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

化学反应的方向 视频：碳中和目标下的蓝天保卫战 如果你是一位科学家，如何利用廉价而丰富的CO2实现资源转化的任务？ 从结构、化合价、物质类别的角度分析，设计利用CO2可能合成其他物质的反应。 任务一： 原料： 氢气、二氧化碳 产品： 甲醇、二甲醚、甲酸等 面对一个陌生的反应，如何判断这个反应能否实现？ 任务二： 水往低处流 高空降伞 自发过程 在一定条件下，不借助外力就能自动进行的过程。 共同点：高能向低能转化 一定条件下不借助外部力量就能够进行的反应。 自发反应 燃烧反应、酸碱中和反应、活泼金属与酸或水的反应、铁生锈…… 自发反应 (1)氢气和氧气反应： 2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) △H=-571.6kJ/mol (2) 酸碱中和反应： NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l) △H=-57.3kJ/mol (3) 金属与酸或水的反应： 2Na(s)+2H2O(l)=2NaCl(aq)+H2(g) △H=-368kJ/mol 共同点：放热反应，△H＜0，高能向低能转化 01 化学反应有自发向放热方向进行的倾向。（这时体系会对外部做功或释放热量，△H＜0） 焓判据 19世纪中期，化学家汤姆逊和贝赛罗曾试图从化学反应的热效应来解释化学反应的方向性，认为决定化学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，而吸热反应则不能自发进行。 化学史话 你认同化学家们的说法吗？ 【实验探究】 Ba(OH)2·8H2O与氯化铵晶体的反应 实验现象 化学方程式 结论 Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl= BaCl2+2NH3↑+10H2O Ba(OH)2·8H2O与氯化铵晶体的反应 【实验探究】 Ba(OH)2·8H2O与氯化铵晶体的反应 实验现象 混合物变为糊状；试纸变蓝；袋子冰凉。 化学方程式 Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl= BaCl2+2NH3↑+10H2O 结论 吸热反应，自发反应 结论：焓变（△H）是决定反应能否自发进行的因素之一，但不是唯一因素。 吸热的自发反应 八水合氢氧化钡与氯化铵反应 2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8H2O(s)=2NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l) △H=+349.5kJ/mol N2O5的分解 2N2O5(g) = 4NO2(g)+O2 (g) △H=+56.7kJ/mol 碳酸铵的分解 (NH4) 2CO3(s) = NH4HCO3(s)+NH3(g) △H=+74.9kJ/mol 冰块的融化 色素的扩散 吸热或没有能量变化的自发过程 跌落的玻璃杯一下子摔碎 共同点：从有序到无序转化 为了解释以上这一类与能量状态高低无关的过程的自发性，1854年，德国物理学家克劳修斯首次提出熵的概念。 克劳修斯（德国） 熵 S 熵 在密闭条件下，体系有由有序自发地转变为无序的倾向，这种推动体系变化的因素称作熵。 有序 无序 熵 大小判断： 物质的混乱度：体系混乱度越大，熵值越大 物质的存在状态：同一物质S(g)＞S(l)＞S(s) 反应熵变： △S=S(生成物) - S(反应物) 当S(生成物) ＞ S(反应物) 时，△S ＞ 0；熵增； 当S(生成物) ＜ S(反应物) 时，△S ＜ 0；熵减。 观察总结下列自发过程熵变的特点 1.冰→液态水→水蒸气 2.氯化钠晶体溶于水 3.N2O5分解： 2N2O5(g) = 4NO2(g) + O2(g) △H=+56.7kJ/mol 4.碳酸铵的分解： (NH4) 2CO3(s) = NH4HCO3(s)+NH3(g) △H=+74.9kJ/mol 【探究】 △S＞0 △S＞0 △S＞0 △S＞0 02 在孤立体系或绝热体系中，化学反应有自发向熵增方向进行的倾向（即△S＞0），这一经验规律叫做熵增原理。 熵判据 【演示实验】魔术：点水成冰 -10摄氏度的液态水会自动结为固态 2NO(g)+O2(g)=2NO2(g) 结论：只根据熵变来判断反应进行的方向也是不全面的。 △S＜0 △S＜0 熵减的自发过程/反应 1878年，美国科学家吉布斯在大量理论研究的基础上，结合焓判据和熵判据，提出等温、等压下化学反应方向的复合判据——吉布斯自由能。 吉布斯（美国） G 03 复合判据 吉布斯自由能 △G = △H - T△S △G ＜ 0，自发进行 △G ＞0， 不能自发进行 △G = 0，反应达到平衡 温度与反应方向的关系示意图 △H＜0 △S＞0 任何温度下 反应自发进行 △H △S △H＞0 △S＞0 高温下 反应自发进行 △H＜0 △S＜0 低温下 反应自发进行 △H＞0 △S＜0 任何温度下 反应不能自发进行 【探究】有人利用二氧化碳和氢气设计如下反应，分别用来合成甲醇、甲酸、甲醚。 ① 2CO2(g)+4H2(g)=C2H5OH(l)+H2O (l) △H=-49.0kJ/mol； ② CO2(g)+H2(g)= HCOOH(l) △H=+30.9kJ/mol； ③ 2CO2(g)+6H2(g)=CH3OCH3(l)+3H2O (l) △H=-122.5kJ/mol。 判断各反应能否自发进行。 任务三：利用可再生氢气和二氧化碳为原料设计反应，助力达到碳达峰、碳中和的目标。 ［探究］有人利用二氧化碳和氢气设计如下反应，分别用来合成甲醇、甲酸、甲醚。 ① 2CO2(g)+4H2(g)=C2H5OH(l)+H2O (l) △H=-49.0kJ/mol； 任务三：利用可再生氢气和二氧化碳为原料设计反应，助力达到碳达峰、碳中和的目标。 △H<0, △G<0, 低温自发 △S<0 【探究】有人利用二氧化碳和氢气设计如下反应，分别用来合成甲醇、甲酸、甲醚。 ② CO2(g)+H2(g)= HCOOH(l) △H=+30.9kJ/mol； 任务三：利用可再生氢气和二氧化碳为原料设计反应，助力达到碳达峰、碳中和的目标。 △H＞0， △G＞0, 任何温度不自发 △S<0 【探究】有人利用二氧化碳和氢气设计如下反应，分别用来合成甲醇、甲酸、甲醚。 ③ 2CO2(g)+6H2(g)=CH3OCH3(l)+3H2O(l) △H=-122.5kJ/mol。 任务三：利用可再生氢气和二氧化碳为原料设计反应，助力达到碳达峰、碳中和的目标。 △H<0， △G＜0, 低温自发 △S<0 注意 1.在讨论过程的方向时，指的是没有外界干扰时体系的性质。如果允许外界对体系施加某种作用，就可能出现相反的结果。 2.过程的自发性只能用于判断过程的方向，不能确定过程是否一定会发生和过程发生的速率。 【探究】有人利用二氧化碳和氢气设计如下反应，分别用来合成甲醇、甲酸、甲醚。 ② CO2(g)+H2(g)= HCOOH(l) △H=+30.9kJ/mol； 任务三：利用可再生氢气和二氧化碳为原料设计反应，助力达到碳达峰、碳中和的目标。 △G＞0, 任何温度不自发 资料：已知HCOOH与氨水、NaOH、甲醇的酯化反应均为放热反应。 【探究】有人利用二氧化碳和氢气设计如下反应，分别用来合成甲醇、甲酸、甲醚。 ② CO2(g)+H2(g)= HCOOH(l) △H=+30.9kJ/mol； 任务三：利用可再生氢气和二氧化碳为原料设计反应，助力达到碳达峰、碳中和的目标。 △G＞0, 任何温度不自发 加入易与产物中的HCOOH反应的物质，且反 应过程中ΔS﹥0、ΔH﹤0更佳。 $$