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

第三节 化学反应的方向 第二章 化学反应速率与化学平衡 人 教 版 选 择 性 必 修 1 1 2 学习 目标 1.了解自发反应和非自发反应的含义，能结合具体事例说明反应自发进行的方向性。 2.了解焓变和熵变对化学反应方向的影响，利用焓变和熵变综合判断化学反应进行的方向(重、难点)。 情境引入 自然界中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，而相反的过程却不能自发进行。 认识自发过程、自发反应 REN SHI ZI FA GUO CHEGN 、ZI FA FAN YIGN 01 基本观念 1.1 物质总是趋向于能量最低。能量越低，越稳定。 人们发现，自然界中的自发过程都朝着能量降低的方向进行。能量越低，系统的状态就越稳定，化学反应一般也符合上述能量最低原理。 100°C的沸水 室温的凉水 海拔越高，气压越低。这是因为大气层对地球的引力会随着海拔高度的增加而逐渐减小，从而造成海拔高度越高，大气压力就越小的现象 自发过程 1.2 自发过程：一定条件下，不借助外力就可自发进行的过程。 特点：①体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或释放热量)。 ②在密闭条件下，体系有从有序自发转变为无序的倾向(无序体系更加稳定)。 非自发过程：在一定条件下，需持续借助外力才能进行的过程。 冰融化 墨水扩散 水泵抽水 哪些化学反应可自发进行？ 自发反应 1.3 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。 钢铁生锈 湿法炼铜 木材燃烧 非自发反应：不能自发进行，必须借助某种外力才能进行的反应。 1.自发反应不需要任何条件就可以发生吗？ 自发反应 1.3 自发进行的反应需要一定的反应条件才能进行，包括 (1)能加快化学反应速率的条件，如“搅拌、研磨”等； (2)反应开始时需要、开始后就不再需要的条件，如“点燃、光照、加热、高温”等。 2.自发反应实际上一定能够发生吗？ 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。 自发反应 1.3 3.非自发反应在一定的条件下也可能发生吗？ 可以。 例如：石灰石的分解反应，在常温下是非自发反应，但在高温时，这一反应就能自发进行。 例如：水的分解在常温下是非自发反应，但在电解条件下反应能自发进行。 自发反应 1.3 联系生活 列举你知道哪些反应是自发反应呢？ 金属生锈 食物腐败 研究价值 你知道研究自发反应的意义吗？ (1)自发反应可被用来做“有用功”。 如H2的燃烧可设计成燃料电池 (2)非自发过程要想发生，必须对它做功。 如电解水 典例剖析 1.下列过程中属于自发过程的是________________________(填序号)。 ①铵盐的溶解　②烧碱与盐酸反应　③Zn与稀H2SO4反应　 ④将地下水抽至地面　⑤Mg在空气中燃烧　 ⑥铝热反应　⑦墨水在水中的扩散　⑧电解熔融的氯化钠 ①②③⑤⑥⑦ 判断反应进行的方向 PAN DUAN FAN YING JIN XING DE FANG XIANG 02 焓判据 2.1 E 反应历程 反应物的能量总和 生成物的能量总和 △H<0 能量高到低 大多数放热反应是可以自发进行 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？ 19世纪，有人认为放热反应可以自发进行，而吸热反应则不能自发进行。你同意这种观点吗？请举例说明。 焓判据 2.1 不同意这种观点 2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8 H2O(s) =NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l) △H>0 这些反应都是吸热反应，但在常温下能自发进行 2N2O5(g) ＝4NO2(g)+O2(g) 　 ∆H =+109.8kJ/mol NaHCO3(s)+HCl(aq)=CO2(g)+NaCl(aq)+H2O(l) ∆H =＋31.4KJ/mol 焓判据 2.1 只从焓（能量）角度判据反应进行方向，是有局限性的。 1.放热反应过程中体系能量降低，具有自发进行的倾向，用焓变(能量变化) 来判断反应进行的方向——焓判据(能量判据)。 2.焓变与化学反应进行方向的关系 ①多数放热反应是自发进行的。例如燃烧反应、中和反应等。 ②有些吸热反应也可以自发进行，如： 2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋109.8 kJ·mol－1。 3.结论：反应的焓变是制约化学反应能否自发进行的因素之一，但不是唯一因素。 熵判据 2.2 有序 无序 自发 无序程度低(混乱度小) 无序程度高 (混乱度大) 火柴 散落 熵判据 2.2 冰融化 气体的扩散 硝酸铵溶于水 这些过程共同特点 混乱度大（无序） 自发的 混乱度小（有序） 熵判据 2.2 研读教材：p43—44，什么是熵？什么叫熵增？ 1.熵：用来度量体系混乱(无序)程度的物理量，符号S。 体系越混乱（无序），熵值S越大。 S(水) ：69.9 S(冰) ：47.9 S(水蒸气)：188.7 熵值大小： 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。 熵判据 2.2 2.熵变：生成物与反应物的熵值之差。符号ΔS ∆S=S(生成物)－S(反应物) ∆S＞0 熵增 ∆S＜0 熵减 注意：同一反应中，不同物质的熵值，高中阶段没有具体比较，但通常认为：气体分子数（物质的量）增加，属于熵增加的反应， ΔS>0 。 3.熵判据：体系的混乱度（即熵值）增加， ΔS＞0，反应有自发的倾向。 用熵变(熵值变化)来判断反应进行的方向——熵判据。 熵判据 2.2 4.熵变与化学反应进行方向的关系 ①许多熵增的反应是自发的(多是气体分子数目增多的反应) 如：Zn(s)＋H2SO4(aq)===ZnSO4(aq)＋H2(g) ΔS>0 ； 2KClO3(s)===2KCl(s)＋3O2(g) ΔS>0 。 ②有些熵减的反应也可以自发进行 如：2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g) ΔS<0 ； 4Fe(OH)2(s)＋O2(g)＋2H2O(l)===4Fe(OH)3(s) ΔS<0 。 熵变是影响反应自发进行的因素之一，但不是唯一因素。 ③与环境既没有物质交换也没有能量交换的孤立体系或绝热体系， 自发过程总向着熵增加的方向进行。 自由能 2.3 大量事实告诉我们，综合考虑焓变和熵变可以判断反应自发进行的方向。 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。 约西亚·威拉德·吉布斯 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？ 自由能 2.3 1.吉布斯自由能 ΔG＝ΔH－TΔS (ΔG单位：kJ·mol－1；T：开尔文温度，单位K) ΔG不仅与焓变和熵变有关，还与温度有关。 2.反应方向与自由能的关系 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。 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。 自由能 2.3 类型 ΔH ΔS ΔH－TΔS 反应的自发性 1 <0 >0 ΔG<0 一定能自发 2 >0 <0 ΔG>0 一定不能自发 3 <0 <0 ΔG的正负决定于温度 低温能自发 4 >0 >0 高温能自发 反应方向与自由能的关系 典例剖析 1.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 典例剖析 2.某化学反应的ΔH=-122 kJ·mol-1，ΔS=+231 J·mol-1·K-1，则此反应在下列哪种情况下可自发进行(　　) A.在任何温度下都能自发进行 B.在任何温度下都不能自发进行 C.仅在高温下自发进行 D.仅在低温下自发进行 A 典例剖析 3.已知在100 kPa、298.15 K时，石灰石发生分解反应：CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)　ΔH＝＋178.3 kJ·mol－1　ΔS＝＋160.4 J·mol－1·K－1，则 (1)该反应_____(填“能”或“不能”)正向自发进行。 (2)若温度能决定反应方向，则该反应正向自发进行的最低温度为_________。 ΔG＝ΔH－TΔS＝178.3 kJ·mol－1－298.15 K×160.4×10－3 kJ·mol－1·K－1＞0 不能 1 111.6 K 典例剖析 4.汽车尾气中的一氧化碳和一氧化氮是现代化城市中的重要大气污染物。人们曾花费大量的时间和精力，通过实验的方法利用如下反应消除CO对环境的影响，然而却徒劳无功。你能从焓变和熵变的角度分析原因吗？ 2CO(g) = 2C(s) + O2(g) △ G > 0，不能自发进行 △ H > 0，△ S < 0 △ G = △ H - T△ S 后来人们又提出通过如下反应来处理尾气的方法 2NO(g) + 2CO(g) = N2(g) + 2CO2(g) 已知：在 298 K、100 kPa，△ H = -746.8 kJ/mol 室温下，△ G < 0，反应能正向自发进行 △ H < 0，△ S < 0 △ G = △ H - T△ S 反应需要催化剂来加速 小结 化学反应进行的方向 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 很多自发的化学反应都是熵增的过程，即ΔS＞0;但有些 熵减的过程 也可自发进行，即ΔS＜0 ΔG = ΔH﹣TΔS 人 教 版 选 择 性 必 修 1 本课结束，谢谢！ 根据ΔG＝ΔH－TΔS＜0时，反应可正向自发进行，则有T＞eq \f(ΔH,ΔS)≈1 111.6 K。 $