2.3 化学反应的方向（课件）-【大单元教学】高二化学同步备课系列（人教版2019选择性必修1）

第二单元 化学反应速率与化学平衡 第三节 化学反应的方向 学习目标 1.知道化学反应是有方向性的；知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关。 2.能结合具体事例说明反应自发进行的方向。 新课导入 试分析自发过程有什么特点？ 自然界中有一些过程是自发进行的，而且是有方向性的。例如，水总是自发地从高处流向低处而相反的过程却不能自发进行。 任务一 自发过程与自发反应 1.自发过程 (1)含义：在一定条件下，不用借助外力就可以自发进行的过程。 (2)特点： ①体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或释放热量)。 ②在密闭条件下，体系有从有序自发转变为无序的倾向(无序体系更加稳定)。 (3)非自发过程：在一定条件下，需持续借助外力才能进行的过程。 哪些化学反应可自发进行？如何判断化学反应自发进行的方向？ 金属生锈、食物腐败 任务一 自发过程与自发反应 2.自发反应 (1)含义：在给定的条件下，可以自发进行到显著程度的化学反应。 (2)非自发反应：不能自发进行，必须借助某种外力才能进行的反应。 钢铁生锈 湿法炼铜 木材燃烧 (3)区分： 例如：铁在海水中被腐蚀是自发反应，如果通直流电使铁充当阴极，此时反应就不能进行 自发进行的反应需要一定的反应条件才能进行，实际上不一定能够发生 非自发反应在一定的条件下也可能发生 （系统外部输入能量可以阻止自发反应） 例如：石灰石的分解反应，在常温下是非自发反应，但在高温时，这一反应就能自发进行 任务一 自发过程与自发反应 2.自发反应 1.正误判断 (1)在一定条件下，不用借助外力就能自发进行的过程是自发过程(　　) (2)自发过程不需任何条件就能发生(　　) (3)室温下冰变成水属于自发过程(　　) (4)能自发进行的反应，反应速率一定很大(　　) √ × √ × 【练习】 2.下列关于自发反应的叙述正确的是(　　) A.自发反应的逆过程在相同条件下也必定是自发的 B.铁在潮湿的空气中生锈属于非自发反应 C.自发过程可以是物理过程，不一定是自发反应，而自发反应一定是自发过程 D.自发反应与外界条件无关 3.过程自发性的作用是(　　) A.判断过程的方向 B.确定过程是否一定会发生 C.判断过程发生的速率 D.判断过程的热效应 【练习】 C A 任务二 观察下列能够自发进行的化学反应，它们的共同特征是什么？ H2(g) + F2(g) = 2HF(g) ∆H = -546.6 kJ·mol-1 C3H8(g) + 5O2(g) = 3CO2(g) + 4H2O(l) ∆H = -2217.5kJ·mol-1 4Fe(s) + 3O2(g) = Fe2O3(s) ∆H = -1648.4 kJ·mol-1 化学反应进行方向的判据 均是放热反应，自发进行的 19世纪，有人认为放热反应可以自发进行，而吸热反应则不能自发进行。你同意这种观点吗？请举例说明。 任务二 化学反应进行方向的判据 观察实验并思考问题: 1.该反应是吸热反应还是放热反应? 2.该反应能自发进行的可能原因是什么? 八水合氢氧化钡晶体与氯化铵晶体的反应 一些吸热反应也能自发进行。 所以ΔH < 0有利于反应自发进行，但自发反应不一定要ΔH < 0。 2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8H2O(s) === 2NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l) ΔH < 0 任务二 化学反应进行方向的判据 1.焓变与化学反应的方向 (1)放热反应过程中体系能量降低，具有自发进行的倾向，用焓变(能量变化) 来判断反应进行的方向——焓判据(能量判据)。 (2)焓变与化学反应进行方向的关系 ①多数放热反应是自发进行的。例如燃烧反应、中和反应等。 ②有些吸热反应也可以自发进行，如： 2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋109.8 kJ·mol－1。 (3)结论：反应的焓变是制约化学反应能否自发进行的因素之一，但不是唯一因素。 反应物总能量高 生成物总能量低 放热反应 共同特点：体系的混乱度增大 推测：体系的混乱度增大，反应就能自发进行 研究表明：一些自发进行的化学反应有趋于体系混乱度增大的倾向。 任务二 化学反应进行方向的判据 ①NH4NO3(s) = NH4+ (aq) ＋NO3- (aq) ② CaCO3(s) =CaO (s) +CO2 (g) ③N2O4(g)=2NO2(g) ④CuSO4·5H2O(s) = CuSO4(s) +5H2O(l) ⑤Ba(OH)2·8H2O(s)+2NH4Cl(s) = BaCl2(s)+2NH3(g)+10H2O(l)　 下列过程均为吸热过程，且在一定条件下都能自发进行，这是为什么呢？ 有序变无序 固体变气体 气体少变成气体多 固体变液体 固体变液体和气体 2.熵变与化学反应的方向 熵值大小： ①同一物质的熵值：S(g)＞S(l)＞S(s)，同一条件下，不同物质的熵值不同。 ②与物质的量有关：物质的量n越大，分子数N越多，熵值S越大。 任务二 化学反应进行方向的判据 S(水) ：69.9 J·mol-1·K-1 S(冰) ：47.9 J·mol-1·K-1 S(水蒸气)：188.7 J·mol-1·K-1 （1）熵 ：用来衡量体系混乱（无序）程度的物理量，用S表示。体系越混乱（无序）,熵值S越大，单位是J·mol-1·K-1。 2.熵变与化学反应的方向 任务二 化学反应进行方向的判据 （2）熵变：物质发生变化时，体系的熵的变化。用符号∆S表示。 ∆S=S(生成物)－S(反应物) ∆S＞0 熵增 ∆S＜0 熵减 （3）熵判据：体系趋向于从有序转变为无序，因此熵增反应（ ∆S>0 ）有利于反应自发进行。 ①NH4NO3(s) = NH4+ (aq) ＋NO3- (aq) ② CaCO3(s) =CaO (s) +CO2 (g) ③N2O4(g)=2NO2(g) ④CuSO4·5H2O(s) = CuSO4(s) +5H2O(l) ⑤Ba(OH)2·8H2O(s)+2NH4Cl(s) = BaCl2(s)+2NH3(g)+10H2O(l)　 2.熵变与化学反应的方向 (4)熵变与化学反应进行方向的关系 ①许多熵增的反应是自发的(多是气体分子数目增多的反应) 如：Zn(s)＋H2SO4(aq)===ZnSO4(aq)＋H2(g) ΔS>0 ； 2KClO3(s)===2KCl(s)＋3O2(g) ΔS>0 。 ②有些熵减的反应也可以自发进行 如：2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g) ΔS<0 ； 4Fe(OH)2(s)＋O2(g)＋2H2O(l)===4Fe(OH)3(s) ΔS<0 。 (5)结论：熵变是影响反应自发进行的因素之一，但不是唯一因素。 任务二 化学反应进行方向的判据 大量事实告诉我们，综合考虑焓变和熵变可以判断反应自发进行的方向。 吉布斯确立了定量描述焓变和熵变在判断反应的自发性过程中的地位。吉布斯自由能的出现，完美地从定量角度揭示了变化过程中焓变与熵变之间的协调与抗衡。 约西亚·威拉德·吉布斯 自发反应的方向与焓变和熵变有关，但焓变和熵变又都不能单独作为判断反应自发进行方向的依据。怎么办？ 任务二 化学反应进行方向的判据 3.自由能与化学反应的方向 (1)自由能 ΔG＝ΔH－TΔS (ΔG单位：kJ·mol－1；T：开尔文温度，单位K) ΔG不仅与焓变和熵变有关，还与温度有关。 (2)反应方向与自由能的关系 化学反应总是向着自由能减小的方向进行，直到体系达到平衡。 ①当ΔG＜0时，反应能自发进行； ②当ΔG＝0时，反应处于平衡状态； ③当ΔG＞0时，反应不能自发进行。 任务二 化学反应进行方向的判据 3.自由能与化学反应的方向 (2)反应方向与自由能的关系 类型 ΔH ΔS ΔH－TΔS 反应的自发性 1 <0 >0 ΔG<0 一定能自发 2 >0 <0 ΔG>0 一定不能自发 3 <0 <0 ΔG的正负决定于温度 低温能自发 4 >0 >0 高温能自发 任务二 化学反应进行方向的判据 【练习】 1.正误判断 (1)放热反应一定能自发进行(　　) (2)O2转化变为O3时，熵减小(　　) (3)熵增的反应一定能自发进行(　　) (4)合成氨反应：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH<0，高温有利于其自发进行(　　) (5)由焓判据和熵判据组合而成的复合判据，将更适合于所有的过程(　　) × √ × × √ 2.下列关于自发过程的叙述中，正确的是(　　) A.只有不需要任何条件就能够自动进行的过程才是自发过程 B.需要加热才能进行的过程肯定不是自发过程 C.同一可逆反应的正、逆反应在不同条件下都有自发的可能 D.非自发过程在任何条件下都不可能变为自发过程 C 3.下列过程的方向可用焓判据判断的是(　　) A.硝酸铵溶于水 B.2N2O5(g) 4NO2(g)+O2(g)　ΔH=+56.7 kJ·mol-1 C.(NH4)2CO3(s) NH4HCO3(s)+NH3(g)　ΔH=+74.9 kJ·mol-1 D.2H2(g)+O2(g) 2H2O(l)　ΔH=-572 kJ·mol-1 D 【练习】 4.下列说法正确的是(　　) A.自发进行的反应均是ΔH<0的反应 B.ΔS<0的反应一定不能自发进行 C.物质的量增加的反应，其ΔS为正值 D.CaCO3(s)受热分解为CaO(s)和CO2(g)，其ΔS>0 D 【练习】 5.反应CH3OH(l)+NH3(g) CH3NH2(g)+H2O(g)在某温度下才能自发进行,若反应的|ΔH|=17 kJ·mol-1，该温度下|ΔH-TΔS|=17 kJ·mol-1,则下列选项正确的是(　　) A.ΔH>0,该温度下ΔH-TΔS<0 B.ΔH<0,该温度下ΔH-TΔS>0 C.ΔH>0,该温度下ΔH-TΔS>0 D.ΔH<0,该温度下ΔH-TΔS<0 A 【练习】 第三节 化学反应的方向 焓判据 自发过程与自发反应 熵判据 复合判据 ∆G﹤0 反应能自发进行 ∆G =0 反应达到平衡状态 ∆G﹥0 反应不能自发进行 放热过程（∆H﹤0）常常是容易自发进行 熵增过程（∆S﹥0）常常是容易自发进行 ∆G=∆H-T∆S 课堂小结 FormatFactory : www.pcfreetime.com $$