2.3化学反应的方向 课件 2024-2025学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

第三节 化学反应的方向 第二章 化学反应速率与化学平衡 学习目标： 1.了解熵变的含义 2.理解焓变和熵变与反应方向的关系 3.能综合运用ΔG=ΔH－TΔS判定反应进行的方向 化学反应进行的快慢 化学反应的限度 化学反应进行的方向 ——化学反应速率 ——化学平衡 —— ? 化学反应原理研究的三个内容： 自发过程与自发反应 高处 低处 自发过程 非自发过程 问题1：非自发过程一定无法发生吗？ 问题2：自发过程一定能发生吗? 抽水泵 不，借助外力有可能发生 不，可能需要引发条件 自发——内驱力 一、自发过程与非自发过程 1.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。 meiyangyang8602 2.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。 自发过程的特点 能量角度：体系趋向于从高能状态转变为低能状态 混乱度角度： 在密闭条件下，体系有从有序自发地转变为无序的倾向 自发过程与自发反应 钢铁生锈 金属置换 燃料燃烧 有些化学反应在一定条件下，是自发进行（不用借助外力）的，且有方向性。 加热、通电等 自发过程与自发反应 自发反应 非自发反应 生产的可行性问题 ------反应进行的方向 生产的效率问题 产率问题 ------化学反应的速率 ------化学平衡(限度) 化学反应进行方向的判据 思考：下列反应在一定条件下都能自发进行， 你知道原因吗？ ① C3H8(g) +5 O2(g) = 3CO2(g) + 4H2O(l) △H=-2217.5kJ/mol ② 2Na(s)+Cl2(g)=2NaCl(s) △H=-882kJ/mol ③ C(s)+ O2(g)=CO2 (g) △H =-393.5kJ/mol 共同特点? 理解：能量越低越稳定，体系具有从高能态→低能态的倾向 共同点：ΔH<0，放热反应，高能向低能转化,具有自发反应的倾向 △H<0，反应能自发进行 焓判据 焓减原理 1.能量判据（焓判据） 经验规律∶ 体系趋向于从高能状态转变为低能状态（这时体系会对外做功或者释放热量即△H﹤0）---能量判据（焓判据） 是不是所有自发进行的化学反应都是放热的？ 二、反应进行方向的判断方法 大多数放热反应是可以自发进行的 化学反应进行方向的判据 ①NaHCO3(s)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l)+CO2 (g) △H=+31.4kJ/mol ②2N2O5(g)=4NO2(g)+O2 (g) △H=+109.8kJ/mol 这些反应都是吸热反应，但在常温下能自发进行 思考：什么因素驱动了吸热反应的自发进行？ △H<0，反应能自发进行 焓判据 不是唯一判据 变化过程有从有序转变为 混乱（无序）的倾向 衡量体系混乱程度的物理量。越混乱(无序)，熵越大。 思考：什么因素驱动了吸热反应的自发进行？ S1 S2 小 大 熵变 △S =S (生成物)-S（反应物） >0 熵增原理 一个反应 ：n（g）增加，∆S>0；n（g）减少，∆S<0 二、反应进行方向的判断方法 气体的自发扩散过程 硝酸铵溶于水的过程可以自发进行 这些过程都是自发地从混乱度小(有序)向混乱度大（无序）的方向进行。 品红在水中扩散 蒸汽扩散 火柴散落 体系的混乱度（即熵值）增加， ΔS＞0，反应有自发的倾向。 (1)水蒸气冷凝成水 (2)CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) (3) 2H2(g)+ O2(g) ＝2H2O (l) (4)2N2O5(g)＝4NO2(g)+O2(g) △S<0 △S>0 △S>0 △S<0 思考：试根据熵的定义，判断下列过程中体系的熵变大于零还是小于零。 ①同一物质：S(g)>S(l)>S(s) ②固或液态物质→气态物质，体系的混乱度增大 ③较少的气态物质→较多的气态物质，体系的混乱度也增大 二、反应进行方向的判断方法 同种物质：S(g) > S(l) > S(s)。 69.9J·mol-1·K-1 47.9J·mol-1·K-1 188.7J·mol-1·K-1 气态水 液态水 冰 2.熵判据： 在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵增大，这一经验规律叫做熵增原理，是判断化学反应方向的另一判据——熵判据。 是不是所有自发进行的化学反应都是熵增加的？ 2H2(g)+O2(g)=2H2O(l ) △S<0 结论：△S > 0有利于反应自发进行，自发反应不一定要△S > 0，熵也不是唯一判据。 二、反应进行方向的判断方法 Zn(s)+ H2SO4(aq)＝ZnSO4(aq)+ H2(g) 2KClO3(s)＝2KCl(s)+ 3O2(g) △S>0 △S>0 大多数熵增的反应可以自发进行 正负判断： ①气体体积增大的反应，ΔS>0，熵增加反应 ②气体体积减小的反应，ΔS<0，熵减小反应 化学反应进行方向的判据 ①NaHCO3(s)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l)+CO2 (g) △H=+31.4kJ/mol ②2N2O5(g)=4NO2(g)+O2 (g) △H=+109.8kJ/mol 思考：什么因素驱动了吸热反应的自发进行？ △H<0，自发进行 焓判据 △S>0，自发进行 熵判据 △S>0 △S>0 思考与讨论：所有自发进行的化学反应都是熵增的？ 2H2(g)+O2(g)= 2H2O(l) △S<0 NH3(g)+HCl(g)= NH4Cl(s) △S<0 都可自发进行 都不是唯一判据 化学反应进行方向的判据 I.阅读下列资料，总结化学反应进行的方向和哪些因素有关？ [资料]吉布斯确立了定量描述焓变和熵变在判断反应的自发性过程中的地位。体系自由能变化（符号为△G，单位为kJ/mol）综合考虑了焓变和熵变对体系的影响，用来定量评价焓变和熵变在反应过程中作用的关系称之为吉布斯公式：△G=△H-T·△S，G为吉布斯自由能。 特别提醒：T为热力学温度（T=t+273.15）,永远为正值！ 3.复合判据 二、反应进行方向的判断方法 研究表明：在等温、等压条件下封闭体系中，自由能的变化综合反应了体系的焓变和熵变对自发过程的影响： △G = △H - T△S G ：自由能 T：绝对温度 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 当△G＜ 0 时， 反应能自发进行 当△G ＞0时，反应不能自发进行 当△G＝0 时，反应达到平衡状态 结合教材P36“科学视野” 理解思考 小组合作：判断下列反应的自发性 变化 ∆H ∆S 自发性 Zn(s)+2HCl(aq)=ZnCl2(aq)+H2(g) 2CO(g)=2C(S)+O2(g) NH3(g)+HCl(g)=NH4Cl(s) CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) <0 >0 >0 >0 <0 <0 <0 >0 自发 不自发 ? ? 复合判据 ∆G = ∆ H – T·∆ S 当ΔG<0， 反应能自发进行； 当ΔG＝0，反应处于平衡状态； 当ΔG>0， 反应不能自发进行。 反应能否自发进行 ＜０ ＞０ ＞０ ＜０ ＞０ ＞０ ＜０ ＜０ H Ｓ Ｇ ＜０ ＞０ 高温时＜０ 低温时＜０ 自发进行 不自发进行 高温自发 低温自发 △S △H 自发进行 不自发进行 ∆H<0 , ∆S>0 ∆H>0 , ∆S<0 ∆H>0 , ∆S>0 高温自发 ∆H<0 , ∆S<0 低温自发 化学反应进行的方向 复合判据 熵判据 焓判据 课堂小结 焓减有利于反应自发 熵增有利于反应自发 ∆ G = ∆ H – T ·∆ S<0，反应自发 2、下列反应中，熵减小的是（ ） 【课堂练习】 D A. (NH4 )2CO3(s)＝NH4HCO3(s)+NH3(g) B. 2N2O5(g)＝4NO2(g)＋O2(g) D. 2H2(g)＋O2(g)＝2H2O(g) C. MgCO3(s)＝MgO(s)＋CO2(g) 3．下列反应中，熵显著增加的反应是(　　) A．CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g) B．3NO2(g)＋H2O(l)===2HNO3(aq)＋NO(g) C．2C(s)＋O2(g) === 2CO (g) D．2Hg(l)＋O2(g)===2HgO(s) C 【课堂练习】 4、下列反应中在高温下不能自发进行的是( ) A.CO(g)=C(s) +1/2O2(g) B.2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g) C.(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g) D.MgCO3(s)=MgO(s)+CO2(g) A 【课堂练习】 5、某反应2AB(g)=C(g)+3D(g)在高温时能自发进行，其逆反应在低温下能自发进行，则该反应的ΔH、ΔS应为( ) A.ΔH < 0，ΔS > 0 B. ΔH < 0，ΔS <0 C. ΔH > 0，ΔS > 0 D. ΔH > 0，ΔS < 0 C 6.合成氨反应：N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) ，∆H = -92.2kJ/mol， ∆S = -198.2 J/(mol·K)。判断反应在25℃时是否能自发进行。 ∆G = ∆H - T∆S = -92.2kJ/mol-（273+25）K·[-198.2 J/(mol·K)] 1000J/KJ = -33.1kJ/mol < 0 反应在25℃时能自发进行。 【课堂练习】 $$