2.3化学反应的方向 课件 -2026-2027学年高二上学期化学人教版选择性必修1

第二章 化学反应速率与化学平衡 第三节 化学反应的方向 思考：碳和氧气燃烧可以得到二氧化碳，而二氧化碳却很难分解成碳和氧气，说明什么问题？ 化学反应速率 化学平衡 化学反应的方向 ——化学反应进行的快慢 ——化学反应的限度 —— ? 判定一个化学反应在指定条件下能否发生，以及在什么条件下可能发生？ 生产的可行性问题 生产的效率问题 产率问题 冰融化 墨水扩散 高山流水 热茶变凉 思考：下列过程有何共同点？ 这些过程是自发进行的，而且是有方向性的 2.自发反应 在给定的条件下，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。 （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。 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，但在常温下不能自发进行。 引发 1. 自发过程 (1)含义： (2)特点 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) (3)非自发过程：一定条件下，需持续借助外力才能进行的过程 过程的自发性只是一种趋势，过程要发生，必须具备一定的条件。 特别说明： 在一定条件下，不借助外部力量就能自动进行的过程。 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。 一 . 自发过程与自发反应 （3）联系：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。 （4）自发反应的常见易错点： a.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。 反应能否发生还与反应条件有关，例如，酒精的燃烧是一个自发反应，但需要借助外界条件“点燃”才能发生。 b.反应的自发性只能用于判断反应自发进行的倾向，而不能确定反应能否实际发生及发生时的速率。 3.应用 （1）自发反应可被用来做“有用功”。例如H2的燃烧可设计成燃料电池。 （2）非自发过程要想发生，必须对它做功。例如通电将水分解为H2和O2。 下列反应在一定条件下都能自发进行，你知道这些反应能自发进行的原因吗？ 共同特点? 总结：放热反应使体系能量降低，能量越低越稳定，△H < O 有利于反应自发进行 △H＜0，放热反应。 即体系趋向于从高能状态转变为低能状态（稳定） 二、化学反应进行的方向 1. 焓变与化学反应的方向 NaHCO3(s)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l)+CO2 (g) ΔH=+31.4kJ/mol 2N2O5(g)=4NO2(g)+O2 (g) ΔH=+109.8kJ/mol Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl=BaCl2+10H2O+2NH3↑ ΔH ＞0 思考：吸热反应能自发进行吗？ 结论：△H < 0有利于反应自发进行，但自发反应不一定要△H < 0 焓变只是反应能否自发进行的一个因素，但不是唯一因素。只根据焓变来判断反应方向是不全面的。 上述反应是吸热反应，但在常温下能自发进行 人们经过大量反应焓变的研究表明，大多数能自发进行的反应是放热反应。但是，有些吸热反应也能自发。因此，不能仅仅依靠焓变来判断反应是否自发。 共同点：生成物微粒的活动范围变大，活动范围大的微粒增多。 ——即体系的混乱度增大。 结论：除热效应（焓变）外，决定化学反应能否自发进行的另一个因素是体系的混乱度，且大多数自发反应有趋向于体系混乱度增大的倾向。 寻找根源 思考：吸热反应为什么能自发进行？ ①NH4NO3(s) = NH4+ (aq) ＋NO3- (aq) ② CaCO3(s) =CaO (s) +CO2 (g) ③N2O4(g)=2NO2(g) ④CuSO4·5H2O(s) = CuSO4(s) +5H2O(l) ⑤Ba(OH)2·8H2O(s)+2NH4Cl(s) = BaCl2(s)+2NH3(g)+10H2O(l)　 不自由变自由(有序变无序) 固体变气体 气体少变成气体多 固体变液体 固体变液体和气体 思考与讨论：下列现象哪个混乱度大？哪个更有序？在化学上如果描述混乱度的？ 有序排列的火柴散落时自发地成为无序排列 整理好的房间一段时间后总是会变得杂乱无章 2. 熵变与化学反应的方向 （1）熵 ①概念：熵是衡量体系混乱度的物理量，符号为 S ，单位通常为J/(mol·K)。 熵值越大，体系的混乱度越大。 ②影响因素： A.物质的种类：同一条件下，不同物质的熵值不同。 B.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)熵变 ①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 ②表达式： 熵增 熵减 物质由固态到液态、由液态到气态或由固态到气态的过程 固体的溶解过程、物质的扩散过程 气体的物质的量增大的反应 气体的物质的量减小的过程 物质由气态到液态、由液态到固态或由气态到固态的过程 ③常见的熵增大和熵减小过程 (3)熵判据 熵判据：在密闭体系中，自发过程将导致体系的熵增大，即熵变大于零，这个原理也叫做熵增原理。在用来判断过程的方向时，就称为熵判据。 （混乱度判据） 例：判断下列反应的△S △S＞0，熵增反应 思考：以上反应都是熵增反应，在一定条件下都可以自发进行，那么熵减反应是否 都不能自发呢？ △S＞0，熵增反应 △S＞0，熵增反应 △S＞0，熵增反应 【探究发现】 2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) △S＜0 △H＜0 依焓判据，放热有利于反应自发 依熵判据，熵减小不利于反应自发 结论：△S > 0，有利于反应自发进行，自发反应不一定要△S > 0。 单独使用焓判据，或者熵判据往往会得出错误的结论，那怎么办呢？ 即，熵变是反应能否自发进行又一个主要因素, 但也不是惟一的因素。 美国物理化学家吉布斯 研究表明：在等温、等压条件下，化学反应总是向着自由能 减小ΔG＜0的方向进行，直到达到平衡。 3.复合判据 高温自发 低温自发 “正正高温、负负低温” G ：自由能 T：开尔文温度，25℃=298K 化学反应方向的判断方法 类型 ΔH ΔS ΔG 反应的自发性 1 <0 >0 <0 一定能自发 2 >0 <0 >0 一定不能自发 3 <0 <0 正负决定于温度 低温能自发 4 >0 >0 高温能自发 △G 不仅与焓变和熵变有关，还与温度有关 △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 $