高中化学 第2章 化学反应的方向、限度与速率 2.1 化学反应的方向课件12 鲁科版选修4.ppt

第2章化学反应的方向 限度与速率 第1节化学反应的方向 自发过程 在温度和压强一定的条件下 不借助光 电等外部力量就能自动进行的过程 水由高处流向低处 热由高温物体传向低温物体 能量越低越稳定 能量最低原理 举例 hcl aq naoh aq nacl aq h2o l h 298k 57 3kj mol 14fe oh 2 s 2h2o l o2 g 4fe oh 3 s h 298k 444 3kj mol 1ch4 g 2o2 g co2 g 2h2o l h 298k 890 6kj mol 1h2 g f2 g 2hf g h 298k 546 6kj mol 1 化学反应的方向 交流研讨 化学反应一般会朝什么样的能量方向自发进行呢 放热以后得到的生成物能量更低 更加稳定 一 反应焓变与反应方向 科学验证 将nh4cl固体与ba oh 2 8h2o晶体混合后 用玻璃棒搅拌 比较前后的温度变化并判断反应是否自发进行 2nh4cl s ba oh 2 8h2o s bacl2 aq 2nh3 g 10h2o l h 0 nh4hco3 s ch3cooh aq co2 g ch3coonh4 aq h2o l h 298k 37 30kj mol 1caco3 s cao s co2 g h 298k 178 2kj mol 1 常温下不自发 h 1200k 176 5kj mol 1 高温下自发 所以说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 交流研讨 同学们比较一下这几个反应 除了能量上存在吸热的共性 在其他方面还有什么共性呢 2nh4cl s ba oh 2 8h2o s bacl2 aq 2nh3 g 10h2o l h 0 nh4hco3 s ch3cooh aq co2 g ch3coonh4 aq h2o l h 298k 37 30kj mol 1caco3 s cao s co2 g h 298k 178 2kj mol 1 常温下不自发 h 1200k 176 5kj mol 1 高温下自发 都生成气体 科学证据 h2o s h2o l h2o g 自由度 冰 水 水蒸气 熵 用来描述体系混乱度的物理量 符号为s 单位 j mol 1 k 1 交流研讨 同学们都知道 固体硝酸铵 氢氧化钠 氯化钠和蔗糖都能自发的溶于水 那么它们溶解的自发过程又是什么引起的呢 是焓变还是熵变呢 水由固态到液态 再到气态的自发过程就是熵增所引起的 氯化钠固体的溶解 溶于水 自由移动的阴阳离子或分子 有序 混乱度小 固体的溶解也是熵增所引起的 小结 1 熵增有利于自发 2 同一条件下 不同物质的熵不同 对于同一物质s s s l s g 无序 混乱度大 2nh4cl s ba oh 2 8h2o s bacl2 aq 2nh3 g 10h2o l h 0 nh4hco3 s ch3cooh aq co2 g ch3coonh4 aq h2o l h 298k 37 30kj mol 1caco3 s cao s co2 g h 298k 178 2kj mol 1 常温下不自发 h 1200k 176 5kj mol 1 高温下自发 气体的生成导致熵值增加而促使反应在一定条件下自发进行 交流研讨 根据熵及熵变的理解 同学们思考一下具体什么样的化学反应为熵增的反应呢 请从反应特点的角度讨论分析 产生气体的反应 二 反应熵变与反应方向 反应熵变 s s 反应产物 s 反应物 s 0 熵增 s 0 熵减 气体的物质的量增大的反应 熵变是与反应能否自发进行有关的又一因素 但也不是唯一的因素 熵减自发的反应实例 例1 2al s fe2o3 s al2o3 s 2fe s s 39 4j mol 1 k 1 例2 工业上用浓氨水检验氯气管道是否漏气3cl2 g 8nh3 g n2 g 6nh4cl s s 0 三 焓变和熵变对反应方向的共同影响 h t s0反应不能自发进行 h0均对自发有贡献 因此放热和熵增均有利于反应自发进行 理论与实践 应用一 定性方面 氯化铵固体的加热实验 底部发生反应 上部发生反应 nh4cl s nh3 g hcl g nh3 g hcl g nh4cl s 为什么能够发生上述两个反应呢 理论与实践 定性方面 nh3 g hcl g nh4cl s h 0 s 0 自发 有利 不利 据 h t s 低温有利 高温不利 应用一 nh4cl s nh3 g hcl g h 0 s 0 自发 有利 不利 据 h t s 高温有利 低温不利 理论与实践 定量方面 应用二 汽车尾气中的主要污染物是一氧化氮和一氧化碳 它们是现代化城市的大气污染物 为了减轻大气污染 人们提出通过以下反应来处理汽车尾气 2no g 2co g n2 g 2co2 g 这一方案是否可行呢 解析 根据计算 h t s 746 8kj mol 1 298k 197 5 10 3kj mol 1 k 1 687 9kj mol 1 0 因此常温下反应能自发进行 但是 该反应速率极慢 需要使用催化剂来加速反应 所以理论计算只能说明反应在某一条件下朝某一方向的自发可能性 与速率没有必然的联系 已知 常温常压下 h 746 8kj mol 1 s 197 5j mol 1 k 1 研究思路 沙漏 建立自发过程 焓变的影响 气体的影响 熵的提出 熵变的影响 h t s 理论与实践 1 2 3 宇宙最大的奥秘 竟是它含有一些不变的法则 能让人类去了解它 1 2 3 谢谢 1 2 3 思考一 针对判据 h t s h和 s在取何种符号时反应永远自发进行和反应永远不能自发进行 h0 反应永远自发 h 0和 s 0 反应永远不自发 1 2 3 思考二 若 h和 s的绝对值相差不大时 h和 s在取何种符号时高温下有利于自发和低温下有利于自发 h 0和 s 0 高温下有利于自发 h 0和 s 0 低温下有利于自发 1 2 3 思考三 工业上可以用焦炭还原氧化铁得到金属铁 但是金属铝冶炼时 却使用电解熔融氧化铝的方法 请从热力学的角度判断为什么不能用焦炭还原al2o3冶炼金属铝 已知298k时 2al2o3 s 3c s 4al s 3co2 g h 2171kj mol