《2.3 第三節(jié) 化學(xué)反應(yīng)的方向》參考課件

第四節(jié)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向1.了解自發(fā)反應(yīng)的焓判據(jù)。2.了解混亂度熵的概念及熵增原理。3.根據(jù)反應(yīng)的焓變和熵變兩個(gè)判據(jù)，判斷反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的可能性。4.了解根據(jù)吉布斯自由能變判定化學(xué)反應(yīng)的方向。學(xué)習(xí)目標(biāo)：科學(xué)判據(jù)：理論指引，少走彎路汽車尾氣帶來嚴(yán)重的環(huán)境問題。為減少污染，人們創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)新反應(yīng)：2NO+2CO=N2+2CO2一個(gè)化學(xué)反應(yīng)在給定的條件下（通常指溫度和壓強(qiáng)）能否自發(fā)進(jìn)行？以及在什么條件下有可能按照我們預(yù)期的方向發(fā)生？這個(gè)“判據(jù)”是什么呢？化學(xué)反應(yīng)的方向預(yù)期方向飛流直下：不借助外力自發(fā)過程與非自發(fā)過程過程1:水的流動(dòng)高處抽水上山：借助水泵，持續(xù)消耗電能低處自發(fā)非自發(fā)過程2:熱量傳遞高溫物體低溫物體自發(fā)非自發(fā)100°C的沸水<100°C的溫水沸水可以自發(fā)變涼，但是這杯涼水是不可能自發(fā)變成沸水的。自發(fā)過程與非自發(fā)過程一段時(shí)間后熱量傳遞給周圍空氣=室溫的涼水最終自發(fā)非自發(fā)過程3:氫氣燃燒水的電解2H2+O2=2H2O①在一定條件下，如果一個(gè)過程是自發(fā)的，那么它的逆過程通常是非自發(fā)的氫氣的燃燒自發(fā)過程與非自發(fā)過程處于高水位的水有向低處流動(dòng)的趨勢(shì)，但是現(xiàn)在被大壩攔截，此過程并沒有實(shí)際發(fā)生，但是有發(fā)生的趨勢(shì)。水從高處到低處可以用來發(fā)電氫氣燃燒可以設(shè)計(jì)成原電池②自發(fā)過程可以對(duì)外界做功③“自發(fā)”只是有發(fā)生的趨勢(shì)，并不代表實(shí)際發(fā)生，更不能確定發(fā)生的速率?！胺亲园l(fā)”也不代表不能發(fā)生。自發(fā)過程與非自發(fā)過程④“自發(fā)”是一定條件下的自發(fā)，條件變了，可能由原來的“自發(fā)”變成“非自發(fā)”自發(fā)非自發(fā)過程4:鋼鐵生銹鋼鐵生銹也是自發(fā)反應(yīng)，但是速率很慢。過程6:春天冰融水自發(fā)過程5:冬天水結(jié)冰自發(fā)自發(fā)過程與非自發(fā)過程自然界中水總是從高處往低處流；正電荷是從電勢(shì)高的地方向電勢(shì)低的地方流動(dòng)；室溫下冰塊自動(dòng)融化；墨水?dāng)U散；食鹽溶解于水；火柴棍散落等。思與題問考體系趨向于從高能態(tài)到低能態(tài)體系趨向于從“有序”到“無序”自發(fā)過程的特點(diǎn)有哪些？下列反應(yīng)在一定條件下都能自發(fā)進(jìn)行，你知道這些反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行的主要原因嗎？交考思流H2(g)+

O2(g)＝H2O(l)

△H＝-286KJ/mol12NaOH(aq)+HCl(aq)＝NaCl(aq)+H2O(l)△H＝-57.3KJ/molZn(s)+CuSO4(aq)

＝

ZnSO4(aq)+Cu

(s)△H＝-216.8KJ/mol

H2(g)+Cl2(g)＝

HCl(g)△H＝-92KJ/mol12

Na(s)+H2O(l)

＝

NaOH(aq)+H2(g)△H＝-184KJ/mol12反應(yīng)物的總能量高生成物的總能量低放熱反應(yīng)△H＜0共同特點(diǎn)：△H<O即放熱反應(yīng)。結(jié)論：放熱反應(yīng)體系能量降低，具有自發(fā)傾向。能量降低在一定

下，不借助

就能自動(dòng)進(jìn)行的過程。條件

自發(fā)過程體系趨向于從

能狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

能態(tài)，這時(shí)體系對(duì)外部

或釋放

。一、焓判據(jù)1.自發(fā)過程：在一定

下不需外界幫助就能

進(jìn)行的反應(yīng)。2.自發(fā)反應(yīng)：低能態(tài)高能態(tài)3.焓判據(jù)：

反應(yīng)體系能量降低，具有自發(fā)進(jìn)行的傾向,易發(fā)生。外力高低做功能量條件自動(dòng)放熱結(jié)論：2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8H2O(s)=NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l)

(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g)△H＝+74.9KJ/mol1.有些吸熱反應(yīng)也是自發(fā)進(jìn)行的；2.焓變只是反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的一個(gè)因素,但不是惟一因素。只根據(jù)焓變來判斷反應(yīng)方向是不全面的；3.以上自發(fā)反應(yīng)是增體反應(yīng)或生成氣體（相當(dāng)于增體），實(shí)質(zhì)是混亂度增加。思與察觀考△H>0如下反應(yīng)都是常溫常壓下的自發(fā)反應(yīng)，你得出什么結(jié)論？2N2O5(g)=4NO2(g)+O2

(g)

△H＝+56.7KJ/mol25思考與交流分析以下現(xiàn)象，總結(jié)出它們也能自發(fā)進(jìn)行的原因。1.放在同一個(gè)密閉容器中的不同氣態(tài)物質(zhì)（包括液體物質(zhì)或能夠揮發(fā)的固態(tài)物質(zhì)的蒸氣），不需要外界任何作有用，氣態(tài)物質(zhì)會(huì)通過分子的擴(kuò)散自發(fā)地形成均勻混合物。2.相互接觸的固體物質(zhì)體系，經(jīng)過長(zhǎng)期放置后，人們能夠找到通過擴(kuò)散而進(jìn)入到另一物質(zhì)中的原子或分子，所以作為純物質(zhì)難以保存。3.把硝酸銨溶于水雖然吸熱，它卻能夠自發(fā)地向水中擴(kuò)散。在密閉條件下，體系有從有序自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序的傾向，即混亂度增加有自發(fā)傾向。結(jié)論：有序混亂討與流交論有序排列的火柴散落成為無序排列，有趨向于最大混亂度的傾向自發(fā)進(jìn)行二、熵判據(jù)1.熵：符號(hào)S，表示混亂度（無序度）的物理量。3.熵變：熵的變化，用△S表示。4.熵增原理：在密閉體系中，熵增體系（△S>0）有自發(fā)傾向。注意：

有的熵減反應(yīng)也是自發(fā)的，如-10℃的液態(tài)水就會(huì)自動(dòng)結(jié)冰（熵減），但它是放熱的。所以只根據(jù)熵變判斷反應(yīng)進(jìn)行方向跟只用焓判據(jù)一樣都是不全面的。2.規(guī)律：同一物質(zhì)的熵S(g)>S(l)>S(s)。如水蒸氣>水>冰

Zn(s)+H2SO4(aq)=ZnSO4(aq)+H2(g)

2KClO3(s)=2KCl(s)+3O2(g)如：

2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)

4Fe(OH)2(s)+O2(g)+2H2O(l)=4Fe(OH)3(s)縮體熵減，但自發(fā)進(jìn)行再如：增體熵增，自發(fā)進(jìn)行

5.熵增原理的條件：不能只根據(jù)熵增或熵減來判斷化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向。事實(shí)上，只有與環(huán)境沒有物質(zhì)交換的孤立體系或與環(huán)境既沒有物質(zhì)交換也沒有熱量交換的絕熱體系，自發(fā)過程才向著熵增的方向進(jìn)行。我們生活中遇到的熵增過程墨水滴入水中氣體的擴(kuò)散固體的溶解熵增過程學(xué)與問1.離子反應(yīng)在溶液中進(jìn)行，生成氣體則熵增加(△S>0)，有自發(fā)進(jìn)行的傾向，所以易于發(fā)生。2.一般的增體反應(yīng)（包括反應(yīng)物中無氣，生成氣體）,因熵增加(△S>0)，有自發(fā)進(jìn)行的傾向，所以易于發(fā)生。2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8H2O(s)=NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l)

△H>0

2N2O5(g)=4NO2(g)+O2

(g)△H＝+56.7KJ/mol25(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g)△H＝+74.9KJ/mol如：以上三個(gè)反應(yīng)，都是增體反應(yīng)的熵增(△S>0)反應(yīng)，所以易于自發(fā)進(jìn)行。(1)焓判據(jù)：放熱反應(yīng)(△H

<0)一般易自發(fā)進(jìn)行。(2)熵判據(jù)：熵增反應(yīng)(增體反應(yīng)，△G>0)一般易自發(fā)進(jìn)行。(3)很多情況下，簡(jiǎn)單地只用其中一個(gè)判據(jù)判斷同一個(gè)反應(yīng)，可能會(huì)出現(xiàn)相反的判斷結(jié)果，所以應(yīng)兩個(gè)判據(jù)兼顧。由焓判據(jù)和熵判據(jù)組合成的復(fù)合判據(jù)(吉布斯自由能變△G)將更適合于所有的過程。反應(yīng)能否自發(fā)還與溫度有關(guān)

要正確判斷一個(gè)化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行，必須綜合考慮反應(yīng)的焓變△H和熵變△S。小結(jié)三、吉布斯自由能變△G自由能變△G綜合考慮了焓變(△H)和熵變(△S)對(duì)體系的影響：△G=△H-T△S(T為熱力學(xué)溫度，T＝t+273,單位開爾文K)當(dāng)△G<0時(shí)，自發(fā)反應(yīng)當(dāng)△G>0時(shí)，非自發(fā)反應(yīng)當(dāng)△G=0時(shí)，平衡狀態(tài)△H△S反應(yīng)類型△G化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行<0>0放熱的熵增反應(yīng)>0<0吸熱的熵減反應(yīng)<0<0放熱的熵減反應(yīng)>0>0吸熱的熵增反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行不自發(fā)進(jìn)行不確定<0>0不確定與T有關(guān)△S△H△H>0，△S>0吸熱的熵增反應(yīng)高溫自發(fā)進(jìn)行△H<0，△S>0放熱的熵增反應(yīng)任何溫自發(fā)進(jìn)行△H<0，△S<0放熱的熵減反應(yīng)低溫自發(fā)進(jìn)行△H>0，△S<0吸熱的熵減反應(yīng)任何溫度不能自發(fā)進(jìn)行溫度與反應(yīng)方向關(guān)系圖如活潑金屬與酸反應(yīng)如高溫鍛燒石灰石如氫氣在氧氣中燃燒如石墨高溫高壓變?yōu)榻饎偸?．反應(yīng)的自發(fā)性只能用于判斷反應(yīng)的方向，不能確定反應(yīng)是否一定會(huì)發(fā)生和過程發(fā)生的速率。例如涂有防銹漆和未涂防銹漆的鋼制器件，二者發(fā)生腐蝕過程的自發(fā)性是相同的，但只有后者可以實(shí)現(xiàn)?！咀⒁狻?．在討論過程的方向時(shí)，指的是沒有外界干擾時(shí)體系的性質(zhì)。如果允許外界對(duì)體系施加某種作用，就可能出現(xiàn)相反的結(jié)果。例如水泵可以把水從低水位升至高水位；高溫高壓下可以使石墨轉(zhuǎn)化為金剛石，實(shí)現(xiàn)的先決條件是要向體系中輸入能量，該過程的本質(zhì)仍然是非自發(fā)性的。2KClO3(s)==2KCl(s)+3O2(g)△H(25℃)=-78.03kJ·mol-1△S(25℃)=+494.4J·mol-1·K-1CO(g)==C(s,石墨)+1/2O2(g)△H(298K)=+110.5kJ·mol-1△S(298K)=-89.36J·mol-1·K-1例：判斷下列反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行解：△G=△H-T△S＝-78.03kJ/mol-298K×0.4944KJ/(mol·K)＝-78.03kJ/mol-147.33

KJ/mol＝-225.36

kJ/mol∵△G<0,∴能自發(fā)進(jìn)行。解：△G=△H-T△S＝+110.5

kJ/mol-298K×(-0.08936)

KJ/(mol·K)＝+110.5

kJ/mol+26.63

KJ/mol＝+137.13

kJ/mol∵△G>0,∴不能自發(fā)進(jìn)行。1.4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)==4Fe(OH)3(s)△H(25℃)=-444.3kJ·mol-1△S(25℃)=-280.1J·mol-1·K-1△H(298K)=+178.2kJ·mol-1△S(298K)=+169.6J·mol-1·K-12.CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)作業(yè)：判斷下列反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行【學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)】1.下列過程是非自發(fā)的是∶（）A.水由高處向低處流B.天然氣的燃燒C.鐵在潮濕空氣中生銹D.室溫下水結(jié)成冰2.碳酸銨〔（NH4）2CO3〕在室溫下就能自發(fā)地分解產(chǎn)生氨氣，對(duì)其說法中正確的是∶（）A.其分解是因?yàn)樯闪艘讚]發(fā)的氣體，使體系的熵增大B.其分解是因?yàn)橥饨缃o予了能量C.其分解是吸熱反應(yīng)，據(jù)能量判據(jù)不能自發(fā)分解D.碳酸鹽都不穩(wěn)定，都能自發(fā)分解DA3.自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)一定是∶（）A.吸熱反應(yīng)B.放熱反應(yīng)C.熵增加反應(yīng)D.熵增加或者放熱反應(yīng)D4.下列說法正確的是（）A.凡是放熱反應(yīng)都是自發(fā)的，由于吸熱反應(yīng)都是非自發(fā)的B.自發(fā)反應(yīng)一定是熵增大，非自發(fā)反應(yīng)一定是熵減少或不變C.自發(fā)反應(yīng)在恰當(dāng)條件下才能實(shí)現(xiàn)D.自發(fā)反應(yīng)在任何條件下都能實(shí)現(xiàn)C5.下列說法不正確的是（）A.焓變是一個(gè)與反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行有關(guān)的因素，多數(shù)的能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)都是放熱反應(yīng)B.在同一條件下不同物質(zhì)有不同的熵值，其體系的混亂程度越大，熵值越大C.一個(gè)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行取決