高中化学 第二章 化学反应速率和化学平衡 第四节 化学反应进行的方向课件 新人教版选修5.ppt

第四节化学反应进行的方向 第二章化学反应速率和化学平衡 学习目标定位 了解自发过程和自发反应的主要特点 了解焓判据 熵判据的含义 会用焓变和熵变判断反应进行的方向 新知导学 达标检测 内容索引 新知导学 1 自发过程 在一定条件下 不借助外力而自发进行的过程 回答下列问题 1 下列现象的发生 你认为是自发过程的是 填字母 a 水由高处往低处流b 气温升高冰雪融化c 室温下 水自动结成冰d 生锈的铁变光亮 一 自发过程和自发反应 答案 2 自发过程具有的特点 能量角度体系趋向于从状态转变为状态 体系对外部做功或者热量 混乱度角度体系趋向于从状态转变为状态 高能 低能 释放 有序 无序 2 有下列化学反应 白磷自燃 氯化氢分解 煤燃烧 钠与水反应 酸碱中和反应 其中属于能自发进行的化学反应 简称自发反应 的是 属于放热反应的是 1 化学反应进行的方向与焓变的关系 1 分析下列反应进行的方向与 h之间的关系 naoh aq hcl aq nacl aq h2o l 酸碱中和反应是热反应 h0 常温下自发进行 2na s 2h2o l 2naoh aq h2 g 该反应是热反应 h0 常温下自发进行 nh4hco3 s ch3cooh aq co2 g ch3coonh4 aq h2o l h 0 该反应在常温下自发进行 caco3 s cao s co2 g h 0 该反应在常温下自发进行 但在较高温度下自发进行 二 化学反应进行的方向与焓变 熵变的关系 放 能 放 能 能 不能 能 2 自发反应与焓变的关系多数自发进行的化学反应是放热反应 但也有很多吸热反应能自发进行 因此 反应焓变是与反应进行的方向有关的因素之一 但不是决定反应能否自发进行的唯一因素 2 化学反应进行的方向与熵变的关系 1 熵的概念自发过程的体系趋向于由转变为 体系的混乱度 体系的混乱度常用熵来描述 熵的概念是表示体系的程度的物理量 其符号为s 熵值越大 体系的越大 2 影响熵大小的因素 同一条件下 不同的物质熵值 同一物质的熵与其聚集状态及外界条件有关 如对同一种物质不同状态时熵值大小为s g s l s s 气体物质的物质的量越大 分子数越多 熵值越 有序 无序 增大 混乱或无序 混乱度 不同 大 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 即熵变 符号 s 零 这个原理叫做 在用来判断过程的方向时 就称为熵判据 当 s 0时 反应为反应 在一定条件下自发进行 当 s 0时 反应为反应 在一定条件下自发进行 4 反应熵变是与反应进行的方向有关的因素之一 但不是决定反应能否自发进行的唯一因素 如 2al s fe2o3 s al2o3 s 2fe s s 39 35j mol 1 k 1 上述反应为熵减少的反应 但在一定条件下 该反应也能自发进行 说明 熵判据 也具有一定的局限性 增大 大于 熵增原理 熵变 熵增 能 熵减 不能 1 从焓变 能量 角度 h0 有利于反应自发进行 3 在实际的化学反应中 若 h与 s符号相同时 对化学反应的方向的影响作用出现矛盾 因此 在分析一个具体化学反应自发进行的方向时 不能孤立地使用焓判据或熵判据来分析 否则 可能会得出错误的结论 例1下列自发反应可用焓判据来解释的是a 2n2o5 g 4no2 g o2 g h 56 7kj mol 1b nh4 2co3 s nh4hco3 s nh3 g h 74 9kj mol 1c 2h2 g o2 g 2h2o l h 571 6kj mol 1d caco3 s cao s co2 g h 178 2kj mol 1 答案 解析 解析从焓变的角度分析 化学反应由高能状态向低能状态转化 使体系能量降低 表现为放热反应较易进行 例2下列说法正确的是a 在常温下 放热反应一般能自发进行 吸热反应都不能自发进行b nh4hco3 s nh3 g h2o g co2 g h 185 57kj mol 1 能自发进行 原因是体系有自发地向混乱度增加的倾向c 因为焓变和熵变都与反应的自发性有关 因此焓变和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 解析 解析a项错误 有些能使熵值增大的吸热反应可以自发进行 c项错误 焓变和熵变均不能单独作为反应自发性的判据 d项中使用催化剂只能降低反应的活化能 增大反应速率 不能改变反应的方向 1 用焓变和熵变的复合判据判断反应的方向 1 由焓判据知反应是易进行的 由熵判据知熵值是自发的 很多情况下用不同的判据判定同一个反应 可能会出现相反的判断结果 2 体系的自由能变化 符号为 g 单位为kj mol 1 综合考虑了焓变和熵变对体系的影响 可用于化学反应自发进行的方向的判断 g 三 化学反应进行的方向与自由能变化的关系 放热 增加 h t s 2 已知反应 2no g 2co g n2 g 2co2 g 在298k 101kpa的条件下 其 h 113 0kj mol 1 s 145 3j mol 1 k 1 该反应 填 能 或 不能 用于消除汽车尾气中的no 理由为 能 该反应的 h t s 69 7kj mol 1 0 说明该反应在理论上是可行的 所以能用于消除汽车尾气中的no 解析 g h t s 113 0kj mol 1 298k 145 3 10 3kj mol 1 k 1 69 7kj mol 1 0 故理论上该反应能自发进行 答案 解析 1 复合判据判断反应方向的有关规律 当 h0 则 g0 s0 反应一定不能自发进行 当 h 0 s 0或 h 0 s 0时 反应能否自发进行与温度有关 一般低温时焓变影响为主 高温时熵变影响为主 2 反应发生的条件有多种 g h t s这个判据只能用于温度 压强一定条件下的反应 不能用于其他条件 如温度 体积一定 下的反应 3 反应的自发性只能判断方向性 反应能否实现 还要看具体的反应条件 例3已知吸热反应2co g 2c s o2 g 设 h和 s不随温度而变 下列说法中正确的是a 低温下能自发进行b 高温下能自发进行c 任何温度下都能自发进行d 任何温度下都不能自发进行 答案 解析 解析已知反应2co g 2c s o2 g 的 h 0 s 0 所以 h t s 0 在任何温度下反应都是不能自发进行的 a b c错误 d正确 例4回答下列问题 1 用钌的配合物作催化剂 一定条件下可直接光催化分解co2 发生反应 2co2 g 2co g o2 g 该反应的 h 填 或 下同 0 s 0 在低温下 该反应 填 能 或 不能 自发进行 答案 不能 2 超音速飞机在平流层飞行时 尾气中的no会破坏臭氧层 科学家正在研究利用催化技术将尾气中的no和co转变成co2和n2 化学方程式为2no 2co 2co2 n2 反应在常温下能够自发进行 则反应的 h 填 或 0 答案 解析 解析因为 s 0 且 g h t s 0 故 h 0 3 已知在100kpa 298k时石灰石分解反应caco3 s cao s co2 g 的 h 0 s 0 则 该反应常温下 填 能 或 不能 自发进行 答案 解析 不能 解析常温下石灰石不分解 据本题反应数据分析 温度 填 能 或 不能 成为反应方向的决定因素 能 解析该反应的 h 0 s 0 属于熵增加的吸热反应 故在高温下该反应能够自发进行 4 已知caso4 s co g cao s so2 g co2 g h 218kj mol 1 该反应能够自发进行的反应条件是 答案 解析 高温 解析自发反应的条件是 h t s0 故t 即t值较大 该反应应在高温下进行 5 某吸热反应能自发进行 则该反应的 s 填 或 0 解析吸热反应能自发进行 即 h 0 h t s0 故 s 0 学习小结 达标检测 1 知道了某过程有自发性之后 则a 可判断过程的方向b 可确定过程是否一定会发生c 可预测过程发生完成的快慢d 可判断过程的热效应 答案 1 2 3 4 5 解析 解析判断某反应是否自发 只是判断反应的方向 与反应是否会发生 反应的快慢 反应的热效应无关 2 下列关于焓变与反应方向的叙述中正确的是a 化学反应的焓变与其反应的方向无关b 化学反应的焓变直接决定了反应的方向c 反应焓变为正值时不利于反应自发进行d 焓变为负值的反应都能自发进行 答案 解析 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 解析可逆反应的正 逆反应其焓变的数值相等 但是符号 变化趋势 相反 故a项错误 焓变对反应方向有直接影响 但不能决定反应进行的方向 b项错误 焓变为负值的反应多数能自发进行 但有的也不是自发反应 d项错误 焓变为正值 吸收热量 体系能量升高 不利于反应自发进行 c项正确 3 下列说法完全正确的是a 自发进行的反应均是放热反应b s为正值的反应均能自发进行c 物质的量增加的反应 s为正值d caco3 s 受热分解为cao s 和co2 g s 0 答案 解析 1 2 3 4 5 解析有些吸热反应也可以自发进行 如 nh4 2co3 s nh4hco3 s nh3 g 故a错 熵变与反应的自发性有关 但不能独立地作为反应是否自发的判据 故b错 物质的量增加的反应 其混乱度不一定增加 即 s不一定为正值 如2h2s g o2 g 2h2o l 2s s 故c错 caco3 s 的分解产生了气体 为熵增加反应 故d正确 1 2 3 4 5 4 已知在等温等压条件下 化学反应方向的判据为 h t s0反应不能自发进行设反应a d e h t s 4500 11t j mol 1 要防止反应发生 温度必须a 高于409kb 低于136kc 高于136k而低于409kd 低于409k 答案 解析 1 2 3 4 5 解析要防止反应发生需满足 h t s 0的条件 解不等式得t 409k 故a正确 1 2 3 4 5 5 回答下列问题 1 汽车燃油不完全燃烧时产生co 有人设想按下列反应除去co 2co g 2c s o2 g 已知该反应的 h 0 简述该设想能否实现的依据 1 2 3 4 5 该反应是 h 0 s 0的反应 任何温度下均不能自发进行 答案 2 下列反应中 在高温下不能自发进行的是 填字母 a co g c s o2 g b 2n2o5 g 4no2 g o2 g c nh4 2co3 s nh4hco3 s nh3 g d mgco3 s mgo s co2 g 答案 1 2 3 4 5 解析 解析a b c d的 h 0 b c d反应的 s 0 h t s0 所以在高温时该反应不能自发进行 a 3 运用化学反应原理研究合成氨反应有重要意义 请完成下列探