化學(xué)化學(xué)反應(yīng)進行的方向山東臨沂人教選修

化學(xué)化學(xué)反應(yīng)進行的方向山東臨沂人教選修第1頁/共36頁化學(xué)反應(yīng)原理新課標人教版選修四第二章化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡第四節(jié)化學(xué)反應(yīng)進行的方向山東省莒南縣第三中學(xué)高二化學(xué)組張琛2010.10.19星期二第2頁/共36頁①自然界中水總是從高處往低處流；②墨水擴散，食鹽溶解于水1、生活中的自發(fā)過程④生活中電流總是從電位高的地方向電位低的地方流動，其反方向也不會自動進行；③生活中一般在室溫下，冰塊會融化；鐵器暴露在潮濕空氣中會生銹；甲烷和氧氣的混合氣體遇明火就燃燒，這些過程都是自發(fā)的，其逆過程就是非自發(fā)的。第3頁/共36頁高山流水冰雪融化第4頁/共36頁花開花謝第5頁/共36頁說明：(1)自然界中水由高處往低處流是自發(fā)過程，其逆過程就是非自發(fā)過程，甲烷與氧氣混合遇火就燃燒是自發(fā)反應(yīng)，其逆向是非自發(fā)反應(yīng)。

(2)自發(fā)過程和自發(fā)反應(yīng)可被利用來完成有用功。如向下流動的水可推動機器，甲烷燃燒可在內(nèi)燃機中被利用來做功，可將氫氣燃燒反應(yīng)設(shè)計成燃燒電池等。

(3)非自發(fā)過程要想發(fā)生，則必須對它做功，如利用水泵可將水從低處流向高處，通電可將水分解生成氫氣和氧氣。第6頁/共36頁(4)在討論過程的方向時，指的是沒有外界干擾時體系的性質(zhì)。如果允許外界對體系施加某種作用，就可能出現(xiàn)相反的結(jié)果。如水泵可以把水從低水位升至高水位；用高溫可使石灰石分解。實現(xiàn)后者的先決條件是要向體系中輸入能量，該過程的本質(zhì)仍然是非自發(fā)性的。(5)反應(yīng)的自發(fā)性也受外界條件的影響。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)。第7頁/共36頁自發(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。自發(fā)反應(yīng)：在一定溫度、壓強下，不借助(光、電能等）外部力量即能進行，或具有發(fā)生的可能性的反應(yīng)稱為自發(fā)反應(yīng)。自發(fā)反應(yīng)是從屬于自發(fā)過程的，是屬于自發(fā)過程的一部分。那么我們該如何判斷一個過程，一個反應(yīng)能否自發(fā)進行呢？一個過程或者一個反應(yīng)要自發(fā)的進行是否要符合什么條件呢？第8頁/共36頁自發(fā)過程中變化趨勢：自然界中水總是從高處往地處流；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；觀察下列幾個自發(fā)進行的化學(xué)反應(yīng)，找出它們的共同之處鈉與水反應(yīng)2Na(s)+2H2O(l)=2NaOH(aq)+H2(g)△H=－368kJ/mol(2)鐵生銹：3Fe(s)+3/2O2(g)=Fe2O3(s)△H=－824kJ/mol(3)氫氣和氧氣反應(yīng)：2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)△H=－571.6kJ/mol共同點：△H<0，放熱反應(yīng)，高能向低能轉(zhuǎn)化。共同點：高能向低能轉(zhuǎn)化。第9頁/共36頁一、反應(yīng)焓變與反應(yīng)方向：自發(fā)過程的體系取向于從高能狀態(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，焓變小于0)，這一經(jīng)驗規(guī)律就是焓判據(jù)，是判斷化學(xué)反應(yīng)進行方向的判據(jù)之一。第10頁/共36頁注意：（1）焓判據(jù)只能用于判斷過程的方向，能否實現(xiàn)要看具體條件；（2）焓判據(jù)只判斷一定條件化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進行，與化學(xué)反應(yīng)速率無關(guān)。（3）反應(yīng)焓變是反應(yīng)能否自發(fā)進行的一個因素，但不是唯一因素

第11頁/共36頁交流研討19世紀，化學(xué)家們曾認為決定化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進行的因素是反應(yīng)熱：放熱反應(yīng)可以自發(fā)進行，而吸熱反應(yīng)則不能自發(fā)進行。你同意這種觀點嗎？請舉例說明。第12頁/共36頁2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8H2O(s)=BaCl2(s)+2NH3(g)+10H2O(l)NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)=CH3COONH4(aq)+CO2(g)+H2O(l)△H=37.3kJ/molCaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)

△H=178.2kJ/mol2NaHCO3(s)=Na2CO3(s)+CO2(g)+H2O(g)

△H=126.1kJ/mol舉例：第13頁/共36頁總結(jié)：焓變作為判斷反應(yīng)自發(fā)性的依據(jù)：若△H<0，正向反應(yīng)能自發(fā)進行；若△H>0，正向反應(yīng)不能自發(fā)進行，而逆向反應(yīng)能自發(fā)進行。第14頁/共36頁墨水滴入水中氣體的擴散第15頁/共36頁固體的溶解第16頁/共36頁一副嶄新的撲克牌被洗過后會怎樣？如果沒有法律的制約，世界會怎樣？下課鈴一響教室里會怎樣？你能發(fā)現(xiàn)這些看似不相干的事件之間的聯(lián)系嗎？克勞修斯

（德國）熵S第17頁/共36頁二、熵（S）：

1.描述體系混亂度的物理量

2.符號：S單位：J?mol-1?K-13.大小判據(jù)：（1）物質(zhì)的混亂度：體系混亂度越大，熵值越大；（2）同一條件：不同物質(zhì)的熵值不同；

（3）物質(zhì)的存在狀態(tài)：S(g)>S(l)>S(s)。

第18頁/共36頁69.9Jmol-1K-147.9Jmol-1K-1188.7Jmol-1K-1S(g)>S(l)>S(s)三種狀態(tài)下水的熵

冰水水蒸氣第19頁/共36頁CH4O2CO2H2NH3186.15205.03214130192H2O(l)HNO3(l)Br2(l)69.9156152NaClFe金剛石SiO2CuO72.127.32.441.8442.7標準狀況下：1mol不同物質(zhì)的熵S(Jmol-1K-1)第20頁/共36頁4.反應(yīng)熵變:反應(yīng)產(chǎn)物的總熵與反應(yīng)物總熵之差

(1)符號：△S(2)表達式:△S=∑S(生成物)–

∑S

(反應(yīng)物)(3)正負判斷：

①氣體體積增大的反應(yīng)，△S>0,熵增加反應(yīng)②氣體體積減小的反應(yīng)，△S<0,熵減小反應(yīng)

練習(xí)：判斷下列反應(yīng)熵變大小：1、N2+3H2=2NH32、2C+O2=2CO3、CaCO3=CaO+CO2△S＜0△S>0△S＞0第21頁/共36頁1、冰→

液態(tài)水

→

水蒸氣2、氯化鈉晶體溶于水3、自發(fā)進行的吸熱反應(yīng)：N2O5分解：

2N2O5(g)＝4NO2(g)+O2(g)

△H=+56.7kJ/mol碳酸銨的分解：(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g)

△H=+74.9kJ/mol共同點：熵（S）增加【探究】下列自發(fā)過程熵變的特點第22頁/共36頁三、反應(yīng)熵變與反應(yīng)方向：

在與外界隔離的體系中，自發(fā)過程將導(dǎo)致體系的熵增大，這一經(jīng)驗規(guī)律叫做熵增原理。是在用來判斷化學(xué)反應(yīng)方向時就稱為熵判據(jù)注意：（1）熵變只是反應(yīng)能否自發(fā)進行的一種因素；（2）熵變（△S）只決定于體系的始態(tài)和終態(tài)，與變化的途徑無關(guān)；（3）熵判據(jù)只判斷一定條件化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進行，與化學(xué)反應(yīng)速率無關(guān)。第23頁/共36頁總結(jié)：自發(fā)過程的兩大變化趨勢：（1）能量趨于減小(焓減）（2）混亂度趨于增大（熵增）第24頁/共36頁2KClO3(s)=2KCl(s)+3O2(g)△H=-78.3kJ/mol△S=494.4J/mol/K一定能自發(fā)反應(yīng)CO(g)=C(s,石墨)+1/2O2(g)△H=110.5kJ/mol△S=-89.4J/mol/K

一定不能自發(fā)反應(yīng)4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)=4Fe(OH)3(s)△H=-444.3kJ/mol△S=-280.1J/mol/K低溫下能自發(fā)反應(yīng)NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)=CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l)△H=37.30kJ/mol△S=184.0J/mol/K高溫下能自發(fā)反應(yīng)舉例：第25頁/共36頁焓變熵變化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進行H＜0S＞0H＞0S＜0H＜0S＜0H＞0S＞0科學(xué)家們總結(jié)出了一條公式△G＝△H－T△S，△G代表的是自由能，用自由能來判斷反應(yīng)進行的方向是最全面最科學(xué)的，當△G<0時，反應(yīng)就可以自發(fā)進行任何溫度都自發(fā)進行不能自發(fā)進行較低溫度時自發(fā)進行高溫時自發(fā)進行總結(jié)：第26頁/共36頁四、焓變與熵變對反應(yīng)方向的共同影響

1.判據(jù)：△H-T△S2.判據(jù)與反應(yīng)的自發(fā)性：

<0反應(yīng)自發(fā)進行△H-T△S=0反應(yīng)達平衡狀態(tài)

>0反應(yīng)不能自發(fā)進行第27頁/共36頁3.適用判據(jù)應(yīng)注意的問題：（1）判斷反應(yīng)的自發(fā)性要結(jié)合△H和△S，利用△H-T△S（2）條件是一定溫度、壓強下（3）反應(yīng)具有自發(fā)性，只能說明這個反應(yīng)有進行的趨勢，但這個反應(yīng)到底能不能反應(yīng)，那還要看反應(yīng)進行的限度和反應(yīng)進行的速率。第28頁/共36頁1.能用能量判據(jù)判斷下列過程的方向的是（）A.

水總是自發(fā)的由高處往低處流B.

放熱反應(yīng)容易自發(fā)進行，吸熱反應(yīng)不能自發(fā)進行C.

有序排列的火柴散落時成為無序排列D.

多次洗牌后，撲克牌的毫無規(guī)律的混亂排列的幾率大A針對性練習(xí)：第29頁/共36頁2.已知石墨、金剛石燃燒的熱化學(xué)方程式分別為：C(石墨，s)+O2（g）=CO2（g）

△H=-393.5kJ/molC(金剛石，s)+O2（g）

=CO2（g）

△H=-395.4kJ/mol關(guān)于金剛石和石墨的相互轉(zhuǎn)化，下列說法正確的是（）A.石墨轉(zhuǎn)化為金剛石是自發(fā)進行的過程B.金剛石轉(zhuǎn)化為石墨是自發(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BC第30頁/共36頁3.下列過程屬于熵增加的是（）A.固體的溶解過程B.氣體擴散過程C.水蒸氣變?yōu)橐簯B(tài)水D.CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)4.下列說法中，正確的是（）A.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B.自發(fā)反應(yīng)在恰當條件下才能實現(xiàn)C.自發(fā)反應(yīng)在任何條件下均能實現(xiàn)D.同一物質(zhì)的固、液、氣三種狀態(tài)的熵值相同ABB第31頁/共36頁5.下列反應(yīng)中在高溫下不能自發(fā)進行的是（）A.CO(g)=C(s)+1/2O2(g)B.2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)C.(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g)D.MgCO3(s)=MgO(s)+CO2(g)A第32頁/共36頁6.下列說法完全正確的是()A.放熱反應(yīng)均是自發(fā)反應(yīng)

B.ΔS為正值的反應(yīng)均是自發(fā)反應(yīng)

C.物質(zhì)的量增加的反應(yīng)，ΔS為正值

D.如果ΔH和ΔS均為正值，當溫度升高時，反應(yīng)可能自發(fā)進行D第33頁/共36頁7.下列反應(yīng)中，ΔS最大的是()A.CaCO3(s)＝CaO(s)+CO2(g)B.2SO2(g)+O2(g)＝2SO3(g)C.N2(g)+3H2(g)＝2NH3(g)