2.1化学反应的方向 课件 -2026-2027学年高二上学期化学鲁科版选择性必修1

第1节 化学反应的方向 第二章 化学反应的方向、限度与速率 学习目标 1、了解反应焓变与反应方向有关，但不是唯一的影响因素。 2、知道化学反应存在熵变，了解反应熵变与反应方向有关，但也不是唯一的影响因素。 3、了解焓变与熵变对反应方向的共同影响，并能通过关系式： △H-T△S由给定的数据定量判断反应的方向。 4、通过关系式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定性分析反应焓变和反应熵变对反应方向的影响。 生活中的自发过程 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 生活中的非自发过程 非自发过程：在一定条件下，需持续不断借助人为作用才能进行的过程 特点：能量由高到低 在等温、等压条件下，不借助光、电等外部力量就能自动进行的过程为自发过程。 探究学习一 反应焓变与反应方向 1．什么叫自发反应？ 2．观察下列几个自发进行的化学反应。 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 ③2H2O (l) ＝ 2H2(g)＋O2(g) ΔH＝－571.6 kJ·mol－1 ④NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq) ＝ CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l) ΔH＝＋37.30 kJ·mol－1 在一定条件下，具有自动发生倾向的化学反应。 多数放热反应是自发反应，放热反应不一定自发进行。 (1)放热反应是自发进行？吸热反应是否都不能自发进行？ (2)能否仅用反应焓变来判断反应能否自发进行？ 不少吸热反应能自发进行。 如：氯化铵与氢氧化钡的反应。 不能 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，放热反应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。 【归纳总结】 自发反应与吸热反应、放热反应的关系 放热 < 焓判据 焓减小有利于反应自发进行 探究学习二 反应熵变与反应方向 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？ 硝酸铵的溶解 氢氧化钠的溶解 蔗糖的溶解 氯化钠的溶解 ΔH > 0 ΔH < 0 焓变微乎其微 是热效应吗？ 显然决定因素不是热效应 固体溶解过程的一个共同点是固体中整齐排列的离子或分子进入溶剂，溶质的离子或分子由有序变为无序，形成均匀溶液。这一过程中体系的有序程度降低，无序程度增大。 用什么物理量来描述体系的无序程度？ 有 序 混 乱 为了描述体系的无序程度，定义了一个物理量——熵 （符号：S ） 熵值S越大， 体系的无序程度越高， 即混乱度越高。 1.熵： ——符号S，单位是J·mol-1·K-1 纯物质的熵值的大小与物质的种类、数量、聚集状态以及温度、压强等因素有关。 例如，同一条件下，不同物质的熵不同；同一物质，S(g)>S(l)>S(s)。 与物质的状态有关 固态 液态 气态 熵增 熵增 S(冰) < S(水) << S(水蒸气) 与物质的分子结构有关 S(CH4) < S(C2H6) < S(C3H8) < S(C4H10) 物质熵值的特点 物质的组成越复杂其熵值越大 与物质的物质的量有关 物质的量越大，分子数越多，熵值越大。 例如：2N2O5(g)＝4NO2(g)＋O2(g) ΔS＞0 判断化学反应方向的依据 熵判据： S>0 的反应有自发进行的倾向. ΔS越大，越有利于反应的自发进行。 2、熵变（ΔS） ΔS = S生成物 ― S反应物 ΔS > 0 反应体系混乱度增大 ΔS < 0 反应体系混乱度减小 因为：S(g) > S(l) > S(s) 所以：生成气体的反应或反应后气体物质的量增大的反应，熵值增大，均为熵增反应 符号：△S 单位：J•mol-1•K-1 3、熵增原理 常见熵 ΔS >0 增加的物理过程： 固体的溶解 水的汽化 墨水在水中的扩散 气体的扩散 对于确定的化学反应， 在一定条件下具有确定的熵变。 自发反应一定是熵增加的反应吗？ 2Al(s)+Fe2O3(s)=Al2O3(s)+2Fe(s) △S=－39.4J•mol-1•K-1 【思考与交流】 熵变是反应能否自发进行一个因素, 但也不是唯一因素。 熵判据 熵减小 一般情况下，熵增反应有利于反应的自发进行 三.用焓变与熵变综合判断反应方向 1. 分析下列过程的焓变、熵变与反应方向 焓变 熵变 能否自发 (1)NH3(g)+ HCl(g) === NH4Cl(s) (2)NH4Cl(s) === NH3(g)+ HCl(g) (3)NH4Cl(s) === NH3(g)+ HCl(g) 加热 反应能否自发还与温度有关 ﹤0 <0 能 >0 >0 不能 >0 >0 能 交流讨论 复合（焓变与熵变）判据（自由能△G ） 放热 熵增 吸热 熵增 (2) CaCO3(s) === CaO(s)+CO2(g) ΔH = +178.2 kJ·mol-1 ΔH =－57.3 kJ·mol-1 自发 高温自发，低温不自发 (1) H+(aq)+OH-(aq) === H2O (l) ΔS = +169.6 J·mol-1·K-1 ΔS = +80.7 J·mol-1·K-1 1．化学反应方向的判据 在等温、等压条件下，化学反应的方向可用反应的焓变和熵变来综合判断。 △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 2．文字表述 在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下， 自发反应总是向ΔH－TΔS<0的方向进行，直至达到平衡状态。 1.在利用ΔH－TΔS 作为判据判断反应方向时，给出ΔH的单位通常为kJ·mol－1，ΔS 的单位通常是J·mol－1·K－1，进行计算时应将二者的单位统一。 2.利用ΔH、ΔS的符号和ΔH－TΔS进行推理，可以避开计算。 3．相关规律 (1) ΔH 0，ΔS　　0的反应，任何温度下都能自发进行； (2)ΔH　　0，ΔS　　0的反应任何温度下都不能自发进行； (3)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。  (4)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。 < > > < 温度 低温 高温 焓变 熵变 △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 A、相同条件下，自发变化的逆过程是非自发过程； B、自发变化或非自发变化是在给定条件下而言的， C、减焓、增熵有利于反应的进行。 ΔH ΔS ΔH－TΔS 反应情况 － ＋ 永远是负值 在任何温度下反应都能自发进行 ＋ － 永远是正值 在任何温度下反应都不自发进行 ＋ ＋ 低温为正；高温为负 低温下反应不自发进行；高温下反应自发进行 － － 低温为负；高温为正 低温下反应自发进行；高温下反应不自发进行 影响因素： 化学反应的方向 反应焓变 反应熵变 共同影响 吸热 放热 熵增 熵减 小结 焓减小有利于反应自发，熵增大有利于反应自发 汽车尾气中主要污染物是NO和CO，它们是现代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) 你能否判断这一方案是否可行？理论依据是什么？ 联想•质疑 已知在298 K、100 kPa下，ΔH＝－746.8 kJ·mol－1，ΔS＝－197.5 J·mol－1·K－1。 ΔH － TΔS＝－ 746.8 kJ·mol－1 － 298 K×(－197.5×10－3 kJ·mol－1·K－1) = － 687.9 kJ·mol－1＜0 因此，室温下反应能正向进行，但需要催化剂来加速。 【理解应用】 1．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 2． 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 $