化學(xué)化學(xué)平衡狀態(tài)探究課件蘇教版選修

第1課時判斷化學(xué)反應(yīng)方向的依據(jù)第二單元化學(xué)反應(yīng)的方向和限度什么是能量最低原理？提示原子的核外電子按一定規(guī)律排列(按能量由低到高的順序依次排布)才能使整個原子的能量處于最低狀態(tài)。從宏觀物質(zhì)角度出發(fā)，物質(zhì)所具有的能量越低，物質(zhì)越穩(wěn)定。焓變是什么？提示焓是物質(zhì)自身具有的能量，是物質(zhì)自身固有的性質(zhì)，用符號H表示。焓無法測量，不同的物質(zhì)具有不同的焓。在化學(xué)反應(yīng)中由于反應(yīng)物和生成物所含的能量(焓)不同，就會有能量的變化，這個能量的變化即焓值差，就是我們所說的焓變。焓變用符號ΔH表示，常用單位為kJ·mol－1。從宏觀角度分析：ΔH＝H生成物－H反應(yīng)物，其中H生成物表示生成物的焓的總量；H反應(yīng)物表示反應(yīng)物的焓的總量。1．2．了解自發(fā)過程和化學(xué)反應(yīng)的自發(fā)性。通過“有序”和“無序”的對比，了解熵和熵變的概念。初步了解焓變和熵變對化學(xué)反應(yīng)方向的影響，能用焓變和熵變說明化學(xué)反應(yīng)的方向。1．2．3．篤學(xué)一自發(fā)過程和自發(fā)反應(yīng)自發(fā)過程自發(fā)反應(yīng)含義在一定條件下，_______________就能自發(fā)進(jìn)行的過程在一定溫度和壓強(qiáng)下，無需外界幫助就能自動進(jìn)行的反應(yīng)特征具有_______，即反應(yīng)的某個方向在一定條件下是自發(fā)的，而其逆方向在該條件下肯定不是_____的舉例高山流水，自由落體運動鋼鐵生銹應(yīng)用(1)可被用來完成有用功。如H2燃燒可設(shè)計成原電池

(2)非自發(fā)過程要想發(fā)生，必須對它做功。如通電將水分解為H2和O2不用借助于外力方向性自發(fā)自發(fā)反應(yīng)是一定能發(fā)生反應(yīng)，而非自發(fā)反應(yīng)是一定不能發(fā)生反應(yīng)嗎？提示自發(fā)反應(yīng)、非自發(fā)反應(yīng)是指該反應(yīng)過程是否有自發(fā)進(jìn)行的傾向，而這個過程是否一定會發(fā)生則不能確定。如C的燃燒是一個自發(fā)反應(yīng)，但要想發(fā)生反應(yīng)，需借助外界條件點燃才能發(fā)生。

【慎思1】 H2的燃燒是自發(fā)反應(yīng)嗎？該過程體系的能量和熵如何變化，說明什么問題？提示

H2的燃燒屬自發(fā)反應(yīng)，該過程放出熱量，體系能量降低，但熵減小，說明判斷一定反應(yīng)進(jìn)行的方向要綜合考慮焓判據(jù)和熵判據(jù)。【慎思2】篤學(xué)二

化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的判據(jù)1.熵判據(jù)(1)熵①體系傾向(密閉容器)：

②含義：衡量一個體系混亂度的物理量；符號為S。③特點：同一種物質(zhì)不同狀態(tài)時熵值大小為S(g)____S(l)

___S(s)。2.＞＞(2)熵增原理在與外界隔離的體系中，自發(fā)過程將導(dǎo)致體系的熵_____，即熵變(符號ΔS)_____零。(3)熵判據(jù)體系有自發(fā)地向混亂度_____(即_____)的方向轉(zhuǎn)變的傾向，因此可用_____來判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向。復(fù)合判據(jù)體系能量降低和混亂度增大都有促使反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的傾向。因此，要正確判斷一個化學(xué)反應(yīng)是否能自發(fā)進(jìn)行，必須綜合考慮反應(yīng)的焓變的(ΔH)和熵變(ΔS)，只根據(jù)一個方面來判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向是不全面的。3．增大大于增加熵增熵變吸熱反應(yīng)一定不能自發(fā)進(jìn)行嗎？舉例說明。提示不一定。多數(shù)自發(fā)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)是放熱反應(yīng)，但也有不少吸熱反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。如Ba(OH)2·8H2O與氯化銨反應(yīng)。【慎思3】

下列關(guān)于能量判據(jù)和熵判據(jù)的說法中，不正確的是

(

)。A．放熱的自發(fā)過程可能是熵減小的過程，吸熱的自發(fā)過

程一定為熵增加的過程B．由能量判據(jù)(以焓變?yōu)榛A(chǔ))和熵判據(jù)組合成的復(fù)合判

據(jù)將更適合于所有的過程C．在室溫下碳酸鈣分解反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行，但同樣是這

個吸熱反應(yīng)在較高溫度(1200K)下則能自發(fā)進(jìn)行D．放熱過程(ΔH＜0)或熵增加(ΔS＞0)的過程一定是自發(fā)的【慎思4】提示放熱的自發(fā)過程可能是熵減小的過程，如鐵生銹、氫氣燃燒等；也可能是熵?zé)o明顯變化或增加的過程，如金剛石和石墨的互變熵不變，活潑金屬與酸的置換反應(yīng)熵增加等。吸熱的自發(fā)過程應(yīng)為熵增加的過程，否則，就無法進(jìn)行，如冰的融化、硝酸銨溶于水等，故A對。很多情況下，簡單地只用其中一個判據(jù)判斷同一個反應(yīng)，可能會出現(xiàn)相反的判斷結(jié)果，所以應(yīng)兩個判據(jù)兼顧，絕不能片面地思考問題，因此B正確，D是錯誤的。有一些吸熱反應(yīng)在室溫條件下不能自發(fā)進(jìn)行，但在較高溫度下則能自發(fā)進(jìn)行，如碳酸鈣的分解反應(yīng)，故C正確。答案

D與焓變的關(guān)系要點一|化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向與焓變、熵變的關(guān)系1．自發(fā)反

應(yīng)的

特點放熱反應(yīng)過程中體系能量降低，具有自發(fā)進(jìn)行的傾向自發(fā)反應(yīng)與焓變的關(guān)系多數(shù)放熱反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行(ΔH＜0)NaOH(aq)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l)2Na(s)＋2H2O(l)===2NaOH(aq)＋H2(g)很多吸熱反應(yīng)也能自發(fā)進(jìn)行(ΔH＞0)NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)===CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l)自發(fā)反應(yīng)與焓變的關(guān)系有一些吸熱反應(yīng)常溫下不能自發(fā)進(jìn)行，但在較高溫度下則能自發(fā)進(jìn)行(ΔH＞0)結(jié)論多數(shù)自發(fā)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)是放熱反應(yīng)，但也有很多吸熱反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，因此，反應(yīng)焓變是與反應(yīng)進(jìn)行的方向有關(guān)的因素之一，但不是決定反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的唯一因素與熵變的關(guān)系2.自發(fā)應(yīng)的特點化學(xué)反應(yīng)有趨向于最大混亂度的傾向自發(fā)反應(yīng)與熵變的關(guān)系許多熵增加的反應(yīng)在常溫、常壓下可以自發(fā)進(jìn)行。產(chǎn)生氣體的反應(yīng)，氣體物質(zhì)的量增加的反應(yīng)，熵變通常都是正值，為熵增反應(yīng)2H2O2(aq)===2H2O(l)＋O2(g)有些熵增的反應(yīng)在常溫、常壓下不能自發(fā)進(jìn)行，但在較高溫度下可以自發(fā)進(jìn)行C(s，石墨)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)少數(shù)熵減的反應(yīng)，在一定條件下也可以自發(fā)進(jìn)行結(jié)論反應(yīng)熵變是與反應(yīng)進(jìn)行的方向有關(guān)的因素之一，但不是決定反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的唯一因素

下列說法正確的是 (

)。A．ΔH＜0、ΔS＞0的反應(yīng)在溫度低時不能自發(fā)進(jìn)行B．NH4HCO3(s)===NH3(g)＋H2O(g)＋CO2(g)

ΔH＝＋

185.58kJ·mol－1能自發(fā)進(jìn)行，原因是體系有自發(fā)地向

混亂度增加的方向轉(zhuǎn)變的傾向C．因為焓變和熵變都與反應(yīng)的自發(fā)性有關(guān)，因此焓變或

熵變均可以單獨作為反應(yīng)自發(fā)性的判據(jù)D．在其他外界條件不變的情況下，使用催化劑，可以改

變化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向解析依據(jù)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的復(fù)合判據(jù)ΔH－TΔS＜0知：A項ΔH＜0，ΔS＞0，則ΔH－TΔS一定小于0，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，而C項則不全面，D項：催化劑只能改變反應(yīng)速率而不能改變反應(yīng)的方向。答案

B【例】從能量角度(即焓變)看，化學(xué)反應(yīng)趨向于最低能量狀態(tài)的傾向，而從熵變角度看，化學(xué)反應(yīng)呈現(xiàn)最大混亂度的傾向，在實際的化學(xué)變化中，ΔH與ΔS傾向有時會出現(xiàn)矛盾，因此，在分析一個具體化學(xué)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的方向時，不能孤立地使用焓判據(jù)或熵判據(jù)來分析，否則，可能會得出錯誤的結(jié)論，要注意應(yīng)用焓判據(jù)和熵判據(jù)綜合進(jìn)行分析，即凡是能夠使體系能量降低，熵增大的方向就是化學(xué)反應(yīng)容易進(jìn)行的方向?！倔w驗1】?

下列反應(yīng)中在高溫下不能自發(fā)進(jìn)行的是 (

)。解析已知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；A、B、C、D中的反應(yīng)均為分解反應(yīng)且都為吸熱反應(yīng)，即ΔH>0；A、C、D三個反應(yīng)又是熵增的反應(yīng)，所以在高溫下能自發(fā)進(jìn)行，B不是熵增的反應(yīng)，在高溫下不能自發(fā)進(jìn)行。答案

B一個化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行，既與反應(yīng)的焓變有關(guān)，又與反應(yīng)的熵變有關(guān)。在等溫、等壓條件下，化學(xué)反應(yīng)的方向是由反應(yīng)的焓變和熵變共同決定的。反應(yīng)方向的判據(jù)為：ΔH－TΔS<0，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行；ΔH－TΔS＝0，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；ΔH－TΔS>0，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。當(dāng)在等溫、等壓條件下，自發(fā)反應(yīng)總是向ΔH－TΔS<0的方向進(jìn)行，直至達(dá)到平衡狀態(tài)。實驗探究九化學(xué)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的判斷依據(jù)

(1)請你根據(jù)正反應(yīng)的焓變和熵變分析298K下合成氨反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行。(2)小明查閱資料發(fā)現(xiàn)工業(yè)上合成氨時采用的溫度是700K。可是他按照上述數(shù)據(jù)計算的結(jié)果卻是反應(yīng)無法自發(fā)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，你認(rèn)為這是為什么？【案例】解溫度，肯定會出現(xiàn)誤差，甚至是錯誤。若題目不作特別說明，一般可以認(rèn)為忽略溫度帶來的影響。計算時還要注意熵變析化學(xué)反應(yīng)中的ΔH、ΔS均會隨溫度的變化而變化。這種變化有時可以忽略不計，但有時也會對反應(yīng)的自發(fā)性判斷有著較為重要的影響。小明計算時選用的數(shù)據(jù)是298K時的ΔH、ΔS，若這時的數(shù)據(jù)套用700K的的單位往往是J·mol－1·K