2.3化学反应的方向课件2026-2027学年上学期高二化学人教版选择性必修一

第二章 化学反应速率与化学平衡 第二节 化学平衡 2.3 化学反应的方向 学习目标 1、知道化学反应是有方向的；知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关。 2、能结合具体事例说明反应自发进行的方向。 高处 低处 自发 非自发 100 ℃的沸水 ＜ 100 ℃的温水 室温的凉水 高温物体 低温 物体 自发 非自发 2H2 + O2 = 2H2O 水的电解 自发 非自发 一、化学反应的方向 自发过程： 非自发过程： 在一定条件下，不需要外力作用就能自动进行的过程 在一定条件下，需持续借助人为作用才能进行的过程 氢气的燃烧 4 一、化学反应的方向 自发反应： 在给定条件下，一个反应可以自发地进行到显著程度 化学反应中的自发过程： ① 甲烷燃烧：CH4(g) + 2O2(g) = CO2(g) + 2H2O(g) △H = -802.3 kJ/mol ② 铁生锈：2Fe(s) + O2(g) = Fe2O3(s) △H = -824 kJ/mol ③ 氢气和氧气反应：2H2(g) + O2(g) = 2H2O(l) △H = -571.6 kJ/mol ④ 钠与水反应：2Na(s) + 2H2O(l) = 2NaOH(aq) + H2(g) △H = -368 kJ/mol ★ 自发的化学反应的共同点: 放热反应，△H < 0 从焓变的角度分析，化学反应由高能状态向低能状态转化，有使体系能量降低的趋势，表现为放热反应较易进行 反应物 Ea △H 生成物 反应进程 能量 0 反应物 Ea △H 生成物 反应进程 能量 0 反应物 Ea △H 生成物 反应进程 能量 0 0 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稍大，但Ea ＞ |△H|，需持续给予外界条件才能自发 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” 【思考】是不是所有放热反应在任何条件下都能自发进行？ 一、化学反应的方向 1、焓判据 —— 判断反应能否自发进行的能量判据 能量判据又称焓判据，即△H ＜ 0的反应有自发进行的倾向 多数能自发进行的化学反应是放热反应 【思考】吸热反应在常温下都不能自发进行吗？ ① 2NH4Cl(s) + Ba(OH)2 · 8H2O(s) = NH3(g) + BaCl2(s) + 10H2O(l) ② NaHCO3(s) + HCl(aq) = NaCl(aq) + CO2(g) + H2O(l) ③ 2N2O5(g) = 4NO2(g) + O2(g) ④ (NH4)2CO3(s) = NH4HCO3(s) + NH3(g) △H ＞ 0 化学反应吸热使烧杯与木片间的水凝结成冰 ★ △H < 0有利于反应自发进行，但自发反应不一定都要△H < 0 判据之一 自发进行 气体扩散实验 液体扩散实验 有序 （混乱度小） （混乱度大） 混乱 自发 鲁道夫 · 克劳修斯 【1822.1.2 ～ 1888.8.24】 熵 一、化学反应的方向 熵 （1）定义： （2）符号： （3）单位： 度量体系混乱（无序）度的物理量，体系越混乱，熵值越大 S J · mol-1 · K-1 熵变（△S ） △S = S生成物总熵 - S反应物总熵 在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵增大（△S ＞ 0） 熵变原理： 2、熵判据 —— 判断反应能否自发进行的另一判据 ★ 体系趋向于由有序状态转变为无序状态，即混乱度增加（△S ＞ 0）。且△S越大，越有利于反应自发进行 一、化学反应的方向 2、熵判据 —— 判断反应能否自发进行的另一判据 导致熵增（△S ＞ 0）的因素： ② 同一物质，气态时熵值最大，液态时次之，固态时最小 ① 固体的溶解过程、墨水扩散过程和气体扩散过程 2N2O5(g) = 4NO2(g) + O2(g) Zn(s) + H2SO4(aq) = ZnSO4(aq) + H2(g) 2KClO3(s) = 2KCl(s) + 3O2(g) △S ＞ 0 ③ 反应过程中气体物质的量增多的反应或生成气体的反应 188.7 69.9 47.9 J/(mol · K) 【思考】在一定温度和压强下，化学反应一定不能向着熵减少的方向自发进行吗？ 一、化学反应的方向 2、熵判据 —— 判断反应能否自发进行的另一判据 2NO(g) + 2CO(g) = N2(g) + 2CO2(g) 4Fe(OH)2(s) + O2(g) + 2H2O(l) = 4Fe(OH)3(s) NH3(g) + HCl(g) = NH4Cl(s) △S ＜ 0 自发进行 ★ △S ＞ 0有利于反应自发进行，但自发反应不一定都要△S ＞ 0 判据之一 只有孤立体系（与环境既没有物质交换也没有能量交换）或者绝热体系（与环境既没有物质交换也没有热量交换），自发过程才向着熵增的方向进行 【思考】-10 ℃的液态水会自动结冰成固态，这是熵减的过程，但它是放热的，从中有什么启示？ 一、化学反应的方向 3、复合判据（自由能变化△G） 约西亚 · 威拉德 · 吉布斯 【1839.2.11 ～ 1903.4.28】 在温度、压强一定的条件下，化学反应自发进行方向的判据是：△G = △H - T△S （G ~ 自由能，T ~ 绝对温度） 反应进行方向的判断方法： ① △G = △H - T△S ＜ 0 反应能自发进行 ② △G = △H - T△S ＞ 0 反应不能自发进行 ③ △G = △H - T△S = 0 反应达到平衡状态 要正确判断一个化学反应能否自发进行，必须综合考虑反应的焓变和熵变 一、化学反应的方向 3、复合判据（自由能变化△G） 反应进行方向的判断方法： △G = △H - T△S ＜ 0 反应能自发进行 △H < 0，△S > 0 所有温度下 反应自发进行 △H ＞ 0，△S ＜0 △H △S 所有温度下 反应都不能自发进行 △H ＞ 0，△S ＞ 0 高温下 反应自发进行 △H ＜ 0，△S ＜ 0 低温下 反应自发进行 ★ 根据△G = △H - T△S ＜ 0 判断的只是反应能否自发进行的可能性, 反应能否实际发生，还涉及化学反应速率的问题 1、下列说法正确的是（ ） A. 凡是放热反应都是自发的，吸热反应都是非自发的 B. 自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是熵减小或不变 C. 自发进行的反应一定容易发生 D. 自发反应在恰当条件下才能实现 D ★ “自发”只是有发生的趋势，并不代表实际发生，更不能确定发生的速率，“非自发”也不代表一定不能发生。 “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” 2、25 ℃和1.01 × 105Pa时，反应2N2O5(g) = 4NO2(g) + O2(g) △H = +56.76 kJ/mol，自发进行的原因是（ ） A. 是吸热反应 B. 是放热反应 C. 是熵减少的反应 D. 熵增大效应大于能量效应 D 3、闪电时空气中的N2和O2发生反应：N2(g) + O2(g) = 2NO(g) △H = +180.50 kJ/mol △S = +247.3 J/(mol ∙ K)，若不考虑温度对该反应的影响，则下列说法中正确的是（ ） A. 在1000 ℃时，此反应能自发进行 B. 在1000 ℃时，此反应不能自发进行 C. 该反应能自发进行的最低温度约为730 ℃ D. 该反应能自发进行的最高温度约为730 K A 4、下列自发反应可用焓判据来解释的是（ ） A. 2N2O5(g) = 4NO2(g) + O2(g) △H = +56.7 kJ/mol B. (NH4)2CO3(s) = NH4HCO3(s) + NH3(g) △H = +74.9 kJ/mol C. 2H2(g) + O2(g) = 2H2O(l) △H = -571.6 kJ/mol D. CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g) △H = +178.2 kJ/mol C 5、已知298 K时有下列数据： Na2SO4 · 10H2O(s) = Na2SO4(s) + 10H2O(g) △S = +1443.8 J/(mol · K) （1）通过计算说明上述反应在298 K及100 kPa时能否自发进行？ （2）欲在100 kPa时使上述反应发生逆转，温度范围是多少？ 物质 Na2SO4 · 10H2O(s) Na2SO4(s) H2O(g) △S / (kJ · mol-1) -4324.08 -1384.49 -241.83 不能 T ＞ 361K 6、将SiCl4氢化为SiHCl3有三种方法，对应的反应依次为： ① SiCl4(g) + H2(g) ⇌SiHCl3(g) + HCl(g) △H1 ＞ 0 ② 3SiCl4(g) + 2H2(g) + Si(s) ⇌4SiHCl3(g)  △H2 ＜ 0 ③ 2SiCl4(g) + H2(g) + Si(s) + HCl(g) ⇌3SiHCl3(g)  △H3 已知体系自由能变△G = △H - T△S，△G ＜ 0时反应自发进行。三个氢化反应的△G与温度的关系如图所示，可知：反应①能自发进行的最低温度是 ；相同温度下，反应②比反应①的△G小，主要原因是 。 1000 ℃ △H2 ＜ △H1导致反应2的△G小 $