2.3化学反应的方向 课件 2023-2024学年高二上学期人教版（2019）化学选择性必修1

meiyangyang8602 meiyangyang8602 自然界中有一些过程是自发进行的，而且是有方向性的 水总是自发地从高处流向低处 冰融化及墨水扩散 自发过程：在一定条件下，不需要外力作用就可以进行的过程。 自然界中的自发过程 抽水上山：借助水泵，持续消耗电能 非自发过程：在一定条件下，需要持续外力作用，才能维持进行的过程。 自发过程 非自发过程 “非自发”也不代表不能发生 化学反应是否也能自发进行，有方向性？ 自然界中的自发过程 第三节 化学反应的方向 第二章 化学反应速率与化学平衡 化学反应的快慢 化学反应的限度 化学反应的方向 ——化学反应速率 ——化学平衡 —— ? 化学反应原理 化学反应的方向 在温度和压强一定条件下，不借助光、电等外部力量就能自动进行的过程 自发过程 化学反应的方向 微提醒 即在一定条件下反应的某个方向是自发进行的，其逆方向在相同条件下一定不能自发进行 自发反应具有方向性 但不一定能够实际发生，发生时速率也不一定大，非自发反应在一定条件下也可能发生。如煤的燃烧是自发反应，但在常温下不能自发进行。 自发反应是指该反应过程有自发进行的倾向 准确判断一个过程、一个反应能否自发进行的依据是什么？ 思考 a 高山流水 高能状态 低能状态 水总是自发地从高处往低处流——有趋向于低能量状态的倾向。 化学反应进行的方向与焓变（焓判据） 水　流 电　流 热 量 自发 高处 低处 自发 高电位 低电位 自发 高温 低温 化学反应进行的方向与焓变（焓判据） 反应物的总能量高 生成物的总能量低 放热反应 ∆ H＜0 化学反应进行的方向与焓变（焓判据） Zn(s)+CuSO4(aq)=ZnSO4(aq)+Cu(s) △H= -216.8 kJ·mol-1 2H2(g) +O2(g) =2H2O(l) △H= -571.6 kJ·mol-1 放热反应过程中体系能量降低，因此具有自发反应的倾向 大多数放热反应是可以自发进行的 化学反应进行的方向与焓变（焓判据） 19世纪，一些化学家认为，决定反应能否自发进行的因素是反应热，放热反应可以自发进行，而吸热反应不能自发进行。你同意这种观点吗？ 2NH4Cl(s) +Ba(OH)2.8H2O (s)= BaCl2(s)+2NH3(g)+10H2O(l) △H＞0 该反应是吸热反应，但在常温下能自发进行 化学反应进行的方向与焓变 NaHCO3(s)+HCl(aq)=CO2(g)+NaCl(aq)+H2O(l) △H=＋31.4KJ/mol 2N2O5(g) ＝4NO2(g)+O2(g) 　 △H=+109.8kJ/mol 结论：△H < 0有利于反应自发进行 但自发反应不一定要△H < 0 焓变是反应能否自发进行的一个因素,但不是唯一因素。 化学反应进行的方向与焓变（焓判据） 小结：自然之法如此神奇，正是很多燃烧反应会遇到“活化能”的壁垒。才使得富含有机物的生命体在富含氧气的大气中没有“自燃”。 对于反应碳的燃烧，有同学提出这个过程不能自发，因为需要点燃，你怎么看？ 因为燃烧反应存在“障碍”——活化能，“点燃”的目的是克服反应的活化能，“启动”反应，使之发生。因为反应放出的热量|△H|>Ea。使得放出的热量足以克服后续反应的活化能，因此在反应引发后，不用持续加热，也能自发进行下去。 化学反应进行的方向与焓变（焓判据） 为什么有些放热反应需要持续加热呢？ 例如：H2(g)+CuO(s)=Cu(s)+H2O(1) △H=-128.5KJ/mol 因为此反应所需活化能很大，而反应放出的热量太少，即|△H|<Ea。使得放出的热量难以克服后续反应的活化能，因此在反应发生后，需要从环境中不断吸收热量，才能够自发进行下去。 化学反应进行的方向与焓变（焓判据） meiyangyang8602 在一定条件下，如果一个过程是自发的，那么它的逆过程通常是非自发的。 氢气的燃烧 水的电解 自发 非自发 2H2+O2=2H2O 冬天水结冰自发 春天冰融水自发 “自发”是一定条件下的自发，条件变了，可能由原来的“自发”变成“非自发”。 化学反应进行的方向与焓变（焓判据） 我们知道，吸热会使体系能量升高，为什么也能自发？ 思考 科学家注意到，还有一类自发过程，不是能量高低变化引起的。 墨水在水中的扩散 气体的扩散 固体在水中的溶解 化学反应进行的方向与熵变（熵判据） 还有一些现象: (1)相互接触的固体物质体系，经过长期放置后，人们能够找到通过扩散而进入另一种固体中的原子或分子。 (2)下课铃一响教室里会怎样? 共同点？ 共同点是： 这些过程都体现从“有序”自发变“无序”，自发向混乱度高的方向进行。这是自然界的一种普遍规律。 化学反应进行的方向与熵变（熵判据） (1)熵的定义 科学家用“熵（S）”来描述体系的混乱（无序）程度。 (2)熵增原理 在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵增大，即熵变(符号ΔS)>0。 即熵增(ΔS>0)是反应自发的另一个判据。 (3)同一物质，气态时的熵最大，液态时次之，固态时最小。 (4)同一体系，气体物质的量越大，熵S越大。 化学反应进行的方向与熵变（熵判据） 我们再来研究刚才提到的那些吸热反应也能自发的具体原因： (1)N2O5分解： 2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g) ΔH=+56.7 kJ/mol (2)碳铵的分解：(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g) ΔH=+74.9kJ/mol 该反应虽然 ΔH>0，体系能量增大，但ΔS>0熵增，混乱度增大，所以可以自发反应。 该反应虽然 ΔH>0，体系能量增大，但ΔS>0熵增，混乱度增大，所以可以自发反应。 即ΔS＜0 Fe(OH)2(s) + O2(g) + H2O (g) ＝ Fe(OH)3(s) 2NO (g) + 2CO (g) ＝ N2 (g) + 2CO2 (g) 　 这些化学反应的ΔS＜0，但是都可以自发进行。所以，不能只根据熵增或熵减来判断化学反应进行的方向。 事实上,只有孤立体系（与环境既没有物质交换也没有能量交换）或者绝热体系（与环境既没有物质交换也没有热量交换），自发过程才向着熵增的方向进行。 结论： 自发反应的方向与焓变、熵变有关，但焓变和熵变又不能单独作为判断反应自发进行方向的依据。则需综合考虑体系的焓变和熵变。 注意：熵变只是影响反应方向的一种因素，并不是只有熵增才是自发反应。 化学反应进行的方向与熵变（熵判据） 热力学温度又被称为绝对温度，是热力学和统计物理中的重要参数之一。 一般所说的绝对零度指的是0K，对应摄氏温度-273.15°C 温度的三种表示方法 摄氏温度°C 华氏温度°F 绝对温度 K 国内一般摄氏度，国外华氏度，真正科研用绝对温度。 化学反应进行的方向 化学反应进行的方向与自由能（复合判据） (1)自由能变化ΔG=ΔH-TΔS （ΔH和ΔS带有正负号，T为绝对温度） (2)自由能变化ΔG判据：在温度、压力一定的条件下， 自发反应总是向ΔG=ΔH-TΔS＜0的方向进行，直至达到平衡状态。 ΔG=ΔH-TΔS＜0 反应能自发进行 ΔG=ΔH-TΔS=0 反应达到平衡状态 ΔG=ΔH-TΔS>0 反应不能自发进行 △G 不仅与焓变和熵变有关，还与温度有关 △H △S ∆H>0 ∆S>0 高温下 反应自发进行 ∆H>0 ∆S<0 所有温度下 反应不能自发进行 ∆H<0 ∆S>0 所有温度下 反应自发进行 ∆H<0 ∆S<0 低温下 反应自发进行 化学反应进行的方向与自由能（复合判据） 化学反应进行方向的判据 1.焓判据： 2.熵判据： 3.复合判据： 能量降低的方向,就是反应容易进行的方向(H<0) 熵增的方向,就是反应容易进行的方向(S>0) 自由能减小的方向，就是反应容易进行的方向(G<0) 化学反应进行的方向 $$