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

第二章 化学反应速率与化学平衡 人教版高中化学选择性必修1 化学反应原理 第三节 化学反应的方向 古希腊神话中西西弗斯触犯了众神，诸神为了惩罚西西弗斯，便要求他把一块巨石推上山顶，而由于那巨石太重了，每每未上山顶就又滚下山去，前功尽弃，于是他就不断重复、永无止境地做这件事——诸神认为再也没有比进行这种无效无望的劳动更为严厉的惩罚了。西西弗斯的生命就在这样一件无效又无望的劳作当中慢慢消耗殆尽。 请问推石头上山的过程和石头从山上滚落的过程有什么不同？ 自发过程与非自发过程 PART 01 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。 一、自发过程和非自发过程 “自发” 一词的本意是由事物自身主动产生、发起或形成，不依赖外部力量的推动、干预或指令. 1、自发过程： 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。 “自发”只是有发生的趋势，并不代表一定会发生，更不能确定发生的速率。“非自发“也不代表不能发生。 “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”。 请列举一些自然界中能够自发进行的现象。 水从高处流向低处 100°C的沸水 室温的凉水 Q1:想一想以上这些自发过程自发的原因是什么？ 一、自发过程与自发反应 3. 自发过程的动力： 高能 状态 低能 状态 对外做功或放热 转化为 能量角度 墨水扩散 但有一些自发过程并不存在明显的能量变化，为什么也能自发？ NaCl晶胞 Cl- Na+ 有序 无序 自发 无序程度低 无序程度高 3. 自发过程的动力： 有序 状态 无序 状态 转化为 密闭条件下 混乱度角度 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。 HCl+NaOH NaCl+H2O 自发反应与非自发反应 PART 02 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。 二、自发反应和非自发反应 Q2：有同学认为木材燃烧这个过程不能自发，因为需要点燃，你怎么看？ 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，算给定条件。所谓外力作用一般指需要通过太阳光、通电等对体系持续做功。 判断下列说法的正误，错误的请说明理由 01 自发反应均不需要任何条件就可发生。 反应自发性越大，反应速率越快。 非自发反应一定不能发生。 02 03 (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 研究价值 化学反应自发性的判断 PART 03 Q3:从化学反应能量变化角度考虑，你认为什么样的反应能自发进行？ ①Na(s)+H2O(l)=NaOH(aq)+1/2H2(g) ②NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l) ③C(s)+O2 (g)=CO2(g) ④CH4(g)+2O2 (g)=CO2(g)+2H2O(l) ∆H= -184kJ/mol ∆H= -57.3kJ/mol ∆H= -393.5kJ/mol ∆H= -890.3kJ/mol 大多数自发反应为放热反应。 Q4:吸热反应一定不自发吗？请举出反例。 2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8H2O(s) =2NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l) ΔH > 0 NaHCO3(s)+HCl(aq)=CO2(g)+NaCl(aq)+H2O(l) ∆H =＋31.4kJ/mol 这些反应都是吸热反应，但在常温下能自发进行 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(ΔH＜0)或吸热(ΔH＞0)来判断化学反应能否自发进行。 2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8H2O(s) =2NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l) NaHCO3(s)+HCl(aq)=CO2(g)+NaCl(aq)+H2O(l) 推测这些吸热反应能自发进行的可能原因是什么？ 混乱度大（无序） 自发的 混乱度小（有序） 如何定义体系的混乱程度？ 熵是度量体系混乱程度的物理量，符号：S，单位：J/K 混乱度越大，体系越无序，体系的熵值就越大 ΔS=S产物总熵－S反应物总熵 H2O(s) = H2O (l) △S>0 1. 同一物质：S(g)>S(l)>S(s) 2. 化学反应中，气态物质越多，体系的混乱度越大。 熵值大小的比较 判断一个反应的熵变 a 若反应有气体参与，看气体计量系数的变化， 气体计量系数增加， ΔS ＞ 0； 气体计量系数减小， ΔS ＜ 0； 气体计量系数不变的反应(Δn气=0)，ΔS 较小 b 对于没有气体参加的反应, 一般反应化学计量数增大， ΔS >0 结合下表中化学反应和数据，归纳化学反应的ΔS情况 根据已有的知识和经验，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) (4)N2(g)+3H2(g)=2NH3(g) 随堂练习 Q5：熵减的反应一定不能自发进行吗？请举例说明。 浓盐酸与浓氨水的反应 结论：熵变是影响反应自发进行的因素之一，但不是唯一因素。 用焓变与熵变综合判断反应方向 在等温、等压条件的封闭体系中， ΔG=ΔH-TΔS T为热力学温度，单位为K，为正值 ΔG=ΔH-TΔS 一定能自发进行 =0 达到平衡状态 ＞0 一定不能自发进行 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。 ＜0 自由能变化符号为ΔG，单位为kJ/mol。 27 Q6：请以焓变、熵变分别为横、纵坐标，在坐标系的四个象限中分别判断反应自发性的情况。 二、化学反应进行方向的判据 规律总结 工业上冶炼金属铝的方法是什么？根据以下数据判断，为什么不能用焦炭还原氧化铝炼制金属铝？ 298K时，2Al2O3(s)+3C(s)=4Al(s)+3CO2(g) ∆H = +2171 kJ/mol ∆S = +635.5 J/(mol∙K) 当T > 3416K时，该反应才能自发进行，而这么高的温度在工业生产中是很难满足的。 即学即用 工业冶炼金属钛 ①TiO2(s)+2Cl2(g)=TiCl4(l)+O2(g) ΔH= +161.9KJ/mol ΔS＝-38.4 J·mol－1·K－1 ②Mg+ TiCl4=Ti+ MgCl2 工业上“改造”反应 2C(s,石墨)+ O2(g) = 2CO(g) ΔH=-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 同样是放热反应， 有的在常温下不需要任何条件就能自发，如：酸碱中和反应； 有的需要引发条件，如：碳的燃烧； 还有些放热反应需要持续加热才能进行，例如：H2(g) + CuO(s) = Cu(s) + H2O(1) ∆H=-128.5KJ/mol。 请从活化能的角度思考这是为什么？ Ea很小，常温即能自发。 Ea稍大，但Ea＜△H，给予外界条件一经引发后即能自发。 Ea较大，且Ea＞△H，需持续给予外界条件才能自发。 反应物 Ea △H 生成物 反应进程 能量 反应物 Ea △H 生成物 反应进程 能量 反应物 Ea △H 生成物 反应进程 能量 0 小结：自然之法如此神奇，正是很多燃烧反应会遇到“活化能”的壁垒。才使得富含有机物的生命体在富含氧气的大气中没有“自燃”。 谢谢观看！ $