2.3 化学反应的方向 课件 -2025-2026学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

第二章 化学反应速率与化学平衡 容山中学 化学科组 第三节 化学反应的方向 主讲人：郭 静 目 录 CONTENTS 1 自发过程与非自发过程 2 反应自发性的判断依据 学习目标 1、知道化学反应是有方向的。 2、知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关。 3、能判断熵的变化（熵增或熵减） 4、能结合具体事例说明反应自发进行的方向。 新课导入 汽车尾气带来严重的环境问题。为减少污染，人们创造性地设计新反应： 2NO+2CO=N2+2CO2 预期方向 科学判据：理论指引，少走弯路 实验摸索：代价太大，甚至做很多无用功 一个化学反应在给定的条件下（通常指温度和压强）能否自发进行？ 以及在什么条件下有可能按照我们预期的方向发生？ 这个“判据”是什么呢？ 任务一 了解自发过程与自发反应 思考与讨论 水总是自发地从高处流向低处，而相反的过程却不能自发进行。 君不见黄河之水天上来， 奔流到海不复回。 飞流直下三千尺，疑似银河落九天。 1、自发过程 2、非自发过程 在一定条件(T、P)下，不需要外力作用就能自动进行的过程。 在一定条件(T、P)下，需要持续借助外力作用才能进行的过程。 外力作用一般指的是：光照、通电等；而加热、点燃、高温都是为了达到某一反应温度，属于一定温度范畴，不属于外力作用。 一、自发过程和非自发过程 过程的自发性只是一种趋势，过程要发生，必须具备一定的条件。 如，人手里拿一个球，它有下落的自发性， 但要让球落下，必须具备“松开手”这个条件。 任务一 了解自发过程与自发反应 冰融化 墨水扩散 气体的扩散 热茶变凉 任务一 了解自发过程与自发反应 请大家再列举一些自然界中能够自发进行的现象。 【思考】从能量角度分析这些自发过程过程有什么共同特点？ 高能 状态 低能 状态 对外做功或放热 转化为 有序 状态 无序 状态 转化为 密闭条件下 3、自发过程的特点 通过对自发过程的认识，大家再来认识一些自发进行的化学反应。 Zn(s) +CuSO4(aq)=ZnSO4 (aq)+Cu(s) ∆H= -216.8kJ/mol 任务一 了解自发过程与自发反应 任务一 了解自发过程与自发反应 与自然界中的许多变化一样，化学反应也具是有方向性。 1、自发反应 2、非自发反应 在一定条件（T、P）下，不需要外力作用（光能，电能）就能自动进行的化学反应。 在一定条件（T、P）下，需要持续借助外力作用（光能，电能）才能进行的化学反应。 二、自发反应和非自发反应 微提醒 自发反应具有方向性，即在一定条件下反应的某个方向是自发进行的，其逆方向在相同条件下一定不能自发进行。 学习评价 1、下列说法中正确的是（ ） A、能自发进行的反应一定能迅速发生反应 B、非自发进行的反应一定不可能发生反应 C、能自发进行的反应实际可能没有发生反应 D、常温下，2H2O====2H2+O2↑，即常温下水的分解反应是自发反应 电解 C C3H8(g) + 5O2(g) = 3CO2(g) + 4H2O(l) H = -2217.5kJ·mol-1 任务二 反应自发性的判断依据 探究一 化学反应方向与焓变的关系 H2(g) + F2(g) = 2HF(g) H = -546.6 kJ·mol-1 观察下列能够自发进行的化学反应，它们的共同特征是什么？为什么能够自发进行呢？你能够得出什么结论？ 2Na(s) + Cl2(g) = 2NaCl(s) H = -822 kJ·mol-1 2H2O(l) = 2H2(g) +O2(g) H = +484 kJ·mol-1 4Fe(s) + 3O2(g) = Fe2O3(s) H = -1648.4 kJ·mol-1 Cu(s) + H2SO4(aq) = CuSO4(aq) + H2(g) H = +1341 kJ·mol-11 自发反应 自发反应 非自发反应 自发反应 自发反应 非自发反应 任务二 反应自发性的判断依据 放热反应使体系能量降低，能量越低越稳定 放热反应(H < 0)，是有利于反应自发进行的条件 H < 0 即放热反应 共同特点 发生原因 结论 三、焓判据（能量判据） [宏观能量视角] 任务二 反应自发性的判断依据 焓减有利于反应自发进行，但不是唯一的因素。 2NH4Cl(s) + Ca(OH)2(s) = 2CaCl2(s) + NH3(g) + 2H2O(l) 室温下能自发进行的吸热反应 较高温度下能自发进行的吸热反应 NH4Br(s) =NH3(g) +HBr(g) CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) NaHCO3(aq) + HCl(aq) = NaCl(aq) + H2O(l) + CO2(g) 在19世纪，一些化学家认为，决定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，而吸热反应不能自发进行。吸热反应都不能自发进行吗？ 任务二 反应自发性的判断依据 【思考】什么因素促使了吸热反应的自发进行？ 混乱度小 任务二 反应自发性的判断依据 探究二 化学反应方向与熵变的关系 混乱度大 自发过程进行的方向还与“混乱度”有关 两瓶中气体的颜色相同 不需要外界的任何作用，气体通过分子的扩散自发地混合均匀 有序 状态 无序 状态 自发地转化为 密闭条件下 熵(S) 任务二 反应自发性的判断依据 1、熵： △S=S生成物总熵－S反应物总熵 四、熵（混乱度） 体系混乱度越大，熵值越大；体系混乱度越小，熵值越小。 2、同种物质的熵值与其存在状态有关： S(g) ____ S(l) ____ S(s) ＞ ＞ 固态 液态 气态 熵增 熵增 描述体系混乱度的物理量。符号：S。 【方法】化学反应中，生成气体越多混乱度越大，即△S＞0。 任务二 反应自发性的判断依据 气体 气体增多 气体 2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8 H2O(s)=NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l) ∆H ﹥0 2N2O5(g)=4NO2(g)+O2 (g) △H=+109.8kJ/mol NaHCO3(s)+HCl(aq)=NaCl(aq)+CO2(g)+ H2O(l) △H=+31.4kJ/mol 【思考】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？ 体系的混乱度增大，反应就能自发进行 熵增反应(S > 0)，是有利于反应自发进行的条件 体系的混乱度增大即S > 0 共同特点 推测 结论 任务二 反应自发性的判断依据 五、熵判据（混乱度判据） 体系趋向于从混乱度低的状态转变为混乱度高的状态，因此反应混乱度增大有利于反应自发进行。 很多自发的化学反应都是熵增的过程，即ΔS＞0 Zn(s)+H2SO4(aq) = ZnSO4(aq)+H2(g) 2KClO3(s)=2KCl(s)+3O2(g) [微观结构视角] 任务二 反应自发性的判断依据 4Fe(OH)2(s) + O2(g) + H2O (l) ＝ 4Fe(OH)3(s) 有些熵减的过程也可自发进行，即ΔS＜0 【思考】所有的自发反应一定是熵增加的反应吗？ 熵增有利于反应自发进行，但不是唯一的因素。 自发反应的方向 与 焓变 和 熵变 有关，但焓变和熵变又都不能单独作为判断反应自发进行方向的依据。怎么办？ 任务二 反应自发性的判断依据 约西亚·威拉德·吉布斯 六、自由能(G)与化学反应的方向 1876年，吉布斯（美）提出自由能变化 ΔG，并认为化学反应总是向着自由能减小（ ΔG < 0）的方向进行，直至达到平衡。 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。 1、自由能变化 符号：ΔG，单位：kJ·mol－1 ΔG = ΔH － TΔS 2、反应进行方向的判断方法 任务二 反应自发性的判断依据 探究三 判断化学反应方向的复合判据 请同学们结合公式G= H-TS，分析讨论反应进行的方向与温度的关系 ΔH ΔS O ΔH>0 ΔS>0 ΔH<0 ΔS>0 ΔH<0 ΔS<0 ΔH>0 ΔS<0 所有温度下反应都能自发进行 低温下反应能自发进行 高温下反应能自发进行 所有温度下反应都不能自发进行 “大大高温，小小低温” 任务三 了解复合判据在生活中的应用 1.判断反应的自发性 汽车尾气中的主要污染物是NO和CO,它们是现代化城市中的大气污染物。为了减轻大气污染，人们提出通过以下反应来处理汽车尾气： 2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g) 如何判断该反应在室温下能自发进行吗？ 已知 298K、100kPa下，ΔH=-746.8KJ·mol -1 ΔS＝-197.5J·mol－1·K－1 △G =ΔH-T ΔS =－746.8KJ·mol-1+298K×197.5×10-3 KJ·mol－1·K－1 =－687.945 KJ.mol-1 < 0 可自发进行！ 任务三 了解复合判据在生活中的应用 注意 1．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。例如：金刚石有向石墨转化的倾向，但是能否发生，什么时候发生，多快才能完成，就不是能量判据和熵判据能解决的问题了。再如涂有防锈漆和未涂防锈漆的钢制器件，其发生腐蚀过程的自发性是相同的，但只有后者可以实现。 任务三 了解复合判据在生活中的应用 工业冶钛 ①TiO2(s)+2Cl2(g)=TiCl4(l)+O2(g) ΔH= +161.9KJ/mol ΔS＝-38.4 J·mol－1·K－1 ②Mg+ TiCl4=Ti+ MgCl2 2. 工业上“改造”反应 2C(s,石墨)+ O2(g) = 2CO(g) △H=-110.5KJ/mol ΔS＝+89.7 J·mol－1·K－1 TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s,石墨)=TiCl4(l)+2CO(g) ΔH=-59.2KJ/mol ΔS＝+141.0 J·mol－1·K－1 任务三 了解复合判据在生活中的应用 注意 2．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。例如：石墨经高温高压还是可以变为金刚石的；水泵可以把水从低水位升至高水位。实现的先决条件是要向体系中输入能量，该过程的本质仍然是非自发性的。 课堂小结 焓判据 自发过程与自发反应 放热过程（∆H﹤0）常常是容易自发进行 熵判据 熵增过程（∆S﹥0）常常是容易自发进行 复合判据 ∆G=∆H-T∆S ∆G﹤0 反应能自发进行 ∆G =0 反应达到平衡状态 ∆G﹥0 反应不能自发进行 化学反应的方向 学习评价 1、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，其反应原理是2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)。由此可知，下列说法正确的是(　　) A．该反应是熵增大的反应 B．该反应不能自发进行，因此需要合适的催化剂 C．该反应常温下能自发进行，催化剂条件只是增大反应的速率 D．该反应常温下能自发进行，因为正反应是吸热反应 C 学习评价 2、下列关于化学反应方向及其判据的说法中正确的是（ ） A、1molSO3在不同状态时的熵值：S[SO3(s)]>S[SO3(1)]>S[SO3(g)] B、常温下，反应C(s)+CO2(g)=2CO(g)不能自发进行，则该反应的ΔH>0 C、放热反应都可以自发进行，而吸热反应不能自发进行 D、2KClO3(s)=2KCl(s)+3CO2(g) ΔH>0能否自发进行与温度无关 B 学习评价 3、已知2CO(g) CO2(g)＋C(s)，T＝980 K时，ΔH－TΔS＝0。 (1)当体系温度低于980 K时，估计ΔH－TΔS________0(填“大于”“小于”或“等于”)；当体系温度高于980 K时，估计ΔH－TΔS________0(填“大于”“小于”或“等于”)。 (2)在冶金工业中，以C为还原剂，温度高于980 K时的氧化产物是以________为主；温度低于980 K时的氧化产物是以________为主。 小于 大于 CO CO2 学习评价 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,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 C Lavf59.16.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$