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 吃吃喝喝，星辰大海 1 自然界中水总是从高处往低处流； 电流总是从电位高的地方向电位低的地方流动； 室温下冰块自动融化； 墨水扩散； 食盐溶解于水； 火柴棒散落等。 上述过程有何共同点？ 有明显的自发性 一、自发过程和自发反应 自然界有一些过程是自发进行的，而且是有方向性的。 例如，水总是自发地从高处流向低处，而相反的过程非自发进行的。 1.自发过程 自发：自然而然，即不受外力的影响而自然产生 一、自发过程和自发反应 有些化学反应也是自发进行（在一定条件下）的，而且具有方向性。 2.自发反应 自发 非自发 钢铁生锈 (1)自发反应不需任何条件就能发生(　　) (2)能自发进行的反应，反应速率一定很大(　　) × 正误判断 × 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 （2）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。 （1） 氢气燃烧可以设计成原电池 自发过程的判断不是看是否需要条件，而是看是否需要持续施加外力（如加热等） 抽水上山：借助水泵， 持续消耗电能 自然界中水总是从高处往低处流； 热量从高温物体传递给低温物体； 正电荷是从电势高的地方向电势低的地方流动； 体系趋向于从高能态到低能态 自发过程的特点有哪些？ 下列反应在一定条件下都能自发进行，这些反应能自发进行的主要原因是什么？ H2(g) + O2(g) ＝ H2O(l) ΔH ＝−286KJ/mol 1 2 NaOH(aq) + HCl(aq) ＝ NaCl(aq) + H2O(l) ΔH ＝− 57.3KJ/mol Zn(s) + CuSO4(aq) ＝ ZnSO4 (aq) +Cu (s) ΔH ＝−216.8KJ/mol H2 (g) + Cl2(g) ＝ HCl(g) ΔH ＝−92KJ/mol 1 2 Na(s) + H2O(l) ＝ NaOH(aq) + H2 (g) ΔH ＝−184KJ/mol 1 2 反应物的总能量高 生成物的总能量低 放热反应 ΔH＜0 共同特点： ΔH < 0 即放热反应 【结论】放热反应体系能量降低， 具有自发倾向 能量降低 二、化学反应进行方向的判据 (1)放热反应过程中体系能量 ，因此具有 进行的倾向，科学家 提出用 (能量变化)来判断反应进行的方向，这就是 (能量判据)。 降低 自发 焓变 焓判据 1.焓变与反应的方向 从能量角度： 体系趋向于从高能状态转变为低能状态的方向转变 ①多数放热反应是自发进行的。 例如燃烧反应、中和反应、锌从硫酸铜溶液中置换出铜、铁器生锈等。 (2)焓变与化学反应进行方向的关系 只有放热反应才能自发进行吗？ 二、化学反应进行方向的判据 1.焓变与反应的方向 结论：只用焓判据判断反应是否自发进行不全面。 2NH4Cl(s) + Ba(OH)2·8H2O(s) == BaCl2 (s)+ 2NH3 (g)↑ + 10H2O(l) ΔH>0 只有放热反应才能自发进行吗？ ②有些吸热反应也可以自发进行 2N2O5(g) == 4NO2(g)+ O2 (g) ΔH=+109.8 kJ/mol NaHCO3(s) + HCl(aq) == NaCl(aq) + CO2 (g) + H2O (l) ΔH=+31.4 kJ/mol 为什么有些吸热反应能自发进行？ 二、化学反应进行方向的判据 有序 无序 混乱度 增加 实验发现： 自发过程的进行还与“混乱度”有关。 2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8 H2O(s)=NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l) ΔH >0 (NH4)2CO3(s) = NH4HCO3(s)+NH3(g) ΔH ＝+74.9KJ/mol 以上自发反应是增体反应或生成气体（相当于增体）， 实质是混乱度增加。 如下反应都是常温常压下的自发反应，能得出什么结论？ 2N2O5(g)=4NO2(g)+O2 (g) ΔH ＝+56.7KJ/mol 2 5 二、化学反应进行方向的判据 从混乱度角度： 体系趋向于向混乱度增加的方向转变 (1)熵、熵变的概念 混乱程度 S ΔS 2.熵变与反应的方向 二、化学反应进行方向的判据 (2)熵值大小 ①体系的熵值：体系的 越大，体系的熵值就 。 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。 混乱程度 越大 ＞ ＞ 2.熵变与反应的方向 (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， 因此可用熵变来判断反应进行的方向。 熵增过程一定能自发进行吗？ ①许多熵增的反应（ΔS >0）是自发的(多是气体分子数目增多的反应)， 例如： Zn(s)＋H2SO4(aq)===ZnSO4(aq)＋H2(g)； 2KClO3(s)===2KCl(s)＋3O2(g) 结论：只用熵判据判断反应是否自发不全面。 (4)熵变与化学反应进行方向的关系 ②有些熵减的反应（ΔS<0）也可以自发进行， 再如： 2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)； 4Fe(OH)2(s)＋O2(g)＋2H2O(l)==4Fe(OH)3(s) 反应是否自发： 综合焓变与熵变考虑。 ΔG 温度 自由能减小 达到平衡 能自发进行 处于平衡状态 不能自发进行 kJ·mol－1 3.自由能与化学反应的方向 (1)自由能 符号为 ，单位为 。 (2)自由能与焓变、熵变的关系 ΔG＝ΔH－TΔS。ΔG不仅与焓变和熵变有关，还与 有关。 (3)反应方向与自由能的关系 化学反应总是向着 的方向进行，直到体系 。 ①当ΔG＜0时，反应 ； ②当ΔG＝0时，反应 ； ③当ΔG＞0时，反应 。 二、化学反应进行方向的判据 (T为热力学温度，T＝t+273,单位开尔文K) 1. △H <0，△S>0 如：Mg(s) + 2HCl(aq) = MgCl2(aq) + H2(g) 2. △H >0，△S<0 如：CO2(g)+H2O(l)+CaCl2(l)=CaCO3(s)+2HCl(l) 3. △H <0，△S<0 如：NH3(g)+HCl(g)=NH4Cl(s) 4. △H >0，△S>0 ΔG＝ΔH－TΔS 如：CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g) NH4Cl(s)==NH3(g)+HCl(g) △ 高温 归纳总结 该反应一定能自发进行； 该反应一定不能自发进行； 该反应在较低温度下能自发进行 该反应在较高温度下能自发进行 (1)放热反应一定能自发进行(　　) (2)O2转化变为O3时，熵减小(　　) (3)熵增的反应一定能自发进行(　　) (4)合成氨反应N2(g)＋3H2(g)　　2NH3(g)　ΔH<0，高温有利于其自发进行(　　) (5)由焓判据和熵判据组合而成的复合判据，将更适合于所有的过程(　　) × √ × 正误判断 × √ 1.根据复合判据ΔG＝ΔH－TΔS<0能自发进行，请分析ΔH>0，ΔS>0和ΔH<0，ΔS<0的反应分别在低温还是高温下自发进行？ 深度思考 提示　ΔH>0，ΔS >0的反应在高温下，ΔG＝ΔH－TΔS<0，能自发进行；ΔH<0，ΔS<0的反应在低温下，ΔG＝ΔH－TΔS<0，能自发进行。 1.某反应2AB(g)　　C(g)＋3D(g)在高温时能自发进行，其逆反应在低温时能自发进行，则该反应的正反应的ΔH、ΔS应为 A.ΔH＜0、ΔS＞0 B.ΔH＜0、ΔS＜0 C.ΔH＞0、ΔS＞0 D.ΔH＞0、ΔS＜0 应用体验 √ 2.下列内容与结论相对应的是 选项 内容 结论 A H2O(g)变成H2O(l) 该过程的ΔS >0 B 常温下，硝酸铵固体溶于水可自发进行 该过程的ΔS >0 C 一个反应的ΔH >0，ΔS >0 反应一定不能自发进行 D H2(g)＋F2(g)===2HF(g)的ΔH＝－271 kJ· mol－1，ΔS＝＋8 J·mol－1·K－1 反应在任意温度下都不能自发进行 √ 解析　物质由气态变为液态，体系混乱度减小，即ΔS<0，A项不符合题意； 硝酸铵固体溶于水是吸热过程，可自发进行，说明ΔS >0，B项符合题意； ΔH>0，ΔS >0，根据复合判据可知，高温时ΔH－TΔS<0，即高温条件下，反应能自发进行，C项不符合题意； 由ΔH<0，ΔS >0知，ΔH－TΔS<0，故该反应在任意温度下都能自发进行，D项不符合题意。 3.下列判断正确的是 A.一定温度下，反应2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)能自发进行，该反应的 　ΔH<0 B.反应4Fe(s)＋3O2(g)===2Fe2O3(s)常温下可自发进行，该反应为吸热反应 C.反应N2(g)＋3H2(g)　　2NH3(g)的ΔH<0，ΔS >0 D.2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)在常温下能自发进行，则该反应的 　ΔH >0 √ 解析　A、B、D中反应均为熵减反应，且在一定温度下均能自发进行，故根据ΔH－TΔS<0可知，这三个反应均属于放热反应，故A项正确，B、D项错误； C中反应为熵减反应， ΔS<0，C项错误。 ①2H2＋O22H2O； ②2H2O2H2↑＋O2↑。 $$