第32讲-（3）化学反应的方向与调控 课件 -2027届高三化学一轮复习

最适合真实课堂教学的课件！ 简洁、启智！ 1.7.2013 ‹#› 化学反应的方向与调控 在一定条件下，不借助外部力量就能自动进行的过程。 1.自发过程： 自发过程和自发反应 【例】①自然界中水总是从高处往低处流； ⑤食盐溶解于水； ④铁在潮湿的空气中自然生锈； ③气温高于0℃，冰雪自动融化； ②镁在空气中自动被氧化 自发过程的特点： ①体系趋向于从 状态转变为 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 转变为 的倾向性(无序体系更加稳定)。 低能 有序 无序 高能 在一定条件下，无需外界帮助，一经引发即能自动进行的反应，称为自发反应 。 往往指一定的温度和压强 2.自发反应： 自发过程和自发反应 【例】①镁条燃烧； ⑤锌与CuSO4溶液会自动反应生成Cu和ZnSO4 … … ④甲烷和氧气的混合气体遇明火就燃烧； ③铁器暴露在潮湿空气中会生锈； ②酸碱中和； 【注意】 （1）自发反应并不一定在常温常压下自发进行。 【例】氢气燃烧需要点燃，碳酸钙在高温下自发分解 在所需条件下，反应一旦发生就能自发进行，即为自发反应 （2）一般地，一个过程是自发的，其逆过程就是非自发的。 非自发过程要想发生，必须对它做功。 【例】氢气燃烧生成水是自发反应；而水分解生成H2和O2是非自发反应。 （3）自发过程的逆过程也可能是自发的。 2NO+O2=2NO2 常温下自发 高温下自发 2NO2 =====2NO + O2 高温 2.自发反应： 自发过程和自发反应 1. 焓判据 放热反应过程中体系能量________，具有自发进行的倾向，因此可用________来判断反应进行的方向。 降低 焓变 化学反应方向的判据 【例】燃烧反应、金属和酸反应等都是放热都能自发进行。 【思考】吸热反应能自发进行吗？举例说明。 【注意】△H < 0有利于反应自发进行，但自发反应不一定要△H < 0 有些能自发进行，如碳酸氢钠与盐酸反应是吸热反应，能自发进行。 同一种物质， 态时熵值最大， 态时最小。 【注意】熵值越大，体系混乱度 。 ②熵与物质状态的关系： 【练】H2O(g)、H2O(l) 、 H2O(s)熵值由大到小顺序为 。 ①熵与物质的量的关系： 物质的量越大，熵值 。 化学反应方向的判据 混乱 混乱 2. 熵判据 （1）熵 用来度量体系_____程度的物理量。熵值越大， 程度越大。符号为 ，单位：J/(mol·k ) 。 S 越大 越大 气 固 H2O(g) ＞H2O(l) ＞H2O(s) S(生成物)－S(反应物) 化学反应方向的判据 2. 熵判据 （2）熵变 熵变的含义：ΔS= 。 ①熵增原理： 在与外界隔绝的体系中，自发过程将导致体系的熵 ，即熵变(符号ΔS)______0。 增大 > ②熵判据： 体系有自发地向混乱度 (即 )的方向进行的倾向，因此可用 来判断反应进行的方向。 增加 熵增 熵变 化学反应方向的判据 NaCl固体溶于水，固体转化为离子，混乱度是增加，但离子在水中存在水合过程，会引发水的混乱度的变化，让水分子会更加规则，即水的混乱度下降，所以整个溶解过程的熵变ΔS取决于固体转化为离子的熵增与水合过程的熵减两个作用的相对大小关系，若熵增占主导，则整个溶解过程熵增，即ΔS>0；若熵减占主导，则整个溶解过程熵减，即ΔS<0。 【思考】NaCl溶于水，变化前后熵变大了还是变小了？ 【规律】固体溶于水，熵增、熵减无法确定。 焓变 熵变 3. 复合判据 综合考虑________和________的复合判据，更适合所有的反应，只根据一个方面判断化学反应进行的方向是不全面的。 化学反应方向的判据 Δ G < 0时，反应____自发进行； Δ G＝0时，反应处于_____状态； Δ G > 0时，反应______自发进行。 能 平衡 不能 ΔG ＝ ΔH － TΔS G：吉布斯自由能 （反应是否自发进行，由熵变、焓变、温度共同决定） 复合判据： ΔH ΔS ΔH >0, ΔS >0 温度时， 反应自发进行 ΔH <0， ΔS >0 温度时，反应自发进行 化学反应方向的判据 ΔG ＝ ΔH － TΔS G：吉布斯自由能 复合判据： 高 任何 不能 ΔH <0, ΔS <0 温度时， 反应自发进行 ΔH >0, ΔS <0 能否自发进行？ 低 负 正必自发 正 负不自发 正 正高自发 负 负低自发 【练】[2024·贵州，17(1)]在无氧环境下，CH4经催化脱氢芳构化可以直接转化为高附加值的芳烃产品。一定温度下，CH4芳构化时同时存在如下反应： ⅰ.CH4(g) →C(s)+2H2(g) ΔH1=+74.6 kJ·mol-1 ΔS=+80.84 J·mol-1·K-1 ⅱ.6CH4(g) →C6H6(l)+9H2(g)　ΔH2 反应ⅰ在1 000 K时　　　(填“能”或“不能”)自发进行。  能 CH4(g) —→C(s)+2H2(g)　ΔH1=+74.6 kJ·mol-1　ΔS=+80.84 J·mol-1·K-1，在1 000 K时，ΔG=ΔH-TΔS=+74.6 kJ·mol-1-1 000 K×80.84×10-3 kJ·mol-1·K-1= -6.24 kJ·mol-1<0，故反应ⅰ在1 000 K时能自发进行。 ΔG=ΔH-TΔS=+74.6 kJ·mol-1-1 000 K×80.84×10-3 kJ·mol-1·K-1 = -6.24 kJ·mol-1<0 1.非自发反应，一定条件下也能使其反应发生(　　) 2.在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂，可以改变化学反应进行的方向(　　) 3.ΔH<0，ΔS>0的反应在温度低时不能自发进行(　　) 4.一定温度下，反应MgCl2(l)　　Mg(l)+Cl2(g)的ΔH>0、ΔS>0(　　) 5.反应NH3(g)+HCl(g)===NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的ΔH<0(　　) √ × × √ √ 1.在常温常压下，下列属于自发过程的是（ ） A.2C(s)+O2(g)===2CO(g) B.NH4Cl(s)===NH3(g)+HCl(g) C.CH3COOH(l)===CH3COOH(s) D.2Cr3+(aq)+3Cl2(aq)+7H2O(l)===Cr2(aq)+6Cl-(aq)+14H+(aq) A 2C(s)+O2(g)===2CO(g)是熵增的放热反应，ΔH-TΔS<0，属于自发过程，故A选； NH4Cl(s)===NH3(g)+HCl(g)是熵增的吸热反应，温度较高时，ΔH-TΔS<0，可以进行，故B不选； CH3COOH(l)===CH3COOH(s)是熵减的吸热现象，在常温常压下，不能自发进行，故C不选； 氧化性：Cr2>Cl2，根据氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性规律可知，2Cr3+(aq)+3Cl2(aq)+7H2O(l)===Cr2(aq)+6Cl-(aq)+14H+(aq)不能发生，故D不选。 2.下列有关化学反应方向及其判据的说法中错误的是 A.1 mol H2O在不同状态时的熵值：S[H2O(l)]<S[H2O(g)] B.反应CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g)　ΔH>0能否自发进行与温度有关 C.H2O2分解和HClO分解均是自发过程，故这两个反应的ΔH和ΔS的变化相同 D.常温下，反应4Fe(OH)2(s)+O2(g)+2H2O(l)===4Fe(OH)3(s)能自发进行，则该反应的ΔH<0 C 物质聚集状态不同熵值不同，S(气体)>S(液体)>S(固体)，1 mol H2O在不同状态时的熵值：S[H2O(l)]<S[H2O(g)]，故A正确； 反应CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g)的ΔH>0，ΔS>0，ΔH-TΔS<0才能自发进行，因此该反应能否自发进行与温度有关，故B正确； 反应自发只能说明ΔH-TΔS<0，不能说明两反应的ΔH和ΔS的变化相同，故C错误； 该反应的ΔS<0，若能自发进行，ΔH-TΔS<0，则ΔH必须小于0，故D正确。 3.(2024·烟台一模)二氧化碳加氢制甲醇的总反应可表示为 CO2(g)+3H2(g) ⇌CH3OH(g)+H2O(g)。 (1)该反应一般认为通过如下步骤来实现： ①CO2(g)+H2(g) ⇌ CO(g)+H2O(g)　ΔH=+41 kJ·mol-1 ②CO(g)+2H2(g) ⇌ CH3OH(g)　ΔH=-90 kJ·mol-1 总反应的ΔH=　　　 kJ·mol-1。  -49 (2)根据以上信息判断CO2与 H2制取甲醇的反应在　　(填字母)条件下可自发进行。 A.高温 B.低温 C.任何温度 B 4.(2022·浙江1月选考，20)AB型强电解质在水中的溶解(可视作特殊的化学反应)表示为AB(s)===An+(aq)+Bn-(aq)，其焓变和熵变分别为ΔH和ΔS。对于不同组成的AB型强电解质，下列说法正确的是 A.ΔH和ΔS均大于零 B.ΔH和ΔS均小于零 C.ΔH可能大于零或小于零，ΔS大于零 D.ΔH和ΔS均可能大于零或小于零 D 强电解质溶于水有的放热，如硫酸铜等；有的吸热，如碳酸氢钠等，所以在水中溶解对应的ΔH可能大于零或小于零。熵表示系统混乱程度，体系越混乱，则熵越大。AB型强电解质固体溶于水，存在熵的变化，固体转化为离子，混乱度是增加的，但离子在水中存在水合过程，这样会引发水的混乱度的变化，让水分子会更加规则，即水的混乱度下降，所以整个溶解过程的熵变ΔS取决于固体转化为离子的熵增与水合过程的熵减两个作用的相对大小关系，若是前者占主导，则整个溶解过程熵增，即ΔS>0，反之，熵减，即ΔS<0。 5.[2022·湖南，17(1)]已知ΔG=ΔH-TΔS，ΔG的值只决定于反应体系的始态和终态，忽略ΔH、ΔS随温度的变化。若ΔG<0，则该反应可以自发进行。根据下图判断：600 ℃时，下列反应不能自发进行的是　　。  A.C(s)+O2(g)===CO2(g) B.2C(s)+O2(g)===2CO(g) C.TiO2(s)+2Cl2(g) === TiCl4(g)+O2(g) D.TiO2(s)+C(s)+2Cl2(g) ===TiCl4(g)+CO2(g) C 由图可知，600 ℃时C(s)+O2(g)===CO2(g)的ΔG<0，反应自发进行，故A不符合题意； 600 ℃时2C(s)+O2(g)===2CO(g)的ΔG<0，反应自发进行，故B不符合题意； 600 ℃时TiO2(s)+2Cl2(g)===TiCl4(g)+O2(g)的 ΔG>0，反应不能自发进行，故C符合题意； 根据盖斯定律，TiO2(s)+C(s)+2Cl2(g)===TiCl4(g)+CO2(g)可由A项反应+C项反应得到，且由图中数据可知600 ℃时其ΔG<0，反应自发进行，故D不符合题意。 $