2.1 化学反应的方向（同步课件）化学鲁科版选择性必修1

鲁教版选择性必修 1 第二章 化学反应的方向、限度与速率 第1课时 化学反应的方向 第1节 化学反应的方向 1 反应熵变与反应方向 2 反应焓变与反应方向 1 3 用熵变和焓变综合判断反应方向 学习内容导览 2 1.知道化学反应存在熵变及化学反应是有方向的，化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关。 2.能够根据反应焓变的吸热或放热、反应熵变的熵增或熵减来综合判断特定条件下化学反应的方向。 重点：反应的焓变与熵变对化学反应方向的影响。 难点：借助判据△H-T△S综合判断化学反应的方向。 素养锚定·课标定位 汽车尾气中的主要污染物是一氧化氮和一氧化碳，它们是现代化城市中的重要大气污染物。为了减轻大气污染，人们提出通过以下反应来处理汽车尾气的想法。 2NO(g)＋2CO(g) ⇌ N2(g)＋2CO2(g) 分析该方法是否可行，并说明理论依据。 巧设处理汽车尾气方案 一个化学反应在给定条件（通常指温度、压强）下能否自发进行以及在什么条件下有可能按预期的方向发生，仅用实验方法来摸索可能要付出极大的代价，甚至会徒劳无功，因此有必要寻求一种客观的判据，用它来判断一个化学反应能否正向自发进行。 情境启思·任务缘起 反应焓变与反应方向 01 5 一、反应焓变与反应方向 这些自发进行的现象有什么特点呢？ 任务一 联想自然界中的自发进行的自然现象——认识自发过程 自然界的一些过程是自发进行的，而且是有方向性的。 分层研学·探理悟新 任务一 联想自然界中的自发进行的自然现象——认识自发过程 1.自发过程 在温度和压强一定的条件下，不需要外力作用就能自动进行的过程 2.非自发过程 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。 外力作用一般指的是：光照、通电等； 而加热、点燃、高温都是为了达到某一反应温度，属于一定温度范畴，不属于外力作用。 注意：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。 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”。 ③“自发”只是有发生的趋势，并不代表实际发生，更不能确定反应速率；“非自发”也不代表不能发生。 一、反应焓变与反应方向 分层研学·探理悟新 任务二 认识自发反应 通过对自发过程的认识，大家再来认识一些自发进行的化学反应。 H2(g)+1/2O2(g)= H2O(l) ∆H= -286kJ/mol Zn(s) +CuSO4(aq)=ZnSO4 (aq)+Cu(s) ∆H= -216.8kJ/mol 一、反应焓变与反应方向 分层研学·探理悟新 8 任务二 1.自发反应 在温度和压强一定的条件下，不需要外力作用就能自动进行的化学反应 2.非自发反应 在一定条件（T、P）下，需要持续借助外力作用才能进行的化学反应 认识自发反应 与自然界中的许多变化一样，化学反应也具有方向性。 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，即为给定条件 一、反应焓变与反应方向 分层研学·探理悟新 任务三 探究焓变对化学反应方向的影响 1.分析以下自发过程中有哪些共同的变化趋势 共同点： 高能向低能转化 一、反应焓变与反应方向 （1）自然界中水总是从高处往低处流； （2）电流总是从电位高的地方向电位低的地方流动； （3）水蒸气冷凝成水 2.观察下列几个自发进行的化学反应在焓变上有哪些共同特点 ①4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)＝4Fe(OH)3(s)　ΔH＝－444.3 kJ·mol－1 ②2Na(s)＋2H2O(l) ＝ 2NaOH(aq)＋H2(g) ΔH＝－368 kJ·mol－1 ③2H2O2 (l) ＝ 2H2(g)＋O2(g) ΔH＝－571.6 kJ·mol－1 共同点： 都是放热反应 △H＜0 说明焓减小有利于反应自发进行（焓判据） 分层研学·探理悟新 10 任务三 探究焓变对化学反应方向的影响 4.结合下列问题，分析能否仅用反应焓变来判断反应能否自发进行？ 一、反应焓变与反应方向 （1）对于C(s)+ O2(g)=CO2 (g) △H =-393.5kJ/mol ，有同学认为这个过程不能自发，因为需要点燃，你怎么看？ 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。 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 分层研学·探理悟新 11 任务三 探究焓变对化学反应方向的影响 4.结合下列问题，分析能否仅用反应焓变来判断反应能否自发进行？ 一、反应焓变与反应方向 （2）为什么有些放热反应需要持续加热呢？例如：H2(g) + CuO(s) = Cu(s) + H2O(1) △H=-128.5KJ/mol Ea稍大，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 0 分层研学·探理悟新 12 任务三 探究焓变对化学反应方向的影响 4.结合下列问题，分析能否仅用反应焓变来判断反应能否自发进行？ 一、反应焓变与反应方向 （3）所有自发进行的化学反应都是放热反应吗?吸热反应一定不能自发进行吗？ 当环境提供能量时，吸热反应也能发生 C + CO2 === 2CO 高温 CaCO3 === CaO + CO2 高温 C+ H2O === CO + H2 高温 E 反应物的能量总和 生成物的能量总和 △H △H Ea 反应历程 室温下能自发进行的吸热反应 2NH4Cl(s)＋Ca(OH)2(s)＝2CaCl2(s)＋NH3(g)＋2H2O(l) 分层研学·探理悟新 13 知识总结 一、反应焓变与反应方向 1．多数能自发进行的化学反应是 反应。 2．不少吸热反应也能自发进行。 3．ΔH 0，有利于反应自发进行， 但不能仅用反应焓变来判断反应能否自发进行。 放热 < 分层研学·探理悟新 【例1】下下列过程是非自发的是∶（ ） A、水由高处向低处流 B、天然气的燃烧 C、铁在潮湿空气中生锈 D、室温下水结成冰。 D 一、反应焓变与反应方向 典例剖析·逻辑释疑 【例2】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 一、反应焓变与反应方向 典例剖析·逻辑释疑 【变式1】不能用焓判据解释的自发进行的反应过程是(　　) A．铁在潮湿空气中生锈 B．天然气的燃烧 C．铜在潮湿空气中产生铜绿 D．NH4Cl与Ba(OH)2·8H2O反应产生NH3 D 一、反应焓变与反应方向 典例剖析·逻辑释疑 反应熵变与反应方向 02 18 任务四 认识熵变对化学反应方向的影响 二、反应熵变与反应方向 1.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？ NaCl晶胞 Cl- Na+ 有序 无序 自发 无序程度低 无序程度高 分层研学·探理悟新 任务四 认识熵变对化学反应方向的影响 二、反应熵变与反应方向 不需要外界的任何作用，气体通过分子的扩散，自发地混合均匀。 有序 无序 自发 无序程度低 无序程度高 如何表示物质的混乱程度呢？ 分层研学·探理悟新 任务四 认识熵变对化学反应方向的影响 二、反应熵变与反应方向 1.熵（ S ）：——描述体系无序程度的物理量 单位：J·mol－1·K－1 体系混乱度越大，熵值越大，即S值越大。 2.熵（ S ）的影响因素 ①物质种类：相同条件，分子结构越复杂，分子内原子种类或原子数目越多，熵越大 ②物质状态：同一物质物质的量相等，S(g) ＞ S(l) ＞ S(s) ③物质的量：同一物质同一状态，物质的量越大，熵越大。 ④反应中无状态变化：S(化学计量数和大) > S(化学计量数和小) 2N2O5 (g) = 4NO2(g)+O2(g) ∆H= + 56.7 kJ/mol 2 5 分层研学·探理悟新 任务四 认识熵变对化学反应方向的影响 二、反应熵变与反应方向 3.熵变（△ S ） △S=S生成物总熵－S反应物总熵 △S>0，熵增反应 △S<0，熵减反应 化学反应中，生成气体越多混乱度越大 4.熵增原理 5.熵判据 体系趋向于从从无序程度低的状态转变为无序程度高的状态，使体系熵增加 体系的混乱度增加，即 熵增反应(△S>0 )，具有自发进行的倾向 2N2O5(g)＝4NO2(g)＋O2(g) ∆H＝ + 56.7 kJ/mol 例：气体体积增大的反应，熵变通常都是正值，是熵增加的反应 △S >0 分层研学·探理悟新 任务四 认识熵变对化学反应方向的影响 二、反应熵变与反应方向 请观察下列反应，思考以下问题。 ①2H2O2(aq)＝2 H2O(l)＋O2(g) ②NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)＝CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l) ③C(s，石墨)＋H2O(g)＝CO(g)＋H2(g) ④CaCO3(s) CaO(s)+CO2(g)　 ⑤2Al(s)＋Fe2O3(s)＝Al2O3(s)＋2Fe(s)　ΔS＝－39.4 J·mol－1·K－1 (1)判断①～④的ΔS是的正负，并解释理由。 (2)熵增反应一定能自发进行吗？熵减反应一定不能自发进行吗？ (3)判断熵变ΔS与能否自发进行的关系？ 均产生气体更多，ΔS＞0 常温下不能自发进行 ΔS＜0，但能自发进行 ΔS＞0有利于反应自发进行，不能仅用反应熵变来判断反应能否自发进行。 分层研学·探理悟新 知识总结 1．多数能自发进行的化学反应是 反应。 2．不少熵减反应也能自发进行。 3．ΔS 0，有利于反应自发进行， 但不能仅用熵变来判断反应能否自发进行。 熵增 ＞ 二、反应熵变与反应方向 分层研学·探理悟新 【例1】250C和1.01×105Pa时，反应2N2O5（g）=4NO2（g）+O2（g）； △H=＋56.76kJ/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 二、反应熵变与反应方向 典例剖析·逻辑释疑 【例2】已知“凡气体分子总数增大的反应一定是熵增加的反应”。下列反应一定能自发进行的是（ ） A、2O3(g)=3O2(g) ∆H<0 B、2CO(g)=2C(s)+O2 (g) ∆H>0 C、N2(g)+3H2(g) ⇌2NH3(g) ∆H<0 D、CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) ∆H>0 A 二、反应熵变与反应方向 典例剖析·逻辑释疑 【变式1】关于下列过程熵变的判断不正确的是（ ) A.溶解少量食盐于水中，△S>0 B.纯碳和氧气反应生成CO(g)，△S>0 C.H2O(g)变成液态水，△S>0 D.CaCO3(s)加热分解为CaO(s)和CO2(g)，△S>0 C 电解 二、反应熵变与反应方向 典例剖析·逻辑释疑 用熵变和焓变 综合判断反应方向 03 28 点击添加标题 单击此处输入你的正文，文字是您思想的提炼，请尽量言简意赅的阐述观点； 三、用熵变和焓变综合判断反应方向 任务五 探究焓变与熵变对反应方向的共同影响——认识复合判据 研究表明，在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下，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。 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。 △G=ΔH－TΔS 单位：kJ·mol-1 ΔG 为反应的吉布斯自由能变：ΔG =ΔH -TΔS，表示的是一个封闭体系在等温、等压条件下做最大非体积功的能力。在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下，反应的方向可依据ΔG 来判断 △G=ΔH - TΔS < 0 反应正向能自发进行 △G=ΔH - TΔS = 0 反应达到平衡状态 △G=ΔH - TΔS > 0 反应正向不能自发进行 分层研学·探理悟新 点击添加标题 单击此处输入你的正文，文字是您思想的提炼，请尽量言简意赅的阐述观点； 三、用熵变和焓变综合判断反应方向 任务五 探究焓变与熵变对反应方向的共同影响——认识复合判据 放热反应的焓变小于零，熵增加反应的熵变大于零，都对 ΔH -TΔS <0 有所贡献，因此放热和熵增加有利于反应正向自发进行。显然，放热的熵增加反应一定能正向自发进行，而吸热的熵减小反应一定不能正向自发进行。 规律总结 1.当反应的焓变和熵变的影响相反时，且大小相差悬殊时，某一因素可能占主导地位。 （1）常温下的放热反应， 对反应方向起决定性作用。 （2）常温下的吸热反应， 对反应方向起决定性作用。 焓变 熵变 分层研学·探理悟新 单击此处输入你的正文，文字是您思想的提炼，请尽量言简意赅的阐述观点； 三、用熵变和焓变综合判断反应方向 规律总结 2. ΔH 0，ΔS　　0的反应，任何温度下都能自发进行； 3.ΔH　　0，ΔS　　0的反应任何温度下都不能自发进行； 4.ΔH和ΔS的作用相反，且相差不大时，　　对反应的方向起决定性作用。 ①当ΔH<0，ΔS<0时，　　　下反应能自发进行； ②当ΔH>0，ΔS>0时，　　　下反应能自发进行。  < > > < 温度 低温 高温 分层研学·探理悟新 三、用熵变和焓变综合判断反应方向 思维建模 四象限法判断反应能否自发进行 △H △S ∆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 △G = △H - T△S 自由能判据 分层研学·探理悟新 三、用熵变和焓变综合判断反应方向 素养提升 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，完善表格内容： 化学反应 ΔH/ kJ·mol－1 ΔS/ J·mol－1·K－1 能否自发进行 ①2H2O2(aq) = 2H2O(l)＋O2(g) －98 ＋57.2 任何温度下都能正向自发进行 ②CO2(g) = C(s，石墨)＋O2(g) ＋393.5 －2.86 ③HCl(g)＋NH3(g) = NH4Cl(s) －176 －285 ④CaCO3(s) = CaO(s)＋CO2(g) ＋178.2 ＋169.6 任何温度下都不能正向自发进行 低温下能正向自发进行 高温下能正向自发进行 分层研学·探理悟新 三、用熵变和焓变综合判断反应方向 身边的化学 汽车尾气处理方案的可行性 该反应在室温下正向能自发进行。不过，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。利用这个装置，人们可以有效地将汽车尾气中的污染物NO（g）和CO（g）同时除去。 分层研学·探理悟新 三、用熵变和焓变综合判断反应方向 【例1】根据所学知识和已有生活经验，分析以下反应在给定温度下能否正向自发进行，将这些反应的焓变和熵变“＞0”或“＜0”填入表格。 化学反应 正向是否自发 ΔH ΔS 常温Zn(s)＋2HCl(aq)=ZnCl2(aq)＋H2(g)       常温6CO2(g)＋6H2O(l)=C6H12O6(s)＋6O2(g)   ＞0 ＜0 常温NH3(g)＋HCl(g)=NH4Cl(s)       常温C(s)＋CO2(g)=2CO(g)       自发 ＜0 ＞0 非自发 自发 ＜0 ＜0 非自发 ＞0 ＞0 典例剖析·逻辑释疑 三、用熵变和焓变综合判断反应方向 【例2】某反应2AB(g)＝C(g)＋3D(g)在高温时能自发进行，其逆反应在低温时能自发进行，则该反应的正反应的ΔH、ΔS应为(　　) A．ΔH＜0、ΔS＞0 B．ΔH＜0、ΔS＜0 C．ΔH＞0、ΔS＞0 D．ΔH＞0、ΔS＜0 C 典例剖析·逻辑释疑 三、用熵变和焓变综合判断反应方向 【变式1】下列反应中，一定不能自发进行的是(　　) A．2KClO3(s) = 2KCl(s)+3O2(g) ΔH=-78．03 kJ·mol-1，ΔS=+1110 J·mol-1·K-1 B．CO(g) = C(石墨，s)+ O2(g) ΔH=+110.5 kJ·mol-1，ΔS=-89.36 J·mol-1·K-1 C．4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g) = 4Fe(OH)3(s) ΔH=-444.3 kJ·mol-1，ΔS=-280.1 J·mol-1·K-1 D．NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq) = CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l) ΔH=+37.301 kJ·mol-1，ΔS=+184.05 J·mol-1·K-1 B 典例剖析·逻辑释疑 化学反应的方向 焓判据 复合判据 焓减小有利于反应自发进行，即△H＜0 熵判据 自发过程与自发反应 自发：在一定条件下，不需要外力作用（如点燃） 熵增大有利于反应自发进行，即△S＞0 △G=ΔH－TΔS ΔH－TΔS<0 反应正向能自发进行 ΔH－TΔS=0 反应达到平衡状态 ΔH－TΔS＞0 反应正向不能自发进行 体系梳整·认知升华 1.对于化学反应能否自发进行，下列说法中错误的是（ ） A、非自发过程在一定条件下可能变成自发过程 B、若△H>0，△S＜0，任何温度下都不能自发进行 C、若△H＜0，△S>0，任何温度下都能自发进行 D、需要加热才能够进行的过程肯定不是自发过程 D 当堂诊学·成效校验 2.下列说法正确的是(　　) A．反应2NO2(g)=N2O4(l)的ΔS＞0 B．ΔH＜0，ΔS＞0的反应在温度低时不能自发进行 C．因为焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓变或熵变均可以单独作为反应自发性的判据 D．反应NH4HCO3(g)=NH3(g)＋H2O(g)＋CO2(g) ΔH＝＋185.57 kJ·mol－1能自发进行，原因是熵增效应大于焓增效应 D 当堂诊学·成效校验 3.下列关于化学反应方向及其判据的说法中正确的是（ ） A.1molSO3在不同状态时的熵值：S[SO3(s)]>S[SO3(1)]>S[SO3(g)] B.常温下，反应C(s)+CO2(g)=2CO(g)不能自发进行，则该反应的ΔH>0 C.放热反应都可以自发进行，而吸热反应不能自发进行 D.2KClO3(s)=2KCl(s)+3CO2(g) ΔH>0能否自发进行与温度无关 B 当堂诊学·成效校验 4.下列说法不正确的是(　　) A．反应4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g) =4Fe(OH)3(s)常温下能自发进行，该反应的ΔH<0 B．反应H2S(g)+ZnO(s) =H2O(g)+ZnS(s)在一定条件下可自发进行，且ΔS<0，则ΔH>0 C．反应3C(s)+CaO(s) =CaC2(s)+CO(g)在常温下不能自发进行，说明该反应的ΔH>0 D．SiO2(s)+2C(s) =Si(s)+2CO(g)必须在高温下反应才能发生，则ΔH>0 B 当堂诊学·成效校验 5.在图①中A、B两个容器里，分别收集着两种作用不同的理想气体。若将中间活塞打开，两种气体分子立即充满了两个容器(如图②)。关于此过程下列说法不正确的是(　　) A．此过程是体系从混乱程度小向混乱程度大变化的过程，即熵增大的过程 B．此过程为自发过程，而且没有热量的吸收或放出 C．此过程从有序到无序，混乱度增大 D．此过程是自发可逆的 D 当堂诊学·成效校验 感谢观看 更多练习见分层作业 鲁教版选择性必修 1 44 Lavf59.16.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf59.16.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $