第二单元 化学反应的方向与限度 第1课时（教学课件） 化学苏教版2019选择性必修1

专题2 化学反应速率与化学平衡 第二单元 化学反应的方向与限度 第1课时 化学反应的方向 苏教版2019选择性必修1 性质 2 自发过程与自发反应 1 知识导航 3 自发反应的方向 复合判据 明·学习目标 1.理解自发反应的概念，学会运用焓判据、熵判据及综合判据判断反应方向。 2. 准确运用综合判据分析不同温度下反应的自发性，理解反应方向与条件的关系。 3.理解焓变、熵变对反应方向的影响，体会化学反应方向与条件（温度等）的关系，形成动态、辩证的变化观念 。 引·新课导入 请你说说！ 为什么冰置于室温下会慢慢融化？ 美丽的瀑布为何总是从高处落向低处？ 生活中有些现象看似 “理所当然”—— 热咖啡自动变凉、香水味扩散到整个房间、石头落水下沉，这些过程为何总是单向进行？19 世纪，科学家发现了隐藏在背后的 “自然法则”：自发过程总是趋向能量降低或混乱度增大。 01 自发过程与自发 反应 探·知识奥秘 一、自发过程与自发反应 1.自发过程 自发过程：在一定条件下不需要外力作用就能自动进行的过程。这些自然变化有方向。 ①能量角度：体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或者释放热量)。 ②混乱度角度：在密闭条件下，体系有从有序自发转变为无序的倾向。 注意 墨水在水中自由扩散 水从高处往低处流 探·知识奥秘 一、自发过程与自发反应 2.自发反应 例如，把锌片插入硫酸铜溶液时，锌从硫酸铜溶液中置换出铜的反应会自动发生： Zn＋CuSO4=ZnSO4＋Cu 但将铜片插入硫酸锌溶液中却不会自动发生化学反应。 与自然界中的变化一样，化学反应具有方向性。 许多化学反应的正反应能自动进行，而其逆反应无法自动进行。 探·知识奥秘 一、自发过程与自发反应 [交流探讨] 判断下列反应在室温下能否自动进行，如能自动进行，请写出相应的化学方程式。 ①水分解成氢气和氧气的反应： 不能自动进行 ②氯气与溴化钾溶液的反应： Cl2＋2KBr=2KCl＋Br2 ③乙烯与溴单质的四氯化碳溶液的反应： CH2=CH2＋Br2→CH2Br—CH2Br ④氮气和氧气生成一氧化氮的反应： 不能自动进行 探·知识奥秘 一、自发过程与自发反应 2.自发反应 （1）概念：在一定条件下能自动进行的反应，我们称之为自发反应。一定条件指温度、光照、催化剂、压强等条件。 （2）特点：具有方向性，即许多化学反应的正反应能自动进行，而其逆反应无法自动进行。 ①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。 ②非自发反应在一定条件下也能发生。 ③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。 探·知识奥秘 一、自发过程与自发反应 3.自发过程与自发反应的联系 (1)自发过程可以是物理过程，不一定是自发反应；而自发反应一定是自发过程。 (2)特点： ①具有方向性，即某个方向的过程在一定条件下是自动进行的，而其逆方向的过程在该条件下肯定不能自动进行。 ②体系倾向： 高能状态 低能状态 对外部做功 或向外部释放能量 有序状态 无序状态 （密闭条件下） A．CH≡CH B．CH2=CH2 C．CH≡C-CH3 D．CH2=C(CH3)2 1．下列说法正确的是(　　) A．自发过程就是自发反应 B．自发反应在任何条件下都能发生 C．自发过程可能是物理变化 D．煤的燃烧是非自发过程 析·典型范例 C A．CH≡CH B．CH2=CH2 C．CH≡C-CH3 D．CH2=C(CH3)2 2．下列关于自发过程的叙述正确的是(　　) A．只有不需要任何条件就能够自动进行的过程才是自发过程 B．需要加热才能进行的过程肯定不是自发过程 C．同一可逆反应的正、逆反应在不同条件下都有自发的可能 D．非自发过程在任何条件下都不可能变为自发过程 析·典型范例 C A．CH≡CH B．CH2=CH2 C．CH≡C-CH3 D．CH2=C(CH3)2 3．下列说法中正确的是(　　) A．铁在潮湿空气中生锈是自发过程 B．电解池的反应是属于自发反应 C．NH4NO3溶于水吸热,说明其溶于水不是自发过程 D．非自发反应在任何条件下一定都不能发生 析·典型范例 A 02 自发反应的方向 探·知识奥秘 二、自发反应的方向 [观察思考] 下列反应在一定条件下都能自发进行，你知道这些反应能自发进行的可能原因吗？ 上述反应表明，在恒压下，有些自发进行的化学反应是放热的（ΔH＜0）。但事实也证明，有些能自发进行的化学反应却是吸热的（ΔH＞0）。 C3H8(g) + 5O2(g) == 3CO2(g) + 4H2O(l) ΔH =－2217.5 kJ·mol-1 2Na(s) + Cl2(g) == 2NaCl(s) ΔH =－822 kJ·mol-14Fe(s) + 3O2(g) == 2Fe2O3(s) ΔH =－1648.4 kJ·mol-1 H2(g) + F2(g) == 2HF(g) ΔH =－546.6 kJ·mol-1 共同特点：ΔH < 0 即放热反应 探·知识奥秘 1.反应焓变与反应方向 二、自发反应的方向 【实验探究】 向干燥的锥形瓶中加入约20 g NH4Cl晶体。在一小木板上洒少量水，将锥形瓶放在木板上。再向其中加入约40 g氢氧化钡晶体［Ba(OH)2·8H2O］，用玻璃棒将固体充分混合均匀，静置。片刻后拿起锥形瓶，观察实验现象。 氯化铵晶体与氢氧化钡晶体的反应 探·知识奥秘 1.反应焓变与反应方向 二、自发反应的方向 该反应能自发进行的可能原因是什么？ 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? →实验现象： 锥形瓶和木板因水结冰粘在了一起。 →实验结论： 该反应能自发进行，且为吸热反应。 探·知识奥秘 1.反应焓变与反应方向 二、自发反应的方向 通过实验知道，Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应是吸热的，但是这个反应却是可以自发进行的。又比如： CaCO3 (s) === CaO(s) + CO2(g) 高温 2N2O5(g)＝4NO2(g) + O2(g) △H= ＋56.7kJ/mol (NH4 ) 2CO3(s) ＝NH4HCO3(s)+NH3(g) △H= ＋74.9kJ/mol NaHCO3(s)+HCl(aq) ＝NaCl(aq)+CO2(g)+H2O(l) △H= ＋31.4kJ/mol 这些吸热反应都是可以自发进行的。所以，不能只根据放热或者吸热来判断化学反应的方向。 探·知识奥秘 1.反应焓变与反应方向 二、自发反应的方向 结论：焓变是与反应能否自发进行有关的一个因素，但不是唯一因素。因此，不能直接用放热(△H＜0)或吸热(△H＞0)来判断化学反应能否自发进行。 自发反应与吸热反应、放热反应的关系： HCl(aq) + NaOH(aq) = NaCl(aq)+H2O(l) ΔH<0 CaCO3(s) =CaO(s)＋CO2(g)　ΔH > 0 2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8H2O(s) =2NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l) ΔH > 0 (1)多数能自发进行的化学反应是放热反应。 (2)有一些吸热反应也能自发进行。 (3)有一些吸热反应室温不能自发，但高温能自发进行。 探·知识奥秘 2.反应熵变与反应方向 二、自发反应的方向 下列三个过程均吸热： 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) 你知道这些反应能自发进行的可能原因吗？ 高温 无序 气体 气体 [观察思考] 探·知识奥秘 2.反应熵变与反应方向 二、自发反应的方向 分析之前三个变化过程： 硝酸铵溶解前，晶体中硝酸根离子与铵根离子规则排列，溶于水后形成水合离子，无序地分散在溶液中，即体系的混乱度增大； 碳酸钙分解成二氧化碳气体，氯化铵晶体与氢氧化钡晶体反应生成氨气，气体的产生会导致体系的混乱度增大。 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。 探·知识奥秘 2.反应熵变与反应方向 二、自发反应的方向 （1）熵： ①定义：用来衡量一个体系混乱程度的物理量。 ②符号：S 单位：J·mol-1·K-1 ③影响熵值大小的因素：体系混乱度越大，熵值越大。 特别提示： a．同一物质：S(高温)>S(低温)；S(g)>S(l)>S(s)。 b．相同条件下的不同物质：分子结构越复杂，熵值越大。 c．S(混合物)>S(纯净物)。 探·知识奥秘 2.反应熵变与反应方向 二、自发反应的方向 ①概念：发生化学反应时物质熵的变化称为熵变，符号为△S。 △S=S(产物）-S(反应物） △S>0，熵增反应 △S<0，熵减反应 ②表达式： （2）熵： 特别提示：a．物质由固态到液态、由液态到气态或由固态到气态的过程，ΔS>0，是熵增大的过程。 b．气态物质物质的量增大的反应，通常ΔS>0，是熵增大的反应。 c．气态物质物质的量减小的反应，通常ΔS<0，是熵减小的反应。 探·知识奥秘 2.反应熵变与反应方向 二、自发反应的方向 CaCO3(s)＋2HCl(aq) == CaCl2(aq)+CO2(g)+H2O(l) ΔS>0 CaCO3(s) == CaO(s)＋CO2(g)　ΔS > 0 Ca(OH)2(aq)＋CO2(g) == CaCO3(s)＋H2O(l) ΔS<0 许多熵增的反应在常温常压可以自发进行。 有一些熵增反应在较高温度下可以自发进行。 极少数熵减的反应，一定条件也能自发进行。 （3）熵变与反应方向： 熵变不是决定反应能否自发进行的唯一因素，因此，不能直接用熵增大(△S＞0)或熵减小(△S＜0)来判断化学反应能否自发进行。 A．CH≡CH B．CH2=CH2 C．CH≡C-CH3 D．CH2=C(CH3)2 析·典型范例 1．根据你已有的知识和经验，判断下列过程的熵变大于零，还是小于零。 （1）H2O(s) →H2O(l) →H2O(g) （2）2NaHCO3(s)=Na2CO3(s)＋CO2(g)＋H2O(g) （3）NaOH(s)=Na＋(aq)＋OH－(aq) ΔS>0 ΔS>0 ΔS>0 ΔS<0 （4）N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) A．CH≡CH B．CH2=CH2 C．CH≡C-CH3 D．CH2=C(CH3)2 2．下列生活中的自发过程能用熵判据解释的是(　　) A．自然界中水由高处往低处流 B．低于0 ℃时水变成冰 C．墨水滴到水中会扩散到整个水体 D．铁器暴露在潮湿的空气中会生锈并放出热量 析·典型范例 C A．CH≡CH B．CH2=CH2 C．CH≡C-CH3 D．CH2=C(CH3)2 析·典型范例 3．已知下列热化学方程式： （1）Ag＋(aq)＋Cl－(aq)=AgCl(s) ΔH ＝－51.1 kJ·mol－1 （2）K(s)＋H2O(l)=K＋(aq)＋OH－(aq)＋ 1/2 H2(g) ΔH＝－196.6 kJ·mol－1 （3）2Mg(s)＋O2(g)=2MgO(s) ΔH＝－1203.2 kJ·mol－1 根据你所学的知识，分析图所示的变化是否能自发进行。这些变化过程的焓变和熵变大于0还是小于0？将你的结论填入表中 A．CH≡CH B．CH2=CH2 C．CH≡C-CH3 D．CH2=C(CH3)2 析·典型范例 变化 CO2(s)→CO2(g) 2Mg(s)＋O2(g)=2MgO(s) K(s)＋H2O(l)=K＋(aq)＋OH－(aq)＋H2(g) Ag＋(aq)＋Cl－(aq)=AgCl(s) 能否自发 能 能 能 能 焓变(ΔH) ΔH＞0 ΔH＜0 ΔH＜0 ΔH＜0 熵变(ΔS) ΔS＞0 ΔS＜0 ΔS＞0 ΔS＜0 3．已知下列热化学方程式： 这些变化过程的焓变和熵变大于0还是小于0？将你的结论填入表中 自发反应的方向与焓变和熵变有关，但焓变和熵变都不能单独作为判断反应自发进行方向的依据。要判断反应自发进行的方向，必须综合考虑体系的焓变和熵变。 03 复合判据 探·知识奥秘 三、复合判据 1.ΔH、ΔS与反应方向 (2)研究表明：在温度、压强一定的条件下，化学反应自发进行方向的判据是 (1)吉布斯自由能: △G = △H - T△S ＜ 0 反应能自发进行 △G = △H - T△S ＞0 反应不能自发进行 △G = △H - T△S ＝0 反应达到平衡状态 1876年，吉布斯提出自由能变化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。 （ G ：自由能 T：绝对温度) 探·知识奥秘 三、复合判据 2. 具体判断方法 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 注意：∆G这个判据指的是在T、P一定的条件下反应自动发生的趋势，即反应发生的可能性，并不能说明反应能否实际发生和发生的速率！ 探·知识奥秘 三、复合判据 3. 对反应自发性的理解 ①ΔH-TΔS只能应用于温度、压强一定的条件下的化学反应，不能用于其他条件。 ②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。 ③在讨论过程的方向时，指的是没有外界干扰的体系。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。如高温下石灰石分解，高温高压下石墨转化为金刚石，实现的先决条件是要向体系中输入能量，该过程本质仍然是非自发的。 ④反应的自发性也受外界条件的影响。如常温下石灰石分解是非自发的，但在1273K时，这一反应是自发的。 析·典型范例 1．实现“节能减排”和“低碳经济”的一个重要课题就是如何将转化为可利用的资源。目前工业上有一种方法是用来生产燃料甲醇。一定条件下发生反应： 如图表示该反应过程中能量(单位为)的变化。下列关于该反应的说法正确的是（） A．ΔH>0，ΔS>0 B．ΔH>0，ΔS<0 C．ΔH<0，ΔS<0 D．ΔH<0，ΔS>0 c 析·典型范例 2、对于化学反应能否自发进行，下列说法错误的是(　　) A.若ΔH<0，ΔS>0，则任何温度下反应都能自发进行 B.若ΔH>0，ΔS<0，则任何温度下反应都不能自发进行 C.若ΔH>0，ΔS>0，则低温时反应可自发进行 D.若ΔH<0，ΔS<0，则低温时反应可自发进行 C 析·典型范例 3．下列内容与原因或结论不对应的是(　　) A 选项 A B C D 内容 H2O(g)变成H2O(l) 硝酸铵溶于水可自发进行 一个反应的ΔH>0、ΔS<0 H2(g)＋F2(g)2HF(g)的 ΔH＝－271 kJ·mol－1、ΔS＝8 J·mol－1·K－1 原因或结论 该过程ΔS>0 因为ΔS>0 该反应不能自发进行 该反应在任何温度下均可自发进行 理·核心要点 化学反应 的方向 一、焓判据 二、熵判据 三、综合判据 放热过程（∆H﹤0）常常是容易自发进行的； 熵增过程（∆S﹥0）常常是容易自发进行的； ΔH＜0，ΔS＞0时，一定能自发进行； ΔH＞0，ΔS＜0时，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。 1．下列说法正确的是 （ ） A．吸热反应都需要加热 B．铁在潮湿空气中生锈是自发过程 C．自发反应都是熵增大的反应 D．电解池的反应是属于自发反应 练·技能实战 B 练·技能实战 A 2. 已知：(NH4)2CO3(s) == NH4HCO3(s)+NH3(g) ΔH= +74.9 kJ·mol-1，下列说法中正确的是( ) A.该反应中熵变、焓变皆大于0 B.该反应是吸热反应，因此一定不能自发进行 C.碳酸盐分解反应中熵增加，因此任何条件下所有碳酸盐分解一定自发进行 D.能自发进行的反应一定是放热反应，不能自发进行的反应一定是吸热反应 练·技能实战 D 3. 下列说法中正确的是( ) 选项 A B C D 化学方程式 M(s)=X(g)＋Y(s) 4M(s)＋N(g)＋2W(l)=4Q(s) 4X(g)＋5Y(g)=4W(g)＋6G(g) W(s)＋G(g)=2Q(g) 已知条件 ΔH>0 常温下，自发进行 能自发反应 ΔH<0 预测 它是非自发反应 ΔH>0 ΔH一定小于0 任何温度都自发进行 感谢 您的聆听 THANKS 苏教版2019选择性必修1