高中化學 2.4《化學反應進行的方向》課件2 新人教版選修4.ppt

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第二章化學反應速率和化學平衡 第四節(jié)化學反應進行的方向 高山流水 冰雪融化 花開花謝 一 化學反應原理的重要組成部分 反應的快慢程度化學反應原理化學反應的限度反應進行的方向 自然界中水總是從高處往低處流 室溫下冰塊自動融化 墨水擴散 氣體擴散 食鹽溶解于水 墨水滴入水中 氣體的擴散 固體的溶解 化學反應的方向 1 自發(fā)過程 在一定條件下不需外力作用就能自動進行的過程 2 非自發(fā)過程 在一定條件下 需要外界做功才能進行的過程 3 自發(fā)過程的特征 有明確的方向性 要逆轉(zhuǎn)必須借助外界做功 具有做功的本領 練習 判斷自發(fā)與非自發(fā) 室溫下 1 打開活塞 分液漏斗中的水流進燒杯 2 鎂帶燃燒 3 氫氣燃燒 4 水分解成H2和O2過程 自發(fā) 自發(fā) 自發(fā) 非自發(fā) 如何判斷一個過程 一個反應能否自發(fā)進行 自發(fā)過程和非自發(fā)過程 自發(fā)反應 鎂條燃燒 Mg s O2 g MgO s 酸堿中和 H OH H2O鐵器暴露在潮濕空氣中會生銹 3Fe s 3 2O2 g Fe2O3 s 甲烷和氧氣的混合氣體遇明火就燃燒 CH4 g 2O2 g CO2 g 2H2O g 自發(fā)過程 在一定條件下 不借助外部力量就能自動進行的過程 自發(fā)反應 在一定溫度 壓強下 不借助 光 電能等 外部力量即能進行 或具有發(fā)生的可能性的反應稱為自發(fā)反應 自發(fā)反應是從屬于自發(fā)過程的 是屬于自發(fā)過程的一部分 那么我們該如何判斷一個過程 一個反應能否自發(fā)進行呢 一個過程或者一個反應要自發(fā)的進行是否要符合什么條件呢 探究 以 物體由高處自由下落 為代表 探究自發(fā)過程中有哪些變化趨勢 1 自然界中水總是從高處往地處流 2 電流總是從電位高的地方向電位低的地方流動 觀察下列幾個自發(fā)進行的化學反應 找出它們的共同之處1 鈉與水反應2Na s 2H2O l 2NaOH aq H2 g H 368kJ mol2 鐵生銹 3Fe s 3 2O2 g Fe2O3 s H 824kJ mol3 氫氣和氧氣反應 2H2 g O2 g 2H2O l H 571 6kJ mol 共同點 H 0 放熱反應 高能向低能轉(zhuǎn)化 共同點 高能向低能轉(zhuǎn)化 一 反應焓變與反應方向 注意 1 焓判據(jù)只能用于判斷過程的方向 能否實現(xiàn)要看具體條件 2 焓判據(jù)只判斷一定條件化學反應能否自發(fā)進行 與化學反應速率無關 3 反應焓變是反應能否自發(fā)進行的一個因素 但不是唯一因素 自發(fā)過程的體系取向于從高能狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軤顟B(tài) 這時體系會對外部做功或釋放熱量 焓變小于0 這一經(jīng)驗規(guī)律就是焓判據(jù) 是判斷化學反應進行方向的判據(jù)之一 交流研討 19世紀 化學家們曾認為決定化學反應能否自發(fā)進行的因素是反應熱 放熱反應可以自發(fā)進行 而吸熱反應則不能自發(fā)進行 你同意這種觀點嗎 請舉例說明 舉例 吸熱反應 但是 有不少吸熱反應也能自發(fā)進行 如 NH4HCO3 s CH3COOH aq CH3COONH4 aq CO2 g H2O l H 37 3kJ mol還有一些吸熱反應在室溫條件下不能自發(fā)進行 但在較高溫度下則能自發(fā)進行 如在室溫下吸熱反應的碳酸鈣分解反應不能自發(fā)進行 但同樣是這個吸熱反應在較高溫度 1200K 下則能自發(fā)進行 放熱反應過程中體系能量降低 因此具有自發(fā)進行的傾向 焓 H 判據(jù) 由此可見 1 運用能量判據(jù)主要依據(jù)反應焓變 而焓變 H 的確是一個與反應能否自發(fā)進行的因素之一 但不是決定反應能否自發(fā)進行的唯一因素 2 對于某些反應而言 若 H0 正向反應不能自發(fā)進行 而逆向反應能自發(fā)進行 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 克勞修斯 德國 熵 S 3 火柴棒散落 4 墨水擴散 由有序變?yōu)闊o序 1 同一種物質(zhì) 其氣態(tài)時會通過分子的擴散自發(fā)形成均勻的混合物 2 硝酸銨溶于水要吸熱 但它能自發(fā)向水中擴散 為了解釋這樣一類與能量狀態(tài)的高低無關的過程的自發(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 二 熵 S 1 描述體系混亂度的物理量2 符號 S單位 J mol 1 K 1 3 大小判據(jù) 1 物質(zhì)的混亂度 體系混亂度越大 熵值越大 2 同一條件 不同物質(zhì)的熵值不同 3 物質(zhì)的存在狀態(tài) S g S l S s 69 9Jmol 1K 1 47 9Jmol 1K 1 188 7Jmol 1K 1 S g S l S s 三種狀態(tài)下水的熵 冰水水蒸氣 標準狀況下 1mol不同物質(zhì)的熵S Jmol 1K 1 4 反應熵變 反應產(chǎn)物的總熵與反應物總熵之差 1 符號 S 2 表達式 S S 生成物 S 反應物 3 正負判斷 氣體體積增大的反應 S 0 熵增加反應 氣體體積減小的反應 S 0 熵減小反應 練習 判斷下列反應熵變大小 1 N2 3H2 2NH32 2C O2 2CO3 CaCO3 CaO CO2 S 0 S 0 S 0 1 冰 液態(tài)水 水蒸氣2 氯化鈉晶體溶于水3 自發(fā)進行的吸熱反應 N2O5分解 2N2O5 g 4NO2 g O2 g H 56 7kJ mol碳酸銨的分解 NH4 2CO3 s NH4HCO3 s NH3 g H 74 9kJ mol 共同點 熵 S 增加 探究 下列自發(fā)過程中熵變的特點 注意 熵判據(jù)只判斷一定條件化學反應能否自發(fā)進行 與化學反應速率無關 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 熵變只是反應能否自發(fā)進行的一種因素 若 0 正向反應能自發(fā)進行 若 0 正向反應不能自發(fā)進行 而逆向反應能自發(fā)進行 三 反應熵變與反應方向 在與外界隔離的體系中 自發(fā)過程將導致體系的熵增大 這一經(jīng)驗規(guī)律叫做熵增原理 是在用來判斷化學反應方向時就稱為熵判據(jù) 10 的液態(tài)水能自動結(jié)冰成為固態(tài)鋁熱反應是熵減反應 它在一定條件下也可自發(fā)進行 有些熵減的反應一定條件下也可以自發(fā)進行因此熵判據(jù)判斷過程的方向也是不全面的 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 舉例 科學家們總結(jié)出了一條公式 G H T S G代表的是自由能 用自由能來判斷反應進行的方向是最全面最科學的 當 G 0時 反應就可以自發(fā)進行 任何溫度都自發(fā)進行 不能自發(fā)進行 較低溫度時自發(fā)進行 高溫時自發(fā)進行 總結(jié) 四 焓變與熵變對反應方向的共同影響1 判據(jù) G H T S2 判據(jù)與反應的自發(fā)性 0反應不能自發(fā)進行3 適用判據(jù)應注意的問題 1 判斷反應的自發(fā)性要結(jié)合 H和 S 利用 G H T S 2 條件是一定溫度 壓強下 3 反應具有自發(fā)性 只能說明這個反應有進行的趨勢 但這個反應到底能不能反應 那還要看反應進行的限度和反應進行的速率 1 過程的自發(fā)性只能用于判斷過程的方向 不能確定過程是否一定會發(fā)生和過程發(fā)生的速率 例如 金剛石有向石墨轉(zhuǎn)化的傾向 但是能否發(fā)生 什么時候發(fā)生 多快才能完成 就不是能量判據(jù)和熵判據(jù)能解決的問題了 注意 2 在討論過程的方向時 指的是沒有外界干擾時體系的性質(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 石墨經(jīng)高溫高壓還是可以變?yōu)榻饎偸?小結(jié) 一 化學反應進行方向的判據(jù) 1 焓判據(jù) 2 熵判據(jù) 二 理解熵的含義和熵的變化 1 放熱的自發(fā)過程可能是熵減小的過程 如鐵生銹 氫氣燃燒等 也可能是熵無明顯變化或增加的過程 如金剛石和石墨的互變熵不變 活潑金屬與酸的置換反應熵增等 2 吸熱的自發(fā)過程應為熵增加的過程 如冰的融化 硝酸銨溶于水等 3 無熱效應的自發(fā)過程是熵增加的過程 如兩種理想氣體的混合等 練習 1 能用能量判據(jù)判斷下列過程的方向的是 A 水總是自發(fā)的由高處往低處流B 放熱反應容易自發(fā)進行 吸熱反應不能自發(fā)進行C 有序排列的火柴散落時成為無序排列D 多次洗牌后 撲克牌的毫無規(guī)律的混亂排列的幾率大2 已知石墨 金剛石燃燒的熱化學方程式分別為 C 石墨 s O2 g CO2 g H 393 5kJ molC 金剛石 s O2 g CO2 g H 395 4kJ mol關于金剛石和石墨的相互轉(zhuǎn)化 下列說法正確的是 A 石墨轉(zhuǎn)化為金剛石是自發(fā)進行的過程B 金剛石轉(zhuǎn)化為石墨是自發(fā)進行的過程C 石墨比金剛石能量低D 金剛石比石墨能量低 A BC 3 下列過程屬于熵增加的是 A 固體的溶解過程B 氣體擴散過程C 水蒸氣變?yōu)橐簯B(tài)水D CO g 2H2 g CH3OH g 4 下列說法中 正確的是 A 自發(fā)反應一定是熵增大 非自發(fā)反應一定是熵減小或不變B 自發(fā)反應在恰當條件下才能實現(xiàn)C 自發(fā)反應在任何條件下均能實現(xiàn)D 同一物質(zhì)的固 液 氣三種狀態(tài)的熵值相同5 下列反應中在高溫下不能自發(fā)進行的是 A CO g C s 2O2 g B 2N2O5 g 4NO2 g O2 g C NH4 2CO3 s NH4HCO3 s NH3 g D MgCO3 s MgO s CO2 g AB B A 6 下列說法完全正確的是 A 放熱反應均是自發(fā)反應B S為正值的反應均是自發(fā)反應C 物質(zhì)的量增加的反應 S為正值D 如果 H和 S均為正值 當溫度升高時 反應可能自發(fā)進行7 下列反應中 S最大的是 A CaCO3 s CaO s CO2 g B 2SO2 g O2 g 2SO3 g C N2 g 3H2 g 2NH3 g D CuSO4 s 5H2O l CuSO4 5H2O s D A 8 某反應 AB g C g 3D g 在高溫時能自發(fā)進行 其逆反應在低溫下能自發(fā)進行 則該反應的 H S應為 A H0B H0 S 0D H 0 S 0 C