2.3化学反应进行的方向 2024-2025学年高二化学人教版（2019）选择性必修1

“选必一 ”第二章《第三节 化学反应进行的方向》 第二章 化学反应速率与化学平衡 第三节 化学反应进行的方向 【学习目标】 (1)知道化学反应是有方向的 ;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。 【教学重点】化学反应的方向与反应的焓变、熵变的关系。 【教学难点】化学反应的方向与反应的焓变、熵变的关系。 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。例如高山流水、 自由落体。 【思考】下列现象的发生，你认为是自发过程的是 (填字母)。 A. 水由高处往低处流 B.气温升高冰雪融化 C.室温下，水自动结成冰 D.生锈的铁变光亮 【思考】下列过程中属于自发过程的是 (填序号)。 ①氢氧化钠溶解②水由高处往低处流③生锈铁变光亮④将地下水抽至地面⑤气温升高冰雪融化⑥墨水在水中扩散 (2)能量角度的特点(ΔH) ：体系趋向于从 状态转变为 状态(体系对外部做功或释放热量)。 (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。 2 、自发反应 (1)含义：在给定的条件下，无需外界帮助，一经引发即能自动进行的反应，称为自发反应。例如钢铁生锈。 (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。 【思考】 已知：①2H2＋O22H2O ；②2H2O2H2↑+O2↑ 。①是 反应，②是 反应。 (1)自发反应不需要任何条件就能发生( )【 自发反应也需要一定条件 反应，一旦反应后即可自发进行】 (2)非自发反应一定不能发生( ) 【思考】①烧碱与盐酸反应：ΔH 0 ，常温下 自发进行。 ②钠与水反应：ΔH 0 ，常温下 自发进行。 ③Zn(s)＋CuSO4(aq) =ZnSO4(aq)＋Cu(s) ΔH=-216.8 kJ·mol－ 1 ，常温下______ 自发进行。 ④八水合氢氧化钡与氯化铵反应：ΔH 0 ，常温下 自发进行。 ⑤碳酸钙分解：ΔH 0 ，在常温下 自发进行，在较高温度下 自发进行。 (3)结论：多数自发进行的化学反应是 反应，但也有 反应能自发进行。 二、熵与熵变 1 、熵：表示体系 的物理量，用符号 表示，单位 。 在一个由大量微粒(分子、原子、离子)构成的体系中，微粒之间无规则排列的程度越大，即混乱程度越 ，体系 的熵越 。 2 、熵变：生成物与反应物的熵值之差，可用 表示。若变化后体系混乱度增大， 该过程的ΔS 0；反之成立。 3 、影响因素： ①同一条件下，不同的物质熵值 。 ②同一物质的熵与其聚集状态及外界条件有关，S(g) S(l) S(s)。 ③一般地，体系中气体的物质的量越大，熵值越 。 ④物质的量越大，分子数越多，熵值越 。 【例】固体溶解过程、墨水扩散过程和气体扩散过程都是熵 的过程。 【例 1】下列变化过程为熵增的是( ) A ．2NH4NO3(s)=2N2(g)＋4H2O(g)＋O2(g) B ．CO(g)＋H2O(g)=CO2(g)＋H2(g) C ．2CO(g)＋O2(g)=2CO2(g) D ．3O2(g)=2O3(g) 4 、 自发过程混乱度角度的特点(ΔS) ：体系趋向于从 状态转变为 状态。 5 、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 ，即熵变(符号ΔS) 0 ，这个原理叫做 熵增原理。 【思考】(1)反应 CaCO3＋2HCl=CaCl2＋H2O＋CO2↑的ΔS 0 ，常温下 自发进行。 (2)NH4HCO3(s)===NH3(g)＋H2O(g)＋CO2(g) ΔH＝＋185.57 kJ·mol－ 1 该反应能自发进行，ΔS____0。 (3)NaHCO3＋HCl===NaCl＋H2O＋CO2↑ ΔH＝＋31.4 kJ·mol－ 1 的ΔS____0 ，常温下____ 自发进行。 (4)4Fe(OH)2(s)＋O2(g)＋2H2O(l)===4Fe(OH)3(s) 的ΔS____0 ，常温下____ 自发进行。 (5)在298 K、101 kPa 的条件下，NH3 + HCl = NH4Cl ΔH＝－176 kJ·mol－ 1 已知 S(NH3)=192 J·mol－ 1·K－1，S(HCl)=187 J·mol－ 1·K－ 1 ，S(NH4Cl)=187 J·mol－ 1·K－ 1 ，试计算ΔS ＝ ，该反应常温能够自发的原因是 。 三、自由能与化学反应的方向 1 、焓判据（能量角度）：ΔH 0 ，有利于反应自发进行。 2 、熵判据（混乱度角度）：ΔS 0 ，有利于反应自发进行。 3、体系的自由能判据：ΔG ＝ (单位为 )，ΔG 不仅与焓变和熵变有关，还与 有关。 在一定条件下，一个化学反应能否自发进行，必须综合焓判据和熵判据来判定。在温度、压强一定的条件下， 自发 反应总是向ΔG 0 的方向进行，即 自由能 的方向进行，最终达到 状态，可使ΔG ＝0。 4 、反应方向与自由能的关系 ①当ΔG＜0 时，反应 自发进行；②当ΔG ＝0 时，反应处于 状态；③当ΔG＞0 时，反应 自发进行。 类型 ΔH ΔS ΔG 反应的自发性 1 <0 一定能自发 2 >0 一定不能自发 3 正负决定于温度 低温能自发 4 高温能自发 【思考】在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂，可以改变化学反应进行的方向( ) 【思考】 自由能变化ΔG＜0 的化学反应一定能迅速发生( ) 【思考】2N2O5(g) 4NO2(g)＋O2(g) ，ΔH 0 ，ΔS 0 ，在较 温度下能自发进行。 【例 2】已知在 100 kPa、298.15 K 时，石灰石发生分解反应：CaCO3(s)=CaO(s)＋CO2(g) ΔH＝＋178.3 kJ·mol－ 1 ΔS = +160.4 J·mol－ 1·K－ 1 ，则 (1)该反应 (填“ 能” 或“不能”)正向 自发进行。 (2)若温度能决定反应方向，则该反应正向自发进行的最低温度为 。 【例3】汽车尾气(含烃类、CO 、NO 与 SO2 等)是城市主要污染源之一，治理的办法之一是在汽车排气管上装催化 转化器，它使 NO 与 CO 反应生成可参与大气生态循环的无毒气体，反应原理：2NO(g)＋2CO(g)=N2(g)＋2CO2(g)， 在 298 K 、100 kPa 下，ΔH＝－113 kJ·mol－ 1 、 ΔS ＝－145 J·mol－ 1·K－ 1 。下列说法错误的是( ) A ．该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量 B ．该反应常温下不能自发进行， 因此需要高温和催化剂 C ．该反应常温下能自发进行，高温和催化剂只是加快反应的速率 D ．汽车尾气中的这两种气体会与血红蛋白结合而使人中毒 【例 4】焦炭常用于冶炼工业。 已知反应①：2C(s)＋O2(g)=2CO(g) ；反应②：2CO(g)＋O2(g)=2CO2(g) ，反应① 、② 的反应趋势与温度关系如图所示(假设ΔH、ΔS 不随温度变化) 。下列说法错误的是( ) A ．反应②2CO(g)＋O2(g)=2CO2(g)的ΔS<0 ，ΔH<0 B ．983 K 是两个反应主次趋势变化的转折点 C ．L1 对应反应① D ．当温度低于 983 K 时，过量焦炭的氧化产物以反应②生成 CO2 为主 四、应用 1 、 自发反应可被用来做“有用功 ”。例如 H2 的燃烧可设计成燃料电池。 2 、非自发过程要想发生，必须对它做功。例如通电将水分解为 H2 和 O2。 2 学科网（北京）股份有限公司 $$