2.3 化学反应的方向（课件）-【化学可以这样讲】2024-2025学年高二化学同步教学课件+习题（人教版2019选择性必修1）

第二章　化学反应速率与化学平衡 第三节　化学反应的方向 1 素养要求 1.结合学过的化学反应实例，了解自发反应和非自发反应的含义。 2.通过“有序”和“无序”的对比，了解熵和熵变的意义。 3.初步了解焓变和熵变对化学反应方向的影响，能用焓变和熵变解释化学反应的方向，培养证据推理与模型认知能力。 2 观察发现 自然界中的自发过程有方向性，相反方向不能自发。 试分析自发过程有什么特点？ 1 自发过程与自发反应 4 任务一 探究自发过程与自发反应 1.自发过程 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 (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： (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) 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) 任务一 探究自发过程与自发反应 2.自发反应 (1)含义： 例如通电将水分解为H2和O2。 (2)非自发过程要想发生，必须对它做功。 例如H2的燃烧可设计成燃料电池。 (1)自发反应可被用来做“有用功”。 3.应用 不能自发进行，必须借助某种外力才能进行的反应。 (2)非自发反应： 例如钢铁生锈。 在给定的条件下，可以自发进行到显著程度的化学反应。 任务一 探究自发过程与自发反应 (1)自发反应不需要任何条件就能发生吗？ (2)非自发反应一定不能发生吗？ 自发反应也需要一定条件引发反应，一旦反应后即可自发进行。 非自发反应也能在一定条件下发生。 1.知道了某个反应是自发反应后，能否知道某条件下是否发生？能否预测反应的快慢？ 判断某反应是否自发，只是判断反应的方向，与是否会发生、反应的快慢无关。 【交流思考】 任务一 探究自发过程与自发反应 (2023·运城盐湖五中高二月考)下列过程属非自发的是(　　) A.水由高处向低处流 B.室温下水结成冰 C.气体从高密度处向低密度处扩散 D.煤气的燃烧 B 典例剖析 任务一 探究自发过程与自发反应 观察以下能自发进行的热化学方程式，体会并总结这些自发反应的共同点是什么? CH4(g)+2O2(g) = CO2(g)+2H2O(g) ΔH= － 802.3 kJ/mol 4Fe(OH)2(s)+O2(g)+2H2O(l) = 4Fe(OH)3(s) ΔH= －444.3 kJ/mol 2H2(g)+O2(g) = 2H2O(l) ΔH= － 571.6 kJ/mol 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。 均是放热反应，自发进行的 【交流思考】 任务一 探究自发过程与自发反应 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。 视频导学 2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8H2O(s) = 2NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l) ΔH < 0 2 化学反应进行方向的判据 11 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。 放热反应 反应物总能量高 生成物总能量低 任务二 化学反应进行方向的判据 下列三个过程均吸热，试分析这些反应能自发进行的可能原因？ 1.硝酸铵的溶解 NH4NO3(s) = N(aq)+N(aq) 2.碳酸钙的分解 CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g) 3.氯化铵晶体与氢氧化钡晶体的反应 2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8H2O(s) = 2NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l) 高温 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。 无序 气体 气体 【分析讨论】 【归纳总结】 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 任务二 化学反应进行方向的判据 2.熵变与化学反应的方向 (1) 概念 熵——用来度量体系混乱程度的物理量。符号：S 熵变——生成物与反应物的熵值之差。符号ΔS (2)熵值大小 ①体系的熵值：体系的混乱程度越大，体系的熵值就越大。 ②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。 克劳修斯（德国） 任务二 化学反应进行方向的判据 (3)熵判据 体系有自发地向混乱度增加(即熵增)的方向转变的倾向， 即ΔS>0。 常见的熵增过程和熵增反应 常见的熵增过程：固体的溶解，气体的扩散，水的汽化等。 常见的熵增反应：产生气体的反应，气体物质的量增大的反应。 【方法规律】 那么熵减，ΔS<0的反应就一定不能自发吗？ 2NO(g)＋2CO(g) =N2(g)＋2CO2(g) 4Fe(OH)2(s)＋O2(g)＋2H2O(l) =4Fe(OH)3(s) 以上反应可自发进行 ΔS<0 ΔS<0 有序 混乱 任务二 化学反应进行方向的判据 (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 。 熵变是影响反应自发进行的因素之一，但不是唯一因素。 (5)结论： 【归纳提升】 任务二 化学反应进行方向的判据 恒温、恒压及非体积功为0条件下，反应方向可用焓变和熵变来综合判断。 ΔH＜0，ΔS＞0时，反应能自发进行； ΔH＞0，ΔS＜0时，反应不能自发进行； ΔH＜0，ΔS＜0或ΔH＞0，ΔS＞0时，反应能否自发进行与温度有关。 低温自发 高温自发 化学反应方向的判断方法 任务二 化学反应进行方向的判据 (2)反应方向与自由能的关系 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。 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。 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。 任务二 化学反应进行方向的判据 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 (3)反应方向与自由能的关系 【注意事项】 任务二 化学反应进行方向的判据 常见的熵增过程和熵增反应 (1)常见的熵增过程：固体的溶解，气体的扩散，水的汽化等。 (2)常见的熵增反应：产生气体的反应，气体物质的量增大的反应。 典例剖析 (2023·长沙长郡中学高二月考)下列说法正确的是(　　) D 任务二 化学反应进行方向的判据 课堂小结 影响因素： 化学反应的方向 反应焓变 反应熵变 共同 影响 吸热 放热 熵增 熵减 焓减小有利于反应自发，熵增大有利于反应自发 温度 熵与环境 熵增就是污染 熵与生命： 衰老是生命系统的熵的一种长期的缓慢的增加，也就是说随着生命的衰老，生命系统的混乱度增大，当熵值达极大值时即死亡，这是一个不可抗拒的自然规律。 熵与社会 熵增就是社会混乱 生活与熵变 当 堂 练 习 3 24 任务三 限时训练 1.(2023·河南中原名校高二联考)自发过程：在一定的条件下，不需要外力就可以自动进行的过程。在常温常压下，下列诗句反映的景象与自发过程不一致的一项是(　　) 　A.云开雾散旭风暖 　 B.飞流直下三千尺 　C.雪消门外千山绿 D.欲渡黄河冰塞川 D 任务三 限时训练 2.(2023·邢台二中高二月考)下列说法正确的是(　　) A.放热反应都能自发进行，吸热反应都不能自发进行 B.电解水为自发反应 C.反应NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的ΔH＞0 D.W(s)＋xG(g)===2Q(g)　ΔH＜0，能自发进行，x可能等于1 D 任务三 限时训练 3.(2023·烟台高二期中考试)下列说法中正确的是(　　) A.非自发反应在任何条件下都不能发生 B.熵增加且放热的反应一定是自发反应 C.熵减小或不变的反应一定是非自发反应 D.凡是放热反应都是能自发进行的反应，而吸热反应都是非自发进行的反应 B 任务三 限时训练 4.(2023·浙江A9协作体高二期中联考)对于化学反应方向的确定，下列说法不正 　确的是(　　) A.在温度、压强一定的条件下，焓因素和熵因素共同决定一个化学反应的 　方向 B.温度、压强一定时，放热的熵增反应一定能自发进行 C.能够自发进行的反应一定是熵增的过程 D.固体的溶解过程与熵变有关 C 2.已知：①2H2＋O22H2O；②2H2O2H2↑＋O2↑。①是自发反应，②是非自发反应，通过对上述反应的分析，思考： FormatFactory : www.pcfreetime.com Lavf57.56.101 A.一定温度下，反应MgCl2(l)eq \o(=====,\s\up7(通电))Mg(l)＋Cl2(g)的ΔH>0，ΔS<0 B.凡是放热反应都是自发的，凡是吸热反应都是非自发的 C.常温下，2H2Oeq \o(=====,\s\up15(通电))2H2↑＋O2↑，即常温下水的分解反应是自发反应 D.已知2KClO3 (s)===2KCl(s)＋3O2(g)　ΔH＝－78.03 kJ·mol－1，ΔS＝ ＋494.4 J·mol－1·k－1，此反应在任何温度下都能自发进行 $$