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选择性必修1

新人教版 化学 选必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 宏观辨识与微观探析 初步了解焓变和熵变与反应进行的方向之间的关系。 证据推理与模型认知 了解判断化学反应进行方向的三个判据，构建判断化学反应自发性的思维方法模型。 科学探究与创新意识 根据三个判据的发展过程，理解科学知识的曲折发展历程，增强对化学反应自发性研究重要意义的认识。 教学目标 教学重点 能判断简单反应能否自发进行。 教学难点 根据ΔG=ΔH－TΔS和所给数据判断化学反应进行的方向。 教学重难点 新课导入 【资料】我国力争在2060年前实现“碳中和”，体现了中国对解决气候问题的大国担当. CO2 CH3OH ？ CO2(g) + 3H2(g) → CH3OH(g) + H2O(g) CO2(g) + 2H2O(g) → CH3OH(g) + 3/2 O2(g) 生产的可行性问题 生产的效率问题 生产的产率问题 首要问题 新课导入 电流总是从自动电位高的地方向电位低的地方流动； 自然界中水总是自动从高处往低处流； 室温下冰块自动融化； 墨水自动扩散； 食盐自动溶解于水； 火柴棒自动散落等。 上述过程有何共同点？ 如何理解自发性呢？ 有明显的自发性和方向性 新课讲授 一、自发过程与自发反应 1.自发过程 （1）概念：在一定条件下，不需要外力作用就可以进行的过程。 水从高处流向低处 冰融化 墨水扩散 气体的扩散 （2）特征：方向性 在一定条件下，需要持续借助人为作用力才能进行的过程。 （3）非自发过程： 体现了自然界的变化具有一定的方向性！ 一、自发过程与自发反应 （4）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 能量角度 混乱度角度 水从高处流向低处 一、自发过程与自发反应 （5）自发过程与非自发过程： meiyangyang8602 高处 低处 自发 非自发 ①在一定条件下，如果一个过程是自发的，那么它的逆过程通常是非自发的。 100°C的沸水 高温物体 低温物体 室温的凉水 自发 非自发 沸水可以自发变凉，但是这杯凉水是不可能自发变成沸水的。 一、自发过程与自发反应 （5）自发过程与非自发过程： 冬天水结冰自发 春天冰融水自发 ②“自发”是一定条件下的自发 条件变了可能由原来的“自发”变成“非自发” 处于高水位的水有向低处流动的趋势，但是现在被大坝拦截，此过程并没有实际发生，但是有发生的趋势。 ③“自发”只是有发生的趋势 并不代表实际发生，更不能确定反应速率 “非自发”也不代表不能发生。 ④判断方法：是否需要持续施加外力 例1.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进行的可能。 D.非自发过程在任何条件下都不可能转化为自发过程。 C 典例剖析 11 思考：化学反应是否也能自发进行，有方向性？ 氢气的燃烧 水的电解 自发 非自发 2H2+O2=2H2O 自发 非自发 与自然界中的许多变化一样，化学反应也具有方向性。 思考讨论 一、自发过程与自发反应 2.自发反应 在给定的条件下,可以自发进行到显著程度的化学反应,就称为自发反应。 （1）概念： 点燃、加热等用于启动反应后不需要持续进行，不算外力作用，即为给定条件 （2）非自发反应： 不能自发地进行，必须借助某种外力才能进行的反应。 （3）特征： ①方向性 ②有自发进行的倾向 自发反应和非自发反应是可能相互转化的 例2.观察下列能够自发进行的化学反应，从能量变化角度来看，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? （6） H2(g)＋F2(g)＝2HF(g) △H = -546.6 kJ·mol-1 （1） C3H8(g)＋5O2(g)＝3CO2(g)＋4H2O(l) △H = -2217.5kJ·mol-1 （2） 2Na(s)＋Cl2(g)＝2NaCl(s) △H = -822 kJ·mol-1 （3） 2H2O(l)＝2H2(g)＋O2(g) △H = +484 kJ·mol-1 （4） 4Fe(s)＋3O2(g)＝Fe2O3(s) △H = -1648.4 kJ·mol-1 （5） 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 非自发反应 自发反应 思考讨论 二、焓变与反应方向 1.焓判据 共同特点 自发原因 结论 放热反应(△H < 0)，是有利于反应自发进行的条件 即化学反应有向着焓减的方向进行的倾向 △H < 0 即放热反应 体系总是趋向于从高能量状态转化为低能量状态。 放热反应使体系能量降低，能量越低越稳定 概念：用焓变(△H)来判断化学反应自发进行方向 即△H<0 的反应有自发进行的倾向 二、焓变与反应方向 2.化学反应方向与焓变的关系 思考：为什么有些放热反应常温下能够自发进行？有些放热反应有反应条件？ 活化能几乎为0 E 反应历程 反应物的能量总和 生成物的能量总和 △H H+ + OH- == H2O Ba2+ + SO42- == BaSO4↓ Cu(OH)2 + 2H+ == Cu2+ + 2H2O Ea很小，常温即能自发 ①大多数放热反应是可以自发进行，Ea很小，常温即能自发 二、焓变与反应方向 2.化学反应方向与焓变的关系 思考：为什么有些放热反应常温下能够自发进行？有些放热反应有反应条件？ 活化能＞0 E 反应历程 反应物的能量总和 生成物的能量总和 △H Ea不大，点燃（加热）即能自发 ②放热反应的进行需要最初的反应动力 Ea稍大，但Ea＜△H，给予外界条件一经引发后即能自发 C + O2 === CO2 点燃 2H2 + O2 === 2H2O 点燃 Fe + S === FeS 加热 Ea 二、焓变与反应方向 2.化学反应方向与焓变的关系 思考：所有自发进行的化学反应都是放热反应吗?吸热反应一定不能自发进行吗？ 2NH4Cl(s)＋Ca(OH)2(s)＝2CaCl2(s)＋NH3(g)＋2H2O(l) （1）室温下能自发进行的吸热反应 （2）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) 大多数放热反应可以自发进行，但有一部分吸热反应也能自发进行。 不能只根据化学反应的焓变来判断化学反应的方向。 反应焓变是与反应能否自发进行有关的一个因素，但不是唯一的因素！ 思考：为什么有的放热反应不能自发进行?有些吸热反应能自发进行呢？ Cu + 2H2SO4 === CuSO4 + SO2↑ + 2H2O 加热 E 反应历程 反应物的能量总和 △H △H Ea 由于与环境的热交换，导致反应过程中放出的热量，不足以产生维持反应持续进行所需的推动力 ③Ea稍大，且Ea＞△H，需持续给予外界条件才能自发 思考讨论 思考：为什么有的放热反应不能自发进行?有些吸热反应能自发进行呢？ 当环境提供能量时，吸热反应也能发生 ④有些吸热反应也能自发 C + CO2 === 2CO 高温 CaCO3 === CaO + CO2 高温 C+ H2O === CO + H2 高温 E 反应物的能量总和 生成物的能量总和 △H △H Ea 反应历程 思考：什么因素驱动了吸热反应的自发进行？ 花香四溢、酒香扩散、食盐溶解于水有什么共同的特点？ 思考讨论 三、熵变与反应方向 从物质角度思考，自发进行的方向是否与混乱度有关？ 气体扩散实验 1.混乱度 液体扩散实验 有序 状态 无序 状态 自发地转化为 混乱度小 混乱度大 在密闭条件下，体系有从有序自发地转变为无序的倾向。与有序体系相比，无序体系“更加稳定”，可以采取更多地存在方式。 三、熵变与反应方向 2.熵 如何定义体系的混乱程度？ （1）概念：是度量体系混乱程度的物理量，符号：S，单位：J·mol-1·K-1 （2）熵值：混乱度越大，体系越无序，体系的熵值就越大 （3）影响因素： ①物质种类：相同条件，不同物质熵值不同 相同条件下的不同物质，分子结构越复杂，分子内原子种类越多或原子数目越多，熵越大 如：CH3CH2OH(乙醇)的熵就大于CH3OCH3(甲醚)的熵 乙醇 甲醚 因为后者有对称性，比较有序，而前者则无对称性，更加无序、混乱。 三、熵变与反应方向 2.熵 ②物质状态：同一物质物质的量相等，不同状态熵值不同。 S(g) __ S(l) __ S(s) ③物质的量：同一物质同一状态，物质的量不同熵值不同。 物质的量越大，分子数越多，熵值越大。 ④反应中无状态变化：S(化学计量数和大) > S(化学计量数和小) 2N2O5 (g) = 4NO2(g)+O2(g) ∆H= + 56.7 kJ/mol 2 5 ⑤反应中无状态变化、化学计量数变化：S(种类多) > S(种类少) H2(g)+I2(g) = 2HI(g) ∆H 三、熵变与反应方向 （1）熵变 ΔS = S产物总熵－S反应物总熵 △S>0,熵增反应 △S<0,熵减反应 3.熵判据 体系趋向于从有序状态转变为无序状态，使体系熵增加。 （3）熵判据 （2）熵增原理 体系的混乱度增加，即 熵增反应(△S>0 )，具有自发进行的倾向 熵变只取决于体系的始态和终态，与变化的途径无关。 2N2O5(g)＝4NO2(g)＋O2(g) ∆H＝ + 56.7 kJ/mol ①气体体积增大的反应，熵变通常都是正值，是熵增加的反应 ②气体体积减小的反应，熵变通常都是负值，是熵减小的反应 2NO(g)＋2CO(g)＝N2(g)＋2CO2(g) ∆H＝ -746.5 kJ/mol △S >0 △S < 0 （4）应用 例3.判断以下反应的熵变，反应能否自发进行 Zn(s) + H2SO4(aq) = ZnSO4(aq) + H2(g) 2KClO3(s) = 2KCl(s) + 3O2(g) 2NO(g) + 2CO(g) = N2(g) + 2CO2(g) 4Fe(OH)2(s) + O2(g) + 2H2O(l) = 4Fe(OH)3(s) △S>0 △S>0 △S<0 △S<0 √ √ × √ 大多数熵增的反应可以自发进行 少数熵减的反应也可以自发进行 熵变是反应能否自发进行一个因素,但不是唯一因素。 典例剖析 四、复合判据——吉布斯自由能与反应方向 单独使用焓判据，或者熵判据往往会得出错误的结论，那怎么办呢？ ΔH＜0 ΔS＞0 均有利 ΔH＞0 ΔS＞0 ΔH＜0 ΔS＜0 高温有利 低温有利 一个有利 一个不利 结论：反应确定，ΔH、ΔS确定，只有改变温度，才能影响化学反应进行的方向。 自由能判据ΔG=ΔH-TΔS＜0 当ΔG < 0时，反应能自发进行； 当ΔG = 0时，反应处于平衡状态； 当ΔG > 0时，反应不能自发进行。 例4.综合利用焓判据和熵判据进行判断，下列反应能否自发进行？ 四、复合判据——吉布斯自由能与反应方向 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。吉布斯自由能的出现，完美地从定量角度揭示了变化过程中焓变与熵变之间的协调与抗衡。 △G 单位：kJ·mol-1 四、复合判据——吉布斯自由能与反应方向 1.复合判据 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，即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 自由能判据ΔG=ΔH-TΔS＜0 2.自由能与化学反应的方向 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 正正高温 正负皆停 负正皆行 负负低温 化学反应进行方向的判据 1.焓判据： 2.熵判据： 3.复合判据： 能量降低的方向,就是反应容易进行的方向(H<0) 吉布斯自由能减小的方向，就是反应容易进行的方向(G<0) 熵增的方向,就是反应容易进行的方向(S>0) 吉布斯自由能减小的方向，就是反应容易进行的方向(G<0) 归纳总结 1.判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。 (1) 放热反应一定能够自发进行( 　　) (2) 混乱度增大的反应一定能够自发进行( 　　) (3) ΔH＜0、ΔS＞0的反应一定能自发进行( 　　) (4) ΔH＞0、ΔS＜0的反应在温度合适时可以自发进行( 　　) (5) 综合考虑体系的焓变和熵变才能判断反应能否自发进行( 　　) × × × √ √ 课堂练习 2. 下列不属于自发过程的是(　　) A. 铁生锈 B. NaCl溶于水后的扩散 C. Zn与CuSO4溶液反应 D. 石墨转化为金刚石(吸热反应) D 3.下列过程属于熵增加的是(　　) A. 一定条件下，水由气态变成液态 B. Ag＋(aq)＋Cl－(aq)===AgCl(s) C. 4NO2(g)＋O2(g)===2N2O5(g) D. 火柴盒中的火柴散落到地上 D 4.关于下列过程熵变的判断不正确的是（ ) A.溶解少量食盐于水中，△S>0 B.纯碳和氧气反应生成CO(g),△S>0 C.H2O(g)变成液态水，△S>0 D.CaCO3(s)加热分解为CaO(s)和CO2(g),△S>0 C 课堂练习 31 5.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 课堂练习 6、一定条件下发生反应:CO2(g)+3H2 (g) CH3OH(g) +H20(g)，如图表示该反应过程中能量(单位为KJ/mol)的变化。关于该反应的下列说法中，正确的是（ ） A.ΔH>O，ΔS>0 B.ΔH>O，ΔS<0 C. ΔH<0，ΔS<0 D.ΔH<0，ΔS>0 C 课堂练习 33 反应进行方向 复合判据 熵判据 焓判据 ∆H < 0 有利于反应自发进行 但自发反应不一定要 ∆H < 0 ΔS＞0有利于反应自发进行 但有些熵减的过程 也可自发进行，即ΔS＜0 ΔG = ΔH﹣TΔS 课堂总结 34 新人教版 化学 选必1 第二章 化学反应速率 与化学平衡 谢谢观看 Lavf58.46.101 $