高中化學(xué) 第2章 化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡 第4節(jié) 化學(xué)反應(yīng)進行的方向課件 新人教版選修4.ppt

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成才之路 化學(xué),路漫漫其修遠兮 吾將上下而求索,人教版 選修④,化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡,第二章,第四節(jié) 化學(xué)反應(yīng)進行的方向,第二章,小時候在玩玩具時，你是否有將所有玩具到處亂丟，使其亂七八糟的行為呢？就像“水往低處流”一樣，化學(xué)反應(yīng)也存在內(nèi)能降低(焓減小)，混亂度增大(熵增加)的趨勢。,未涂防銹漆的鋼制器件會生銹、香水會擴散到空氣中等，這些都是不用借助外力就可以自發(fā)進行的過程；用水泵把水從低水位升至高水位，高溫高壓可以使石墨轉(zhuǎn)化為金剛石，這些是必須在外界對體系施加某種作用時才能實現(xiàn)的過程?；瘜W(xué)反應(yīng)為什么有的能夠自發(fā)進行，不需要借助外力，而有些反應(yīng)或過程需要在特定條件下才能進行呢？請讓我們一起走進教材第四節(jié)：化學(xué)反應(yīng)進行的方向。,●新知導(dǎo)學(xué),自動進行,的過程,自發(fā)地,降低,焓變,混亂,混亂,S,,,增大,大于,增大,熵增,熵變,是否一定會發(fā)生,發(fā)生的速率,焓判據(jù),熵判據(jù),1．“自發(fā)反應(yīng)一定能自動進行，而非自發(fā)反應(yīng)一定不能發(fā)生”，這句話對嗎？說明理由。 提示：不對。某些自發(fā)反應(yīng)需在一定條件下才能自動進行，非自發(fā)反應(yīng)具備一定條件也能發(fā)生。如甲烷燃燒是自發(fā)反應(yīng)，但需點燃或加熱才能反應(yīng)；石灰石分解為氧化鈣和二氧化碳為非自發(fā)反應(yīng)，在高溫下可以發(fā)生。,●自主探究,2．是否△S＞0的過程一定能自發(fā)進行，△S＜0的過程一定不能自發(fā)進行？ 提示：不是。一個過程的△S＞0，只能說明該過程有自發(fā)進行的傾向，而這個過程是否一定會發(fā)生則不能確定；△S＜0的過程也能自發(fā)進行，如－10℃的液態(tài)水會自動結(jié)冰成為固態(tài)。,3．反應(yīng)2NH4Cl＋Ba(OH)28H2O===2NH3↑＋BaCl2＋10H2O在常溫下能反應(yīng)進行，該過程體系的能量和熵如何變化？說明什么問題？ 提示：該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，體系的能量升高，但其熵增大，所以能自發(fā)進行，說明判斷一個反應(yīng)進行的方向要綜合考慮焓判據(jù)和熵判據(jù)。,4硝酸銨溶于水為什么吸熱？ 提示：體系具有向熵值變大的方向進行變化的傾向，因此硝酸銨溶于水首先要進行擴散，而擴散過程是一個吸熱過程，一般情況下，含銨根離子的化合物，溶解于水時擴散過程表現(xiàn)得更為劇烈所以明顯吸熱，離子需要從溶劑中吸收熱量來完成自己的擴散過程。所以溶液溫度降低是離子擴散過程，不是溶液吸熱。就是說銨根從水中帶走熱量，所以水溫降低，溶液溫度降低。,1．自發(fā)過程 (1)含義：在一定條件下，不用借助外力，就可以自發(fā)進行的過程。 (2)分類,自發(fā)過程和自發(fā)反應(yīng),●教材點撥,,(3)特點 ①體系趨向于從高能狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軤顟B(tài)(體系對外部做功或者放釋熱量)。 ②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。 (4)實例： 自然界中的自發(fā)過程 ①自然界中的水由高處往低處流，而不會自動從低處往高處流。 ②物理學(xué)中研究的電流總是從電位高的地方向電位低的地方流動。 ③日常生活中，氣溫升高，冰雪自動融化。,2．自發(fā)反應(yīng) 在給定的一組條件下，可以自發(fā)地進行到顯著程度的反應(yīng)。 溫馨提示：自發(fā)過程和自發(fā)反應(yīng)可被利用來完成有用功。如：Zn與CuSO4反應(yīng)可被設(shè)計成原電池。 3．非自發(fā)過程要想發(fā)生，則必須對它做功，如利用水泵可以將水從低處引向高處，通電可以將水分解為氫氣和氧氣。,(2015經(jīng)典習(xí)題選萃)下列過程均為自發(fā)過程的是( ) ①銨鹽的溶解 ②燒堿與鹽酸反應(yīng) ③Zn與稀H2SO4反應(yīng) ④氫氣在氧氣中燃燒 ⑤Mg在空氣中燃燒 ⑥鋁熱反應(yīng) ⑦墨水在水中的擴散 ⑧電解熔融的氯化鈉 A．①②③④ B．⑤⑥⑦⑧ C．②④⑥⑧ D．①②③④⑤⑥⑦,●典例透析,【解析】 自發(fā)過程指在一般條件下能自動發(fā)生的過程，它包括自發(fā)反應(yīng)。而電解熔融的氯化鈉要在直流電作用下進行，不能自發(fā)。 【答案】 D 【點評】 在討論反應(yīng)過程的自發(fā)性時，指的是沒有外界干擾時體系的性質(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。,1．向燒杯內(nèi)加入適量的氫氧化鋇晶體[Ba(OH)28H2O]和氯化銨晶體(NH4Cl)，并迅速置于滴有幾滴水的木板上攪拌。一會兒就會發(fā)現(xiàn)燒杯內(nèi)的固體變成了糊狀，杯壁變冷，杯底和木板被冰粘在了一起，并能聞到明顯的刺激性氣味。這是自發(fā)地發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)：Ba(OH)28H2O(s)＋2NH4Cl(s)=== 2NH3(g)＋10H2O(l)＋BaCl2(aq)。下列結(jié)論中正確的是( ),●變式訓(xùn)練,A．自發(fā)反應(yīng)一定是吸熱反應(yīng) B．自發(fā)反應(yīng)一定是放熱反應(yīng) C．有的吸熱反應(yīng)也能自發(fā)進行 D．吸熱反應(yīng)都能自發(fā)進行 解析：有部分吸熱反應(yīng)能自發(fā)進行。 答案：C,科學(xué)家根據(jù)體系存在著力圖使自身能量趨于“最低”和由“有序”變?yōu)椤盁o序”的自然現(xiàn)象，提出了互相關(guān)聯(lián)的判據(jù)：焓判據(jù)和熵判據(jù)。,化學(xué)反應(yīng)方向的判據(jù),●教材點撥,2．熵判據(jù) (1)熵 熵是衡量體系混亂度大小的物理量，即表示體系的不規(guī)則或無序狀態(tài)程度的物理量?；靵y度越大，體系越無序，體系的熵值就越大。熵的符號為S，常用單位：Jmol－1K－1。 (2)物質(zhì)熵大小規(guī)律 ①物質(zhì)的存在狀態(tài)：對于同一種物質(zhì)，等物質(zhì)的量的該物質(zhì)其熵值(混亂度)大小與物質(zhì)的存在狀態(tài)有關(guān)，氣態(tài)時熵值最大，固態(tài)時熵值最小，而液態(tài)時介于二者之間，即S(g)S(l) S(s)。,②與物質(zhì)的量的關(guān)系：物質(zhì)的量越大，分子數(shù)越多，熵值越大。 ③不同物質(zhì)熵值間的關(guān)系：物質(zhì)的組成越復(fù)雜其熵值越大，一般組成物質(zhì)的原子種類相同時，一個分子中的原子數(shù)目越多，其混亂度就越大，熵值也越大。,(3)熵變 ①熵變 化學(xué)反應(yīng)的熵變是產(chǎn)物的總熵值與反應(yīng)物的總熵值之差。符號：ΔS；表達式：ΔS＝S(產(chǎn)物)－S(反應(yīng)物)。,②熵變大小規(guī)律 對于有氣體參與的化學(xué)反應(yīng)(氣體參與反應(yīng)時氣體既可以是反應(yīng)物也可以是產(chǎn)物)，氣態(tài)物質(zhì)的物質(zhì)的量增大的化學(xué)反應(yīng)，其熵變通常是正值，是熵增大的反應(yīng)；反之，氣態(tài)物質(zhì)的物質(zhì)的量減小的化學(xué)反應(yīng)，其熵變通常是負值，是熵減小的反應(yīng)。所以離子反應(yīng)的條件之一是有氣體產(chǎn)生，即為熵值增大的反應(yīng)。 當(dāng)然物質(zhì)在發(fā)生三態(tài)變化時，由固態(tài)到液態(tài)、由液態(tài)到氣態(tài)或由固態(tài)到氣態(tài)(升華)過程都是熵增加過程。,③熵判據(jù) 在與外界隔離的體系中，自發(fā)過程的體系趨向于由有序轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序，導(dǎo)致體系的熵增大，這一經(jīng)驗規(guī)律叫做熵增原理。在用來判斷過程的方向時，就稱為熵判據(jù)。,④反應(yīng)的熵變與反應(yīng)方向的關(guān)系 對于確定的化學(xué)反應(yīng)，在一定條件下，具有確定的熵變。 a．許多熵增加的反應(yīng)在常溫、常壓下可以自發(fā)地進行。產(chǎn)生氣體的反應(yīng)，氣體物質(zhì)的物質(zhì)的量增大的反應(yīng)，熵變通常都是正值，為熵增加反應(yīng)。 例如：2H2O2(aq)===2H2O(l)＋O2(g) ΔS＝＋57.16 Jmol－1K－1 NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)===CO2(g)＋CH3COONH4 (aq)＋H2O(l) ΔS＝＋184.0 Jmol－1K－1,b．有些熵增加的反應(yīng)在常溫、常壓下不能自發(fā)進行，但在較高溫度下可以自發(fā)進行。 例如：CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ΔS＝＋169.6 kJmol－1K－1 C(s，石墨)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) ΔS＝＋133.8 Jmol－1K－1,c．鋁熱反應(yīng)是熵減小的反應(yīng)，它在一定條件下也可以自發(fā)進行。 例如：2Al(s)＋Fe2O3(s)===Al2O3(s)＋2Fe(s) ΔS＝－39.4 Jmol－1K－1 事實證明，熵變是與反應(yīng)能否自發(fā)進行有關(guān)的又一個因素，但也不是唯一的因素。,3．復(fù)合判據(jù) 由焓判據(jù)知放熱過程常常是容易進行的；由熵判據(jù)知熵增的過程是自發(fā)的。很多情況下，用不同的判據(jù)判斷同一個反應(yīng)，可能會出現(xiàn)相反的判斷結(jié)果，所以我們應(yīng)兩個判據(jù)兼顧。 復(fù)合判據(jù)公式為ΔG＝ΔH－TΔS。 ΔH－TΔS0時反應(yīng)不能自發(fā)進行。,4．焓變與熵變對反應(yīng)方向的共同影響 (1)焓變和熵變的復(fù)合判據(jù)判斷反應(yīng)的方向。 體系的自由能變化(符號為ΔG，單位為kJmol－1)綜合考慮了焓變和熵變對體系的影響，可用于化學(xué)反應(yīng)自發(fā)進行的方向的判斷，ΔG＝ΔH－TΔS。 ①當(dāng)ΔH0時，ΔG0，ΔS0，反應(yīng)不能自發(fā)進行 ③當(dāng)ΔH0，ΔS0或ΔH0，ΔS0時，反應(yīng)是否自發(fā)進行與溫度有關(guān)，在一定溫度下可使ΔG＝0，即反應(yīng)達平衡狀態(tài)。,(2)用復(fù)合判據(jù)判斷反應(yīng)方向的有關(guān)規(guī)律。 ①放熱的熵增加反應(yīng)一定能自發(fā)進行，放熱的熵減小反應(yīng)或熵?zé)o明顯變化的反應(yīng)，也可能自發(fā)進行，如氫氣燃燒、甲烷燃燒等。 ②吸熱的熵減小反應(yīng)一定不能自發(fā)進行，而吸熱的自發(fā)過程一定是熵增加的過程，如：冰的融化。,③無熱效應(yīng)的自發(fā)過程是熵增加的過程。如兩種理想氣體的混合。 ④當(dāng)焓變和熵變的作用相反時，如果二者大小相差懸殊，可能某一因素占主導(dǎo)地位。 ⑤此外，如果焓變和熵變的作用相反且相差不大時，溫度有可能對反應(yīng)的方向起決定性作用。,溫馨提示：①焓變和熵變都與反應(yīng)的自發(fā)性有關(guān)，又都不能獨立地作為自發(fā)性的判據(jù)，要判斷反應(yīng)進行的方向，必須考慮體系的焓變和熵變。 ②根據(jù)ΔH－TΔS0判斷的只是反應(yīng)能否自發(fā)進行的可能性，具體的反應(yīng)能否實際發(fā)生，還涉及化學(xué)反應(yīng)速率的問題。,(2015四川眉山中學(xué)月考)已知反應(yīng)2CO(g)=== 2C(s)＋O2(g)的ΔH為正值，ΔS為負值。設(shè)ΔH和ΔS不隨溫度而變，下列說法中正確的是( ) A．低溫下能自發(fā)進行 B．高溫下能自發(fā)進行 C．低溫下不能自發(fā)進行，高溫下能自發(fā)進行 D．任何溫度下都不能自發(fā)進行,●典例透析,【解析】 根據(jù)復(fù)合判據(jù)ΔH－TΔS0時反應(yīng)非自發(fā)進行，又因為ΔH0，ΔS0，故ΔH－TΔS0，此反應(yīng)為非自發(fā)進行的反應(yīng)。故選D。 【答案】 D,2．灰錫結(jié)構(gòu)松散，不能用于制造器皿，而白錫結(jié)構(gòu)堅固，可以用于制造器皿。已知在0 ℃、100 kPa條件下，白錫轉(zhuǎn)化為灰錫的ΔH＝－2180.9J/mol，ΔS＝－6.61 J/(molK)?，F(xiàn)把由白錫制成的器皿在0 ℃、100 kPa的室內(nèi)存放，它會不會變成灰錫而不能繼續(xù)使用( ) A．會 B．不會 C．不能確定 D．升高溫度才會,●變式訓(xùn)練,解析：在等溫、等壓條件下，自發(fā)反應(yīng)總是向著ΔH－TΔS0的方向進行，直至達到平衡狀態(tài)。在0 ℃，100 kPa條件下，白錫轉(zhuǎn)化為灰錫的ΔH－TΔS＝－2180.9 J/mol－273 K[－6.61 J/(molK)]＝－376.37 J/mol0，因此在該條件下白錫會變?yōu)榛义a。 答案：A,1．(2015經(jīng)典習(xí)題選萃)知道了某反應(yīng)有自發(fā)性之后，則( ) A．可判斷出反應(yīng)的方向 B．可確定反應(yīng)是否一定會發(fā)生 C．可預(yù)測反應(yīng)速率的大小 D．可判斷反應(yīng)的熱效應(yīng) 解析：已知某反應(yīng)可自發(fā)進行，只能判斷反應(yīng)的方向，不能判斷反應(yīng)是否會發(fā)生、反應(yīng)速率、反應(yīng)的熱效應(yīng)。 答案：A,2．下列對熵的理解不正確的是( ) A．同種物質(zhì)氣態(tài)時熵值最大，固態(tài)時熵值最小 B．體系越有序，熵值越??；越混亂，熵值越大 C．與外界隔離的體系，自發(fā)過程將導(dǎo)致體系的熵減小 D．25 ℃、1.01105 Pa時，2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)是熵增加的反應(yīng) 解析：體系都有從有序自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序的傾向，此過程為熵增加過程，故C錯誤。 答案：C,3．(2015四川宜賓中學(xué)月考)下列自發(fā)反應(yīng)可用焓判據(jù)來解釋的是( ) A．2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g) ΔH＝＋56.7 kJ/mol B．NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)===CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l) ΔH＝＋37.3 kJ/mol C．3NO2(g)＋H2O(l)===2HNO3(aq)＋NO(g) ΔH＝－138 kJ/mol D．CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ΔH＝＋178.2 kJ/mol,解析：從焓變的角度分析，放熱反應(yīng)有由高能量狀態(tài)向低能量狀態(tài)轉(zhuǎn)化，使體系能量降低的趨勢，因此較易進行，但并不是說所有放熱反應(yīng)都是自發(fā)的。 答案：C 點評：焓變是影響化學(xué)反應(yīng)進行方向的一個重要因素(大多數(shù)放熱反應(yīng)是自發(fā)的)，但不是唯一的因素。,解析：A、B、C、D都是分解反應(yīng)，都是吸熱反應(yīng)，B、C、D三個反應(yīng)都是熵增反應(yīng)，所以在高溫下能自發(fā)進行。 答案：A,解析：由于S(g)S(l)S(s)，故按氣體→液體→固體的順序是熵減的變化，反之是熵增的變化。 答案：(1)減小 (2)無明顯變化 (3)增加 (4)減小,與此同時，機體本身的熵也發(fā)生了變化。機體不斷產(chǎn)生新的復(fù)雜結(jié)構(gòu)(發(fā)育成長)，是熵減小，而細胞死亡和代謝過程將結(jié)構(gòu)復(fù)雜的生化物質(zhì)轉(zhuǎn)化為簡單的小分子，則是熵增大。機體總的熵變?nèi)Q于年齡的增長。當(dāng)機體處于生長發(fā)育階段時(年輕人)，熵要減小；當(dāng)機體處于發(fā)育成熟階段時(成年人)，熵變幾乎等于零；當(dāng)機體處于衰老階段時(老年人)，熵會增大；機體老死時，熵增至極大。這正如量子化學(xué)奠基人薛定諤所說：“一個生命有機體不斷地……產(chǎn)生正的熵……因此就勢必接近具有極大熵值的危險狀態(tài)，即死亡。,……新陳代謝作用最基本的內(nèi)容是有機體成功地使自身釋放出它活著時不得不產(chǎn)生的全部熵?！贝嗽挷坏俚刂赋鲮剡@一熱力學(xué)概念對理解生命的意義，而且也啟示了熵的概念對所有過程的重要意義。,