山东省沂水县第一中学1112高中化学 2.4《化学反应进行的方向》课件 新人教版选修4.ppt

高山流水 冰雪融化 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 花开花谢 学习目标 1 焓的概念 熵的概念2 利用焓变判断反应进行的方向3 利用熵变判断反应进行的方向 自然界中水总是从高处往低处流 墨水扩散 食盐溶解于水 如何判断一个过程 一个反应能否自发进行 1 生活中的自发过程 在室温下 冰块会融化 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 这些过程都是自发的 其逆过程就是非自发的 化学反应的方向 1 自发过程 在一定条件下不需外力作用就能自动进行的过程 自发过程的特征 有明确的方向性 具有做功的本领 要逆转必须借助外界做功 2 非自发过程 在一定条件下 需要外界做功才能进行的过程 3 自发反应 在一定条件下无需外界帮助就能自动进行的反应 说明 1 自然界中水由高处往低处流是自发过程 其逆过程就是非自发过程 甲烷与氧气混合遇火就燃烧是自发反应 其逆向是非自发反应 2 自发过程和自发反应可被利用来完成有用功 如向下流动的水可推动机器 甲烷燃烧可在内燃机中被利用来做功 可将氢气燃烧反应设计成燃烧电池等 3 非自发过程要想发生 则必须对它做功 如利用水泵可将水从低处流向高处 通电可将水分解生成氢气和氧气 4 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 5 反应的自发性也受外界条件的影响 如常温下石灰石分解生成生石灰和二氧化碳是非自发性的 但在1273k时 这一反应就是自发的反应 2 放热的自发反应 1 甲烷燃烧 ch4 g 2o2 g co2 g 2h2o g h 802 3kj 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 4 fe oh 2 4fe oh 2 o2 g 2h2o l 4fe oh 3 h 0 nh3 hcl nh4cl h 0 3 吸热的自发过程 1 室温下冰块的融化 硝酸盐类的溶解等都是自发的吸热过程 2 n2o5分解 2n2o5 g 4no2 g o2 g h 56 7kj mol 3 碳酸铵的分解 nh4 2co3 s nh4hco3 s nh3 g h 74 9kj mol 4 既不吸热也不放热的自发过程 两种理想气体的混合等 练习 判断自发与非自发 室温下 1 打开活塞 分液漏斗中的水流进烧杯 2 镁带燃烧 3 氢气燃烧 4 水分解成h2和o2过程 自发 自发 自发 非自发 反应焓变与反应方向 体系趋向于从高能状态转变为低能状态 这时体系会对外做功或者释放热量 h 0 多数能自发进行的化学反应是放热反应 如常温 常压下 氢氧化亚铁被氧化为氢氧化铁的反应是自发的 反应放热 4fe oh 2 s 2h2o l o2 g 4fe oh 3 s h 444 3kj mol 一 能量判据 判断化学反应方向的依据 放热反应过程中体系能量降低 因此具有自发进行的倾向 焓 h 判据 但是 有不少吸热反应也能自发进行 如 nh4hco3 s ch3cooh aq co2 g ch3coonh4 aq h2o l h 298k 37 3kj mol还有一些吸热反应在室温条件下不能自发进行 但在较高温度下则能自发进行 如在室温下吸热反应的碳酸钙分解反应不能自发进行 但同样是这个吸热反应在较高温度 1200k 下则能自发进行 运用能量判据主要依据反应焓变 而焓变 h 的确是一个与反应能否自发进行的因素 但不是决定反应能否自发进行的唯一因素 由此可见 火柴棒散落 墨水扩散 由有序变为无序 同一种物质 其气态时会通过分子的扩散自发形成均匀的混合物 硝酸铵溶于水要吸热 但它能自发向水中扩散 为了解释这样一类与能量状态的高低无关的过程的自发性 提出了在自然界还存在着另一种能够推动体系变化的因素 熵 反应熵变与反应方向 1 在密闭条件下 体系由有序自发地转变为无序的倾向 称为熵 2 符号用s表示 3 熵值越大 体系混乱度越大 同一物质 s g s l s s 二 熵判据 与有序体系相比 无序体系 更加稳定 可以采取更多的存在方式 由大量粒子组成的体系中 用熵来描述体系的混乱度 判断化学反应方向的依据 4 熵变和熵增原理 1 熵变 s 化学反应中要发生物质的变化或物质状态的变化 因此存在着熵变 s s反应产物 s反应物产生气体的反应 气体物质的物质的量增大的反应 熵变通常都是正值 s 0 为熵增加的反应 许多熵增反应在常温常压下能自发进行 有些在室温条件下不能自发进行 但在较高温度下则能自发进行 2 在与外界隔离的体系中 自发过程将导致体系的熵增大 这个原理叫做熵增原理 该原理是用来判断过程的方向的又一个因素 又称为熵判据 5 焓判据和熵判据的应用 1 由焓判据知 放热过程 h 0 常常是容易自发进行 2 由熵判据知 若干熵增加 s 0 的过程是自发的 10 的液态水能自动结冰成为固态 铝热反应是熵减反应 它在一定条件下也可自发进行 因此熵判据判断过程的方向也是不全面的很多情况下 简单地只用其中一个判据去判断同一个反应 可能会出现相反的判断结果 所以我们应两个判据兼顾 由能量判据 以焓变为基础 和熵判据组合成的复合判据 自由能将更适合于所有的反应过程 三 焓变与熵变对反应方向的共同影响 复合判据 自由能变化 判断化学反应方向的依据 1 体系自由能变化 符号 g 单位为kj mol 综合考虑了焓变和熵变对体系的影响 g h t s这是恒温恒压下判断化学反应自发进行的判据 它不仅与焓变和熵变有关 还与温度有关 由上述关系式可推知 2 反应进行方向的判断方法 g h t s0 的反应能自发进行 g h t s 0反应达到平衡状态 g h t s 0 即 h 0 s 0 反应不能自发进行 当 h 0 s 0 或 h 0 s 0时 反应是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 而温度影响的大小要 h s的具体数值而定 3 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 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 nh3 g hcl g nh4cl s h 0 s0 s 0 例 判断这两个反应什么条件下自发进行 低温可行 高温可行 典例剖析 例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 室温下水结成冰例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 据能量判据不能自发分解 d 碳酸盐都不稳定 都能自发分解 d a 3 下列说法正确的是 a 放热反应一定是自发进行的反应 b 吸热反应一定是非自发进行的 c 自发进行的反应一定容易发生 d 有些吸热反应也能自发进行 4 250c和1 01 105pa时 反应2n2o5 g 4no2 g o2 g h 56 76kj mol 自发进行的原因是 a 是吸热反应 b 是放热反应 c 是熵减少的反应 d 熵增大效应大于能量效应 d d 规律方法总结 自发反应中的焓变和熵变的关系 1 放热的自发过程可能是熵减小的过程 如铁生锈 氢气燃烧等 也可能是熵无明显变化或增加的过程 如甲烷燃烧 氢气和氯气化合等 2 吸热的自发过程是熵增加的过程 如冰的融化 硝酸铵溶于水等 3 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 例3 下列说法正确的是 a 凡是放热反应都是自发的 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 解析 放热反应常常是容易进行的过程 吸热反应有些也是自发的 自发反应的熵不一定增大 可能减少 也可能不变 如fe生锈 h2燃烧的过程是熵减小的过程 nh4no3晶体溶于水 nh4hco3分解是熵增的过程 h2和cl2混合反应熵基本不变的过程 自发性只能用于判断过程的方向 是否能实现还要看具体的条件 练习 1 以下自发反应可用能量判据来解释的是 a 硝酸铵自发地溶于水b 2n2o5 g 4no2 g o2 g h 56 7kj molc nh4 2co3 s nh4hco3 s nh3 g h 74 9kj mold 2h2 g o2 g 2h2o l h 571 6kj mol d 2 已知反应2h2 g o2 g 2h2o 1 h 285 8kj mol 1 下列结论中 正确的是 a e 反应物 e 生成物 b e 反应物 e 生成物 c 反应放热d 反应吸热 ac 3 水在273k 1 01 105pa时可转化为固态 在373k时则又可转化为气态 若分别用s g s 1 s s 表示水的气 液 固三种状态的熵值 则下列表达式中 正确的是 a s g s 1 s s c s g s 1 s s d s g s s s 1 b 4 有关化学反应的说法 正确的是 a 自发反应都是放热反应b 自发反应都是熵增大的反应c 自发反应一定能实现d 非自发反应在一定条件下能实现 d 5 某化学反应其 h 122kj mol 1 s