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(共27張PPT)
第二章化學反應速率和化學平衡 第二節化學平衡
2.3化學反應的方向
學習目標
1. 了解放熱反應的自發性和某些吸熱過程的自發性，知 道化學反應 是有方向的；
2.通過“有序”和“無序”的對比，引出嫡的概念；
3.知道化學反應的方向與反應的焓變和熵變有關，能利用能量判椐 、熵判椐和復合判據對反應進行方向的判斷。
如何表示化學反應進行的快慢
化學反應速率
如何表示化學反應的限度
化學平衡
那么如何判斷化學反應進行的方向
學完本節內容你就能知曉曉答案
憶一憶
> 電流總是從自動電位高的地方向電位低的地方流動
>室溫下冰塊自動融化；
> 墨水自動擴散；
食鹽自動溶解于水；
> 火柴棒自動散落等。
高山流水 自由落體
上 述 過 程 有 何 共 同 點 有 明 顯 的自 發性
如何理解自發性了
想一想
>自然界中水總是自動從高處往低處流；
墨水擴散
(1)含義：在一定條件下，不用借助外力，就能自發進行的過程。
如：高山流水，自由落體，冰雪融化(物理或化學過程)
(2)特點①能量角度：體系趨向于從高能狀態轉變為低能狀態( 體
系對外部做功或者釋放熱量)②混亂度角度：在密閉條件下，體 系有從有序自發轉變為無序的傾向(無序體系更加穩定)③具有方
向性： 即過程的某個方向在一定條件下自發進行，而該過程逆方 向在該條件下肯定不能自發進行(單向不可逆)
(3)非自發過程：一定條件下，需持續借助外力才能進行的過程
一、自發過程和自發反應
1、自發過程
1、哪些化學反應可自發進行 如何判斷化學反應自發進行的方向
鐵釘生銹、面包發霉
思考
①具有方向性，即反應的某個方向在一定條件下是自發的，則其 逆反應在該條件下肯定不自發，如：鐵器暴露于潮濕的空氣中會 生銹，是自發的，則鐵銹變為鐵在該條件肯定不是自發的
②體系趨向于從高能量狀態轉變為低能量狀態
③體系趨向于從有序體系轉變為無序體系
(3)應用①可被用來完成有用功。 如 ：H 燃燒可設計成原電池②非自 發過程要想發生，必須對它做功。如 ：通電將水分解為H 和O
(1)定義：在給定條件下，可以自發地進行到顯著程度的化學反應。
如：鋼鐵生銹，面包腐敗等
(2)自發反應的特征
2、自發反應
【幾點強調】
① 自發反應也需要一定條件引發反應，一旦反應后即可自發進行 ② 一般的，如果一個過程是自發的，則其逆過程就是非自發的。
非自發過程要想發生，則必須對它做功，如利用水泵可將水從低
處抽向高處，通電可將水分解生成氫氣和氧氣
③判斷某反應是否自發，只是判斷反應的方向，與是否會發生、 反應的快慢、反應的熱效應無關
(1)根據條件判斷：不是看是否需要條件，而是看是否需要持續施加
外力(如加熱等)(2)根據其逆向過程是否自發判斷：若逆向過程自發 ,則正向過程一定不自發；若逆向過程不自發，則正向過程一定自
發
3、自發過程的判斷
練一練
1.正誤判斷
(1)在一定條件下，不用借助外力就能自發進行的過程是自發過程(√ )
(2)自發過程不需任何條件就能發生(×)
(3)室溫下冰變成水屬于自發過程(√ )
(4)能自發進行的反應，反應速率一定很大(×)
2、知道了某過程有自發性之后，則( A )A
.可判斷出過程的方向 B. 可
確定過程是否一定會發生C. 可預測過程發生
完成的快慢 D. 可判斷過程的熱效
應
2、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 行的主要原因嗎 它們有何共同特點
2Na(s)+Cl (g)=2NaCl(s)△H=-822 kJ mol-1
H (g)+F (g)=2HF(g) △H=-546.6 kJ mol-1
共同特點：△H<0 即都是放熱反應
3、從能量角度分析它們為什么可以自發進行
放熱反應使體系能量降低，能量越低越穩定，△H<0 有利于反應自發進行
C H (g)+50 (g)=3CO (g)+4H O(I)△H=-22 · 17.5kJ·mol-1
4Fe(s)+3O (g)=Fe O (s)△H=-1648.4 · kJ mol-1
思考
研究表明，對于化學反應而言，絕大多數放熱反應都能自發進行
,且反應放出的熱量越多，體系能量降低得也越多，反應越完全
。可見，反應的焓變是制約化學反應能否自發進行的因素之一， 但不是唯 一因素
2、焓判據(能量判據):放熱反應過程中體系能量降低，因此具 有自發進行的傾向，科學家提出用焓變(能量變化)來判斷反應進 行的方向，這就是焓判據(能量判據)。
二、化學反應進行的方向與焓變的關系
1、化學反應進行的方向與△H 之間的關系
(1)結論：放熱反應使體系能量降低，能量越低越穩定，△H<0 有 利于反應自發進行
是不是所有自發進行的化學反應都是放熱的 吸熱的自發 過程
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
②N O 分解：2N O (g)=4NO (g)+O (g)△H=+109.8kJ · mol-1
③碳銨的分解：(NH ) CO (s)=NH HCO (s)+NH (g)△H=+ 74.9kJ ·mol-1
既不吸熱也 不放熱的自 發過程
兩種理想氣體的混合，如：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，當抽掉玻璃片后，可以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，最后兩瓶中氣體的顏色相同
結論 △H<0有利于反應自發進行，但自發反應不一定要△H<0。因此，焓變只是反應能 否自發進行的一個因素，但不是惟一因素。只根據焓變來判斷反應方向是不全面 的
3、焓變與化學反應進行方向的關系①大多數放熱反應是自發進行 的。如：燃燒反應、中和反應等②有些吸熱反應，也可以自發進行 ,如：2N O (g)=4NO (g)+O (g)△H=+109.8 kJ·mol-1
【幾點強調】
(1)焓判據只能用于判斷過程的方向，能否實現要看具體條件；
(2)焓判據只判斷一定條件化學反應能否自發進行，與化學反 應速率無關。
(3)反應焓變是反應能否自發進行的一個因素，但不是唯一因 素 ，只根據焓變來判斷反應方向是不全面的
練一練
3、知道了某過程有自發性之后，則(A )
A.可判斷出過程的方向
B.可確定過程是否一定會發生
C. 可預測過程發生完成的快慢
D. 可判斷過程的熱效應
4、以下自發反應可用能量判據來解釋的是( D )
A、硝酸銨自發地溶于水
B、2N O (g)=4NO (g)+O (g)△H=+56.7kJ/mo l
C、(NH ) CO (s)=NH HCO (s)+NH (g)△H=+74 .9kJ/mol D、2H (g)+O (g)=2H O(l) △H=-571.6 kJ/mol
下課后學生的狀態如何 一盒排列整齊的火柴隨機拋下
這些看似不相干的事件之間有什么聯系嗎
體系趨向于由有序轉變為無序，混亂度增大的過程，有利于自發進行
思考
(1)熵的概念：自發過程的體系趨向于由有序轉變為無序，體系的 混亂度增大。體系的混亂度常用熵來描述，熵的概念是表示體系 的混亂或無序程度的物理量，其符號為S, 單 位 ：J/(mol ·K)
。熵值越大，體系的混亂度越大
(2)熵變：生成物與反應物的熵值之差，用△S表示
三、化學反應進行的方向與熵變的關系
S(冰):47.9 J·mol- 1·K- 1 S(水):69.9 J·mol-1·K-1 S(水蒸氣：188.7J·mol-1·K-1
1、熵、熵變的概念
大
(4)反
應過程中氣體物質的量增加的反應是熵增大(5)固體的溶解過程、 墨水擴散過程和氣體擴散過程是熵增大
(1)同一條件下，不同的物質熵值不同(2)同一物質的熵與其聚集
狀態及外界條件有關，對同一種物質不同狀態時熵值大小為 S(g)>S(1)>S(s)(3)物質的量越大，分子數越多，熵值越
2、影響熵大小的因素
練一練
5、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
△S<0
(2)硫酸銅溶于水
△S>0
(3)CaCO (s)=CaO(s)+CO (g) △S>0
(4)2N O (g)=4NO (g)+O (g)
△S>0
(5)2H (g)+O (g)=2H O(I)
△S<0
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( 符號△S) 大于零，這個原理叫做熵增原理。在用熵變來判斷過程 的方向時，就稱為熵判據(1)當△S>0 時，反應為熵增反應，在
一定條件下能自發進行(2)當△S<0 時，反應為熵減反應，在一 定條件下不能自發進行
(3)△S越大，越有利于反應自發進行
3、熵判據
自發反應一定是熵增加的反應嗎 2H ( g)+O (g)=2H O(l),是自發反應，但該反應是熵減的反應 結論
△S>0有利于反應自發進行，自發反應不一定要△S>0。因 此 ，熵變是反應能否自發進行的一個因素，但不是惟一因素
①許多熵增的反應是自發的(多是氣體分子數目增多的反應),如：氯酸 鉀分解等
②有些熵減的反應也可以自發進行，
如：Ca(OH) (aq)+CO (g)=CaCO (s)+H O(l)
4、熵變與化學反應進行方向的關系
4 、我們已經知道：△H<0 有利于反應自發；△S>0 有利于反應自發。 這兩個因素都對反應的自發性產生重要影響，但都有各自的局限性 ,那么我能不能把這兩個因素合并起來， 一塊考慮呢
思考
美國吉布斯
1、自由能變化：符號為△G, 單位為kJ·mol-1。
2、自由能變化與焓變、熵變的關系：△G=△H -TAS。
△G不僅與焓變，熵變有關，還與溫度有關(T:開式溫度=攝氏度
+273.15)
3、反應方向與自由能的關系：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。
反應進行方向的判斷方法：
(1)當△G<0 時，反應能自發進行(2) 當△G=0 時，反應處于平衡狀態(3) 當△G>0 時，反應不能自發進行
四、自由能與化學反應的方向
△H △S △G
反應自發性
— 一 十 負數一正數 恒<0
任何溫度下都自發
十 — 正數一負數 恒>0
任何溫度下都不自發
— 負數一溫度×負數 正負不確定
低溫自發
高溫不自發
十 十 正數—溫度×正數 正負不確定
高溫自發
低溫不自發
反應熱 熵值
反應的自發性
△H<0 △S>0
所有溫度都自發進行
△H<0 △S<0
低溫下溫度能自發進行
△H>0 △S>0
高溫下時能自發進行
△H>0 △S<0
所有溫度下都不能自發進行
記憶回訣：
熱小熵大都自發 熱小熵小低自發 熱大熱大高自發 熱大熵小不自發
反應方向與自由能的關系
△H<0 △H>0
△S>0 △S>0
所有溫度下 高溫下
反應自發進行 △H<0 反應自發進行 △H>0
△H
△S<0 △S<0
低溫下 所有溫度下
反應自發進行 反應不能自發進行
△S
【幾點強調】
①焓變和熵變都與反應的自發性有關，又都不能獨立地作為自 發性的判據，要判斷反應進行的方向，必須綜合考慮體系的焓 變和熵變
②根據△H-T△S<0 判斷的只是反應自發進行的可能性，具體 的反應能否實際發生，還涉及化學反應速率的問題
③只適用于沒有發生的反應
【練一練】
6、判斷下列反應能否自發進行
2KClO (s)=2KCl(s)+3O (g)△H=-78.03 kJ·mol-1
△S=494.4 J·mol-1●K-1
CO(g)=C(s,石墨)+1/2O (g)△H=110.5 kJ·mol-1 △S=-89.36J·mol-1●K-1
CaCO (s)=CaO(s)+CO (g)△H(298K)=178.2 kJ·mol-1 △S (298K)=169.6 J·mol-1·K-1

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