化学反应进行的方向精品课件PPT课件

化学反应原理 新课标人教版选修四 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 印江民族中学 吴智勇 火柴棒散落 水往低处流 镁条燃烧 酸碱中和 墨水扩散 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 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 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 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 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 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 3 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 判断化学反应方向的依据 思考 高山流水为什么是自发过程 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 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 单位 J mol 1 K 1或J mol 1 K 13 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 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生成物 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3 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 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 复合判据 自由能变化 复合判据 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 4 吉布斯自由能判断反应自发进行的方向 G H T S NH3 g HCl g NH4Cl s H 0 S0 S 0 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 练习题 1 科学家根据体系存在着力图使 和 的自然现象 提出了相互关联的 和 为最终解决上述问题提供了必要的理论根据 试分别举一例 自身能量趋于 最低 有序 变为 无序 能量判据 熵判据 铁在潮湿空气中生锈 硝酸铵溶于水 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 9kJ molD 2H2 g O2 g 2H2O l H 571 6kJ mol D 3 下列说法中 正确的是 A 化学反应总是伴随着能量变化的B 能够自发进行的反应不一定都是放热反应C 只有放热反应才能够自发进行D 能够自发进行的反应就一定能够发生并完成4 下列物质中 熵值 S 最大的是 A 金刚石B Cl2 l C I2 g D Cu s AB C 5 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 6 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 B 4 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 5 下列热化学方程式中 放出的热量最多的是 A CH4 g 2O2 g CO2 g 2H2O 1 HB 2CH4 g 4O2 g 2CO2 g 4H2O 1 HC CH4 g 2O2 g CO2 g 2H2O g HD 2CH4 g 4O2 g 2CO2 g 4H2O g H B 6 在25 1 01 105Pa条件下 反应2N2O5 g 4NO2 g O2 g H 56 7kJ mol能够自发进行 从能量上分析 生成物的总能量比反应物的总能量 从反应前后的熵值看 反应后的熵值 填 增加 减小 或 不变 大 增加 8 某化学反应其 H 122kJ mol 1 S 231J mol 1 K 1 则此反应在下列哪种情况下可自发进行 A 在任何温度下都能自发进行B 在任何温度下都不能自发进行C 仅在高温下自发进行D 仅在低温下自发进行 A 9 煤中