵增的反應(yīng)在較高溫度下可以自發(fā)進(jìn)行Ba(OH)2(aq)＋H2SO4(aq)===BaSO4(s)＋2H2O(l)

?S＜0ΔH＜0

?S＞0對(duì)自發(fā)有利(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g)ΔH＞0?S＞02NH4Cl(s)＋Ba(OH)2(s)===2NH3(g)＋BaCl2(s)＋2H2O(l)ΔH＞0?S＞0CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)ΔH＞0?S＞0C(s)＋H2O(g)?CO(g)＋H2(g)ΔH＞0?S＞03．少數(shù)熵減的反應(yīng)，在一定條件下(較低溫度)也可以自發(fā)進(jìn)行熵變不是自發(fā)反應(yīng)的唯一依據(jù)深度思考1．大多數(shù)放熱反應(yīng)可自發(fā)進(jìn)行NaOH(aq)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l)ΔH＜0CaO(s)＋H2O(l)===Ca(OH)2(aq)ΔH＜02．少部分吸熱反應(yīng)常溫也可以自發(fā)2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)ΔH＞03．少部分吸熱反應(yīng)高溫下可以自發(fā)CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)

ΔH＞02NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8H2O(s)===2NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l)ΔH＞0?S＞0?S＞0?S＞0深度思考？吉布斯自由能與化學(xué)反應(yīng)的方向?G

<0反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行?G

=0反應(yīng)處于平衡狀態(tài)?G>0反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)總是向著自由能減小的方向進(jìn)行，直到體系達(dá)到平衡?G=?H-T?ST為熱力學(xué)溫度，均為正值資料卡片?H(298K)＝+178.2kJ·mol－1?S(298K)＝+169.6J·mol－1·K－1CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)常溫常壓下正向不能自發(fā)進(jìn)行判斷下列反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行：298K，101kPa?G＝?H－T?S＝178.2kJ·mol－1－298K×（169.6×10－3）kJ·mol－1·K－1＝128kJ·mol－1

＞0學(xué)以致用T＞1051K＝178.2kJ·mol－1－T×（169.6×10－3）kJ·mol－1·K－1＜0常壓下，1051K以上高溫可以使反應(yīng)正向自發(fā)進(jìn)行若要正向自發(fā)進(jìn)行，假設(shè)?H、?S不隨溫度而變化?G＝?H－T?S＜0溫度是改變反應(yīng)方向的一種手段?H(298K)＝+178.2kJ·mol－1?S(298K)＝+169.6J·mol－1·K－1CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)判斷下列反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行：298K，101kPa學(xué)以致用2CO(g)===2C(s)+O2(g)汽車尾氣中的CO和NO是現(xiàn)代化城市中的重要大氣污染物。人們?cè)ㄙM(fèi)大量的時(shí)間和精力通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法消除CO對(duì)環(huán)境的影響，然而卻徒勞無(wú)功。你能從焓變和熵變的角度分析原因嗎？反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行ΔH

>0

ΔS

<0ΔG

=

ΔH-TΔS后來(lái)人們又提出通過(guò)如下反應(yīng)來(lái)處理尾氣的方法：2NO(g)+2CO(g)===N2(g)+2CO2(g)298K、100kPa反應(yīng)能正向自發(fā)進(jìn)行ΔG

=

ΔH-TΔSΔH

=-746.8kJ/mol>0<0學(xué)以致用判斷下面的反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行：ΔH＞0ΔS＜0該反應(yīng)在任何溫度下都不能自發(fā)進(jìn)行TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(石墨)===TiCl4(l)＋2CO(g)ΔH＝－59.2kJ·mol－1ΔS＝+141.0J·mol－1·K－1ΔH＜0ΔS＞0TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(l)＋O2(g)ΔH＝＋161.9kJ·mol－1

ΔS＝－38.4J·mol－1·K－1該反應(yīng)在任何溫度下都能自發(fā)進(jìn)行學(xué)以致用學(xué)以致用問(wèn)題：工業(yè)生產(chǎn)制備金屬鈦的時(shí)候?yàn)槭裁床捎?100K的高溫？反應(yīng)速率快?H－T?S指的是在等溫、等壓及除了體積功以外不做其他功條件下正向反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的趨勢(shì)，即反應(yīng)的可能性，并不能說(shuō)明在該條件下正反應(yīng)實(shí)際能否發(fā)生，因?yàn)榉磻?yīng)能否實(shí)際發(fā)生還涉及速率和限度的問(wèn)題。自發(fā)反應(yīng)焓判據(jù)熵判據(jù)?G

=

?H-T?S?G

<0能自發(fā)進(jìn)行?H

<0，多數(shù)焓減反應(yīng)利于反應(yīng)自發(fā)?S

>0，多數(shù)熵增反應(yīng)利于反應(yīng)自發(fā)封閉體系等溫等壓條件下課堂小結(jié)在給定條件下，無(wú)需外界幫助，一經(jīng)引發(fā)即能自動(dòng)進(jìn)行的反應(yīng)，稱為自發(fā)反應(yīng)。燃燒過(guò)程一般都是放熱反應(yīng)，能降低反應(yīng)體系的能量，有利于反應(yīng)的自發(fā)進(jìn)行；金剛石的能量高于石墨，常溫常壓下不能自發(fā)進(jìn)行，B符合題意。1．下列過(guò)程中，屬于非自發(fā)過(guò)程的是(

)A．N2和O2混合B．常溫、常壓下石墨轉(zhuǎn)化為金剛石C．H2和O2化合生成H2OD．C＋O2

===CO2B2．已知下列過(guò)程都能自發(fā)進(jìn)行，其中不能用“焓判據(jù)”解釋的是(

)A．2Na(s)＋Cl2(g)===2NaCl(s)

ΔH<0B．C3H8(g)＋5O2(g)===3CO2(g)＋4H2O(l)

ΔH<0C．2NH4Cl(s)＋Ca(OH)2(s)===2NH3(g)＋CaCl2(s)＋2H2O(l)

ΔH>0D．2Mg(s)＋O2(g)===2MgO(s)

ΔH<0C焓判據(jù)是指ΔH<0的反應(yīng)有利于自發(fā)進(jìn)行，C項(xiàng)反應(yīng)的ΔH>0，按焓判據(jù)判斷可知反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。3．下列變化過(guò)程中，ΔS＜0的是()A．氯化鈉溶于水中B．CaCO3（s）分解為CaO（s）和CO2（g）C．干冰的升華D．NH3（g）和HCl（g）反應(yīng)生成NH4ClD氯化鈉溶于水，混亂度增大，ΔS＞0，A錯(cuò)誤；CaCO3（s）分解為CaO（s）和CO2（g），反應(yīng)生成氣體，反應(yīng)后熵增大，ΔS＞0，B錯(cuò)誤；干冰的升華，物質(zhì)從固體變?yōu)闅怏w，混亂度增大，ΔS＞0，C錯(cuò)誤；氨氣與氯化氫合成氯化銨，氣體體積減小，ΔS＜0，D正確。4．判斷下列反應(yīng)中在所有溫度下都不自發(fā)進(jìn)行的是()A．2O3（g）===3O2（g）ΔH＜0B．2CO（g）===2C（s）+O2（g）ΔH＞