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 学习目标 1、理解化学反应方向的基本概念； 2、掌握判断化学反应方向的方法； 3、掌握吉布斯自由能判据在化学反应方向判断中的应用。 1、化学反应方向的判断方法； 2、吉布斯自由能判据的应用。 1、熵的概念及其与反应方向的关系； 2、吉布斯自由能计算的理解与应用。 重点 难点 导 同样，有些反应也是能自发进行的，比如铁生锈，而有的反应不能自发进行。那么，怎样判断一个反应是否能自发进行呢？ 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。 思＋议 1、如何从焓变的角度判断一个化学反应的方向？ 2、什么是熵，熵变？熵的影响因素有哪些？ 3、如何从熵变的角度判断一个化学反应的方向？ 4、什么是吉布斯自由能？吉布斯自由能与化学反应的方向有什么关系？ 展+评 一、 自发过程与自发反应 1、自发过程 (1)含义： (2)特点： (3)非自发过程： 在一定条件下，不用借助外力就可以自发进行的过程。 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)。 在一定条件下，需持续借助外力才能进行的过程。 一、 自发过程与自发反应 2、自发反应 (1)含义：在给定的条件下，可以自发进行到显著程度的化学反应。 (2)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。 钢铁生锈 湿法炼铜 木材燃烧 思考：自发反应不需要任何条件就能发生吗？ 展+评 1、正误判断 (1)在一定条件下，不用借助外力就能自发进行的过程是自发过程(　　) (2)自发过程不需任何条件就能发生(　　) (3)室温下冰变成水属于自发过程(　　) (4)能自发进行的反应，反应速率一定很大(　　) √ × √ × 【练习】 2、下列关于自发反应的叙述正确的是(　　) A.自发反应的逆过程在相同条件下也必定是自发的 B.铁在潮湿的空气中生锈属于非自发反应 C.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 D.自发反应与外界条件无关 【练习】 C 二、化学反应的方向 任务一 焓变与反应方向的关系 观察以下能自发进行的化学反应的热化学方程式，总结这些自发反应的共同点是什么? (2) CH4(g) + 2O2(g) = CO2(g) + 2H2O(g) ΔH=－802.3 kJ/mol (3) 4Fe(OH)2(s) + O2(g) + 2H2O(l) = 4Fe(OH)3(s) ΔH=－444.3 kJ/mol (4) 2H2(g) + O2(g) = 2H2O(l) ΔH=－571.6 kJ/mol 共同点： ΔH<0，放热反应 (5) 2Na(s) + Cl2(g) = 2NaCl(s) ΔH=－822.3 kJ/mol (1) H+(aq) + OH-(aq) = H2O(l) ΔH=－57.3 kJ/mol 据此得出什么结论？ 19世纪的化学家曾认为： ΔH<0，反应自发进行 ΔH>0，反应不能自发进行 焓变与反应方向的关系 但是，一些吸热反应也能自发进行，如： 可以说ΔH < 0有利于反应自发进行，但自发反应不一定要ΔH < 0。 2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8H2O(s) = 2NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l) ΔH > 0 结论：焓变是影响化学反应自发进行的因素之一，但不是唯一因素。 任务一 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。 熵变与反应方向的关系 ①NH4NO3(s) = NH4+ (aq) ＋NO3- (aq) ② CaCO3(s) = CaO (s) +CO2 (g) ③N2O4(g) = 2NO2(g) ④CuSO4·5H2O(s) = CuSO4(s) +5H2O(l) 下列过程均为吸热过程，且在一定条件下都能自发进行，这是为什么呢？ 有序变无序 固体变气体 气体少变多 固体变液体 任务二 ①同一物质的熵值：S(g)＞S(l)＞S(s)； ②同一条件下，不同物质的熵值不同； ③与物质的量有关：n越大，N越多，S越大。 熵变与反应方向的关系 S(水) ：69.9 J·mol-1·K-1 S(冰) ：47.9 J·mol-1·K-1 S(水蒸气)：188.7 J·mol-1·K-1 定义：用来衡量体系混乱（无序）程度的物理量 符号：S 单位： J·mol-1·K-1 任务二 （1）熵 ： 熵 值 大 小 熵变与反应方向的关系 （2）熵变：反应前后体系的熵的变化，用符号∆S表示。 ∆S=∑S(生成物)－∑S(反应物) ∆S＞0 熵增 ∆S＜0 熵减 体系趋向于从有序变无序，因此熵增反应（ ∆S>0 ）有利于反应自发进行。 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：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 熵变是影响反应自发进行的因素之一，但不是唯一因素。 任务二 （3）熵判据： (4)结论： 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。 吉布斯自由能与反应方向的关系 任务三 怎么办？ 1、吉布斯自由能： 符号： ΔG 表达式： ΔG＝ΔH－T . ΔS (T：开尔文， 表示温度，单位K) 单位：kJ·mol－1 2、反应方向与吉布斯自由能的关系 化学反应总是向着吉布斯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。 吉布斯自由能与反应方向的关系 任务三 3、复合判据 ∆H ∆S ∆G 反应在该状况下能否自发进行 ＜０ ＞０ ＞０ ＜０ ＞０ ＞０ ＜０ ＜０ ＜０ ＞０ 低温时＞０ 高温时＜０ 低温时＜０ 高温时＞０ 自发进行 不自发进行 低温不自发 高温自发 低温自发 高温不自发 △S △H 所有温度下 反应都自发进行 高温下 反应自发进行 低温下 反应自发进行 所有温度下 反应都不能自发进行 吉布斯自由能与反应方向的关系 ΔG＝ΔH－T . ΔS 任务三 【练习】 1、正误判断 (1)放热反应一定能自发进行 (　　) (2)O2转化变为O3时，熵减小 (　　) (3)熵增的反应一定能自发进行 (　　) (4)合成氨反应：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH<0，高温有利于其自发进行 (　　) (5)由焓判据和熵判据组合而成的复合判据，将更适合于所有的过程 （ ） 　　 × √ × × √ 2、下列关于自发过程的叙述中，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 C 【练习】 【练习】 3、下列说法中正确的是（ ） A.能自发进行的反应一定能迅速发生反应 B.非自发进行的反应一定不可能发生反应 C.能自发进行的反应实际上可能没有发生反应 D.常温下，2H2O===2H2↑+O2↑，即常温下水的分解反应是自发反应 C 电解 D 【练习】 4、下列说法正确的是(　　) A.自发进行的反应均是ΔH<0的反应 B.ΔS<0的反应一定不能自发进行 C.物质的量增加的反应，其ΔS为正值 D.CaCO3(s)受热分解为CaO(s)和CO2(g)，其ΔS>0 C 【练习】 5、某反应２AB(g)=C(g)+3D(g)在高温时能自发进行，其逆反应在低温下能自发进行，则该反应的ΔH、ΔS应为( ) A.ΔH < 0，ΔS > 0 B. ΔH < 0，ΔS <0 C. ΔH > 0，ΔS > 0 D. ΔH > 0，ΔS < 0 【练习】 6、 某化学反应 A(s)=D(g)+E(g)　， ΔH-T . ΔS=(-4500+11T)kJ·mol-1(其中ΔH为焓变，ΔS为熵变，T为热力学温度，单位为K)，要防止反应发生，温度必须（ ） A．高于409 K B．低于136 K C．高于136 K而低于409 K D．低于409 K A 7、反应CH3OH(l)+NH3(g) = CH3NH2(g)+H2O(g)在某温度下才能自发进行,若反应的|ΔH|=17 kJ·mol-1，该温度下|ΔH-TΔS|=17 kJ·mol-1,则下列选项正确的是(　　) A.ΔH>0,该温度下ΔH-TΔS<0 B.ΔH<0,该温度下ΔH-TΔS>0 C.ΔH>0,该温度下ΔH-TΔS>0 D.ΔH<0,该温度下ΔH-TΔS<0 A 【练习】 第三节 化学反应的方向 焓判据 自发过程与自发反应 熵判据 复合判据 ∆G﹤0 反应能自发进行 ∆G =0 反应达到平衡状态 ∆G﹥0 反应不能自发进行 放热过程（∆H﹤0）常常是容易自发进行 熵增过程（∆S﹥0）常常是容易自发进行 ∆G=∆H-T∆S 课堂小结 $