高中化學(xué) 第二章 第四節(jié) 化學(xué)反應(yīng)進行的方向課件 新人教版選修4.ppt

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第二章 第四節(jié) 化學(xué)反應(yīng)進行的方向,臨川二中 劉肅林,化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化 工業(yè)合成氨,水總是自發(fā)地由高處往低處流,自然界中有許多自然而然發(fā)生的現(xiàn)象，請同學(xué)們聯(lián)系生活知識，列舉一些能自動發(fā)生的例子？,自然界中水總是從高處往低處流； 電流總是從電位高的地方向電位低的地方流動； 室溫下冰塊自動融化； 墨水擴散； 食鹽溶解于水,鐵器暴露在潮濕空氣中會生銹； 酸堿中和； Zn與CuSO4溶液會自動反應(yīng)生成Cu和ZnSO4 甲烷和氧氣的混合氣體遇明火就燃燒,自發(fā)過程,自發(fā)反應(yīng),（2）自發(fā)反應(yīng)：在給定的條件下不需外界幫助就能進行到顯著程度的反應(yīng)，稱為自發(fā)反應(yīng)。,（1）自發(fā)過程：在一定條件下，不借助外部力量就能自動進行的過程。,特征：,有明確的方向性，具有對外做功的本領(lǐng)。,2.非自發(fā)反應(yīng) ：,在一定條件下，需要外界做功才能進行的反應(yīng)。,一、自發(fā)過程與自發(fā)反應(yīng),1.自發(fā)過程與自發(fā)反應(yīng),3.條件改變，非自發(fā)反應(yīng)可能轉(zhuǎn)變?yōu)樽园l(fā)反應(yīng),1、自發(fā)反應(yīng)一定能自動進行，而非自發(fā)反應(yīng)一定不能發(fā)生，這句話對嗎？說明理由。,【思考與交流】,解析：不對，某些自發(fā)反應(yīng)需要在一定條件下才能自動進行，非自發(fā)反應(yīng)具備了一定條件也能發(fā)生。例如甲烷燃燒是自發(fā)反應(yīng)，但需要點燃或加熱才能發(fā)生；石灰石分解為氧化鈣和二氧化碳常溫下為非自發(fā)反應(yīng)，在高溫下可以發(fā)生。,尋找反應(yīng)能否自發(fā)進行的判據(jù),2Na(s) + 2H2O (l) = 2NaOH + H2 (g) △H=－368 kJ/mol (B) 3Fe(s)+3/2O2(g)=Fe2O3(s) △H=－824 kJ/mol (C) 2H2(g)+O2(g)=2H2O(l ) △H=－571.6kJ/mol (D)NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l) △H=－57.3kJ/mol,【思考與交流】,共同特點：,從能量角度分析它們?yōu)槭裁纯梢宰园l(fā)？,體系傾向于從高能態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軕B(tài) △H 0 有利于反應(yīng)自發(fā)進行,△H 0 即放熱反應(yīng),1、焓判據(jù) （1） △H ＜ 0，有利于反應(yīng)自發(fā)進行（體系趨向于從高能狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軤顟B(tài)這時體系會對外部做功或釋放熱量）。 （2）對于化學(xué)反應(yīng)而言，絕大多數(shù)的放熱反應(yīng)能自發(fā)進行，且放出的熱量越多，體系能量降低越多，反應(yīng)越完全。,二、化學(xué)反應(yīng)進行方向的判斷,1、已知金剛石和石墨在氧氣中完全燃燒的熱化學(xué)方程式為： ① C(金剛石、s)+O2(g) ＝CO2(g) △H1＝－395.41kJ/mol ② C(石墨、s)+O2(g) ＝ CO2(g) △H2＝－393.51kJ/mol 關(guān)于金剛石與石墨的轉(zhuǎn)化，下列說法正確的是（ ） A.金剛石轉(zhuǎn)化成石墨是自發(fā)進行的過程 B.石墨轉(zhuǎn)化成金剛石是自發(fā)進行的過程 C.石墨比金剛石能量低 D.金剛石比石墨能量低,A C,課堂練習(xí),②只能判斷一定條件下化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進行，與化學(xué)反應(yīng)速率無關(guān) ③△H 0，有利于反應(yīng)自發(fā)進行，但自發(fā)反應(yīng)不一定△H 0。,①條件改變，自發(fā)反應(yīng)和非自發(fā)反應(yīng)可能相互轉(zhuǎn)化（某一條件下的自發(fā)反應(yīng)在另一條件下可能是非自發(fā)反應(yīng)）如： CaO+CO2 = CaCO3；常溫下為自發(fā)反應(yīng)，高溫條件下其逆反應(yīng)是自發(fā)反應(yīng)。,（3）注意：,2N2O5(g)＝4NO2(g)+O2(g) △H=+56.7kJ/mol,(NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g) △H=+74.9 kJ/mol,2NH4Cl(s)+ Ba(OH)2·8 H2O(s),有序,混亂,,思考：焓變（△H）是決定反應(yīng)能否自發(fā)進行的因素之一，但不是唯一因素。還有哪些因素？,熵：用來量度體系混亂度的一個物理量，符號：S,混亂度,# # # # # # # A# # # # # # # # # # # # #,% % % % % % B % % % % % % % % % %,# % # % # % # % # % # % # % # % # % # % # % # % # % # % # % # % # % # %,,始態(tài),終態(tài),初態(tài)有較高的“有序性”；混合后有序性就降低了，也就是說混合過程中氣體存在狀態(tài)的“混亂度”增加了。如：固體的溶解等。,為了解釋這樣一類與能量狀態(tài)的高低無關(guān)的過程的自發(fā)性，提出了在自然界還存在著另一種能夠推動體系變化的因素——熵。,2、熵判據(jù) （1）熵：用來量度體系混亂度的一個物理量，符號：S，單位： J·mol－1·K－1 [T(K)=273+t(℃)] （2）熵值大?。?①體系的混亂度越大，熵值越大； ②同一條件下，不同物質(zhì)的熵值不同； ③同一物質(zhì)，S（g）﹥S（l）﹥S（s）。,二、化學(xué)反應(yīng)進行方向的判斷,△S=S(生成物)－S(反應(yīng)物),生成物總熵與反應(yīng)物總熵之差,△S 0 有利于反應(yīng)自發(fā)進行。,①熵增加過程：a.固體溶解；b.氣體擴散；c.液體混合；d.水的氣化 ②熵增加反應(yīng)：氣體物質(zhì)的量增大的反應(yīng)；,（3）常見熵增加過程與熵增加反應(yīng),（4）熵判據(jù)——熵增原理 與外界隔絕的體系中，自發(fā)過程將導(dǎo)致體系的熵增大，即熵變大于零（符號： △S0）,△S 0有利于反應(yīng)自發(fā)進行， 自發(fā)反應(yīng)不一定要△S 0,1、下列反應(yīng)中，在高溫下不能自發(fā)進行的是（ ）,D. CO(g)＝C(s)＋1/2O2,B. 2N2O5(g)＝4NO2(g)＋O2(g),A. (NH4 )2CO3(s)＝NH4HCO3(s)+NH3(g),C. MgCO3(s)＝MgO(s)＋CO2(g),D,熵減,熵增,熵增,熵增,課堂練習(xí),思考：自發(fā)反應(yīng)一定是熵增加的反應(yīng)嗎？,② 2Al(s)+Fe2O3(s)=Al2O3(s)+2Fe(s) △S=－39.35J?mol-1?K-1,① -10 ℃ 的水會自動結(jié)冰,（5）注意：,△H=－2528KJ?mol-1,3、自由能判據(jù) 正確判斷一個化學(xué)反應(yīng) 是否能夠自發(fā)進行，必須綜合考慮反應(yīng)的焓變和熵變 （1）自由能（恒溫、恒壓） △G=△H - T ·△S 符號：△G ；單位：J·mol－1 [T(K)=273+t(℃)] （2）自由能大小判斷依據(jù)： ①當△G0時，反應(yīng)不自發(fā)進行； ③當△G=0時，可逆反應(yīng)到達平衡狀態(tài)。,1、恒溫恒壓時判斷反應(yīng)是否能夠自發(fā)進行 （1）△H ＜0； △S 0 （2）△H 0； △S ＜0 （3）△H ＜0； △S ＜0 （4）△H 0； △S 0,自發(fā),非自發(fā),不一定,不一定,2、判斷這兩個反應(yīng)什么條件下自發(fā)進行？,（1）NH3(g)+HCl(g)＝NH4Cl(s) △H ＜0；△S ＜0 （2）CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) △H(298K)= + 178.2kJ?mol-1, △S(298K)= + 169.6J?mol-1?K-1,低溫可行,高溫可行,課堂練習(xí),△H,△S,化學(xué)反應(yīng)進行方向的判據(jù),１、能量判據(jù)(焓判據(jù)）：,判據(jù)之一,２、熵判據(jù)：,能量最低原理——焓減小有利于反應(yīng)自發(fā)。,熵增原理。,判據(jù)之一,３、復(fù)合判據(jù)：,焓判據(jù)結(jié)合熵判據(jù),小結(jié)：,①當△G0時，反應(yīng)不自發(fā)進行； ③當△G=0時，可逆反應(yīng)到達平衡狀態(tài),①、反應(yīng)的自發(fā)性只能用于判斷反應(yīng)的方向，與化學(xué)反應(yīng)速率無關(guān)。,②、反應(yīng)的自發(fā)性受外界條件的影響。,如：金剛石有向石墨轉(zhuǎn)化的傾向，但是能否發(fā)生，什么時候發(fā)生，多快才能完成，就不是能量判據(jù)和熵判據(jù)能解決的問題了。涂有漆的鐵和未涂漆的鐵發(fā)生腐蝕過程的自發(fā)性是相同的，但是只有后者能實現(xiàn)。,如：常溫下石灰石分解生成生石灰和二氧化碳是非自發(fā)性的，但在1273K時，這一反應(yīng)就是自發(fā)的反應(yīng)。,4、注意,思考：只要條件合適，非自發(fā)反應(yīng)一定能轉(zhuǎn)變?yōu)樽园l(fā)反應(yīng)？,解析：不對，例如二氧化碳和水轉(zhuǎn)變?yōu)榧淄楹脱鯕?，石墨轉(zhuǎn)化為金剛石等，其△H0 ，△S≈0在任何條件下其△G0，不可能發(fā)生。,1、 下列說法中正確的是（ ） A.凡是放熱反應(yīng)都是自發(fā)的，吸熱反應(yīng)都是非自發(fā)的 B.自發(fā)反應(yīng)一定是熵增大，非自發(fā)反應(yīng)一定是熵減小或不變 C.熵增加且放熱的反應(yīng)一定是自發(fā)反應(yīng) D.非自發(fā)反應(yīng)在任何條件下都不能實現(xiàn),C,2、以下自發(fā)反應(yīng)可用焓判據(jù)來解釋的是( ) A、硝酸銨自發(fā)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,課堂練習(xí),3、高溫時空氣中的N2和O2會反應(yīng)生成NO而污染大氣：N2（g）+ O2（g）= 2NO（g）。試通過計算說明在1200℃的條件下，此反應(yīng)能否正向自發(fā)進行？估算自發(fā)進行的最低溫度是多少？ （已知：△H=+180.50kJ·mol-1 ，△S =+247.7J·mol-1·K-1，設(shè)ΔH和ΔS不隨溫度而變）,課堂練習(xí),化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化 工業(yè)合成氨,