人教版选修四 2.4 化学反应进行的方向 课件（55张）.ppt

化学反应的方向 一 化学反应原理的重要组成部分 反应的快慢程度化学反应原理化学反应的限度反应进行的方向 化学反应进行的快慢 化学反应的限度 化学反应进行的方向 化学反应速率 化学平衡 2h2 o2 2h2o zn cuso4 znso4 cu 2h2o2h2 o2 6co2 6h2oc6h12o6 6o2 pt cacl2 na2co3 2nacl caco3 c6h12o6 6o2 6co2 6h2o 在一定温度 压强下 不借助 光 电能等 外部力量既能进行 或具有发生的可能性的反应称为自发反应 交流 研讨 在一定温度和压强下 化学反应朝着怎样的方向自发进行 zn cuso4 znso4 cu 复分解反应 向着生成气体 沉淀或水的方向自发进行 氧化还原反应 向着由强制弱的方向自发进行 cacl2 na2co3 2nacl caco3 深入思考 在一定温度 压强下 化学反应一定不能向着吸热的方向自发进行吗 h 37 3kj mol 1 生活中的自发过程 1 自然界中水由高处往低处流 而不会自动从低处往高处流 2 生活中电流总是从电位高的地方向电位低的地方流动 其反方向也不会自动进行 3 生活中一般在室温下 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 思考与交流 1 为什么自然界中总是 水往低处流 2 低处水可以流往高处吗 3 说说自发过程与非自发过程的特征 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 生活中常见的自发过程 物体自由落体 铁器在潮湿空气中会生锈 室温下冰块熔化 气体自由扩散 墨水会扩散等 化学反应中的自发过程 1 3fe s 3 2o2 g fe2o3 s h 824kj mol 2 2na s 2h2o l 2naoh h2 g h 368kj mol 3 2h2 g o2 g 2h2o l h 571 6kj mol 共同点 放热反应 h 0 自发过程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 墨水 气体扩散 固体的溶解 一副崭新的扑克牌被洗过后会怎样 如果没有法律的制约 世界会怎样 下课铃一响教室里会怎样 你能发现这些看似不相干的事件之间的联系吗 克劳修斯 德国 熵 s 标准状况下 1mol不同物质的熵s jmol 1k 1 69 9jmol 1k 1 47 9jmol 1k 1 188 7jmol 1k 1 s g s l s s 在一定温度和压强下 化学反应一定不能向着熵减少的方向自发进行吗 交流 研讨 放热 熵增 吸热 熵减 放热 熵减 吸热 熵增 tio2 s 2cl2 g ticl4 l o2 g h 161 9kj mol 1 nh3 g hcl g nh4cl s h 176 9kj mol 1 s 38 4j mol 1 k 1 s 284 3j mol 1 k 1 s 169 6j mol 1 k 1 caco3 s cao s co2 g h 178 2kj mol 1 熵与信息 熵是量度我们对一个系统的 不知程度 的量 熵与环境 熵增就是污染 衰老是生命系统的熵的一种长期的缓慢的增加 也就是说随着生命的衰老 生命系统的混乱度增大 当熵值达极大值时即死亡 这是一个不可抗拒的自然规律 熵与生命 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 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 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 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 自发过程的特征 有明确的方向性 要逆转必须借助外界做功 具有做功的本领 4 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 判断化学反应方向的依据 对于化学反应 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 因此 反应的焓变是制约化学反应是否自发进行的因素之一 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 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 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 由此可见 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 焓判据 判断反应能否自发进行的能量判据 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 2nh4cl s ba oh 2 8h2o s nh3 g bacl2 s 10h2o l 焓变只是反应能否自发进行的一个因素 但不是惟一因素 只根据焓变来判断反应方向是不全面的 结论 h o有利于反应自发进行 但自发反应不一定要 h o 两种理想气体的混合可顺利自发进行 h2 o2 o2h2 有序 无序 自发过程中的混乱度变化 体系趋向于从有序状态转变为无序状态 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 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 由大量粒子组成的体系中 用熵来描述体系的混乱度 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 混乱度 表示体系的不规则或无序状态 混乱度的增加意味着体系变得更加无序 1 混乱度与熵 熵 热力学上用来表示混乱度状态的物理量 符号为s 熵判据 判断化学反应能否自发进行的另一判据 注 1 体系的无序性越高 即混乱度越高 熵值就越大 2 同一物质 气态时熵最大 液态时次之 固态时最小 2 熵变 符号 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 s 0 固体的溶解过程 墨水扩散过程和气体扩散过程 2n2o5 g 4no2 g o2 g nh4 2co3 s nh4hco3 s nh3 g s o 思考与交流 自发反应一定是熵增加的反应吗 2h2 g o2 g 2h2o l 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的一个因素 但不是惟一因素 1 物质具有能量趋于降低的趋势 h 焓变 0 焓减原理 2 物质有混乱度趋于增加的趋势 s 熵变 0 熵增原理 化学反应自发进行的方向 h 0 s 0 h 0 s 0 h 0 s 0 h 0 s 0 自发进行 不自发进行 不能定性判断 不能定性判断 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 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 二 化学反应进行方向的判据 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 2 熵判据 自发过程的本质取向于由有序转变为无序 导致体系的熵增大 这一经验规律叫做熵增原理 是反应方向判断的熵判据 说明 1 自发过程取向于最低能量状态的倾向 即能量判据 自发过程取向于最大混乱度的倾向 即熵判据 2 对于密闭体系 在恒压和不作其他功的条件下发生变化 吸收或放出的热量等于体系的焓的变化 3 在密闭条件下 体系有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 4 同一物质 在气态时熵最大 液态时次之 固态时最小 3 能量判据和熵判据的应用 1 由能量判据知 放热过程常常是容易进行的 2 由熵判据知 若干熵增的过程是自发的 3 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 4 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 5 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 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 6 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 美国物理化学家吉布斯 四 焓变与熵变对反应方向的共同影响 复合判据 自由能 在一定条件下 一个化学反应能否自发进行 既可能与反应焓变 h 有关 又可能与反应熵变 s 有关 在温度 压强一定的条件下 我们要判别化学反应的方向要考虑 h s共同影响的结果 反应焓变 能量判据 反应方向反应熵变 熵判据 h t s 0 则反应自发进行 反应到达平衡状态 反应不能自发进行 复合判据 信息 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 为热力学温度 均为正值 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 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 金刚石有向石墨转化的倾向 但是能否发生 什么时候发生 多快才能完成 就不是能量判据和熵判据能解决的问题了 注意 2 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 例如 石墨经高温高压还是可以变为金刚石的 例1 下列过程是非自发性的是 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 碳铵分解是因为生成了易挥发的气体 使体系的熵增大 b 碳铵分解是因为外界给予了能量c 碳铵分解是吸热反应 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 d a 例3 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 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 过程的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 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 2 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 9k