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(共46張PPT)
1.N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H=-92.4KJ/mol，但是1molN2和3molH2在一定條件下混合，反應后放出熱量卻少于92.4KJ。說明了化學反應有什么特點？
化學反應的進行有一定的限度
2.碳和氧氣燃燒可以得到二氧化碳，而二氧化碳卻很難分解成碳和氧，為什么？又說明了化學反應有怎樣的特點？
化學反應的發生有一定的方向性
化學反應原理
化學反應的快慢
——化學反應速率
化學反應的限度
——化學平衡
化學反應的方向
——
可逆反應進行的方向：
1、化學反應速率角度
v正 > v逆
向正反應方向進行
v正 < v逆
向逆反應方向進行
v正 = v逆
平衡狀態
2、化學平衡角度
Q向正反應方向進行
Q>K
向逆反應方向進行
Q=K
平衡狀態
化學反應進行的方向
如果一個化學反應已經發生，方向也就確定了。
如果還沒發生，就需要依據科學理論，
對它是否能夠發生，以及在什么條件下發生做出判斷。
第二章 化學反應速率與化學平衡
第三節 化學反應的方向
自發過程與非自發過程
過程1:水的流動
飛流直下：不借助外力
抽水上山：借助水泵，
持續消耗電能
高處
低處
自發
非自發
自發過程與非自發過程
過程2:熱量傳遞
100°C的沸水
一段時間后熱量傳遞給周圍空氣
<100°C的溫水
最終
=室溫的涼水
高溫物體
低溫物體
自發
非自發
沸水可以自發變涼，但是這杯涼水是不可能自發變成沸水的。
自發過程與非自發過程
過程3:氫氣燃燒
氫氣的燃燒
水的電解
2H2+O2=2H2O
自發
非自發
①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
自發過程與非自發過程
水從高處到低處可以用來發電
氫氣燃燒可以設計成原電池
處于高水位的水有向低處流動的趨勢，但是現在被大壩攔截，此過程并沒有實際發生，但是有發生的趨勢。
②自發過程可以對外界做功
③“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。
自發過程與非自發過程
過程4:鋼鐵生銹
自發
非自發
鋼鐵生銹也是自發反應，但是速率很慢。
過程5:冬天水結冰自發
過程6:春天冰融水自發
④“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”
自然界有一些過程是自發進行的，而且是有方向性的。
自發過程:
在一定條件（T,P)下，不用借助外力就能自動進行的過程。
外力作用一般指的是：光照、通電等；
而加熱、點燃、高溫都是為了達到某一
反應溫度，屬于一定溫度范疇，不屬于外力作用。
在一定條件(T,P)下，需要持續借助外力才能進行的過程。
自然界有一些過程是自發進行的，而且是有方向性的。
非自發過程：
與自然界中的許多變化一樣，
有些化學反應也是自發進行的，而且有方向性
在一定條件（T、P）下，不需要外力作用（光能，電能）就能自動進行的化學反應。
1、自發反應：
2、非自發反應：
在一定條件（T、P）下，需要持續借助外力作用（光能，電能）才能進行的化學反應。
如何判斷一個過程，一個反應能否自發進行？
一、自發反應與非自發反應
下列反應在一定條件下都能自發進行，你知道這些反應能自發進行的原因嗎？
①Na(s)+H2O(l)===NaOH(aq)+1/2H2(g)
②鐵生銹：2Fe(s)+3/2O2(g)=== Fe2O3(s)
③Zn(s)+CuSO4(aq)===ZnSO4(aq)+Cu(s)
④Mg(s)+H2SO4(aq)===MgSO4(aq)+H2(g)
---大多數自發反應為放熱反應。
H= -184kJ/mol
H= -824kJ/mol
H= -217kJ/mol
H= -851.5kJ/mol
反應物的總能量高
生成物的總能量低
放熱反應
H < 0
體系的能量降低
思考與
討論：
在19世紀，一些化學家認為，決定反應能否自發進行的因素是反應熱，放熱反應可以自發進行，而吸熱反應不能自發進行。吸熱反應都不能自發進行嗎？
2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8 H2O(s)===NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l) H ﹥0
NaHCO3(s)+HCl(aq)===NaCl(aq)+CO2(g)+ H2O(l) H=+31.4kJ/mol
這些反應是吸熱反應，但在常溫下能自發進行。
【結論】焓減有利于反應自發進行，
但不是唯一的因素。
二、化學反應進行方向的焓判據
體系趨向于從能量高的狀態轉變為能量低的狀態，因此反應放熱有利于反應自發進行。
很多自發的化學反應都是焓減的過程，即ΔH＜0
放熱
反應物
生成物
焓
反應過程
△H＜0
1、對于C(s)+ O2(g)=CO2 (g) H =-393.5kJ/mol ，
有同學認為這個過程不能自發，因為需要點燃，你怎么看？
思考與討論
外力作用一般指的是：光照、通電等；
而加熱、點燃、高溫都是為了達到某一反應溫度，
屬于一定溫度范疇，不屬于外力作用。
在一定條件（T、P）下，不需要外力作用（光能，電能）就能自動進行的化學反應。
自發反應：
因為燃燒反應存在“障礙”——活化能，“點燃”的目的是克服反應的活化能，“啟動”反應，使之發生。因為反應放出的熱量|△H|>Ea。使得放出的熱量足以克服后續反應的活化能，因此在反應引發后，不用持續加熱，也能自發進行下去。
思考與討論
2、為什么有些放熱反應需要持續加熱呢？
例如：H2(g) + CuO(s) = Cu(s) + H2O(1) H=-128.5KJ/mol
因為此反應所需活化能很大，而反應放出的熱量太少，即|△H|反應物
Ea
△H
生成物
反應進程
能量
Ea很小，常溫即能自發。
反應物
Ea
△H
生成物
反應進程
能量
Ea稍大，但Ea＜ | △H | ，給予外界條件一經引發后即能自發。
反應物
Ea
△H
生成物
反應進程
能量
0
Ea稍大，且Ea＞ | △H | ，需持續給予外界條件才能自發。
小結：自然之法如此神奇，正是很多燃燒反應會遇到“活化能”的壁壘。才使得富含有機物的生命體在富含氧氣的大氣中沒有“自燃”。
思考與討論
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。
這些過程
共同特點：
混亂度小（有序）
自發的
混亂度大（無序）
閱讀課本P41-42了解描述體系混亂(或無序)程度的物理量熵
體系除了具有從高能狀態自發地轉變為低能狀態的傾向，還有從有序自發地轉變為無序的傾向。
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。
熵(S)：
描述體系混亂(或無序)程度的物理量。單位：J·mol-1·K-1
熵變（△S）：
△S = S(生成物）-— S(反應物）
△S>0,熵增反應
△S<0,熵減反應
標準狀況下：1 mol 不同物質的熵 S (J· mol-1·K-1)
CH4 O2 CO2
186.15 205.03 214
H2O(l) HNO3(l) Br2(l)
69.9 156 152
NaCl Fe 金剛石
72.1 27.3 2.4
思考：同一物質不同狀態下熵值相等嗎？
同一物質：S(g)>S(l)>S(s)。
體系混亂度越大，熵值越大；
體系混亂度越小，熵值越小。
熵的大小規律
(1) 與物質的存在狀態有關：
(2)與物質的量有關：物質的量越大，分子數越多，熵值越大。
(3)不同物質熵值間的關系：
對于等物質的量同一種物質，
S(g)>S(l)>S(s)，即氣態>液態>固態。
物質的組成越復雜，其熵值越大，
一般組成物質的原子種類相同時，一個分子中的原子數目越多，其混亂度越大，熵值也越大。
課堂練習、試根據熵的定義判斷下列過程中體系的熵變大于零還是小于零
(1)水蒸氣冷凝成水
(2)硫酸銅溶于水
(3)CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)
(4) 2N2O5(g)＝4NO2(g)+O2(g)
(5)2H2(g)+ O2(g) ＝2H2O (l)
△S<0
△S>0
△S>0
△S>0
△S<0
化學反應中，固態物質或液態物質生成氣態物質，體系的混亂度增大；從較少的氣態物質生成較多的氣態物質，體系的混亂度也增大
通常情況下，氣體分子數增大的化學反應為熵增的反應。
（6）水煤氣轉化：CO(g)+H2O(g) === CO2(g)+H2(g)
反應前后氣體分子的物質的量沒有變化，熵變很小。
思考與討論：是熵增過程容易自發，還是熵減過程容易自發？
越是有序的狀態，越是難以維持
結論：密閉條件下，體系有從有序自發的轉變為無序的傾向。
即△S>0有利于反應自發進行，也叫熵增原理，這就是熵判據
三、化學反應進行方向的熵判據
熵變：變化前后體系或反應前后物質的熵的變化。用符號 S表示。
S=S(生成物)－S(反應物)
S＞0 熵增
S＜0 熵減
熵判據：體系趨向于從有序轉變為無序，因此熵增反應（△s>0 ）有利于反應自發進行。
導致熵增(△S＞0）的一些因素
1、同一物質狀態改變：
2、固體的溶解過程、墨水擴散過程和氣體擴散過程。
3、反應過程中氣體物質的量增多的反應。
4 、生成氣體的反應。
熵增過程
墨水滴入水中
氣體的擴散
固體的溶解
思考與討論
所有的自發反應一定是熵增加的反應嗎？
有些熵減的過程也可自發進行，即ΔS＜0
【結論】熵增有利于反應自發進行，
但不是唯一的因素。
4Fe(OH)2(s) + O2(g) + H2O (l) ＝ 4Fe(OH)3(s)
熵增原理的條件：
不能只根據熵增或熵減來判斷化學反應進行的方向。事實上，只有與環境沒有物質交換的孤立體系或與環境既沒有物質交換也沒有熱量交換的絕熱體系，自發過程才向著熵增的方向進行。
我們生活中遇到的熵增過程
2H2(g)+O2(g)=2H2O(I)
△H<0依焓判據，放熱有利于反應自發
△S<0 依熵判據，熵減小不利于反應自發
結論：自發反應的方向與焓變、熵變有關，
判斷反應自發進行的方向，
需綜合考慮體系的焓變和熵變。
推論： 熵增有利于反應自發進行，
但只根據熵變判斷化學反應的方向是不全面的。
判斷下列反應能否自發進行
2KClO3(s)==2KCl(s)+3O2(g)
H = -78.03 kJ·mol-1 S = +494.4 J·mol-1·K-1
CO(g)==C(s，石墨)+1/2O2(g)
H =+110.5 kJ·mol-1 S = -89.36 J·mol-1·K-1
4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)==4Fe(OH)3(s)
H = -444.3kJ·mol-1 S = -280.1 J·mol-1·K-1
CaCO3(s)= CaO(s)+ CO2(g)
H = + 178.2 kJ·mol-1 S = +169.6 J·mol-1·K-1
√
√
X
X
√
X
X
√

利用熵變和焓變對自發反應方向性的判斷不一致時，怎么辦？
1876年，吉布斯（美）提出自由能變化ΔG，并認為化學反應總是向著自由能減小（ΔG<0 ）的方向進行，直至達到平衡。
美國物理化學家吉布斯
四、復合判據（焓與熵復合判據：ΔG＝ΔH－TΔS ）
1、自由能變化
符號：ΔG，單位：kJ·mol－1
在恒溫、恒容的封閉體系中， G = H – T S
2、反應進行方向的判斷方法
①當ΔG＜0時，反應能自發進行；
②當ΔG＝0時，反應處于平衡狀態；
③當ΔG＞0時，反應不能自發進行。
( T 為熱力學溫度，T＝t +273,單位開爾文 K )
課堂練習根據 G = H – T S計算能否自發進行
2KClO3(s)==2KCl(s)+3O2(g)
△H (25℃)= -78.03 kJ·mol-1
△S(25℃)= +494.4 J·mol-1·K-1
解：
△G=△H-T△S＝-78.03 kJ/mol-298K×0.4944 KJ/(mol·K)
＝-78.03 kJ/mol-147.33 KJ/mol
＝-225.36 kJ/mol
∵△G<0,∴能自發進行。
CO(g)==C(s,石墨)+1/2O2(g)
△H (298K)= +110.5 kJ·mol-1
△S (298K)= -89.36 J·mol-1·K-1
解：
△G=△H-T△S＝+110.5 kJ/mol-298K×(-0.08936) KJ/(mol·K)
＝+110.5 kJ/mol+26.63 KJ/mol
＝+137.13 kJ/mol
∵△G>0,∴不能自發進行。
課堂作業：判斷下列反應能否自發進行
1.4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)==4Fe(OH)3(s)
△H (25℃)= -444.3kJ·mol-1
△S (25℃)= -280.1 J·mol-1·K-1
2.CaCO3(s) = CaO(s)+CO2(g)
△H (298K)= +178.2 kJ·mol-1
△S (298K)= +169.6 J·mol-1·K-1
四、復合判據（焓與熵復合判據：ΔG＝ΔH－TΔS ）
① H＜0， S＞0
G＝ H－T S＜0
② H＞0， S＜0)
G＝ H－T S ＞ 0
③ H>0， S＞0？
④ H＜0， S<0？
G＝ H－T S
取決于溫度
反應能自發進行
反應不能自發進行
高溫下能自發
低溫下能自發
“自發反應”也是有一定條件的
2、反應進行方向的判斷方法
△S
△H
H<0
S>0
能自發
H>0
S>0
高溫下自發
H<0
S<0
低溫下自發
H<0 ，
S<0
不能自發
反應在該狀況下能否自發進行
＜０ ＞０
＞０ ＜０
＞０ ＞０
＜０ ＜０
H
Ｓ
Ｇ
＜０
＞０
低溫時＞０，高溫時＜０
低溫時＜０，高溫時＞０
自發進行
不自發進行
低溫不自發，高溫自發
低溫自發，高溫不自發
【學習評價】
1.下列過程是非自發的是∶（ ）
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.室溫下水結成冰
2.碳酸銨〔（NH4）2CO3〕在室溫下就能自發地分解產生氨氣，對其說法中正確的是∶（ ）
A.其分解是因為生成了易揮發的氣體，使體系的熵增大
B.其分解是因為外界給予了能量
C.其分解是吸熱反應，據能量判據不能自發分解
D.碳酸鹽都不穩定，都能自發分解
D
A
【學習評價】
3.以下自發反應可用焓判據來解釋的是( )
A.硝酸銨自發地溶于水
B.2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g)；△H=+56.7kJ/mol
C.(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g); △H=+74.9 kJ/mol
D.2H2(g)+O2(g)=2H2O(l); △H=-571.6 kJ/mol
D
4.下列反應中，熵減小的是（ ）
D
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)
【學習評價】
5.某化學反應其△H= -122 kJ·mol-1， S=+ 231 J·mol-1·K-1，則此反應在下列哪種情況下可自發進行 ( )
A.在任何溫度下都能自發進行
B.在任何溫度下都不能自發進行
C.僅在高溫下自發進行
D.僅在低溫下自發進行
A
課堂小結
化學反應進行的方向
影響因素
反應焓變
溫度
反應熵變
焓減小有利于反應自發
熵增大有利于反應自發
復合判據
G = H – T S< 0 自發
課堂小結
化學反應進行的方向
焓判據
熵判據
復合判據
能量降低的方向,就是反應容易進行的方向( H<0)
熵增的方向,就是反應容易進行的方向( S>0)
吉布斯自由能減小的方向，
就是反應容易進行的方向( G<0)
自由能判據
△G = △H - T△S
△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
課堂達標
1、一定條件下發生反應:CO2(g)+3H2 (g) CH3OH(g) +H20(g)，如圖表示該反應過程中能量(單位為KJ/mol)的變化。關于該反應的下列說法中，正確的是（ ）
A.ΔH>O，ΔS>0
B.ΔH>O，ΔS<0
C. ΔH<0，ΔS<0
D.ΔH<0，ΔS>0
C
2、已知下列反應都能自發進行，其中不能用“焓判據”解釋的是(　　)
A.2Na(s)＋Cl2(g)＝2NaCl(s)　ΔH＜0
B.C3H8(g)＋5O2(g)＝3CO2(g)＋4H2O(l)　ΔH＜0
C. 2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8 H2O(s)=2NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l) ΔH＞0
D.2Mg(s)＋O2(g)＝2MgO(s)　ΔH＜0
C
3、關于下列過程熵變的判斷不正確的是（ )
A.溶解少量食鹽于水中，△S>0
B.純碳和氧氣反應生成CO(g),△S>0
C.H2O(g)變成液態水，△S>0
D.CaCO3(s)加熱分解為CaO(s)和CO2(g),△S>0
C
4、汽車尾氣(含烴類、CO、NO與SO2等)是城市主要污染源之一，治理的辦法之一是在汽車排氣管上裝催化轉化器，它使NO與CO反應生成可參與大氣生態循環的無毒氣體，其反應原理是2NO(g)＋2CO(g)=N2(g)＋2CO2(g)。由此可知，下列說法正確的是(　　)
A．該反應是熵增大的反應
B．該反應不能自發進行，因此需要合適的催化劑
C．該反應常溫下能自發進行，催化劑條件只是增大反應的速率
D．該反應常溫下能自發進行，因為正反應是吸熱反應
C
5、某化學反應的ΔH=-122 kJ·mol-1，ΔS=+231 J·mol-1·K-1，則此反應在下列哪種情況下可自發進行(　　)
A.在任何溫度下都能自發進行
B.在任何溫度下都不能自發進行
C.僅在高溫下自發進行
D.僅在低溫下自發進行
A

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