高中化学 第二章 第4节 化学反应进行的方向课件 新人教版选修4.ppt

第二章化学反应速率和化学平衡 2 4化学反应进行的方向 第1课时 以自然界水往低处流的现象引出课题 自发反应和非自发反应的探究 采用放热的反应如燃烧等可以自发进行引出焓判据 但有的吸热的反应也可以自发进行 利用焓判据的局限性从而引出熵判据 熵增的反应可以自发进行 但是有些熵减的反应也可以自发进行 引出复合判据自由能 创设情境让学生在学习中亲身经历从现实生活中发现和提出问题并解决问题的过程 从中感受知识是怎样形成的 利用实验进行假设 从总结归纳中获得新知识 培训学生思维的严谨性 通过熵的推导了解建立科学的探究方法 学会运用矛盾论的思想解决焓变 熵变对自发过程的共同影响问题 通过内容的情境化 引导学生主动探究学习 水总是自发地由高处往低处流 自然界中有许多自然而然发生的现象 请同学们联系生活知识 列举一些能自动发生的化学反应 1 了解自发过程和化学反应的自发性 2 通过 有序 和 无序 的对比 了解熵和熵变的概念 3 初步了解焓变和熵变对化学反应方向的影响 能用焓变和熵变说明化学反应的方向 自发过程 在一定条件下 不需要外力作用就能自动进行的过程非自发过程 在一定条件下 需持续借助人为作用才能进行的过程 自发反应 在给定的条件下 一个反应可以自发地进行到显著程度就称为自发反应 镁条燃烧 酸碱中和 铁器暴露在潮湿空气中会生锈 甲烷和氧气的混合气体遇明火就燃烧 锌与cuso4溶液会自动反应生成cu和znso4等 这些过程都是自发的 其逆过程就是非自发的 化学反应中的自发过程 1 钠与水反应 2na s 2h2o l 2naoh h2 g h 368kj mol 2 铁生锈 3fe s 3 2o2 g fe2o3 s h 824kj mol 3 氢气和氧气反应 2h2 g o2 g 2h2o l h 571 6kj mol 共同点 放热反应 h 0 一 自发过程的能量判据 1 能量判据 自发过程的体系取向于从高能状态转变为低能状态 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 注 能量判据又称焓判据 即 h 0的反应有自发进行的倾向 焓判据是判断化学反应进行方向的判据之一 nh4hco3 s ch3cooh aq co2 g ch3coonh4 aq h2o l h 37 30kj mol 自发反应一定要 h o 结论 h o有利于反应自发进行 自发反应不一定要 h o焓变是反应能否自发进行的一个因素 但不是惟一因素 h 56 7kj mol h 74 9kj mol 知道了某过程有自发性之后 则 可判断出过程的方向可确定过程是否一定会发生可预测过程发生完成的快慢可判断过程的热效应 a 有序 混乱 有序 无序 混乱 扩散 在密闭条件下 体系有从有序自发地转变为无序的倾向 因为与有序体系相比 无序体系更加 稳定 三 熵 熵增原理 熵判据 1 熵 定义 用来量度混乱 或无序 程度的物理量 熵值越大 无序程度越大 符号 s 单位 j mol 1 k 1 同种物质的s 气态 液态 固态 物质熵大小的规律 物质的量越大 分子数越多 s越大 物质的组成越复杂 s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越多 s越大 s 甲醇 s 乙醇 s 丙醇 2 熵变 s s s产物 s反应物 3 熵判据 在与外界隔离的体系中 自发过程将导致体系的熵增大 4 熵判据的局限性 1 自发过程不一定熵增 零下水结冰 2 熵增不一定自发 石灰石高温分解 自发反应一定是熵增加的反应吗 2al s fe2o3 s al2o3 s 2fe s s 39 35j mol 1 k 1 结论 s o有利于反应自发进行 自发反应不一定要 s o 熵变是反应能否自发进行因素 但不是惟一因素 caco3 s cao s co2 g 这个反应能否自发进行 已知 h 298k 178 2kj mol 1 s 298k 169 6j mol 1 k 1 熵判据的局限性 1 自发过程不一定熵增 零下水结冰 2 熵增不一定自发 石灰石高温分解 三 自发过程的综合判定 g 0自由能 g h t s 注 1 恒温恒压2 t为热力学温度 单位是 开 3 g 0过程自发4 过程的自发性只是用于判断过程的方向 不能确定一定会发生及速率5 没有外界干扰6 平衡状态 g 0 体系自由能变化 g 综合考虑了焓变和熵变对反应体系的影响 g h t s 在恒温 恒压下 用 g判断化学反应在该状况时自发进行的方向显得更为科学 当 g 0时可自发进行 自发进行 不自发进行 低温时 高温时 低温时 高温时 低温不自发 高温自发 低温自发 高温不自发 h 1 很多情况下 简单地只用其中一个判据判断同一个反应 可能会出现相反的判断结果 所以应两个判据兼顾 由能量判据 以焓变为基础 和熵判据组合成的复合判据 吉布斯自由能变 g 将更适合于所有的过程 2 过程的自发性只能用于判断过程的方向 不能确定过程是否一定会发生和过程发生的速率 例如 涂有防锈漆和未涂防锈漆的钢制器件 其发生腐蚀过程的自发性是相同的 但只有后者可以实现 又如装在不同地方的气体等例子 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 如果允许外界对体系施加某种作用 就可能出现相反的结果 如 水泵可以把水从低水位升至高水位 用高温可使石灰石分解 高温高压石墨转化为金刚石的例子 实现后者的先决条件是要向体系中输入能量 该过程的本质仍然是非自发性的 1 下列反应中 在高温下不能自发进行的是 d co g c s 1 2o2 g b 2n2o5 g 4no2 g o2 g a nh4 2co3 s nh4hco3 s nh3 g c mgco3 s mgo s co2 g d 熵减 熵增 熵增 熵增 2 下列说法正确的是 a 凡是放热反应都是自发的 由于吸热反应都是非自发性的 b 自发反应一定是熵增大 非自发反应一定是熵减小或不变c 自发反应在恰当条件下才能实现 d 自发反应在任何条件下都能实现 c 影响因素 焓减小有利于反应自发 熵增大有利于反应自发 自发反应中的焓变和熵变的关系 1 在温度 压力一定的条件下 放热的熵增加的反应一定能自发进行2 在温度 压力一定的条件下 吸热的熵减少的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 当焓变和熵变的作用相反且二者相差不大 温度可能对反应的方向起决定性作用5 无热效应的自发过程是熵增加的过程 如两种理想气体的混合等 物质所具有的能量 h 熵变 熵 焓变 焓 计算公式 单位 符号 定义 生成物总能量与反应物总能量之差 kj mol 1 混乱度 s j mol 1 k 1 j mol 1 k 1 kj mol 1 h s h h 生成物 h 反应物 s s 生成物 s 反应物 生成物总熵与反应物总熵之差 1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 2碳酸铵 nh4 2co3 在室温下就能自发地分解产生氨气 对其说法中正确的是 a 其分解是因为生成了易挥发的气体 使体系的熵增大 b 其分解是因为外界给予了能量 c 其分解是吸热反应 据能量判据碳酸铵不能自发分解 d 碳酸盐都不稳定 都