高中化学（情景导入+课前导读+知识解惑+课堂演练）第二章 第1节 化学反应的方向课件 鲁科版选修4.ppt

第1节化学反应的方向 化学反应的方向 限度与速率 冬天降临的时候 驻守在彼得堡的俄军换装 发棉衣服时发现 成千上万套的棉衣服上 所有的扣子都没有了 俄皇知道了这件事 大发雷霆 传令 要把负责监制军服的大臣问罪 这位大臣明知道 所有军服都是钉了用锡做的扣子的 可为什么都丢了呢 他拿过几套衣服一看 果真没有扣子 但是 在钉扣子的地方 却有一小堆灰色的粉末 这是怎么回事呢 难道扣子会化了吗 这件事被一位科学家知道了 他对愁眉苦脸的大臣说 包上这些粉末 跟我去见皇帝 我会帮助你 见了皇帝 科学家说 扣子是用锡做的 锡这种东西一遇低温 它的晶体就会改变 成为粉末 人们管这种现象叫 锡疫 一般情况下 只要在13 2 以下 锡就会变成粉末 已知0 100kpa条件下白锡 灰锡反应的焓变和熵变分别为 h 2180 9j mol 1 s 6 61j mol 1 k 1 你会扮演科学家 从化学原理上 计算 出锡怕冻吗 一 反应焓变与反应方向的关系1 焓 热力学上定义物质的状态函数 是体系的性质 符号 单位 2 焓变 体系的状态改变时 某状态时每一物质的焓变 符号 单位 公式 1 hkj mol 12 hkj mol 1 h h生成物 h反应物 3 吸热反应 化学反应中吸收热量 h为正值 表示从体系中吸收能量 即h反应物h生成物 4 化学反应的自发过程与焓变体系总是趋向于从高能状态变为低能状态 这时体系会对外部做功或释放热量 这一经验规律就是能量判据 二 反应熵变与反应方向1 熵 物质的一个状态函数 用来描述体系的混乱度 符号为s 单位为 2 熵变 化学反应发生物质的变化或物质状态的变化 符号为 s 单位为 3 反应的自发过程与熵变 1 体系由有序转变为无序 导致体系的熵增加 这一经验规律叫做熵增加原理 2 熵变是反应能否自发进行 的一种因素 填 有关 唯一 或 决定 j mol 1 k 1 j mol 1 k 1 有关 4 1 在密闭条件下 体系由有序自发地转变为无序的倾向 这种推动体系变化的因素称作熵 熵用来描述体系的 符号为s 2 同一物质 在气态时熵值 液态时 固态时 即s g s l s s 如水在固态冰时混乱度较小 sm s 很小 在液态水时混乱度较大 sm l 较大 在气态水中混乱度最大 sm g 最大 3 固体的溶解过程 墨水的扩散过程和气体的扩散过程 都是体系混乱度 的过程 即熵 的过程 混乱度 最大 次之 最小 增大 增加 4 反应的熵变 s为反应产物总熵与反应物总熵之差 对于确定的化学反应 在一定条件下具有确定的熵变 5 产生气体的反应 气体物质的量增大的反应 熵变通常都是 值 为熵 的反应 许多熵增加的反应在常温 常压下可以自发进行 如 2h2o2 aq 2h2o l o2 g s 57 16j mol 1 k 1 正 增加 nh4hco3 s ch3cooh aq co2 g ch3coonh4 aq h2o l s 184 0j mol 1 k 1 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 cao s co2 g s 169 6j mol 1 k 1c s 石墨 h2o g co g h2 g s 133 8j mol 1 k 1 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 al2o3 s 2fe s s 39 35j mol 1 k 1 三 焓变与熵变对反应方向的共同影响1 焓和熵都为化学热力学函数 其变化只决定于体系的 态和 态 与 无关 2 h和 s共同影响一个化学反应在一定条件下能否自发进行 它们与化学反应速率无关 始 终 变化途径 3 化学反应方向的判据在温度和压力一定的条件下 自发反应总是向 h t s 0的方向进行 直至反应达化学平衡状态即 0 4 对反应方向判据的讨论 1 在温度下 压力一定的条件下 的反应一定能够自发进行 如2kclo3 s 2kcl s 3o2 g h 78 03kj mol 1 s 494 4j mol 1 k 1 2 在温度 压力一定的条件下 的反应一定不能自发进行 如co g c s 石墨 o2 g h 110 5kj mol 1 s 89 36j mol 1 k 1 放热的熵增加 吸热的熵减少 3 当焓变和熵变的影响相反时 如果二者大小相差悬殊 可能是某一因素占主导地位 如 4fe oh 2 s 2h2o l o2 g 4fe oh 3 s h 444 3kj mol 1 s 280 1j mol 1 k 1 对反应的方向起决定性的作用 再如 nh4hco3 s ch3cooh aq co2 g ch3coonh4 aq h2o l h 37 30kj mol 1 s 184 0j mol 1 k 1 则 h t s 0 此时 对反应起决定性作用 以上反应均在常温下进行 熵变 焓变 4 当焓变与熵变的影响相反且相差不大时 有可能对反应的方向起决定性作用 5 温度与反应方向的关系图为 温度 所有温度 高温 低温 反应焓变和反应方向 1 反应焓及焓变 1 焓 是描述物质具有能量的一个物理量 符号 h 单位 kj mol 1 2 焓变 体系状态改变时 反应产物的总焓与反应物的总焓之差 与变化的途径无关 只与初态和终态有关 h h2 h1 单位 kj mol 1 3 吸热反应 化学反应吸收热量 h为正值 表示体系从环境吸收热量 即h反应物 h生成物 放热反应 化学反应放出热量 h为负值 表示体系放热给环境 即h反应物 h生成物 2 自发过程和自发反应 1 自发过程 在一定条件下不借助外部力量就能自动进行的过程 如 生活中的自发过程 自然界中的水由高处往低处流 而不会自动从低处往高处流 物理学中研究的电流总是从电位高的地方向电位低的地方流动 日常生活中 气温一升高 冰雪自动融化 2 自发反应 在一定条件 如温度 压强 下 一个反应可以自发进行到一定程度 称为自发反应 常见的自发反应如下表 3 规律总结 1 大量化学实验事实证明 多数能自发进行的化学反应是放热的 例如表中的几个放热反应 2 不少吸热反应也能自发进行 例如表中前两个吸热反应 3 还有一些吸热反应在室温下不能自发进行 但在较高温度下则能自发进行 像表中最后一个吸热反应 碳酸钙分解 4 体系总是趋向于从高能状态转变为低能状态 这时体系往往会对外做功或释放热量 这一经验规律就是能量判断依据 即焓变与一个反应能否自发进行是有关的因素 4 结论 反应放热有利于反应自发进行 反应吸热也有可能自发进行 说明反应焓变是与反应能否自发进行有关的一个因素 但不是唯一因素 下列过程是非自发的是 a 水由高处向低处流b 天然气的燃烧c 铁在潮湿空气中生锈d 室温下水结成冰 解析 自然界中水由高处向低处流 天然气的燃烧 铁在潮湿空气中的生锈 室温下冰的融化 都是自发过程 其逆过程都是非自发的 答案 d 焓变与熵变对反应方向的共同影响 1 焓和熵均为热力学函数其变化只决定于体系的始态和终态 与变化的途径无关 且 h与 s共同影响一个化学反应在一定条件下能否自发进行 它们与化学反应速率无关 2 化学反应方向的判据在温度和压力一定的条件下 自发反应总是向 h t s 0的方向进行 直至达到平衡状态 这就是化学反应的综合判据 因为放热反应的焓变小于零 熵增加的反应的熵变大于零 都对 h t s 0作出贡献 因此放热和熵增加有利于反应的自发进行 其规律为 1 放热的熵增加反应一定能自发进行 2 吸热的熵减小反应一定不能自发进行 3 当焓变和熵变的作用相反时 如果二者大小相差悬殊 可能某一因素占主导地位 4 此外 如果焓变和熵变的作用相反且相差不大时 温度有可能对反应的方向起决定性作用 总之 在判断反应的方向时 应该同时考虑焓变与熵变这两个因素 用 h t s作为判据 注意 1 反应自发性的判据只是指出了反应自发进行的可能性 但不能确定化学反应是否一定会发生 因为反应能否实际发生还涉及到反应速率的问题 如 用于汽车尾气净化的一个反应 2no g 2co g n2 g 2co2 g 在298k 101kpa下 该反应的 h 113 0kj mol 1 s 145 3j mol 1 k 1 则 h t s 69 70kj mol 1 0 因此该反应在室温下能自发进行 但是该反应在室温下的反应速率极慢 几乎不能进行 但是该反应在室温下的反应速率极慢 几乎不能进行 2 在讨论反应进行的方向时 我们得出的结论是在一定条件下 不能随意应用于其他场合 3 在讨论过程的方向时 指的是没有外界干扰时体系的性质 若允许外界对体系施加某种作用 就可能出现相反的结果 例如石墨经高温高压是可以变成金刚石的 碳酸铵 nh4 2co3 在室温下就自发的分解产生氨气 对其说法中正确的是 a 碳酸铵分解是因为生成了易挥发的气体 使体系的熵增大b 碳酸铵分解是因为外界给予了能量c 碳酸铵分解是吸热反应 根据能量判据不能自发分解d 碳酸盐都不稳定 都能自发分解 解析 解决此题的依据是 熵增加原理是解释部分自发过程的判据 nh4 2co3自发分解 是因为体系中气态氨气的生成而使熵增大 答案 a 温度与反应方向的关系 1 焓与熵都是物质的状态函数 在一定温度范围内 温度变化对反应物与反应产物的焓 熵的影响程度几乎相等 所以对 h s的影响不大 当温度变化范围不大时 可以假定它们为常数 2 从化学反应方向的判据表达式 h t s看 温度t出现在熵变 s的系数上 所以也会对化学反应的方向有影响 温度与反应方向的关系如下图所示 已知298k下反应hcl g nh3 g nh4cl s h 176 4kj mol 1 s 284 3j mol 1 k 1 试判断该反应的自发性 解析 根据焓变和熵变作用相反 二者大小相差悬殊 可能某一因素占主导地位 此题中焓变对反应方向起决定性作用 由化学反应方向的判据计算如下 h t s 176 4kj mol 1 298k 284 3 10 3kj mol 1 k 1 91 7kj mol 1 0 答案 该反应在298k下为自发反应点评 焓变和熵变是一定温度下化学反应能否自发进行的复合判据 运用 h t s 0公式 1 过程的自发性的作用是 a 判断过程的方向b 确定过程是否一定会发生c 判断过程发生的速率d 判断过程的热效应 解析 反应过程的自发