化学反应进行的方向精品课件.ppt

1、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,研究化学反应进行的快慢,研究化学反应进行的程度,研究化学反应能否发生的问题,-化学反应速率问题,-化学平衡问题,-化学反应进行的方向,化学反应原理,火柴棒散落,水往低处流,镁条燃烧,酸碱中和,墨水扩散,花开花谢,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

2、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.,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。,一、自发过程与非自发过程,自发反应：在给定的一组条件下，一个反应可以自发地 进行到显著程度，就称为自发反应。,说明：(1)自然界中水由高处往低处流是自发过程，其逆过程

3、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

4、。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。,注意： 1.自发过程是一种倾向，不一定发生。 例如：绑紧口的气球里面的气体和没绑口的气球里面的气体都有自发混合到大气里面的倾向，但是只有没绑口的气球里面的气体能够混合到大气中。 2、过程的自发性只能用于判断过程的方向，不能确定过程发生的速率。如钢制器件腐蚀、酸碱中和等例子。 3、反应的自发性也受外界条件的影响。如石灰石分解，常温下是非自发的，但在1273K时是自发的反应。,知道了某过程有自发性之后，则 可判断出过程的方向 可确定过程是否一定会发生 可预测过程发生完成的快慢 可判断过程的热效应,A,

5、练习：,2、放热的自发反应,(1)甲烷燃烧：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) H=-802.3 kJ/mol,(2)铁生锈：3Fe(s)+3/2O2(g)=Fe2O3(s) H=-824 kJ/mol,(3)氢气和氧气反应：2H2(g)+O2(g)=2H2O(l); H=-571.6 kJ/mol,(3)Fe(OH)2：4Fe(OH)2 + O2(g) +2H2O(l) = 4Fe(OH)3 ; H 0,NH3 + HCl = NH4Cl H 0,共同点,放热反应H0,3、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：

6、 2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)； H=+56.7kJ/mol,(3) 碳铵的分解：(NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g); H=+74.9 kJ/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

7、的因素之一。,反应物的总能量高,生成物的总能量低,放热反应,H0,二. 反应方向的焓判据：,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,1.焓判据：自发过程的体系趋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)，这一经验规律就是焓判据，是判断化学反应进行方向的判据之一。,二、焓判据,放热反

8、应使体系能量降低，能量越低越稳定， H O有利于反应自发进行。,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,自发过程的变化趋势之一：,能量趋于降低,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

9、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。,小结: 焓变作为判断反应自发性的依据： 若 H0，正向反应不能自发进行， 而逆向反应能自发进行。,克劳修斯（德国）,熵,S,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，

10、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,墨水滴入水中,气体的扩散,固体的溶解,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？,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/(molK)或 Jmol-1K-1 3、体系混乱度越大,熵值越大. 同一物质，S（g）S（l）S（s）。 反应前后，体系中n（气）越多，S越大。 例：2NH3(g) = N2(g) + H2(g) 4、熵变：S=S(生成物总)+S(

11、反应物总),二、熵判据,69.9Jmol-1K-1,47.9Jmol-1K-1,188.7Jmol-1K-1,S(g)S(l)S(s),三种状态下水的熵,冰 水 水蒸气,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

12、称为熵判据。,自发反应一定是熵增加的反应吗？,2H2(g)+O2(g)=2H2O(l),推论：S O有利于反应自发进行， 自发反应不一定要S O,结论：熵变是反应能否自发进行的一个因素,但不是惟一因素。,特点：体 系趋 于,（1）高能 低能 即H O,（2）有序变无序（即混乱程 度增大）S O,结论：H O熵增反应均具有自发进行的倾向，即反应有可能发生。,要正确判断一个化学反应能否自发进行,必须综合考虑反应的焓变H和熵变S,思考交流,5、焓判据和熵判据的应用,1、由焓判据知放热过程（H0）常常是容易自发进行； 2、由熵判据知若干熵增加（S0）的过程是自发的； -10的液态水能自动结冰成为固态、

13、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。,美国物理化学家吉布斯,自由能,G,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)

14、（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=HTS 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 =HTS0)的反应能自发进行。 G =HTS=0 反应达到平衡状态 G= HTS0 (即H0, S0)反应不能自发进行。,H,S,当H0, S0 ,或H0 ,S0 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

15、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 -TS,NH3(g)+HCl(g)NH4Cl(s) H0 S 0 S0,判断这两个反应什么条件下自发进行,低温可行,高温可行,影响因素：,焓减小有利于反应自发，熵增大有利于反应自发,温度,课堂小结,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（ ）

16、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1.01105Pa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

17、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

18、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/mol C、(

19、NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g); H=+74.9 kJ/mol D、2H2(g)+O2(g)=2H2O(l); H=-571.6 kJ/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 BCl2(l) CI2(g) DCu(s),AB,C,5水在273 K、101105Pa时可转化为固态，在373 K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 ( ) AS(g)S(1)S(s) CS(g)S(1)= S(s) DS(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 = _2858 kJmol-1，下列结论中，正确的是 ( ) AE(反应物)E(生成物) BE(反应物)E(生成物)