高中化學(xué) 2.4《化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向》課件1 新人教版選修4.ppt

第二章化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡,第四節(jié)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向,化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的快慢,化學(xué)反應(yīng)的限度,化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向,化學(xué)反應(yīng)速率,化學(xué)平衡,?,化學(xué)反應(yīng)原理的組成部分,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；火柴棒散落等。,這些生活中的現(xiàn)象將向何方發(fā)展，我們非常清楚，因?yàn)樗鼈冇忻黠@的自發(fā)性其中是否蘊(yùn)藏了一定的科學(xué)原理？,自然界中水總是從高處往低處流；墨水?dāng)U散，食鹽溶解于水,1、生活中的自發(fā)過程,生活中電流總是從電位高的地方向電位低的地方流動(dòng).,生活中一般在室溫下，冰塊會(huì)融化；鐵器暴露在潮濕空氣中會(huì)生銹；甲烷和氧氣的混合氣體遇明火就燃燒，這些過程都是自發(fā)的。,那么我們?cè)撊绾闻袛嘁粋€(gè)過程，一個(gè)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行呢？一個(gè)過程或者一個(gè)反應(yīng)要自發(fā)的進(jìn)行是否要符合什么條件呢？,以上過程的反方向都不會(huì)自發(fā)進(jìn)行？,1.自發(fā)過程:在一定條件下不需外力作用就能自動(dòng)進(jìn)行的過程.自發(fā)過程的特征：有明確的方向性，具有做功的本領(lǐng)。要逆轉(zhuǎn)必須借助外界做功。2.非自發(fā)過程：在一定條件下，需要持續(xù)借助人為作用力才能進(jìn)行的過程。3.自發(fā)反應(yīng):在一定條件下無需外界幫助就能自動(dòng)進(jìn)行的反應(yīng).,自發(fā)反應(yīng)是從屬于自發(fā)過程的，是屬于自發(fā)過程的一部分。,說明：(1)自然界中水由高處往低處流是自發(fā)過程，其逆過程就是非自發(fā)過程，甲烷與氧氣混合遇火就燃燒是自發(fā)反應(yīng)，其逆向是非自發(fā)反應(yīng)。(2)自發(fā)過程和自發(fā)反應(yīng)可被利用來完成有用功。如向下流動(dòng)的水可推動(dòng)機(jī)器，甲烷燃燒可在內(nèi)燃機(jī)中被利用來做功，可將氫氣燃燒反應(yīng)設(shè)計(jì)成燃燒電池等。(3)非自發(fā)過程要想發(fā)生，則必須對(duì)它做功，如利用水泵可將水從低處流向高處，通電可將水分解生成氫氣和氧氣。,(4)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。如水泵可以把水從低水位升至高水位。,(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)性的，但在1273K時(shí)，這一反應(yīng)就是自發(fā)的反應(yīng)。,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？C3H8(g)+5O2(g)=3CO2(g)+4H2O(l)H=-2217.5kJmol-12Na(s)+Cl2(g)=2NaCl(s)H=-822kJmol-14Fe(s)+3O2(g)=Fe2O3(s)H=-1648.4kJmol-1H2(g)+F2(g)=2HF(g)H=-546.6kJmol-1,共同特點(diǎn)：H<O即放熱反應(yīng),放熱反應(yīng)使體系能量降低，能量越低越穩(wěn)定，H<O有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行,1、能量判據(jù)（焓判據(jù)）,反應(yīng)物的總能量高,生成物的總能量低,放熱反應(yīng),H0,化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的判據(jù),日常生活中長(zhǎng)期積累的經(jīng)驗(yàn)而總結(jié)得到一條經(jīng)驗(yàn)規(guī)律能量判據(jù)（焓判據(jù)）自發(fā)過程體系趨向于從高能狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軤顟B(tài)（這時(shí)體系會(huì)對(duì)外做功或者釋放熱量即H0）。,思考：是不是所有自發(fā)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)都是放熱的？,結(jié)論：H<O有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，但自發(fā)反應(yīng)不一定要H<O,2NH4Cl(s)+Ba(OH)28H2O(s)=NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l),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。,HO,2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g),(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g),墨水滴入水中,氣體的擴(kuò)散,固體的溶解,火柴的散落,一副嶄新的撲克牌被洗過后會(huì)怎樣？如果沒有法律的制約，世界會(huì)怎樣？下課鈴一響教室里會(huì)怎樣？你能發(fā)現(xiàn)這些看似不相干的事件之間的聯(lián)系嗎？,有序,混亂,克勞修斯（德國）,熵,S,由有序變?yōu)闊o序,為了解釋這樣一類與能量狀態(tài)的高低無關(guān)的過程的自發(fā)性，提出了在自然界還存在著另一種能夠推動(dòng)體系變化的因素熵,反應(yīng)熵變與反應(yīng)方向,1、在密閉條件下，體系由有序自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序的傾向稱為熵。2、符號(hào)用S表示。3、熵值越大，體系混亂度越大。,二、熵判據(jù),1、同一物質(zhì)氣態(tài)時(shí)熵值最大，液態(tài)較小，固態(tài)時(shí)最小。S（g）S（l）S（s）。2、固體的溶解過程、墨水?dāng)U散過程和氣體擴(kuò)散過程。3、反應(yīng)過程中氣體物質(zhì)的量增加的反應(yīng)。,導(dǎo)致混亂度增加的一些因素,反應(yīng)熵變與反應(yīng)方向,二、熵判據(jù),與有序體系相比，無序體系“更加穩(wěn)定”可以采取更多的存在方式。由大量粒子組成的體系中，用熵來描述體系的混亂程度。,4、熵變和熵增原理,（1）熵變（S）反應(yīng)的熵變?yōu)楫a(chǎn)物總熵與反應(yīng)物總熵之差。對(duì)于確定的化學(xué)反應(yīng)，在一定條件下具有確定的熵變。(2)表達(dá)式:S=S(生成物)S(反應(yīng)物)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（S0），為熵增加的反應(yīng)。許多熵增反應(yīng)在常溫常壓下能自發(fā)進(jìn)行，有些在室溫條件下不能自發(fā)進(jìn)行，但在較高溫度下則能自發(fā)進(jìn)行。（3）在與外界隔離的體系中，自發(fā)過程將導(dǎo)致體系的熵增大，這一經(jīng)驗(yàn)規(guī)律叫做熵增原理。在用來判斷化學(xué)反應(yīng)方向時(shí)就稱為熵判據(jù)。,2、熵判據(jù),注意：（1）熵變只是反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的一種因素；（2）熵變（S）只決定于體系的始態(tài)和終態(tài)，與變化的途徑無關(guān)；（3）熵判據(jù)只判斷一定條件化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行，與化學(xué)反應(yīng)速率無關(guān)。,總結(jié)：自發(fā)過程的兩大變化趨勢(shì)：（1）能量趨于減小(焓減）（2）混亂度趨于增大（熵增）,5、焓判據(jù)和熵判據(jù)的應(yīng)用,1、由焓判據(jù)知放熱過程（H0）常常是容易自發(fā)進(jìn)行；2、由熵判據(jù)知若干熵增加（S0）的過程是自發(fā)的；-10的液態(tài)水能自動(dòng)結(jié)冰成為固態(tài)、鋁熱反應(yīng)是熵減反應(yīng)，它在一定條件下也可自發(fā)進(jìn)行。因此熵判據(jù)判斷過程的方向也是不全面的3、很多情況下，簡(jiǎn)單地只用其中一個(gè)判據(jù)去判斷同一個(gè)反應(yīng)，可能會(huì)出現(xiàn)相反的判斷結(jié)果，所以我們應(yīng)兩個(gè)判據(jù)兼顧。由能量判據(jù)（以焓變?yōu)榛A(chǔ)）和熵判據(jù)組合成的復(fù)合判據(jù)(吉布斯自由能變G)將更適合于所有的反應(yīng)過程。,三、焓變與熵變對(duì)反應(yīng)方向的共同影響,1、用焓變和熵變的復(fù)合判據(jù)判斷反應(yīng)的方向,體系的自由能變化（符號(hào)為G，單位為kJmol-1）綜合考慮了焓變和熵變對(duì)體系的影響，可用于化學(xué)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行方向的判斷：,G=H-TS,當(dāng)G0時(shí)，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行,當(dāng)G=0反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài),結(jié)合教材P36“科學(xué)視野”理解思考,2、用符合判據(jù)判斷反應(yīng)方向的有關(guān)規(guī)律,放熱的熵增反應(yīng)一定能自發(fā)進(jìn)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(jìn)行，如氫氣的燃燒、甲烷的燃燒等。,吸熱的熵減小反應(yīng)一定不能自發(fā)進(jìn)行，而吸熱的自發(fā)過程一定是熵增加的過程，如：冰的融化。,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。,當(dāng)焓變和熵變的作用相反時(shí)，如果而這相差懸殊，可能某一因素占主導(dǎo)地位。,此外，如果熵變和焓變的作用相反且相差不大時(shí)，溫度有可能對(duì)反應(yīng)的方向起決定作用。,根據(jù)G<0判斷的只是反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的可能性，具體的反應(yīng)能否實(shí)際發(fā)生，還涉及化學(xué)反應(yīng)速率等問題。,2KClO3(s)=2KCl(s)+3O2(g),H=-78.03kJmol-1,S=494.4Jmol-1K-1,CO(g)=C(s,石墨)+1/2O2(g),H=110.5kJmol-1,S=-89.36Jmol-1K-1,判斷下列反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行,4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)=4Fe(OH)3(s),H=-444.3kJmol-1,S=-280.1Jmol-1K-1,H(298K)=178.2kJmol-1,S(298K)=169.6Jmol-1K-1,CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g),2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。,影響因素：,焓減小有利于反應(yīng)自發(fā)，熵增大有利于反應(yīng)自發(fā),溫度,【課堂測(cè)試】,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。,D,A,3、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)。4、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)。,C,D,5、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)行取決于該反應(yīng)放熱還是吸熱D.一個(gè)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行，與焓變和熵變的共同影響有關(guān)E.非自發(fā)反應(yīng)在一定條件下能實(shí)現(xiàn),C,6、以下自發(fā)反應(yīng)可用能量判據(jù)來解釋的是()A、硝酸銨自發(fā)地溶于水B、2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)；H=+56.7kJ/molC、(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g);H=+74.9kJ/molD、2H2(g)+O2(g)=2H2O(l);H=-571.6kJ/mol,D,D,7、下列反應(yīng)中，熵減小的是（）,A.(NH4)2CO3(s)NH4HCO3(s)+NH3(g),B.2N2O5(g)4NO2(g)O2(g),C.MgCO3(s)MgO(s)CO2(g),D.2CO(g)2C(s)O2(g),8、某化學(xué)反應(yīng)其H=122kJmol-1，S=231Jmol-1K-1，則此反應(yīng)在下列哪種情況下可自發(fā)進(jìn)行()A在任何溫度下都能自發(fā)進(jìn)行B在任何溫度下都不能自發(fā)進(jìn)行C僅在高溫下自發(fā)進(jìn)行D僅在低溫下自發(fā)進(jìn)行,A,