資源簡介

(共21張PPT)
第二章 化學反應速率與化學平衡
第三節 化學反應的方向
學習目標
1.結合學過的化學反應實例，知道化學反應是有方向的，了解自發過程和化學反應的自發性。(變化觀念與平衡思想)
2.通過“有序”和“無序”的對比，了解熵和熵變的意義。(證據推理與模型認知)
3.初步了解焓變和熵變對化學反應方向的影響，能用焓變和熵變解釋化學反應的方向。(證據推理與模型認知)
什么是自發過程？自發過程有哪些特點？什么是自發反應？
高山流水
冰雪融化
固體溶解
新課導入
課內探究
一、自發過程和自發反應
1.自發過程：
(1)含義：在一定條件下，不需要外力作用就能自動進行的過程。
(2)特點：
③有明確的方向性，要逆轉必須借助外界做功；具有做功的本領。
①體系從高能狀態轉變為低能狀態；
②在密閉條件下，體系有從有序自發轉變為無序的傾向；
課內探究
(3)生活中常見的自發過程
這些過程都是自發的，其逆過程就是非自發的。
2. 非自發過程：
(1)含義：在一定條件下，需持續借助人為作用才能進行的過程。
或者說要在一定條件下，需要外界做功才能進行的過程。
(2)特點：非自發過程要想發生，則必須對它做功
水泵抽水
如
電解水生成氫氣和氧氣
課內探究
課內探究
3.自發反應
(1)含義: 在一定條件下，可以自發進行到顯著程度的化學反應，
稱為自發反應，例如鋼鐵生銹。
(2)特征：具有方向性，即在一定條件下反應在某個方向是自發
的，其逆方向的反應在該條件下肯定不自發。
(3)應用：可被用來做“有用功”。如可將氫氣燃燒反應設計成燃燒電池等。
思考與討論
提示：自發反應、非自發反應是指該反應過程是否有自發進行的傾向，而這個過程是否一定會發生則不能確定。如C的燃燒是一個自發反應，但要想發生反應，需借助外界條件點燃才能發生。
請思考如何判斷化學反應的方向呢？
自發反應一定能發生，而非自發反應一定不能發生嗎？
課內探究
二、化學反應方向的判斷
1. 焓判據 — 自發反應與焓變的關系：
化學反應中的自發過程:
共同點— 放熱反應　ΔH＜0
自發過程體系趨向于從高能狀態轉變為低能狀態(這時體系會對外部做功或釋放熱量)，這一經驗規律就是能量判據。
H2(g)+ O2(g) H2O(l) △H=-285.8 kJ/mol
Zn(s)+CuSO4(aq) ZnSO4(aq) + Cu(s) ΔH=-216.8 kJ/mol
課內探究
有人認為，只有放熱的反應才能自發進行，可以根據化學反應是吸熱還是放熱來判斷化學反應的方向，這樣的想法正確嗎？
課內探究
可見，很多吸熱反應也能自發進行。因此，只根據焓變來判斷反應進行的方向是不全面的。焓變是與反應進行方向有關的因素之一，但不是決定反應能否自發進行的唯一因素。
(1)室溫下冰塊的融化；硝酸鹽類的溶解等都是自發的吸熱過程。
(2)N2O5分解： 2N2O5(g) 4NO2(g)+O2(g) ΔH=+56.7kJ/mol
(3) 碳銨的分解：(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g)
ΔH=+74.9 kJ/mol
實驗探究
如圖所示，兩個廣口瓶中分別盛有氯氣和氫氣，開始時中間用玻璃片隔開，當抽調玻璃片后，可觀察到盛放氯氣的瓶內氣體顏色逐漸變淺，而盛放氫氣的瓶內顯現出了淺黃綠色，最后兩瓶中的顏色相同。不需要外界的任何作用，氣體自發地混合均勻。
為什么？
這就涉及到“有序”“無序”相關的熵判據。
氣體的自發擴散過程
課內探究
2.熵判據—自發反應與熵變的關系
(1)熵: 是衡量體系混亂度大小的物理量。用符號S表示，常用單位為 J/(mol·K)。體系混亂程度越大，熵值越大。
注意：同一種物質，不同狀態，熵值大小為：S(g)﹥S(l)﹥S(s)
三種狀態
下水的熵
冰：47.9J/(mol·K)
水：69.9J/(mol·K)
水蒸氣：188.7J/(mol·K)
表示體系的不規則或無序狀態
思考與討論
下列自發過程的熵變有何特點？
(1)冰→ 液態水 → 水蒸氣
(2)氯化鈉晶體溶于水
(3)自發進行的吸熱反應：
N2O5分解：2N2O5(g) 4NO2(g)+O2(g) ΔH=+56.7kJ/mol
碳酸銨的分解：(NH4 )2CO3(s) NH4HCO3(s)+NH3(g) ΔH=+74.9 kJ/mol
共同點：熵（S）增加
ΔS=S產物總熵－S反應物總熵
課內探究
(2)熵增原理： 在與外界隔離的體系中，自發過程將導致體系的熵增大，即熵變大于零，這個原理叫做熵增原理。該原理是用來判斷過程的方向的又一個因素，又稱為熵判據。
△S>0 熵增反應能自發進行
△S<0 熵減反應難自發進行
請思考自發反應一定是熵增加的反應嗎？
課內探究
可見，很多熵減反應也能自發進行，故不能只根據熵增或熵減來判斷化學反應進行的方向。
4Fe(OH) 2(s)+O2 (g)+2H2O (l) 4Fe(OH) 3(s)
(1) -10℃的液態水能自動結冰成為固態
(2)鋁熱反應
(3)2H2(g)+O2(g) 2H2O(l)
2NO(g)+2CO(g) N2(g)+ 2CO2 (g)
常見的熵減反應
注意：自發過程向著熵增方向進行的前提是 孤立體系或絕熱體系
思考與討論
既然焓判據和熵判據都不能獨立地作為判斷反應自發性的依據，如何結合在一起共同判斷呢？
3.復合判據——吉布斯自由能判斷反應自發進行的方向
閱讀教材“資料卡片”
資料卡片 自由能與化學反應的方向
在等溫、等壓條件下的封閉體系中(不考慮體積變化做功以外的其他功)，自由能(符號為ΔG，單位為kJ/mol)的變化綜合反映了體系的焓變和熵變對自發過程的影響：ΔG= ΔH- TΔS。這時，化學反應總是向著自由能減小的方向進行，直到體系達到平衡。即:當ΔG<0時，反應能自發進行;
當ΔG=0時，反應處于平衡狀態;
當ΔG>0時，反應不能自發進行。
ΔG不僅與焓變和熵變有關，還與溫度有關。由上述關系式可推知:當ΔH<0，ΔS>0時，反應能自發進行；當ΔH>0，ΔS<0時，反應不能自發進行；當ΔH>0，ΔS>0或ΔH<0， ΔS<0時，反應能否自發進行與溫度有關。一般低溫時ΔH的影響為主，高溫時ΔS的影響為主，而溫度影響的大小要視ΔH、 ΔS的數值而定。
易錯警示
應
用
判
據
時
的
注
意
事
項
(1)在討論過程的方向問題時，指的是沒有外界干擾時體系的性質。如果允許外界對體系施加某種作用，就可能出現相反的結果。
(2)過程的自發性只能用于判斷過程的方向，不能確定過程是否一定會發生和過程發生的速率。
(3)只適用于沒有發生的反應。
(4)一般如果一個過程是自發的，則其逆過程往往是非自發的。
歸納總結
化學反應的方向
反應焓變
反應熵變
共同影響
吸熱
放熱
熵增
熵減
影響因素：
焓減小有利于反應自發，熵增大有利于反應自發
課堂小結
化
學
反
應
方
向
的
判
斷
焓判據
熵判據
復合判據
放熱過程中體系能量降低，ΔH＜0， 具有自發進行的傾向，但有些吸熱反應也可以自發進行，故焓變只是影響反應反向的一種因素
①熵的大小：同種物質，熵值：氣態>液態>固態
②熵判據：體系的無序程度增加(即熵增)，ΔS＞0反應有自發進行的傾向，但有些熵減的過程也能自發進行，故熵變只是影響反應方向的一種因素
﹥0，反應不能自發進行
ΔH-TΔS
=0，反應達到平衡
＜0，反應能自發進行
謝 謝

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