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第二章 化學反應速率與化學平衡
第三節 化學反應的方向
飛流直下：不借助外力
排水：
借助水泵，持續消耗電能
高處
低處
自發
非自發
舉例生活中的自發過程
冰融化
墨水擴散
自發過程：
一定的條件下，不需要其它外力作用就能自動進行的過程稱為自發過程。
自發反應：
在一定溫度、壓強下，不借助(光、電能等）外部力量就能進行，或具有發生的可能性的反應稱為自發反應。
“自發”是一定條件下的自發，條件變了，可能由原來的“自發”變成“非自發”。
冬天水結冰自發
春天冰融水自發
“自發”只是有發生的趨勢，并不代表實際發生，更不能確定發生的速率。“非自發“也不代表不能發生。
處于高水位的水有向低處流動的趨勢但是現在被大攔截，此過程并沒有實際發生，但是有發生的趨勢。
在一定條件下，如果一個過程是自發的，那么它的逆過程通常是非自發的。
氫氣的燃燒
水的電解
非自發過程：
必須外界持續做功，否則，過程就會停止，這樣的過程叫做“非自發過程”。
H2(g) + F2(g) = 2HF(g) H = -546.6 kJ·mol-1
觀察下列能夠自發進行的化學反應，它們的共同特征是什么？為什么能夠自發進行呢？你能夠得出什么結論？
C3H8(g) + 5O2(g) = 3CO2(g) + 4H2O(l) H = -2217.5kJ·mol-1
2Na(s) + Cl2(g) = 2NaCl(s) H = -822 kJ·mol-1
2H2O(l) = 2H2(g) +O2(g) H = +484 kJ·mol-1
4Fe(s) + 3O2(g) = Fe2O3(s) H = -1648.4 kJ·mol-1
Cu(s) + H2SO4(aq) = CuSO4(aq) + H2(g) H = +1341 kJ·mol-11
自發反應
自發反應
非自發反應
自發反應
自發反應
非自發反應
放熱反應使體系能量降低，能量越低越穩定
放熱反應( H < 0)，是有利于反應自發進行的條件
H < 0 即放熱反應
共同特點
發生原因
結論
思考：只有放熱反應才能自發進行嗎？
八水合氫氧化鋇和氯化銨
反應吸收熱量
局限性
思考：吸熱反應自發進行的推動力是什么？
混亂度大
自發過程進行的方向還與“混亂度”有關
兩瓶中氣體的顏色相同
不需要外界的任何作用，氣體通過分子的擴散自發地混合均勻
有序
狀態
無序
狀態
自發地轉化為
密閉條件下
混亂度小
熵(S)
德國科學家克勞修斯(R. Clausius)最早提出了另一個推動體系變化的因素，并稱之為“熵”（符號S）的概念，用熵表示體系混亂度，S=Q/T。
玻爾茲曼通過數學模型的建立得出微觀狀態數與熵有數學關系，具體解釋了熵的物理意義：S = k log W，建立了熵與概率的關系，被譽為最美的三個公式之一。其他兩個公式分別為牛頓運動定律F = ma，愛因斯坦質能關系E=mc2。
有序
無序
熵
定義：衡量體系混亂度的物理量
符號：S
特點：混亂度越大，體系越無序，體系的熵值越大
影響因素：
①同一物質： S(高溫) > S(低溫) S(g) > S(l) > S(s)
有序
無序
熵
定義：衡量體系混亂度的物理量
符號：S
特點：混亂度越大，體系越無序，體系的熵值越大
影響因素：
①同一物質：S(高溫) > S(低溫) S(g) > S(l) > S(s)
②相同條件下，不同物質：分子結構越復雜，熵越大
乙醇
甲醚
CH3CH2OH(乙醇)的熵
大于CH3OCH3(甲醚)
有序
無序
熵
定義：衡量體系混亂度的物理量
符號：S
特點：混亂度越大，體系越無序，體系的熵值越大
影響因素：
熵變：
①同一物質：S(高溫) > S(低溫) S(g) > S(l) > S(s)
②相同條件下，不同物質：分子結構越復雜，熵越大
產物總熵與反應物總熵之差
S =S(反應產物) －S(反應物)
思考：這些吸熱反應為什么能自發進行？
熵增（△S >0 ）有利于反應自發進行。
思考：自發反應一定是熵增加的反應嗎？
2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)
熵變是反應能否自發進行的一個因素，但不是唯一因素。
過程的自發性
能量趨于降低
混亂度趨于增加
勢能的降低
混亂度的增加
向試管中加入約5mL蒸餾水，滴加約1mLNaOH溶液。
再滴加酚酞！
熵拉動反應自發進行的實例
金屬K的制備
Na(l) + KCl(l) === NaCl(l) + K(g)
高溫
在下列反應中為什么金屬鈉能還原金屬鉀？
平衡移動
熵的“拉動”
關鍵： 沸點 K < Na
SiO2的還原
熵拉動反應自發進行的實例
SiO2 + 2C === Si + 2CO ↑
高溫
—“從沙灘到用戶”的關鍵反應
SiO2 + C === Si + CO2 ↑
高溫
比較以下兩個反應，何者更具優勢？
實際： 高溫下低價氧化物更加穩定，
即，高溫有利于CO生成
H Ｓ Ｇ 反應能否自發進行
＜０ ＞０
＞０ ＜０
＞０ ＞０
＜０ ＜０
＜０
＞０
高溫時＜０
低溫時＜０
一定自發
一定不自發
高溫自發
低溫自發
△S
△H
H<0
S>0
所有溫度下
反應自發進行
H>0
S>0
高溫下
反應自發進行
H<0
S<0
低溫下
反應自發進行
H<0 ， S<0
所有溫度下
反應不能自發進行
復合判據 P45 資料卡片
自由能變化（符號為△G): △G=△H-T△S
△G=△H-T△S<0反應能自發進行
△G=△H-T△S=0反應達到平衡狀態
△G=△H-T△S>0反應不能自發進行
汽車尾氣中的主要污染物是NO和CO,它們是現代化城市中的大氣污染物。為了減輕大氣污染，人們提出通過以下反應來處理汽車尾氣： 2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)
如何判斷該反應在室溫下能自發進行嗎？
已知 298K 100kPa下，ΔH=-746.8KJ·mol -1 ΔS＝-197.5J·mol－1·K－1
△G =ΔH-T ΔS
=-746.8KJ·mol-1+298K×197.5×10-3 KJ·mol－1·K－1
=-687.945 KJ.mol-1<0
可自發進行！
學以致用
1.下列關于自發過程的敘述中，正確的是(　　)
A.只有不需要任何條件就能夠自動進行的過程才是自發過程
B.需要加熱才能進行的過程肯定不是自發過程
C.同一可逆反應的正、逆反應在不同條件下都有自發的可能
D.非自發過程在任何條件下都不可能變為自發過程
C
2.下列過程的方向可用焓判據判斷的是(　　)
A.硝酸銨溶于水
B.2N2O5(g) 4NO2(g)+O2(g)　ΔH=+56.7 kJ·mol-1
C.(NH4)2CO3(s) NH4HCO3(s)+NH3(g)　ΔH=+74.9 kJ·mol-1
D.2H2(g)+O2(g) 2H2O(l)　ΔH=-572 kJ·mol-1
D
3.下列說法正確的是(　　)
A.自發進行的反應均是ΔH<0的反應
B.ΔS<0的反應一定不能自發進行
C.物質的量增加的反應，其ΔS為正值
D.CaCO3(s)受熱分解為CaO(s)和CO2(g)，其ΔS>0
D
4.反應CH3OH(l)+NH3(g) CH3NH2(g)+H2O(g)在某溫度下才能自發進行,若反應的|ΔH|=17 kJ·mol-1，該溫度下|ΔH-TΔS|=17 kJ·mol-1,則下列選項正確的是(　　)
A.ΔH>0,該溫度下ΔH-TΔS<0
B.ΔH<0,該溫度下ΔH-TΔS>0
C.ΔH>0,該溫度下ΔH-TΔS>0
D.ΔH<0,該溫度下ΔH-TΔS<0
A
5.(2022河南鄭州中原名校聯考)焦炭常用于冶煉工業。已知反應①:2C(s)+O2(g) 2CO(g);反應②:2CO(g)+O2(g) 2CO2(g)。反應①、②的反應趨勢與溫度關系如圖所示,下列說法錯誤的是(　　)
A.反應②2CO(g)+O2(g) 2CO2(g)的ΔS<0，ΔH<0
B.983 K是兩個反應主次趨勢變化的轉折點
C.L1對應反應①
D.當溫度低于983 K時，過量焦炭的氧化產物以反應②生成CO2為主
D
第三節
化學反應的方向
焓判據
自發過程與自發反應
放熱過程（ H﹤0）常常是容易自發進行
熵判據
熵增過程（ S﹥0）常常是容易自發進行
復合判據
G= H-T S
G﹤0 反應能自發進行
G =0 反應達到平衡狀態
G﹥0 反應不能自發進行

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