2.2 化学反应的方向与限度 第1课时（教学课件）化学苏教版选择性必修1

苏教版选择性必修 1 专题2 化学反应速率与化学平衡 第1课时 化学反应的方向 第二单元 化学反应的方向与限度 1 判断化学反应能否自发进行 2 自发反应 1 学习内容导览 2 1.了解自发反应和非自发反应的含义，能结合实验现象认识自发反应的概念。 2.了解焓变和熵变对化学反应方向的影响，能综合考虑反应的焓变和熵变，据此判断简单反应的方向。 重点：利用焓变和熵变综合判断化学反应进行的方向。 难点：理解自发不等于一定发生，会分析 ΔH 与 ΔS 组合下温度对自发性的影响。 素养锚定·课标定位 金属生锈 食物腐败 它们都在"自己往前走" ——水往低处流，热从高温传到低温——方向，是自然界里一条看不见的规则 水流向低处、热传向低温、气体从浓处散向稀处、铁在潮湿的空气里悄悄生锈、食物慢慢腐败……这些过程没有人推，也没有人拉，却都朝着同一个方向进行。 那么，化学反应也有自己的方向吗？ 水往低处流 热传向低温 情境启思·任务缘起 自发反应 01 5 一、自发反应 温故知新 你是否想过：为什么冰置于室温下会慢慢融化？美丽的瀑布为何总是从高处落向低处？ 分层研学·探理悟新 一、自发反应 任务一 认识自发过程、自发反应 物质总是趋向于能量最低。能量越低，越稳定。 人们发现，自然界中的自发过程都朝着能量降低的方向进行。能量越低，系统的状态就越稳定，化学反应一般也符合上述能量最低原理。的确，许多放热反应在一定温度、压强条件下，能够自发进行。 1.自发过程 分层研学·探理悟新 一、自发反应 与自然界中的许多变化一样，化学反应具有方向性。许多化学反应的正反应能自动进行，而其逆反应无法自动进行。 把锌片插入硫酸铜溶液时，锌从硫酸铜溶液中置换 出铜的反应会自动发生： Zn＋CuSO4=ZnSO4＋Cu 但将铜片插入硫酸锌溶液中却不会自动发生化学反应。 分层研学·探理悟新 一、自发反应 交流讨论 与同学讨论下列反应在室温下能否自动进行。如能自动进行，请写出相应的化学方程式。 1. 水分解成氢气和氧气的反应。 2. 氯气与溴化钾溶液的反应。 3. 乙烯与溴单质的四氯化碳溶液的反应。 4. 氮气和氧气生成一氧化氮的反应。 分层研学·探理悟新 一、自发反应 2.自发反应 在一定条件下能自动进行的反应，就称为自发反应。 分层研学·探理悟新 一、自发反应 3.非自发反应 不能够自发地进行，需要做功。 分层研学·探理悟新 一、自发反应 对自发反应中“一定条件”的理解 (1)包括能加快化学反应速率的条件，如“搅拌、研磨”等。 (2)包括反应开始时需要、开始后就不再需要的条件，如“点燃、光照、加热、高温”等。 归纳总结 分层研学·探理悟新 一、自发反应 概念辨析 1.自发过程：一定条件下，不借助外力就可自发进行的过程。 那么，自发过程与自发反应有何区别？ (1)自发反应不需要任何条件就能发生吗？ 也需要一定条件引发反应，一旦反应后即可自发进行。 (2)非自发反应一定不能发生吗？ 在一定条件下能发生。 分层研学·探理悟新 【例1】实验证明，多数能自发进行的反应都是放热反应。对此说法的理解正确的是( 　　) A. 所有的放热反应都是自发进行的 B. 所有的自发反应都是放热的 C. 焓变是影响反应是否具有自发性的一个重要因素 D. 焓变是决定反应是否具有自发性的唯一判据 C 典例剖析·逻辑释疑 【变式1】下列关于自发过程的叙述中，正确的是(　　) A.只有不需要任何条件就能够自动进行的过程才是自发过程 B.需要加热才能进行的过程肯定不是自发过程 C.同一可逆反应的正、逆反应在不同条件下都有自发的可能 D.非自发过程在任何条件下都不可能变为自发过程 C 典例剖析·逻辑释疑 判断化学反应能否自发进行 02 16 一、自发反应 观察下列能够自发进行的化学反应，它们的共同特征是什么?为什么能够自发进行呢?你能够得出什么结论? H2(g)＋F2(g)＝2HF(g) ΔH = -546.6 kJ·mol-1 C3H8(g)＋5O2(g)＝3CO2(g)＋4H2O(l) ΔH = -2217.5kJ·mol-1 2Na(s)＋Cl2(g)＝2NaCl(s) ΔH = -822 kJ·mol-1 2H2O(l)＝2H2(g)＋O2(g) ΔH = +484 kJ·mol-1 4Fe(s)＋3O2(g)＝Fe2O3(s) ΔH = -1648.4 kJ·mol-1 Cu(s)＋H2SO4(aq)＝CuSO4(aq) ＋ H2(g) ΔH = +1341 kJ·mol-11 自发反应 自发反应 非自发反应 自发反应 非自发反应 自发反应 观察思考 分层研学·探理悟新 二、判断化学反应能否自发进行 任务二 化学反应方向与焓变的关系 放热反应使体系能量降低，能量越低越稳定 放热反应(ΔH < 0)，是有利于反应自发进行的条件 ΔH < 0 即放热反应 共同特点 发生原因 结论 分层研学·探理悟新 18 二、判断化学反应能否自发进行 【认识过程1】自发反应的一种驱动力——焓判据 【思考总结】从能量角度，想想自发反应的能量变化规律是什么？ 若 △H<0（放热反应），正向反应能自发进行； 若 △H>0（吸热反应），正向反应不能自发进行，而逆向反应能自发进行。 分层研学·探理悟新 19 二、判断化学反应能否自发进行 实验探究 氯化铵晶体与氢氧化钡晶体的反应 向干燥的锥形瓶中加入约20 g NH4Cl晶体。在一小木板上 洒少量水，将锥形瓶放在木板上。再向其中加入约40 g氢氧化钡晶体［Ba(OH)2·8H2O］，用玻璃棒将固体充分混合均匀，静置。片刻后拿起锥形瓶，观察实验现象并思考如下问题： 1. 该反应是吸热反应还是放热反应？ 2. 该反应能自发进行的可能原因是什么？ 分层研学·探理悟新 20 二、判断化学反应能否自发进行 反应焓变是与反应能否自发进行有关的一个因素，但不是唯一的因素！ 2NH4Cl(s)＋Ca(OH)2(s)＝ 2CaCl2(s)＋NH3(g)＋2H2O(l) 室温下能自发进行的吸热反应 较高温度下能自发进行的吸热反应 NH4Br(s)＝NH3(g)＋HBr(g) CaCO3(s)＝CaO(s)＋CO2(g) NaHCO3(aq)＋HCl(aq)＝ NaCl(aq)＋H2O(l)＋CO2(g) 氯化铵晶体与氢氧化钡晶体的反应是一个吸热反应，该反应在常温下就能自发进行。 分层研学·探理悟新 21 二、判断化学反应能否自发进行 利用焓判据进行判断，下列反应能否自发进行？ 大多数放热反应可以自发进行，但有一部分吸热反应也能自发进行， 不能只根据化学反应的焓变来判断化学反应的方向。 吸热反应就一定不自发吗？ 仅用焓判据判断反应进行的方向不全面！ 焓变（△H）是决定反应能否自发进行的因素之一，但不是唯一因素。 分层研学·探理悟新 22 二、判断化学反应能否自发进行 思考：什么因素驱动了吸热反应的自发进行？ 花香四溢、酒香扩散、食盐溶解于水有什么共同的特点？ 有序 混乱 混乱程度简称混乱度 分层研学·探理悟新 23 二、判断化学反应能否自发进行 混乱度大 混乱度小 自发过程进行的方向还与“混乱度”有关 两瓶中气体的颜色相同 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 状态 无序 状态 自发地转化为 密闭条件下 熵(S) 分层研学·探理悟新 24 二、判断化学反应能否自发进行 【学习理解】 熵——用来度量体系混乱程度的物理量。符号S 熵变——生成物与反应物的熵值之差。符号ΔS 【阅读思考】如何描述物质的熵值大小？ ①体系的熵值：体系的混乱程度越大，体系的熵值就越大。熵变ΔS>0。 ②同一物质的熵值：S(g)＞S(l)＞S(s)，同一条件下，不同物质的熵值不同。 ③同一反应中，不同物质的熵值，高中阶段没有具体比较，但通常认为：气体分子数（物质的量）增加，属于熵增加的反应， ΔS>0 。 分层研学·探理悟新 25 二、判断化学反应能否自发进行 对于同一种物质，等物质的量的该物质其熵值（混乱度）大小与物质的存在状态有关。 比较分子间隔，得出结论：S(g)>S(l)>S(s)，即气态>液态>固态。 与物质的量有关：物质的量越大，分子数越多，熵值越大。 不同物质熵值间的关系：物质的组成越复杂，其熵值越大，一般组成物质的原子种类相同时，一个分子中的原子数目越多，其混乱度越大，熵值也越大。 分层研学·探理悟新 26 二、判断化学反应能否自发进行 判断以下反应的熵变： Zn(s) + H2SO4(aq) = ZnSO4(aq) + H2(g) 2KClO3(s) = 2KCl(s) + 3O2(g) 2NO(g) + 2CO(g) = N2(g) + 2CO2(g) 4Fe(OH)2(s) + O2(g) + 2H2O(l) = 4Fe(OH)3(s) △S>0 △S>0 △S<0 △S<0 分层研学·探理悟新 27 二、判断化学反应能否自发进行 自发反应的另一种驱动力——熵判据 在用来判断过程的方向时，就称为熵判据。即混乱度趋于增加，△S>0，有自发进行倾向。 若 △S<0（熵减反应），正向反应不能自发进行； 若 △S>0（熵增反应），正向反应能自发进行，而逆向反应不能自发进行。 分层研学·探理悟新 28 二、判断化学反应能否自发进行 任务四 判断化学反应方向的复合判据 根据你所学的知识，分析图2-14所示的变化是否能自发进 行。这些变化过程的焓变和熵变大于0还是小于0？ 分层研学·探理悟新 29 二、判断化学反应能否自发进行 自发反应的方向与焓变和熵变有关，但焓变和熵变又都不能单独作为判断反应自发进行方向的依据。怎么办? 大量事实告诉我们，综合考虑焓变和熵变可以判断反应自发进行的方向。 焓变和熵变都不能单独作为判断反应自发进行方向的依据。要判断反应自发进行的方向，必须综合考虑焓变和熵变。 分层研学·探理悟新 30 二、判断化学反应能否自发进行 综合利用焓判据和熵判据进行判断，下列反应能否自发进行？ ΔH＜0 ΔS＞0 均有利 ΔH＞0 ΔS＞0 ΔH＜0 ΔS＜0 高温有利 低温有利 一个有利 一个不利 结论：反应确定，ΔH、ΔS确定，只有改变温度，才能影响化学反应进行的方向。 分层研学·探理悟新 31 二、判断化学反应能否自发进行 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 2 >0 <0 >0 3 <0 <0 4 >0 >0 正负决定于温度 任意温度一定能自发 一定不能自发 低温能自发 高温能自发 分层研学·探理悟新 32 二、判断化学反应能否自发进行 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 2 >0 <0 >0 3 <0 <0 4 >0 >0 正负决定于温度 任意温度一定能自发 一定不能自发 低温能自发 高温能自发 分层研学·探理悟新 33 二、判断化学反应能否自发进行 拓展 吉布斯公式 体系自由能变化(符号为ΔG，单位为kJ/mol)综合考虑了焓变和熵变对体系的影响，用来定量评价焓变和熵变在反应过程中作用的关系称之为吉布斯公式： ΔG=ΔH-TΔS，G为吉布斯自由能 熵变 (S) 反应 温度 焓变 (H) 影响化学反应进行的方向的因素 分层研学·探理悟新 34 二、判断化学反应能否自发进行 自由能判据ΔG=ΔH-TΔS＜0 当ΔG < 0时，反应能自发进行； 当ΔG = 0时，反应处于平衡状态； 当ΔG > 0时，反应不能自发进行。 请同学们结合公式ΔG= ΔH-TΔS，分析讨论反应进行的方向与温度的关系 ΔH ΔS O ΔH>0 ΔS>0 ΔH<0 ΔS>0 ΔH<0 ΔS<0 ΔH>0 ΔS<0 所有温度下反应都能自发进行 低温下反应能自发进行 高温下反应能自发进行 所有温度下反应都不能自发进行 分层研学·探理悟新 35 【例1】汽车尾气(含烃类、CO、NO与SO2等)是城市主要污染源之一，治理的办法之一是在汽车排气管上装催化转化器，它使NO与CO反应生成可参与大气生态循环的无毒气体，其反应原理是2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)。由此可知，下列说法正确的是(　　) A．该反应是熵增大的反应 B．该反应不能自发进行，因此需要合适的催化剂 C．该反应常温下能自发进行，催化剂条件只是增大反应的速率 D．该反应常温下能自发进行，因为正反应是吸热反应 C 典例剖析·逻辑释疑 【变式1】 (1)反应CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑的ΔS____(填“>”“<”或 “＝”，下同)0，常温下___(填“能”或“不能”，下同)自发进行。 (2)2KClO3(s)===2KCl(s)＋3O2(g)该反应的ΔS____0，常温下_____自发进行。 (3)自发反应4Fe(OH)2(s)＋O2(g)＋2H2O(l)===4Fe(OH)3(s)的ΔS____0。 (4)二氧化碳通入澄清的石灰水的反应Ca(OH)2(aq)＋CO2(g)===CaCO3(s)＋H2O(l)____自发进行。其ΔS____0。 > 能 > 能 < 能 < 典例剖析·逻辑释疑 化 学 反 应 方 向 的 判 断 焓判据 放热过程中体系能量降低，ΔH＜0， 具有自发进行的倾向，但有些吸热反应也可以自发进行，故焓变只是影响反应反向的一种因素 熵判据 ①熵的大小：同种物质，熵值：气态>液态>固态 ②熵判据：体系的无序程度增加(即熵增)，ΔS＞0反应有自发进行的倾向，但有些熵减的过程也能自发进行，故熵变只是影响反应方向的一种因素 复合判据 ＞0，反应不能自发进行 ΔH-TΔS =0，反应达到平衡 ＜0，反应能自发进行 自发反应 体系梳整·认知升华 1.判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。 (1) 放热反应一定能够自发进行( 　　) (2) 混乱度增大的反应一定能够自发进行( 　　) (3) ΔH＜0、ΔS＞0的反应一定能自发进行( 　　) (4) ΔH＞0、ΔS＜0的反应在温度合适时可以自发进行( 　　) (5) 综合考虑体系的焓变和熵变才能判断反应能否自发进行( 　　) × × × √ √ 当堂诊学·成效校验 下列说法正确的是(　　) A.自发进行的反应均是ΔH<0的反应 B.ΔS<0的反应一定不能自发进行 C.物质的量增加的反应，其ΔS为正值 D.CaCO3(s)受热分解为CaO(s)和CO2(g)，其ΔS>0 D 当堂诊学·成效校验 任何温度下都能自发进行 任何温度下都不能自发进行 低温下能自发进行 高温下能自发进行 1、判断下列4个反应能否自发进行，如能，需要在什么条件下？ 当堂诊学·成效校验 5.下列对于化学反应方向说法正确的是(　　) A．反应3NO2(g)＋H2O(l)=2HNO3(aq)＋NO(g)在一定条件下能自发进行， 说明该反应的ΔH＞0 B．常温下反应2Na2SO3(s)＋O2(g)=2Na2SO4(s)能自发进行，则ΔH＜0 C．反应2Na2O2(s)＋2CO2(g)=2Na2CO3(s)＋O2(g)能自发进行， 则该反应的ΔH＞0 D．一定温度下，反应2NaCl(s)=2Na(s)＋Cl2(g)的ΔH＜0 B 当堂诊学·成效校验 3．在一密闭容器中充入1 mol H2和1 mol I2，压强为p Pa，并在一定温度下使其发生反应：H2(g)+I2(g)　　2HI(g)　ΔH<0，改变下列条件能加快化学反应速率的是 A.保持容器容积不变，向其中加入1 mol N2(N2不参加反应) B.保持容器容积不变，向其中加入1 mol H2 C.保持容器内气体压强不变，向其中加入1 mol N2(N2不参加反应) D.保持容器内气体压强不变，向其中加入1 mol H2(g)和1 mol I2(g) B 当堂诊学·成效校验 8.已知反应：2NO(g)+Br2(g)　　2NOBr(g)　ΔH=-a kJ·mol-1(a>0)，其反应机理如下： ①NO(g)+Br2(g)　　NOBr2(g)　快 ②NO(g)+NOBr2(g)　　2NOBr(g)　慢 下列有关该反应的说法正确的是 A.该反应的速率主要取决于①的快慢 B.NOBr2是该反应的催化剂 C.正反应的活化能比逆反应的活化能小a kJ·mol-1 D.增大Br2(g)浓度能增大活化分子百分数，加快反应速率 C 当堂诊学·成效校验 感谢观看 更多练习见分层作业 苏教版选择性必修 1 45 2.已知：①2H2＋O2eq \o(=====,\s\up17(点燃))2H2O；②2H2Oeq \o(=====,\s\up17(电解))2H2↑＋O2↑。①是自发反应，②是非自发反应，通过对上述反应的分析，思考： $