化學(xué)魯科版選修4課件：第2章 第1節(jié)化學(xué)反應(yīng)的方向

歡迎進(jìn)入化學(xué)課堂 第1節(jié)化學(xué)反應(yīng)的方向 1 理解焓變與反應(yīng)方向的關(guān)系 2 了解熵變的概念 知道化學(xué)反應(yīng)中存在熵變 3 理解熵變與反應(yīng)方向的關(guān)系 4 能綜合運(yùn)用焓變與熵變判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向 一 反應(yīng)的焓變與反應(yīng)方向1 自發(fā)過程在一定條件下 不借助就能自動(dòng)進(jìn)行的過程 反之稱為非自發(fā)過程 2 反應(yīng)的焓變與反應(yīng)方向 1 多數(shù)能自發(fā)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)是反應(yīng) 2 有些吸熱反應(yīng)也能自發(fā)進(jìn)行 3 反應(yīng)的焓變是與反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行有關(guān)的一個(gè)因素 但不是唯一因素 外力 放熱 開放探究 1 體系總是向降低自身能量的方向進(jìn)行變化 那么 H 0的反應(yīng)是否均能自發(fā)進(jìn)行 提示 不一定 很多 H 0的反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行 但也有些 H 0的反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行 二 反應(yīng)的熵變與反應(yīng)方向1 熵 1 概念 描述體系的一個(gè)物理量 2 符號(hào) 3 單位 混亂度 S J mol 1 K 1 4 大小判據(jù) 物質(zhì)的混亂度 體系的混亂度越大 熵值越 物質(zhì)的存在狀態(tài) 同一物質(zhì) S g S l S s 物質(zhì)組成的復(fù)雜程度 一般組成物質(zhì)的原子種類相同時(shí) 分子中的原子數(shù)目越多 其混亂度越 熵值越 物質(zhì)種類 同一條件下 不同物質(zhì)的熵值 大 大 大 不同 2 熵變 1 概念 總熵與總熵之差 2 符號(hào) 3 計(jì)算式 S 4 正負(fù)判斷依據(jù) 氣體體積增大的反應(yīng) 熵變通常都是 是熵反應(yīng) 氣體體積減小的反應(yīng) 熵變通常都是 是熵反應(yīng) 生成物 反應(yīng)物 S S 產(chǎn)物 S 反應(yīng)物 正值 增大 負(fù)值 減小 3 熵變與反應(yīng)方向 1 熵有利于反應(yīng)的自發(fā)進(jìn)行 2 某些熵減小的反應(yīng)在一定條件下也能自發(fā)進(jìn)行 3 反應(yīng)熵變是與反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行有關(guān)的一個(gè)因素 但不是唯一因素 增大 開放探究 2 固體硝酸銨 氫氧化鈉 氯化鈉和蔗糖溶解過程的焓變?nèi)绾?這些物質(zhì)的自發(fā)溶解過程是由焓變決定的嗎 有什么共同點(diǎn) 提示 NH4NO3溶解吸熱 NaOH溶解放熱 NaCl 蔗糖溶解時(shí)焓變微乎其微 不是由焓變決定 均是熵增加的過程 三 焓變與熵變對反應(yīng)方向的共同影響1 反應(yīng)方向的判據(jù) 1 反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行 2 反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài) 3 反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行 2 文字描述在 一定的條件下 自發(fā)反應(yīng)總是向的方向進(jìn)行 直至達(dá)到平衡狀態(tài) H T S 0 H T S 0 H T S 0 溫度 壓強(qiáng) H T S 0 3 適用條件一定的反應(yīng) 4 局限性僅僅可以用于判斷恒溫恒壓下反應(yīng)發(fā)生的 不能說明反應(yīng)在該條件下能否 溫度和壓強(qiáng) 可能性 實(shí)際發(fā)生 開放探究 3 自發(fā)反應(yīng)是否一定能夠?qū)崿F(xiàn)顯著的反應(yīng) 為什么 提示 不一定 因?yàn)?H T S這個(gè)判據(jù)是指在溫度 壓強(qiáng)一定的條件下 化學(xué)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的趨勢 即反應(yīng)發(fā)生的可能性 并不能說明反應(yīng)在該條件下能否實(shí)際發(fā)生 因?yàn)榛瘜W(xué)反應(yīng)能否實(shí)際發(fā)生還涉及到化學(xué)反應(yīng)速率的問題 1 下列過程非自發(fā)的是 A 水由高處向低處流B 室溫下水結(jié)成冰C 氣體從高密度處向低密度處擴(kuò)散D 煤氣的燃燒 解析 自然界中水由高處向低處流 煤氣的燃燒 氣體從高密度處向低密度處擴(kuò)散 室溫下冰的融化都是自發(fā)過程 其逆向都是非自發(fā)的 答案 B 2 以下反應(yīng)可用焓判據(jù)來解釋的是 A 氯化鈉自發(fā)地溶于水B 2N2O5 g 4NO2 g O2 g H 56 7kJ mol 1C NH4 2CO3 s NH4HCO3 s NH3 g H 74 9kJ mol 1D 2H2 g O2 g 2H2O l H 285 8kJ mol 1解析 當(dāng)反應(yīng)中的 H0時(shí) 反應(yīng)的能量增加 自發(fā)過程總是對外界做功 消耗自身的能量 使自身的能量降低 答案 D 3 下列反應(yīng)中 熵值顯著增加的反應(yīng)是 A CO g 2H2 g CH3OH l B CaCO3 s 2HCl aq CaCl2 aq CO2 g H2O l C 2Cu s O2 g 2CuO s D NH3 g HCl g NH4Cl s 解析 對于不同狀態(tài)的物質(zhì) 其熵值關(guān)系為S g S l S s A項(xiàng)中CO和H2為氣體 CH3OH為液體 反應(yīng)中熵值減小 B項(xiàng)中CaCO3為固體 HCl和CaCl2為溶液 H2O為液體 CO2為氣體 反應(yīng)中熵值增加 C項(xiàng)中Cu和CuO為固體 O2為氣體 反應(yīng)中熵值減小 D項(xiàng)中NH3和HCl為氣體 NH4Cl為固體 反應(yīng)中熵值減小 答案 B H T S與反應(yīng)方向的關(guān)系1 H T S與反應(yīng)方向的關(guān)系在一定條件下 一個(gè)化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行既與焓變有關(guān)又與熵變有關(guān) H T S是溫度 壓強(qiáng)一定的條件下的判據(jù) 而在習(xí)題中常見的是恒壓下溫度與反應(yīng)方向的關(guān)系 2 五點(diǎn)說明 1 很多情況下 簡單地只用焓變和熵變中的一個(gè)因素來判斷同一個(gè)反應(yīng) 可能會(huì)出現(xiàn)相反的判斷結(jié)果 所以我們在判斷反應(yīng)的方向時(shí) 應(yīng)該同時(shí)考慮兩個(gè)因素 用 H T S作為判據(jù) 2 H T S只能用于溫度 壓強(qiáng)一定的條件下的化學(xué)反應(yīng)的判斷 不能用于其他條件 如溫度 體積一定 的反應(yīng)的判斷 3 過程的自發(fā)性只能用于判斷過程的方向 不能確定過程是否一定會(huì)發(fā)生和過程發(fā)生的速率 如涂有防銹漆和未涂防銹漆的鋼制器件 其發(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) 4 在討論過程的方向時(shí) 我們指的是沒有外界干擾時(shí)體系的性質(zhì) 如果允許外界對體系施加某種作用 就可能出現(xiàn)相反的結(jié)果 如水泵可以把水從低水位升至高水位 用高溫可使石灰石分解 高溫高壓可以使石墨轉(zhuǎn)化為金剛石 實(shí)現(xiàn)后者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 5 反應(yīng)的自發(fā)性也受外界條件的影響 如常溫下石灰石分解生成生石灰和二氧化碳是非自發(fā)的 但在1273K時(shí) 這一反應(yīng)就是自發(fā)反應(yīng) 溫度與反應(yīng)方向的關(guān)系如下圖 答案 用焦炭還原Al2O3所需溫度太高 是不可能實(shí)現(xiàn)的 而用焦炭還原Fe2O3則可以實(shí)現(xiàn) 規(guī)律方法 涉及到焓變 熵變與化學(xué)反應(yīng)方向的有關(guān)計(jì)算時(shí) 可依判據(jù) H T S 0時(shí)反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài) H T S0時(shí)反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行為依據(jù) 根據(jù)題給條件計(jì)算相應(yīng)數(shù)據(jù) 如反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的溫度條件 反應(yīng)中的 H或 S數(shù)值 從而得結(jié)論 灰錫結(jié)構(gòu)松散 不能用于制造器皿 而白錫結(jié)構(gòu)堅(jiān)固 可以制造器皿 現(xiàn)把白錫制造的器皿放在0 100kPa的室內(nèi)存放 它會(huì)不會(huì)變成灰錫而不能繼續(xù)使用 已知在0 100kPa條件下白錫轉(zhuǎn)化為灰錫的反應(yīng) 焓變和熵變分別為 H 2180 9J mol 1 S 6 61J mol 1 K 1 A 會(huì)變B 不會(huì)變C 不能確定D 升高溫度才會(huì)變 解析 在等溫 等壓條件下 自發(fā)反應(yīng)總是向著 H T S 0的方向進(jìn)行 直至達(dá)到平衡狀態(tài) 因此 在0 100kPa條件下 白錫會(huì)不會(huì)變?yōu)榛义a的問題就轉(zhuǎn)化為求算反應(yīng)白錫 灰錫的 H T S的問題 H T S 2180 9J mol 1 273K 6 61J mol 1 K 1 376 37J mol 1 0 因此在該條件下白錫會(huì)變?yōu)榛义a 答案 A 1 下列說法中 正確的是 A 凡能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)都是易發(fā)生的反應(yīng)B 凡能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng) 反應(yīng)速率都很大C 吸熱反應(yīng)一定是非自發(fā)反應(yīng)D 吸熱反應(yīng)可能是自發(fā)進(jìn)行的解析 自發(fā)進(jìn)行只能說明反應(yīng)進(jìn)行的方向 不能說明反應(yīng)發(fā)生的難易和快慢 由于熵增的原因 有些吸熱反應(yīng)也能自發(fā)進(jìn)行 D正確 答案 D 2 下列反應(yīng)中 熵減小的是 A 2HI g H2 g I2 g B NH4NO3爆炸 2NH4NO3 s 2N2 g 4H2O g O2 g C 2O3 g 3O2 g D 4NH3 g 5O2 g 4NO g 6H2O l 解析 化學(xué)反應(yīng)中 氣體物質(zhì)的量增加的反應(yīng)方向?yàn)殪卦黾拥姆较?反之為熵減小的方向 所以A可認(rèn)為熵不變 B C項(xiàng)均為熵增加的反應(yīng) D為熵減小的反應(yīng) 答案 D 3 下列關(guān)于冰融化為水的過程判斷正確的是 A H 0 S0C H 0 S 0D H0 冰融化成水 分子活動(dòng)能力增強(qiáng) 混亂度增大 故 S 0 答案 C 解析 由 H T S0 反應(yīng)在任何溫度下能自發(fā)進(jìn)行 H 0 S0 S 0 反應(yīng)在較高溫度下能自發(fā)進(jìn)行 H 0 S 0 反應(yīng)在較低溫度下能自發(fā)進(jìn)行 答案 C 5 1 計(jì)算273K 101 325kPa下 1mol冰融化時(shí)的熵變 S 冰的融化熱為 H 6000J mol 1 2 高溫時(shí)空氣中的N2和O2會(huì)反應(yīng)生成NO而污染大氣 N2 g O2 g 2NO g 試通過計(jì)算說明在1200 的條件下 此反應(yīng)能否正向自發(fā)進(jìn)行 估算自發(fā)進(jìn)行的最低溫度是多少 已知 H 180 50kJ mol 1 S 24 77J mol 1 K 1 答案 1 22 0J mol 1 K 1 2 不能自發(fā)進(jìn)行 自發(fā)進(jìn)行的最低溫度為7287K 練考題 驗(yàn)?zāi)芰?輕巧奪冠 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全