高中化學(xué) 2.4《化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向》課件1 新人教版選修4.ppt

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第二章化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡 第四節(jié)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向 化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的快慢 化學(xué)反應(yīng)的限度 化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向 化學(xué)反應(yīng)速率 化學(xué)平衡 化學(xué)反應(yīng)原理的組成部分 自然界中水總是從高處往低處流 正電荷是從電勢高的地方向電勢低的地方流動 室溫下冰塊自動融化 墨水?dāng)U散 食鹽溶解于水 火柴棒散落等 這些生活中的現(xiàn)象將向何方發(fā)展 我們非常清楚 因?yàn)樗鼈冇忻黠@的自發(fā)性 其中是否蘊(yùn)藏了一定的科學(xué)原理 自然界中水總是從高處往低處流 墨水?dāng)U散 食鹽溶解于水 1 生活中的自發(fā)過程 生活中電流總是從電位高的地方向電位低的地方流動 生活中一般在室溫下 冰塊會融化 鐵器暴露在潮濕空氣中會生銹 甲烷和氧氣的混合氣體遇明火就燃燒 這些過程都是自發(fā)的 那么我們該如何判斷一個(gè)過程 一個(gè)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行呢 一個(gè)過程或者一個(gè)反應(yīng)要自發(fā)的進(jìn)行是否要符合什么條件呢 以上過程的反方向都不會自發(fā)進(jìn)行 1 自發(fā)過程 在一定條件下不需外力作用就能自動進(jìn)行的過程 自發(fā)過程的特征 有明確的方向性 具有做功的本領(lǐng) 要逆轉(zhuǎn)必須借助外界做功 2 非自發(fā)過程 在一定條件下 需要持續(xù)借助人為作用力才能進(jìn)行的過程 3 自發(fā)反應(yīng) 在一定條件下無需外界幫助就能自動進(jìn)行的反應(yīng) 自發(fā)反應(yīng)是從屬于自發(fā)過程的 是屬于自發(fā)過程的一部分 說明 1 自然界中水由高處往低處流是自發(fā)過程 其逆過程就是非自發(fā)過程 甲烷與氧氣混合遇火就燃燒是自發(fā)反應(yīng) 其逆向是非自發(fā)反應(yīng) 2 自發(fā)過程和自發(fā)反應(yīng)可被利用來完成有用功 如向下流動的水可推動機(jī)器 甲烷燃燒可在內(nèi)燃機(jī)中被利用來做功 可將氫氣燃燒反應(yīng)設(shè)計(jì)成燃燒電池等 3 非自發(fā)過程要想發(fā)生 則必須對它做功 如利用水泵可將水從低處流向高處 通電可將水分解生成氫氣和氧氣 4 在討論過程的方向時(shí) 指的是沒有外界干擾時(shí)體系的性質(zhì) 如果允許外界對體系施加某種作用 就可能出現(xiàn)相反的結(jié)果 如水泵可以把水從低水位升至高水位 5 反應(yīng)的自發(fā)性也受外界條件的影響 如常溫下石灰石分解生成生石灰和二氧化碳是非自發(fā)性的 但在1273K時(shí) 這一反應(yīng)就是自發(fā)的反應(yīng) 下列反應(yīng)在一定條件下都能自發(fā)進(jìn)行 你知道這些反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行的主要原因嗎 C3H8 g 5O2 g 3CO2 g 4H2O l H 2217 5kJ mol 12Na s Cl2 g 2NaCl s H 822kJ mol 14Fe s 3O2 g Fe2O3 s H 1648 4kJ mol 1H2 g F2 g 2HF g H 546 6kJ mol 1 共同特點(diǎn) H O即放熱反應(yīng) 放熱反應(yīng)使體系能量降低 能量越低越穩(wěn)定 H O有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行 1 能量判據(jù) 焓判據(jù) 反應(yīng)物的總能量高 生成物的總能量低 放熱反應(yīng) H 0 化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的判據(jù) 日常生活中長期積累的經(jīng)驗(yàn)而總結(jié)得到一條經(jīng)驗(yàn)規(guī)律 能量判據(jù) 焓判據(jù) 自發(fā)過程體系趨向于從高能狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軤顟B(tài) 這時(shí)體系會對外做功或者釋放熱量即 H 0 思考 是不是所有自發(fā)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)都是放熱的 結(jié)論 H O有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行 但自發(fā)反應(yīng)不一定要 H O 2NH4Cl s Ba OH 2 8H2O s NH3 g BaCl2 s 10H2O l 焓變只是反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的一個(gè)因素 但不是惟一因素 只根據(jù)焓變來判斷反應(yīng)方向是不全面的 H O 2N2O5 g 4NO2 g O2 g NH4 2CO3 s NH4HCO3 s NH3 g 墨水滴入水中 氣體的擴(kuò)散 固體的溶解 火柴的散落 一副嶄新的撲克牌被洗過后會怎樣 如果沒有法律的制約 世界會怎樣 下課鈴一響教室里會怎樣 你能發(fā)現(xiàn)這些看似不相干的事件之間的聯(lián)系嗎 有序 混亂 克勞修斯 德國 熵 S 由有序變?yōu)闊o序 為了解釋這樣一類與能量狀態(tài)的高低無關(guān)的過程的自發(fā)性 提出了在自然界還存在著另一種能夠推動體系變化的因素 熵 反應(yīng)熵變與反應(yīng)方向 1 在密閉條件下 體系由有序自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序的傾向 稱為熵 2 符號用S表示 3 熵值越大 體系混亂度越大 二 熵判據(jù) 1 同一物質(zhì)氣態(tài)時(shí)熵值最大 液態(tài)較小 固態(tài)時(shí)最小 S g S l S s 2 固體的溶解過程 墨水?dāng)U散過程和氣體擴(kuò)散過程 3 反應(yīng)過程中氣體物質(zhì)的量增加的反應(yīng) 導(dǎo)致混亂度增加的一些因素 反應(yīng)熵變與反應(yīng)方向 二 熵判據(jù) 與有序體系相比 無序體系 更加穩(wěn)定 可以采取更多的存在方式 由大量粒子組成的體系中 用熵來描述體系的混亂程度 4 熵變和熵增原理 1 熵變 S 反應(yīng)的熵變?yōu)楫a(chǎn)物總熵與反應(yīng)物總熵之差 對于確定的化學(xué)反應(yīng) 在一定條件下具有確定的熵變 2 表達(dá)式 S S 生成物 S 反應(yīng)物 產(chǎn)生氣體的反應(yīng) 氣體物質(zhì)的物質(zhì)的量增大的反應(yīng) 熵變通常都是正值 S 0 為熵增加的反應(yīng) 許多熵增反應(yīng)在常溫常壓下能自發(fā)進(jìn)行 有些在室溫條件下不能自發(fā)進(jìn)行 但在較高溫度下則能自發(fā)進(jìn)行 3 在與外界隔離的體系中 自發(fā)過程將導(dǎo)致體系的熵增大 這一經(jīng)驗(yàn)規(guī)律叫做熵增原理 在用來判斷化學(xué)反應(yīng)方向時(shí)就稱為熵判據(jù) 2 熵判據(jù) 注意 1 熵變只是反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的一種因素 2 熵變 S 只決定于體系的始態(tài)和終態(tài) 與變化的途徑無關(guān) 3 熵判據(jù)只判斷一定條件化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行 與化學(xué)反應(yīng)速率無關(guān) 總結(jié) 自發(fā)過程的兩大變化趨勢 1 能量趨于減小 焓減 2 混亂度趨于增大 熵增 5 焓判據(jù)和熵判據(jù)的應(yīng)用 1 由焓判據(jù)知 放熱過程 H 0 常常是容易自發(fā)進(jìn)行 2 由熵判據(jù)知 若干熵增加 S 0 的過程是自發(fā)的 10 的液態(tài)水能自動結(jié)冰成為固態(tài) 鋁熱反應(yīng)是熵減反應(yīng) 它在一定條件下也可自發(fā)進(jìn)行 因此熵判據(jù)判斷過程的方向也是不全面的3 很多情況下 簡單地只用其中一個(gè)判據(jù)去判斷同一個(gè)反應(yīng) 可能會出現(xiàn)相反的判斷結(jié)果 所以我們應(yīng)兩個(gè)判據(jù)兼顧 由能量判據(jù) 以焓變?yōu)榛A(chǔ) 和熵判據(jù)組合成的復(fù)合判據(jù) 吉布斯自由能變 G 將更適合于所有的反應(yīng)過程 三 焓變與熵變對反應(yīng)方向的共同影響 1 用焓變和熵變的復(fù)合判據(jù)判斷反應(yīng)的方向 體系的自由能變化 符號為 G 單位為kJ mol 1 綜合考慮了焓變和熵變對體系的影響 可用于化學(xué)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行方向的判斷 G H T S 當(dāng) G 0時(shí) 反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行 當(dāng) G 0時(shí) 反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行 當(dāng) G 0反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài) 結(jié)合教材P36 科學(xué)視野 理解思考 2 用符合判據(jù)判斷反應(yīng)方向的有關(guān)規(guī)律 放熱的熵增反應(yīng)一定能自發(fā)進(jìn)行 放熱的熵減小反應(yīng)或熵?zé)o明顯變化的反應(yīng) 也可能自發(fā)進(jìn)行 如氫氣的燃燒 甲烷的燃燒等 吸熱的熵減小反應(yīng)一定不能自發(fā)進(jìn)行 而吸熱的自發(fā)過程一定是熵增加的過程 如 冰的融化 無熱效應(yīng)的自發(fā)過程是熵增加的過程 如兩種理想氣體的混合 當(dāng)焓變和熵變的作用相反時(shí) 如果而這相差懸殊 可能某一因素占主導(dǎo)地位 此外 如果熵變和焓變的作用相反且相差不大時(shí) 溫度有可能對反應(yīng)的方向起決定作用 根據(jù) G 0判斷的只是反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的可能性 具體的反應(yīng)能否實(shí)際發(fā)生 還涉及化學(xué)反應(yīng)速率等問題 2KClO3 s 2KCl s 3O2 g H 78 03kJ mol 1 S 494 4J mol 1 K 1 CO g C s 石墨 1 2O2 g H 110 5kJ mol 1 S 89 36J mol 1 K 1 判斷下列反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行 4Fe OH 2 s 2H2O l O2 g 4Fe OH 3 s H 444 3kJ mol 1 S 280 1J mol 1 K 1 H 298K 178 2kJ mol 1 S 298K 169 6J mol 1 K 1 CaCO3 s CaO s CO2 g 2 在討論過程的方向時(shí) 指的是沒有外界干擾時(shí)體系的性質(zhì) 如果允許外界對體系施加某種作用 就可能出現(xiàn)相反的結(jié)果 例如水泵可以把水從低水位升至高水位 高溫高壓下可以使石墨轉(zhuǎn)化為金剛石 實(shí)現(xiàn)的先決條件是要向體系中輸入能量 該過程的本質(zhì)仍然是非自發(fā)性的 影響因素 焓減小有利于反應(yīng)自發(fā) 熵增大有利于反應(yīng)自發(fā) 溫度 課堂測試 1 下列過程是非自發(fā)的是 A 水由高處向低處流 B 天然氣的燃燒 C 鐵在潮濕空氣中生銹 D 室溫下水結(jié)成冰 2 碳酸銨 NH4 2CO3 在室溫下就能自發(fā)地分解產(chǎn)生氨氣 對其說法中正確的是 A 其分解是因?yàn)樯闪艘讚]發(fā)的氣體 使體系的熵增大 B 其分解是因?yàn)橥饨缃o予了能量 C 其分解是吸熱反應(yīng) 據(jù)能量判據(jù)不能自發(fā)分解 D 碳酸鹽都不穩(wěn)定 都能自發(fā)分解 D A 3 下列說法正確的是 A 凡是放熱反應(yīng)都是自發(fā)的 由于吸熱反應(yīng)都是非自發(fā)的 B 自發(fā)反應(yīng)一定是熵增大 非自發(fā)反應(yīng)一定是熵減少或不變 C 自發(fā)反應(yīng)在恰當(dāng)條件下才能實(shí)現(xiàn) D 自發(fā)反應(yīng)在任何條件下都能實(shí)現(xiàn) 4 自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)一定是 A 吸熱反應(yīng) B 放熱反應(yīng) C 熵增加反應(yīng) D 熵增加或者放熱反應(yīng) C D 5 下列說法不正確的是 A 焓變是一個(gè)與反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行有關(guān)的因素 多數(shù)的能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)都是放熱反應(yīng) B 在同一條件下不同物質(zhì)有不同的熵值 其體系的混亂程度越大 熵值越大 C 一個(gè)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行取決于該反應(yīng)放熱還是吸熱D 一個(gè)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行 與焓變和熵變的共同影響有關(guān)E 非自發(fā)反應(yīng)在一定條件下能實(shí)現(xiàn) C 6 以下自發(fā)反應(yīng)可用能量判據(jù)來解釋的是 A 硝酸銨自發(fā)地溶于水B 2N2O5 g 4NO2 g O2 g H 56 7kJ molC NH4 2CO3 s NH4HCO3 s NH3 g H 74 9kJ molD 2H2 g O2 g 2H2O l H 571 6kJ mol D D 7 下列反應(yīng)中 熵減小的是 A NH4 2CO3 s NH4HCO3 s NH3 g B 2N2O5 g 4NO2 g O2 g C MgCO3 s MgO s CO2 g D 2CO g 2C s O2 g 8 某化學(xué)反應(yīng)其 H 122kJ mol 1 S 231J mol 1 K 1 則此反應(yīng)在下列哪種情況下可自發(fā)進(jìn)行 A 在任何溫度下都能自發(fā)進(jìn)行B 在任何溫度下都不能自發(fā)進(jìn)行C 僅在高溫下自發(fā)進(jìn)行D 僅在低溫下自發(fā)進(jìn)行 A