2.1.1化学反应的方向 （第一课时） 课件 2024-2025学年高二上学期化学沪科版（2020）选择性必修1

2.1 化学反应的方向（第一课时） t 2060 2030 C 碳中和 碳达峰 冰川融化 高温热浪 一、化学反应的方向 自发反应 在给定条件下， 能“自己”进行的化学反应称为自发反应 C + O2 = CO2 点燃 CO2 = C + O2 改变方向？ 一定温度、压强、催化剂 不需要外界帮助（不需要环境对系统做“有用功”） 点燃 一、化学反应的方向 C + O2 = CO2 点燃 CO2 = C + O2 改变方向？ 如何判断反应的方向？ 反应物 生成物 放热 焓 19世纪初科学家： 放热反应可以自发进行， 吸热反应不能自发进行 法国化学家 安托万•洛朗•拉瓦锡 1.化学反应的方向与焓变 【学习任务一】列举常见的自发进行的放热反应 反应物 生成物 放热 焓 CaO(s)+H2O(l)=Ca(OH)2 (aq) H < 0 Zn(s)+CuSO4(aq)=Cu(s) + ZnSO4(aq) H < 0 成分：氧化钙、铝粉、碳酸钠 成分：铁粉、水、活性炭、蛭石、吸水性树脂、食盐 4Fe(s)+3O2(g)+6H2O(l)=4Fe(OH)3 (s) H < 0 可燃物燃烧 酸碱中和 活泼金属与水、酸 大部分化合反应 放热反应 （ 1.化学反应的方向与焓变 焓减少有利于化学反应的自发进行 反应物 生成物 放热 焓 重力势能降低 内能降低 电势能降低 吸热反应可以自发进行吗？ （1）常温下：Ba(OH)2・ 8H2O(s) + 2NH4Cl(s) = BaCl2(s) +2NH3(g) + 10H2O(l) （2）常温下：NaHCO3(s) + CH3COOH(aq) = CH3COONa(aq) +H2O(l) + CO2(g） ）高于621K：NH4Cl(s) = NH3(g) + HCl(g) （4）高于324K：N2O4(g) = 2NO2(g) 能自发进行的吸热反应 1.化学反应的方向与焓变 焓减少有利于化学反应的自发进行 焓变是反应能否自发进行的一个因素，但不是唯一因素 （1）常温下：Ba(OH)2・8H2O(s) + 2NH4Cl(s) = BaCl2(s) +2NH3(g) + 10H2O(l) （2）常温下：NaHCO3(s) + CH3COOH(aq) = CH3COONa(aq) +H2O(l) + CO2(g） ）高于621K：NH4Cl(s) = NH3(g) + HCl(g) （4）高于324K：N2O4(g) = 2NO2(g) 【学习任务二】 以下吸热反应在指定条件下均能自发进行，思考这三个自发反应有何共同之处？ 1855年，克劳修斯首次大胆提出熵的概念，用来描述系统的混乱或者无序程度，用符号S表示。 1923年，我国著名的物理学家胡刚复教授将其翻译为“熵”。 德国数学家 鲁道夫·尤利乌斯·埃马努埃尔·克劳修斯 2.化学反应的方向与熵变 熵是描述系统的混乱或无序程度，用S表示 熵值越大，系统混乱程度越大 系统状态发生变化，熵值随之变化 变化前后熵的差值称为熵变，用表示，单位是J・mol-1・K-1 （1）熵 1869年，德国化学家霍斯特曼把熵的概念首次推广到化学反应领域 高于621K：NH4Cl(s) = NH3(g) + HCl(g) 液体蒸发：X(l) =X (g) 气体分子数增加 物质的三态变化 2.化学反应的方向与熵变 （2）熵和熵变规律 同种物质：S (g) > S (l) > S (s) 同类物质：摩尔质量越大，熵越大 气体分子数增加，属于熵增加的反应 （1）常温下：Ba(OH)2・8H2O(s) + 2NH4Cl(s) = BaCl2(s) +2NH3(g) + 10H2O(l) （2）常温下：NaHCO3(s) + CH3COOH(aq) = CH3COONa(aq) +H2O(l) + CO2(g） ）高于621K：NH4Cl(s) = NH3(g) + HCl(g) （4）高于324K：N2O4(g) = 2NO2(g) （3）化学反应的熵变规律 对于有气体参加的反应： 若反应后气体分子数增加，该反应的 熵增有利于反应的自发进行 2.化学反应的方向与熵变 玻尔兹曼熵公式：S =k lnΩ k——玻耳兹曼常量 Ω——微观状态数， 即混乱度越大，体系熵越大 奥地利物理学家 路德维希·玻尔兹曼 科学离不开自然，科学也总是承接着自然规律发展 市售暖手袋（可反复使用） 熵减少的过程可以自发进行吗？ Fe2O3(s) + 2Al(s) = 2Fe(s) + Al2O3(s) = 38 J・mol-1・K-1 4Fe(OH)2(s) + 2H2O(l) + O2(g) = 4Fe(OH)3 (s) = 278 J・mol-1・K-1 有些熵减的反应在一定条件下也可以自发进行 （3）化学反应的熵变规律 对于有气体参加的反应： 若反应后气体分子数增加，该反应的 熵增有利于反应的自发进行 熵变是反应能否自发进行的又一个因素，但与焓变一样，它也不能作为化学反应方向的独立判据 2.化学反应的方向与熵变 在温度和压强一定的条件下， 化学反应方向是由反应的焓变和熵变共同影响的结果 二、焓变与熵变对反应方向的共同影响 【学习任务三】 请结合焓变和熵变的相关数据， 解释“在相同条件下，很难让二氧化碳自发变回碳”这个事实 S 2.9 J・mol-1・K-1 1878年，美国科学家吉布斯 在大量理论研究的基础上， 提出判断化学反应方向的综合判据： 在一定温度下和压强下： TS<0，反应能自发进行 =0，反应处于平衡状态 TS>0，反应不能自发进行 美国物理学家 约西亚·威拉德·吉布斯 从CO2到甲醇燃料 TS = 时，反应可自发进行 课后思考： 要判断化学反应的方向，需要综合焓变和熵变的影响。可是，有时只由焓变值或者熵变值也能做出正确的推测，为什么?什么情况下可以由焓变值做出推测?什么情况下可以由熵变值做出推测? 有些反应在常温下不能自发进行，但在高温下就可以自发进行了。这类反应有什么特点? $$