2019-2020学年高中化学 第二章 化学反应速率和化学平衡 第4节 化学反应进行的方向课件 新人

第四节化学反应进行的方向学习目标重点难点1.知道焓、熵的概念。【重点】1.熵的大小判断。2.能根据化学反应利用焓变与熵变判断反应进行的方向。2.初步了解焓变和熵变与反应进行的方向之间的关系。【难点】能根据化学反应利用焓变与熵变判断反应进行的方向。1．自发过程(1)概念：在一定条件下，不用借助于______就可以自动进行的过程。反之为非自发过程。自发过程和非自发过程外力(2)特点①体系趋向于从______状态转变为______状态(这时体系会对外部做功或______热量)。②在密闭条件下，体系有从有序自发地转变为无序的倾向。与有序体系相比，无序体系“更加______”。(3)举例水由高处向低处流；气温升高时，冰雪融化。高能低能释放稳定2．自发反应(1)自发反应与非自发反应的概念(2)自发反应的特征具有方向性，即反应的某个方向在一定条件下是自发的，即其逆方向的反应在该条件下肯定不自发，如铁器暴露于潮湿的空气中会生锈是自发的，则铁锈变为铁肯定不是自发的。(3)自发过程和自发反应的应用①自发过程和自发反应可被用来完成有用功如向下流动的水可推动机器转动，甲烷可在内燃机中燃烧被用来做功，锌与CuSO4溶液的反应可被设计成原电池，氢气的燃烧反应可被设计成燃料电池等。②非自发过程要想发生，则必须对它做功如利用水泵可将水从低处引向高处，通电可将水分解成氢气和氧气。你能举出已学过的一些在常温下就能自发进行的化学反应吗？【答案】如氢氧化钡晶体与氯化铵晶体的反应，2H2O2(aq)===2H2O(l)＋O2(g)等。1．焓判据放热反应过程中体系能量________，具有________进行的倾向，科学家由此提出用______来判断反应进行的方向。2．熵判据(1)概念：用来度量体系________的物理量，熵值越大，混乱度______。(2)符号、单位：熵的符号为S，常用单位：J·mol－1·K－1。化学反应方向的判据降低自发焓变混乱度越大(3)熵值大小的判断①同一种物质的三种不同状态，熵值的大小是__________________。②气态物质的物质的量增大的反应，熵值__________。③与物质的量的关系：物质的量越大，分子数越多，熵值越大。④不同物质熵值间的关系：物质的组成越复杂其熵值越大，一般组成物质的原子种类相同时，一个分子中的原子数目越多，其混乱度就越大，熵值也越大。气态液态固态增大(3)熵增原理：在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵增大，即熵变(符号ΔS)______0。3．复合判据判断化学反应进行的方向同时考虑焓判据和熵判据判断化学反应进行的方向。(1)过程的自发性能用于判断过程的方向，不能确定过程______________和过程发生的速率。(2)综合考虑________的复合判据，将更适合于所有的过程。大于是否一定会发生焓和熵(1)解释KCl(s)溶于水是吸热过程，但能自发进行。【答案】氯化钾溶于水虽然吸热，但由于溶质分子扩散在溶剂中，使混乱度增大，熵增效应超过了能量效应，故能自发进行。(2)为什么焓变不能作为自发性的一般标准？【答案】化学反应进行的方向应由能量判据和熵判据组合而成的复合判据来判定，故焓变不能作为自发性的一般标准。化学反应进行的方向与焓变和熵变的关系1．焓判据化学反应方向的判据内容放热反应过程中体系能量降低，许多自发反应趋向于从高能量状态转变为低能量状态(这时体系会对外部做功或释放热量)，这一经验规律就是焓判据反应的焓变与反应方向的关系①多数能自发进行的化学反应是放热反应如在常温、常压下，氢氧化亚铁被氧化为氢氧化铁的反应是自发进行的，反应放热。4Fe(OH)2(s)＋O2(g)＋2H2O(l)===4Fe(OH)3(s)ΔH＝－444.3kJ/mol②有不少吸热反应也能自发进行如NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)===CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l)ΔH＝＋37.30kJ/mol③有一些吸热反应，在室温条件下不能自发进行，但在较高温度下则能自发进行如在室温下和较高温度下均为吸热反应的CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)ΔH(298K)＝＋178.2kJ/molΔH(1200K)＝＋176.5kJ/mol结论反应焓变是反应能否自发进行有关的一个因素，但不是唯一因素2.熵判据内容在与外界隔离的体系中，体系有自发地向混乱度增加(即熵增)的方向转变的倾向反应的熵变与反应方向的关系①许多熵增加的反应在常温、常压下可以自发进行产生气体的反应，气体物质的物质的量增大的反应，熵变通常都是正值，为熵增加的反应。如2H2O2(aq)===2H2O(l)＋O2(g)②有些熵增加的反应在常温、常压下不能自发进行，但在较高温度下可以自发进行如CaCO3(s)=====高温CaO(s)＋CO2(g)；C(s)＋H2O(g)=====高温CO(g)＋H2(g)反应的熵变与反应方向的关系③少数熵减的反应在一定条件下也可以自发进行如铝热反应是熵减小的反应，它在一定条件下也可以自发进行，2Al(s)＋Fe2O3(s)=====高温Al2O3(s)＋2Fe(s)；氢氧化钡晶体与氯化铵晶体的反应结论熵变是反应能否自发进行有关的又一个因素，但也不是唯一的因素3.复合判据(1)复合判据由焓判据知放热过程常常是容易进行的；由熵判据知熵增的过程是自发的。很多情况下，用不同的判据判断同一个反应，可能会出现相反的判断结果，所以我们应两个判据兼顾。在温度、压强一定的条件下，化学反应方向是反应的焓变和熵变共同影响的结果，反应方向的复合判据为ΔG＝ΔH－TΔS。(2)复合判据与反应方向的关系①ΔH－TΔS0，反应能自发进行。②ΔH－TΔS＝0，反应达到平衡状态。③ΔH－TΔS0，反应不能自发进行。焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响ΔHΔSΔH－TΔS反应情况－＋永远是负值在任何温度下过程均自发进行＋－永远是正值在任何温度下过程均非自发进行＋＋低温为正，高温为负低温时非自发，高温时自发－－低温为负，高温为正低温时自发，高温时非自发判断反应自发进行的传统方法(1)由不稳定物质向稳定物质转变。2NaHCO3=====△Na2CO3＋CO2↑＋H2O稳定性：Na2CO3NaHCO3。(2)对于复分解反应类型的离子反应，一般是由易电离的物质向难电离的物质转变或向离子浓度减小的方向转变。①由溶解度大的物质向溶解度小的物质转变。Na2SO4＋CaCl2===CaCO4↓＋2NaClCaSO4＋Na2CO3===CaCO3＋Na2SO4溶解度：CaCl2CaSO4CaCO3。②由强酸(碱)向弱酸(碱)转变。HCl＋CH3COONa===CH3COOH＋NaCl2CH3COOH＋Na2CO3===2CH3COONa＋CO2↑＋H2O酸性：HClCH3COOHH2CO3。(3)由难挥发性(高沸点)物质向易挥发性(低沸点)物质转变。①由难挥发性酸向易挥发性酸转变。NaCl＋H2SO4(浓)=====△NaHSO4＋HCl↑H2SO4(浓)比盐酸难挥发。②由高沸点的金属向低沸点的金属转变。2RbCl＋Mg=====熔融MgCl2＋2Rb↑沸点：MgRb。(4)由氧化性(还原性)强的物质向氧化性(还原性)弱的物质转变。2FeCl3＋2KI===2FeCl2＋2KCl＋I22FeCl2＋Cl2===2FeCl3氧化性：Cl2FeCl3I2。下列说法正确的是()A．ΔH＜0、ΔS＞0的反应在温度低时不能自发进行B．NH4HCO3(s)===NH3(g)＋H2O(g)＋CO2(g)ΔH＝＋185.58kJ/mol能自发进行，原因是体系有自发地向混乱度增加的方向转变的倾向C．因为焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓变或熵变均可以单独作为反应自发性的判据D．在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂，可以改变化学反应进行的方向【答案】B【解析】依据反应自发进行的复合判据ΔH－TΔS＜0知：A项ΔH＜0，ΔS＞0，则ΔH－TΔS一定小于0，反应能自发进行；而C项则不全面；D项催化剂只能改变反应速率而不能改变反应的方向。下列过程属非自发的是()A．水由高处向低处流B．室温下水结成冰C．气体从高密度处向低密度处扩散D．煤气的燃烧【答案】B【解析】自然界中水由高处向低处流、煤气的燃烧、气体从高密度处向低密度处扩散、室温下冰的融化都是自发过程，其逆向都是非自发的。下列反应在高温下不能自发进行的是()A．MgCO3(s)===MgO(s)＋CO2(g)B．CO(g)===C(s)＋12O2(g)C．NH4Cl(s)===NH3(g)＋HCl(g)D．2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)【答案】B【解析】已知在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵增大；A、B、C、D中的反应均为分解反应且都为吸热反应，即ΔH0；A、C、D三个反应又是熵增的反应，所以在高温下能自发进行，B不是熵增的反应，在高温下不能自发进行。(2018年福建厦门月考)下列关于判断过程的方向的说法中正确的是()A．所有自发进行的化学反应都是放热反应B．高温高压下可以使石墨转化为金刚石是自发的化学反应C．ΔH0的反应也可能是自发进行的D．存在焓变的过程一定是化学反应【答案】C解析：N2O5的分解、碳酸铵的分解都是自发的吸热反应，故A项错误，C项正确；石墨转化为金刚石为非自发过程，故B项错误；同一种物质的不同状态之间的转化也存在焓变，D项错误。【答案】熵增效应大于能量效应【解析】该反应是吸热反应，根据焓判据是不能自发进行的，该反应之所以能够自发进行是由于熵增效应，并且熵增效应大于能量效应。25℃和1.01×105Pa时，反应2N2O5(g)4NO2(g)＋O2(g)ΔH＝＋56.7kJ/mol自发进行的原因是________________________________________