2.1化学反应的方向 课件 2025-2026学年高二上学期化学鲁科版选择性必修1

该高中化学课件聚焦化学反应方向的判断，从生活中水流、热量传递等自发过程切入，通过钛制备反应的问题链引出焓变、熵变探究，最终构建吉布斯自由能综合判据，形成“现象-概念-判据-应用”的学习支架。 其亮点是以生活实例和化学史创设情境，通过“假设-验证-修正”探究焓变、熵变的局限性，培养科学思维与探究能力。汽车尾气处理实例将理论计算与实际问题结合，渗透科学态度与责任。帮助学生建立认知模型，为教师提供“情境-探究-应用”教学范式，提升教学效果。

第二章 化学反应的方向、 限度与速率 第一节 化学反应的方向 鲁科版选择性必修一化学反应原理 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。 水流从高处流向低处 热量从高温流向低温 电流从高电势流向低电势 \ 生活中的 自发过程 无需外力自发进行 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。 借助 外力 非自发 进行 \ 生活中的 自发过程 定义：在一定的条件下，不需要借助外力作用就能自动进行的过程。 共同特点：通过对外做功或者释放热量，能量从高能到低能 这些自发过程有什么特点？ \ 一、 自发过程 油墨扩散 固体溶解 定义：在一定条件下，借助光、 电等外部力量就能自动进行的过程。 \ 非自发过程 低能状态→ 高能状态 水泵抽水 电解水 第一步： TiO2(s) + 2Cl2(g) === Ti Cl4(l) + O2(g) 第二 步： Ti Cl4(l) + 2Mg(s) === Ti(s) + 2MgCl2(s) 第一步反应在任何温度下都不能正向进行 判断反应能否自 发进行的客观判据是什么呢？ 1910年， 第一次制得纯净的钛 1791年， 第一次发现钛元素 \ 二、 自发反应 制备设想 定义：在一定的温度和压强下， 不需持续的外界作用就能自动进 行的反应。 外界作用一般指的是： 光照、 通电等； 而加热、 点燃、 高温若是为 了达到或维持某一指定的反应温度， 则属于指定温度范畴， 不属于持续外界作用。 【例】 下列说法正确的是 （ B ） A. 碳酸钙在常温条件下分解产生氧化钙为自发反应； B. 碳酸钙在高温条件下受热分解产生氧化钙为自发反应； C. 氢气和氧气在点燃条件下生成水为非自发反应； D. 水在常温条件下电解成氢气和氧气为非自发反应 自发反应 特征：方向性 Cu(s) + H2 SO4(aq) = Cu SO4(aq) + H2(g) ΔH = + 1341 kJ ·mol-1 共同特点：ΔH< 0 即放热反应 2Na(s) + Cl2(g) = 2NaCl(s) 2H2O (l) = 2H2(g) +O2(g) 4Fe(s) + 3O2(g) = Fe2O3(s) 找出下列能够自发进行的化学反应，它们的共同特征是什么？你能够得出什么结论？ C3H8(g) + 5O2(g) = 3CO2(g) + 4H2O (l) ΔH = -2217.5kJ ·mol-1 ΔH = -822 kJ ·mol-1 ΔH = +484 kJ ·mol-1 自发反应 非自发反应自发反应 \ 三、反应焓变与反应方向 ΔH = -1648.4 kJ ·mol-1 非自发反应 自发反应 19世纪，一些化学家曾认为决定化学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。你同意吗？ \ 三、反应焓变与反应方向 1. 放热反应 (∆H＜0） 具有自 发反应的倾向。 焓判据 2. 有些吸热反应也可以自 发进行。 3. 反应焓变是反应能否自 发进行的一个因素， 但不是唯一因素。 【例】 已知下列过程都能自发进行， 其中不能用“焓判据”解释的是( C )。 A． 2Na(s)＋Cl2(g)===2NaCl(s) ΔH＜0 B． C3H8(g)＋5O2(g)===3CO2(g)＋4H2O(l) ΔH＜0 C． 2NH4Cl(s)＋Ca(OH)2(s)===2NH3(g)＋CaCl2(s)＋2H2O(l) ΔH＞0 D． 2Mg(s)＋O2(g)===2MgO(s) ΔH＜0 \ 三、反应焓变与反应方向 固体硝酸铵、 氢氧化钠、氯化钠和蔗糖都能溶于水，是什么因素 决定它们的溶解过程能自发进行？ 分析：热效应不是这些过程自发进行的决定因素。 交流·研讨 有序 无序 1.熵 （1） 定义：描述体系无序程度的物理量 （2）符号：S （3）单位：J·mol－1 ·K－1 （4）影响熵的因素 ①体系的熵值：体系的无序程度越大，体系的熵值就越大。 ②纯物质的熵值 纯物质熵值的大小与物质的种类、 数量、 聚集状态以及温度、压 强等因素有关。例如对同一物质来说 ，S(g)＞S(l)＞S(s) 。在同一条件下，不同物质的熵不同。 \ 三、反应熵变和反应方向 2.熵变 （1） 定义：反应产物的总熵与反应物的总熵之差 ΔS= S（反应产物） －S（反应物） （2）熵增加的反应：产生气体、 气体物质的量增大、 由固体生成液体等 \ 三、反应熵变与反应方向 （3）熵变与反应方向： ①熵增加有利于反应自发进行 C(s ，石墨)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) ΔS＝+ 133.8 J·mol－1 ·K－1 ②某些熵减小的反应在一定条件下也能自发进行。 2Al(s)＋Fe2O3(s)===Al2O3(s)＋2Fe(s) ΔS＝ - 39.4 J·mol－1 ·K－1 ΔS > 0有利于反应自发进行 自发反应不一定要ΔS > 0 不能仅用反应熵变来判断反应是否能够自发进行 \ 反应熵变与反应方向 判断反应自发进行方向的依据。怎么办？ 约西亚·威拉德·吉布斯 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(G)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。 用焓变和熵变综合判断反应方向 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 综合判据： ΔG = ΔH － T ΔS 单位：J·mol-1 ·K-1 I I I 吉布斯自由能变 单位：KJ·mol-1 单位：K 1.使用条件：等温、等压且除了体积功以外不做其他功的条件下 2. 判断： 自发反应总是朝着吉布斯自由能减小的方向进行 用焓变和熵变综合判断反应方向 化学反应 ΔH/(kJ·mol－1) ΔS/(J·mol－1 ·K－1) 能否正向 自发进行 ①2H2O2(aq)=2H2O(l)＋O2(g) -98 +57.2 任何温度 正向 自发 ②CO2(g)=C(s ，石墨)＋O2(g) +393.5 -2.86 任何温度 都不正向 自发 ③HCl(g)＋NH3(g)=NH4Cl(s) -176 -285 低温自发 ④CaCO3(s)=CaO(s)＋CO2(g) + 178.2 + 169.6 高温自发 反应的焓变、熵变随温度的变化较小 ，假设它们不随温度变化 ，根据下 表数据，思考回答下列问题： 用焓变和熵变综合判断反应方向 用焓变和熵变综合判断反应方向 ∆H>0 ∆S>0 高温下 反应 自发进行 ∆H>0 ∆S<0 所有温度下 反应不能 自发进行 ∆H<0 ∆S>0 所有温度下 反应 自发进行 ∆H<0 ∆S<0 低温下 反应 自发进行 Δ G = Δ H - T Δ S Δ S Δ H 3.注意 （1）反应方向与条件有关，不能随意将常温、常压下的结论用于其他温度、压强条件下发生的反应。 （2） 吉布斯自由能变只能用于等温、等压条件下的反应，不能用于判断其他条件（如等温、等容） 下的反应。 用焓变和熵变综合判断反应方向 3.注意 （3） 吉布斯自由能变指的是反应正向 自发进行的趋势，即反 应发生的可能性，不能确定反应能否实际发生和化学反应速率，得看实际情况。 用焓变和熵变综合判断反应方向 解决实际问题：设计新的化学反应（判断能否自发进行） \ 应用：汽车尾气处理 2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g) 298 K 、100 kPa下， ΔH＝-746.8 kJ·mol－1 、ΔS＝ － 197.5 J·mol－1 ·K－1 ， 用上述化学反应处理汽车尾气是否具有可行性，阐述判断的理由。 ΔH－TΔS＝－746.8 kJ·mol－1－298 K×(－197.5 × 10－3)kJ·mol－1 ·K－1 ≈ - 687.9 kJ·mol－ 1＜0 。该反应能正向 自发进行 ，利用此反应解决汽车尾气污染问题可行。 \ 用焓变和熵变综合判断反应方向 该反应需要使用催化剂来加速。通常 使用贵金属作为催化剂，将其装入汽 车尾气净化器中，并将净化器与汽车 尾气排放管道连接在一起。 注意：ΔH－TΔS＜0 ，只能说明反应有发生的可能性 ，但它并不能 说明在该条件下可能正向 自发进行的反应能否实际发生，这是因为 反应能否实际发生还涉及反应速率问题。 \ 用焓变和熵变综合判断反应方向 2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g) (1)ΔH＜0 ，ΔS＜0的反应在温度低时不能正向自发进行 × (2)Na与H2O的反应是熵增的放热反应，该反应能 自发进行 √ (3)反应NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)在室温下可正向 自发进行，则该反应的ΔH＜0 √ (4)反应Si Cl4(g)＋2H2(g) =Si(s)＋4HCl(g) 可用于纯硅的制备 ，该反应的ΔH＞0 、ΔS<0 × (5)一定温度下，反应2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)能 自发进行，该反应的ΔH<0 √ 1.(2022·福建宁德同心顺联盟校高二期中联考)化学反应的方向可以用反应 的焓变和熵变来综合判断，判据为ΔH－TΔS 。下列反应在任何温度下都能自发进行的是 A.CH4(g)===C(s)＋2H2(g) ΔH＝＋74.8 kJ·mol－1 ΔS＝＋80.7 J·mol－1 ·K－1 B.C2H2(g)＋3H2(g)―→2CH4(g) ΔH＝－376.4 kJ·mol－1 ΔS＝－220.2 J · mol－1 ·K－1 C.2CO(g)===2C(s ，石墨)＋O2(g) ΔH＝＋221.0 kJ·mol－1 ΔS＝－178.8 J · mol－1 ·K－1 √D.2KClO3(s)===2KCl(s)＋3O2(g) ΔH＝－78.0 kJ·mol－1 ΔS＝＋494.4 J · mol－1 ·K－1 $