化学反应的方向 【 核心知识 精讲精练 】 高二化学 上学期 高校课堂课件（人教版2019选择性必修1）

第三节

化学反应的方向第二章化学反应速率与化学平衡学习目标1、知道化学反应是有方向的。2、知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关。3、能判断熵的变化（熵增或熵减）4、能结合具体事例说明反应自发进行的方向。可逆反应进行的方向：化学反应进行的方向1、化学反应速率角度2、化学平衡角度v正

>v逆v正

<v逆向正反应方向进行向逆反应方向进行v正

=v逆平衡状态Q<K向正反应方向进行Q>K向逆反应方向进行Q=K平衡状态如果一个化学反应已经发生，方向也就确定了。如果还没发生，就需要依据科学理论，对它是否能够发生，以及在什么条件下发生做出判断。电流从电势高到底热量从高传到低自然界中有一些过程是自发进行的，而且是有方向性的。水从高处流向低处“自发过程”在一定条件下不用借助外力就能自动进行。“方向1”高能量低能量对外做功或释放热量抽水上山：借助水泵，持续消耗电能让水沸腾：借助燃料燃烧，持续消耗热能非自发过程

：在一定条件下，需要持续借助外力才能进行的过程。红墨水扩散花香四溢火柴掉地硝酸铵的溶解自然界中有一些过程是自发进行的，而且是有方向性的。自发方向2：有序（混乱度小）无序（混乱度大）冬天水结冰自发春天冰融水自发“自发”是有一定条件的“自发”是一定条件下的自发，条件变了，可能由原来的“自发”变成“非自发”在一定条件下，不需外界帮助就能自动进行的化学反应。自发反应：有些化学反应也是自发进行的，而且有方向性。非自发反应：在一定条件下，必须借助某种外力才能进行的化学反应。钢铁生锈氢气的燃烧锌与硫酸铜溶液镁与硫酸溶液Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl晶体如何解释下列化学反应是自发反应？①H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l)②1/2H2(g)+1/2Cl2(g)=HCl(g)③Na(s)+H2O(l)=NaOH(aq)+1/2H2(g)④铁生锈：2Fe(s)+3/2O2(g)=Fe2O3(s)⑤NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l)∆H=-286kJ·mol-1∆H=-92kJ·mol-1∆H=-184kJ·mol-1∆H=-824kJ·mol-1∆H=-57.3kJ·mol-1课堂练习1、请说说下列反应能够自发进行的原因。反应物的总能量高生成物的总能量低放热反应H<0体系的能量降低一、焓判据（能量判据）对于化学反应而言，绝大多数的放热反应能自发进行，且放出的热量越多，体系能量降低越多，反应越完全。19世纪，化学家们曾认为决定化学反应能否自发进行的因素是反应热：放热反应可以自发进行，吸热反应则不能自发进行。你同意这种观点吗？焓判据：体系趋向于从能量高的状态转变为能量低的状态，因此放热反应（△H<0）有利于反应自发进行。2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8H2O(s)=2NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l)

△H>0△2N2O5(g)=4NO2(g)+O2

(g)△H=+109.8kJ/molNaHCO3(s)+HCl＝NaClaq)+CO2(g)+

H2O(l)

△H=＋31.4kJ/mol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。这些吸热反应也是自发反应吸热反应能自发进行。怎么解释？阅读课本P41-42了解描述体系混乱(或无序)程度的物理量熵体系除了具有从高能状态自发地转变为低能状态的倾向，还有从有序自发地转变为无序的倾向。气体的扩散

德国科学家克劳修斯(R.Clausius)最早提出了另一个推动体系变化的因素，并称之为“熵”（符号S）的概念，用熵表示体系混乱度，S=Q/T。描述体系混乱(或无序)程度的物理量。单位：J·mol-1·K-1熵(S)：课堂练习2、试根据熵的定义判断下列过程中体系的熵变大于零还是小于零。(1)水蒸气冷凝成水(2)硫酸铜溶于水(3)CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)(4)2N2O5(g)＝4NO2(g)+O2(g)(5)2H2(g)+O2(g)＝2H2O(l)△S<0△S>0△S>0△S<0△S>0化学反应中，固态物质或液态物质生成气态物质，体系的混乱度增大；从较少的气态物质生成较多的气态物质，体系的混乱度也增大(1)与物质的存在状态有关：对于同一种物质，等物质的量的该物质其熵值（混乱度）大小与物质的存在状态有关。S(g)>S(l)>S(s)，即气态>液态>固态。(2)与物质的量有关：物质的量越大，分子数越多，熵值越大。(3)不同物质熵值间的关系：物质的组成越复杂，其熵值越大，一般组成物质的原子种类相同时，一个分子中的原子数目越多，其混乱度越大，熵值也越大。熵的大小规律二、熵判据大多数产生气体的反应、气体物质的物质的量增大的反应，熵变通常都是正值（△S＞0），是自发反应。熵变：变化前后体系或反应前后物质的熵的变化。用符号∆S表示。∆S=S(生成物)－S(反应物)∆S＞0熵增∆S＜0熵减熵判据：体系趋向于从有序转变为无序，因此熵增反应（

△s>0）有利于反应自发进行。2.粗硅的制备:SiO2(s)+2C(s)=Si(s)+2CO(g)C的还原性是弱于Si的，此反应为什么能够发生呢？1.金属钾的制备：Na(l)+KCI(l)=K(g)+NaCI(l)Na的活泼性是弱于K的，此反应为什么能够发生呢？思考：如何解释下列反应发生的原因。主要是因为Na的沸点高于K的沸点。我们可以控制反应温度，使K沸腾为气体，Na保持液体。从而使反应熵值增大，即S>0,以利于反应自发。3.

H3PO4(l)+NaCI(s)=

NaH2PO4(s)+HCI(g)

H3PO4的酸性是弱于HCI，此反应为什么能够发生呢？同样是因为熵增原理同样是因为熵增原理2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)4Fe(OH)2(s)+O2(g)+2H2O(l)=4Fe(OH)3(s)催化剂

nCH2=CH2(g）

[CH2—CH2]n思考：判断下列自发反应熵的变化这些化学反应的ΔS<0，但是都可以自发进行。所以，不能只根据熵增或熵减来判断化学反应进行的方向。事实上，只有孤立体系(与环境既没有物质交换也没有能量交换)或者绝热体系(与环境既没有物质交换也没有热量交换)，自发过程才向着熵增的方向进行。单独使用焓判据，或者熵判据往往会得出错误的结论2H2(g)+O2(g)=2H2O(I)△S<0依熵判据，熵减小不利于反应自发△H<0依焓判据，放热有利于反应自发结论：自发反应的方向与焓变、熵变有关，判断反应自发进行的方向，需综合考虑体系的焓变和熵变。三、复合判据——自由能在等温、等压条件的封闭体系中，∆G=∆H–T∆S

（Ｔ为热力学温度，为正值）1876年，吉布斯（美）提出自由能变化ΔG，并认为化学反应总是向着自由能减小（ΔG<0）的方向进行，直至达到平衡。吉布斯自由能变化△G综合考虑了焓变和熵变对体系的影响当ΔG<0，反应能自发进行；当ΔG＝0，反应处于平衡状态；当ΔG>0，反应不能自发进行。①2KClO3(s)=2KCl(s)+3O2(g)△H=-78.03kJ·mol-1△S=494.4J·mol-1·K-1②CO(g)=C(s,石墨)+1/2O2(g)△H=110.5kJ·mol-1△S=-89.36J·mol-1·K-1课堂练习3、根据∆G=∆H–T∆S判断下列反应在T=298K时否自发进行③4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)=4Fe(OH)3(s)△H=-444.3kJ·mol-1△S=-280.1J·mol-1·K-1△H=178.2kJ·mol-1△S=169.6J·mol-1·K-1④CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)自发非自发自发非自发若T=1298K，计算能否自发自发2.反应进行方向的判断方法（等温、等压）③∆H>0，∆S＞0？低温下能自发高温下能自发∆G＝∆H－T∆S①∆H＜0，∆S＞0②∆H＞0，∆S＜0)∆G＝∆H－T∆S＜0

反应能自发进行∆G＝∆H－T∆S＞0

反应不能自发进行④∆H＜0，∆S<0？取决于温度“自发反应”也是有一定条件的1．反应的自发性只能用于判断反应的方向，不能确定反应是否一定会发生和过程发生的速率。例如涂有防锈漆和未涂防锈漆的钢制器件，二者发生腐蚀过程的自发性是相同的，但只有后者可以实现。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。例如水泵可以把水从低水位升至高水位；高温高压下可以使石墨转化为金刚石，实现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。特别提示：C课堂练习4、下列说法中正确的是（）A.能自发进行的反应一定能迅速发生反应B.非自发进行的反应一定不可能发生反应C.能自发进行的反应实际可能没有发生反应D.常温下，2H2O=2H2+O2↑，即常温下水的分解反应是自发反应电解化学反应进行的方向反应焓变反应熵变复合判据∆G=∆H–T∆S<0自发

课堂小结温度影响因素焓减小有利于反应自发熵增大有利于反应自发课堂达标1、一定条件下发生反应:CO2(g)+3H2(g)

CH3OH(g)

+H20(g)，如图表示该反应过程中能量(单位为KJ/mol)的变化。关于该反应的下列说法中，正确的是（）A.ΔH>O，ΔS>0B.ΔH>O，ΔS<0C.ΔH<0，ΔS<0D.ΔH<0，ΔS>0C

2、已知下列反应都能自发进行，其中不能用“焓判据”解释的是(

)A.2Na(s)＋Cl2(g)＝2NaCl(s)

ΔH＜0B.C3H8(g)＋5O2(g)＝3CO2(g)＋4H2O(l)

ΔH＜0C.2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8H2O(s)=2NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l)ΔH＞0D.2Mg(s)＋O2(g)＝2MgO(s)

ΔH＜0C3、关于下列过程熵变的判断不正确的是（)A.溶解少量食盐于水中，△S>0B.纯碳和氧气反应生成CO(g),△S>0C.H2O(g)变成液态水，△S>0D.CaCO3(s)加热分解为CaO(s)和CO2(g),△S>0C4、汽车尾气(含烃类、CO、NO与SO2等)是城市主要污染源之一，治理的办法之一是在汽车排气管上装催化转化器，它使NO与CO反应生成可参与大气生态循环的无毒气体，其反应原理是2NO(g)＋2CO(