第二章第三节 化学反应进行的方向课件_2026-2027学年高二上学期化学人教版选择性必修一

2.3 化学反应进行的方向 熵变 · 焓变 · 自由能 · 反应自发进行的判据 1.7.2013 各位同学，今天我们进入第二章第三节的学习，探讨化学反应进行的方向。这节课我们将深入了解熵变、焓变以及自由能的概念，掌握判断化学反应自发进行的依据。 ‹#› 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？ 一、自发过程与非自发过程 自然界不少过程可以自发发生，并且存在方向性。如水可自发由高处流向低处，逆向过程无法自发进行。电流总是从自动电位高的地方向电位低的地方流动；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。 一、自发过程与非自发过程 1.自发过程 在一定条件下，不需要外力作用就可以进行的过程。 2.非自发过程 在一定条件下，需要持续外力作用，才能维持进行的过程。 水从高处流向低处 水从低处流向高处 一、自发过程与非自发过程 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。 3.自发过程与非自发过程 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” 冬天水结冰自发 春天冰融水自发 ③“自发”只是有发生的趋势，并不代表实际发生，“非自发”也不代表不能发生。 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。 水从高处流向低处 100°C的沸水 室温的凉水 思考：以下这些自发过程自发的原因是什么？ 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 思考：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？ 有序 状态 无序 状态 转化为 密闭条件下 混乱度角度 7 二、自发反应与非自发反应 条件变了可能由原来的“自发”变成“非自发” 1. 自发反应 在给定条件下，可以自发进行到显著程度的化学反应称为自发反应。 （1）自发反应具有方向性，即在一定条件下反应的某个方向是自发进行的，其逆方向在相同条件下一定不能自发进行。自发反应不一定能实际发生，非自发反应在一定条件下可能发生。 如铁在潮湿的空气中生锈是自发进行的，而在该条件下铁锈变为铁一定不能自发进行。 （2）自发反应是指该反应过程有自发进行的倾向，但不一定能够实际发生，发生时速率也不一定大，非自发反应在一定条件下也可能发生。 如煤的燃烧是自发反应，但需要借助外界条件“点燃”才能发生 。 注意： 二、自发反应与非自发反应 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。 3. 联系：自发过程可以是物理过程也可以使化学反应，不一定是自发反应；而自发反应一定是自发过程。 判断下列说法的正误，错误的请说明理由： ①自发反应均不需要任何条件就可发生。 ②反应自发性越大，反应速率越快。 ③非自发反应一定不能发生。 【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 1. 可逆反应正、逆方向的焓变与熵变相反，改变温度等条件，正逆反应均存在自发进行的可能性。 2. 反应自发性会随外界条件改变，非自发反应在合适温度、压强条件下，有可能转变为自发反应。 三、反应自发性的判断依据 1.化学反应方向与焓变的关系 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?为什么能够自发进行呢?你能够得出什么结论? C3H8(g)＋5O2(g)＝3CO2(g)＋4H2O(l) ΔH = -2217.5kJ·mol-1 2Na(s)＋Cl2(g)＝2NaCl(s) ΔH = -822 kJ·mol-1 2H2O(l)＝2H2(g)＋O2(g) ΔH = +484 kJ·mol-1 4Fe(s)＋3O2(g)＝Fe2O3(s) ΔH = -1648.4 kJ·mol-1 Cu(s)＋H2SO4(aq)＝CuSO4(aq) ＋ H2(g) ΔH = +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 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 焓判据：放热反应（△H＜0），体系能量降低，具有自发进行的倾向。 思考：只有放热反应才能自发进行吗？ 2NH4Cl(s)＋Ba(OH)2(s)＝ 2BaCl2(s)＋NH3(g)＋2H2O(l) NH4Br(s)＝NH3(g)＋HBr(g) NaHCO3(aq)＋HCl(aq)＝NaCl(aq)＋H2O(l)＋CO2(g) ΔH>0 ΔH>0 ΔH>0 不能只根据反应的放热或者吸热来判断化学反应的方向 焓判据 放热反应过程中体系能量降低，具有自发进行的倾向 焓变与反应自发性的关系 若该反应为放热反应，即ΔH＜0，一般能自发进行； 若该反应为吸热反应，即ΔH＞0，一般不能自发进行 局限性 有些吸热反应也能自发进行，所以焓变是与反应进行的方向有关的因素之一，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素 1.化学反应方向与焓变的关系 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？ 2.化学反应方向与熵的关系 混乱度大（无序） 自发的 混乱度小（有序） 有序排列的火柴散落时自发地成为无序排列 下课铃响了，教室变得杂乱无章 整理好的房间一段时间后总是会变得杂乱无章 (1)熵的定义：衡量一个体系混乱度的物理量叫做熵，用符号S表示，单位J/K。 (2)熵的意义：熵值越大，体系的混乱度越大。 (3)影响因素： ①物质的种类：同一条件下，不同物质的熵值不同。 ②物质的状态：同一物质的物质的量相同时，熵值大小为S(g)＞S(l)＞S(s)。 2.化学反应方向与熵的关系 (4)熵变概念：发生化学反应时物质熵的变化称为熵变，符号为△S。 △S=S(产物）-S(反应物） △S>0，熵增反应 △S<0，熵减反应 (5)表达式： (6)熵变规律： 对于有气体（可以是反应物也可以是生成物）参与且气态物质的物质的量增大的化学反应，其熵变通常是正值，是熵增(△S>0)的反应；反之，气态物质的物质的量减小的化学反应，其熵变通常是负值，是熵减(△S＜0)的反应。 (7)化学反应中的熵变的判断方法： 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 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) 思考：熵减的反应一定不能自发进行吗？请举例说明。 (8)熵判据 体系的混乱度（即熵值）增加， ΔS＞0，反应有自发的倾向。 2H2O2(aq)===2H2O(l)＋O2(g) 2KClO3(s) = 2KCl(s) + 3O2 (g) ΔS＞0 很多自发的化学反应都是熵增的过程 体系趋向于从有序状态转变为无序状态，因此熵增反应(△S>0 )具有自发进行的倾向 。 熵变是影响反应自发进行的因素之一，但不是唯一因素。 【例】已知：(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g)　ΔH＝＋74.9 kJ·mol－1，下列说法正确的是(　　) A．该反应中熵变、焓变皆大于0 B．该反应是吸热反应，因此一定不能自发进行 C．碳酸盐分解反应中熵增加，因此任何条件下碳酸盐分解一定能自发进行 D．能自发进行的反应一定是放热反应，不能自发进行的反应一定是吸热反应 A 3.用焓变与熵变综合判断反应方向：自由能与化学反应的方向 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 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。 请以ΔG=ΔH-TΔS 分析焓变、熵变如何判断反应自发性的情况？ 【例】反应：CH3OH(l)＋NH3(g)===CH3NH2(g)＋H2O(g)在某温度下自发向右进行，若反应的|ΔH|＝17 kJ·mol－1，|ΔH－TΔS|＝17 kJ·mol－1，则下列选项正确的是(　　) A．ΔH＞0，ΔH－TΔS<0 B．ΔH<0，ΔH－TΔS＞0 C．ΔH＞0，ΔH－TΔS＞0 D．ΔH<0，ΔH－TΔS<0 A 化学反应的方向 自发过程与自发反应 化学反应进行方向的判据 自发过程 非自发过程 自发过程与非自发过程 化学反应进行的方向与焓变 自发反应 非自发反应 自由能与化学反应的方向 化学反应进行的方向与熵变 25 1．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 2.下列反应在常温下能自发进行，且既能用焓判据又能用熵判据解释的是(　　) A．HCl(g)+NH3(g)=NH4Cl(s) B．C(s)+CO2(g)=2CO(g) C．2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑ D．Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl=BaCl2+2NH3↑+10H2O C 3.焦炭常用于冶炼工业。已知反应①:2C(s)+O2(g) ⇌ 2CO(g)；反应②:2CO(g)+O2(g) ⇌ 2CO2(g)。反应①、②的反应趋势与温度关系如图所示,下列说法错误的是(　　)  A.反应②2CO(g)+O2(g) ⇌ 2CO2(g)的ΔS<0，ΔH<0 B.983 K是两个反应主次趋势变化的转折点 C.L1对应反应① D.当温度低于983 K时，过量焦炭的氧 化产物以反应②生成CO2为主 C Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $