資源簡(jiǎn)介

(共21張PPT)
化學(xué)反應(yīng)的方向
科學(xué)史話---金屬鉀的制備
請(qǐng)同學(xué)們回憶金屬鈉、鎂、鋁的制備，并思考金屬鉀的制備方法。
戴維在發(fā)現(xiàn)鉀的實(shí)驗(yàn)中，用的是電解法，但是鉀的實(shí)際生產(chǎn)不是通過電解反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)的，原因有兩點(diǎn)：
①陰極得到的鉀會(huì)溶解在熔融的氯化鉀中。
②鉀浮在電解質(zhì)上面，與氧氣接觸，會(huì)發(fā)生劇烈反應(yīng)，甚至?xí)ā?br/>金屬K的制備方案
Na(l) + KCl(l) === NaCl(l) + K(g)
高溫
？
任務(wù)1：生活體驗(yàn)---感知化學(xué)反應(yīng)與能量的變化
請(qǐng)列舉自然界中的自發(fā)過程，并從能量角度分析這些自發(fā)過程有什么共同特點(diǎn)？
重力勢(shì)能降低
內(nèi)能降低
【問題引導(dǎo)】
1.從能量角度分析為什么有些放熱反應(yīng)常溫下能自發(fā)進(jìn)行？
2.為什么有些放熱反應(yīng)需要點(diǎn)燃或加熱？此類反應(yīng)的進(jìn)行最初需要克服的“壁壘”是什么？
任務(wù)1：生活體驗(yàn)---感知化學(xué)反應(yīng)與能量的變化
E
反應(yīng)歷程
反應(yīng)物的能量總和
生成物的能量總和
△H
C + O2 === CO2
2H2 + O2 === 2H2O
Fe + S === FeS
點(diǎn)燃
點(diǎn)燃
加熱
Ea
Ea< △H
【問題引導(dǎo)】
3.為什么有些放熱反應(yīng)需要持續(xù)加熱？
任務(wù)1：生活體驗(yàn)---感知化學(xué)反應(yīng)與能量的變化
E
反應(yīng)歷程
反應(yīng)物的能量總和
生成物的能量總和
△H
Cu + 2H2SO4 === CuSO4 + SO2↑ + 2H2O
加熱
△H
Ea
Ea > △H
反應(yīng)過程中放出的熱量，不足以產(chǎn)生維持反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行所需的推動(dòng)力
— 環(huán)境提供能量
【問題引導(dǎo)】
4.為什么有些吸熱反應(yīng)也能夠發(fā)生？
任務(wù)1：生活體驗(yàn)---感知化學(xué)反應(yīng)與能量的變化
E
反應(yīng)歷程
反應(yīng)物的能量總和
生成物的能量總和
△H
△H
Ea
當(dāng)環(huán)境提供能量時(shí)，吸熱反應(yīng)也能發(fā)生。
C + CO2 === 2CO
高溫
CaCO3 === CaO + CO2
高溫
C+ H2O === CO + H2
高溫
任務(wù)1：生活體驗(yàn)---感知化學(xué)反應(yīng)與能量的變化
反應(yīng)條件與反應(yīng)過程中的能量變化的關(guān)系
反應(yīng)歷程
E
反應(yīng)物的能量總和
生成物的能量總和
反應(yīng)歷程
E
反應(yīng)物的能量總和
生成物的能量總和
常溫下可自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng) 需要加熱或點(diǎn)燃才能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)
任務(wù)1：生活體驗(yàn)---感知化學(xué)反應(yīng)與能量的變化
反應(yīng)條件與反應(yīng)過程中的能量變化的關(guān)系
反應(yīng)歷程
E
反應(yīng)物的能 量總和
生成物的能量總和
反應(yīng)歷程
E
反應(yīng)物的能量總和
生成物的能量總和
需要持續(xù)加熱才能發(fā)生的放熱反應(yīng) 在持續(xù)加熱條件下發(fā)生的吸熱反應(yīng)
問題5.吸熱反應(yīng)在常溫下不能自發(fā)進(jìn)行嗎？
（以碳酸氫鈉與檸檬酸的反應(yīng)為例）
任務(wù)1：生活體驗(yàn)---感知化學(xué)反應(yīng)與能量的變化
問題5.吸熱反應(yīng)在常溫下不能自發(fā)進(jìn)行嗎？
（碳酸氫鈉與檸檬酸的反應(yīng)為例）
任務(wù)1：生活體驗(yàn)---感知化學(xué)反應(yīng)與能量的變化
反應(yīng)歷程
E
反應(yīng)歷程
E
①
②
②
Na2CO3
NaHCO3
③
③
① CO32- + H+ == HCO3-△H < 0
② HCO3- + H+ == H2CO3△H < 0
③ H2CO3 == H2O + CO2(g)△H > 0
放熱反應(yīng)
吸熱反應(yīng)
問題6：碳酸氫鈉與鹽酸的反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，為什么常溫下也能自發(fā)進(jìn)行？
體系有自發(fā)向混亂度增加(即熵增)的方向變化的傾向，這是自然界的普遍規(guī)律。
新的物理量 — 熵
描述體系混亂度的物理量，符號(hào)：S 單位：J·mol-1·K-1
物質(zhì)熵值的特點(diǎn)：
1.與物質(zhì)的狀態(tài)有關(guān):
2.與物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)有關(guān):
S(冰)< S(水)<< S(水蒸氣)
S(CH4) < S(C2H6) < S(C3H8) < S(C4H10)
S(H2O) < S(H2O2)
任務(wù)2：探究之旅---理解化學(xué)反應(yīng)與熵值的變化
問題6：碳酸氫鈉與鹽酸的反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，為什么常溫下也能自發(fā)進(jìn)行？
從反應(yīng)的整體過程看，反應(yīng)是吸熱的，但是熵值是增大的，這是反應(yīng)得以自發(fā)進(jìn)行的主要原因
反應(yīng)歷程
E
②
NaHCO3
③
吸熱反應(yīng)
任務(wù)2：探究之旅---理解化學(xué)反應(yīng)與熵值的變化
任務(wù)2：探究之旅---理解化學(xué)反應(yīng)與熵值的變化
熱冰實(shí)驗(yàn)
高溫
【學(xué)以致用】為什么金屬鈉能還原金屬鉀？
Na(l) + KCl(l) === NaCl(l) + K(g)
熵拉動(dòng)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的實(shí)例
【遷移應(yīng)用】1.SiO2的還原是“從沙灘到用戶”的關(guān)鍵反應(yīng)，請(qǐng)比較以下兩個(gè)反應(yīng)，哪個(gè)更容易發(fā)生？
SiO2 + 2C === Si + 2CO
高溫
SiO2 + C === Si + CO2
高溫
高溫下低價(jià)氧化物更加穩(wěn)定，
即高溫有利于CO生成
關(guān)鍵： 沸點(diǎn) K < Na
平衡移動(dòng)
任務(wù)2：探究之旅---理解化學(xué)反應(yīng)與熵值的變化
熵拉動(dòng)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的實(shí)例
【遷移應(yīng)用】2.歷史上金屬鋁的制備常用金屬Na或K還原AlCl3，自然界大量存在Al2O3，科學(xué)家又是如何將Al2O3轉(zhuǎn)化成AlCl3的呢？ 2Al2O3(s)+6Cl2(g)==4AlCl3(s)+3O2(g) △H=217 KJ/mol
如何將反應(yīng)設(shè)計(jì)成自發(fā)的過程呢？
任務(wù)2：探究之旅---理解化學(xué)反應(yīng)與熵值的變化
熵拉動(dòng)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的實(shí)例
Al的冶煉
2Al2O3(s)+6Cl2(g)==4AlCl3(s)+3O2(g)
Al2O3 + 3Cl2 + 3C == 2AlCl3 + 3CO
高溫
2C + O2 == 2CO
高溫
Al2O3 AlCl3 Al
Cl2
Na
△H>0 △S<0
+）
真實(shí)反應(yīng)與理性思考的契合
任務(wù)2：探究之旅---理解化學(xué)反應(yīng)與熵值的變化
任務(wù)3：?jiǎn)栴}解決---應(yīng)用吉布斯自由能進(jìn)行定量判斷
研究表明：在溫度、壓強(qiáng)一定的條件下，化學(xué)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行方向的判據(jù)是
吉布斯自由能
△G = △H - T△S
△G = △H - T△S ＜ 0 反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行
△G = △H - T△S ＞0 反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行
△G = △H - T△S ＝0 反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)
J．W．Gibbs
吉布斯
【學(xué)以致用】請(qǐng)判斷下列四個(gè)反應(yīng)的自發(fā)性，并歸納影響反應(yīng)自發(fā)性的因素。
（1）2KClO3(s)=2KCl (s) +3O2 △H<0
（2）NH3(g)+ HCl(g)=NH4Cl (s) △H<0
（3）NH4Cl (s) = NH3(g)+HCl(g) △H>0
（4）2CO(g) = 2C (s，石墨) + O2(g) △H>0
（2）△H<0 △S<0 低溫下可自發(fā)進(jìn)行；
（3）△H>0 △S>0 高溫下可自發(fā)進(jìn)行；
（4）△H>0 △S<0 任何溫度下均不能自發(fā)進(jìn)行；
（1）△H<0 △S>0 任何溫度下下均能自發(fā)進(jìn)行；
任務(wù)3：?jiǎn)栴}解決---應(yīng)用吉布斯自由能進(jìn)行定量判斷
一種新的對(duì)化學(xué)反應(yīng)加以分類的方法
從定量的角度衡量焓變和熵變對(duì)反應(yīng)自發(fā)性的影響
任務(wù)3：?jiǎn)栴}解決---應(yīng)用吉布斯自由能進(jìn)行定量判斷
【遷移應(yīng)用】隨著國(guó)家綜合實(shí)力的增強(qiáng)，現(xiàn)在我國(guó)人均擁有汽車數(shù)逐年遞增，但同時(shí)也帶來一系列的問題，如汽車尾氣，作為化學(xué)學(xué)習(xí)者，我們?cè)撊绾螌⑵囄矚庵蠳O、CO化為可參與大氣循環(huán)的氣體？
已知， 298K、101KPa下反應(yīng)
2NO(g) + 2CO(g) = N2(g) + 2CO2(g)，△H = - 113.0 KJ·mol-1 ，
△S = - 143.5 J·mol-1·K-1
如果該反應(yīng)速率極慢，如何加快反應(yīng)速率？
請(qǐng)說明上述反應(yīng)在什么條件下，可以自發(fā)進(jìn)行？
T< 787K t<514℃
任務(wù)3：?jiǎn)栴}解決---應(yīng)用吉布斯自由能進(jìn)行定量判斷
反應(yīng)的可行性與反應(yīng)的現(xiàn)實(shí)性的關(guān)系
反應(yīng)的趨勢(shì)的強(qiáng)弱不等同于反應(yīng)速率的快慢
人為的干預(yù)可以改變反應(yīng)的進(jìn)行方向
化學(xué)反應(yīng)與能量的變化
化學(xué)反應(yīng)與熵值的變化
吉布斯自由能的定量判斷
解釋反應(yīng)
設(shè)計(jì)反應(yīng)
知識(shí)小結(jié)

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