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化学:2.4《化学反应进行的方向》课件(山东临沂)(人教版选修4)


研究化学反应进行的快慢 ------化学反应速率问题 研究化学反应进行的程度 ----化学平衡问题 研究化学反应能否发生的问题 ----化学反应进行的方向

新课标人教版选修四

第四节 化学反应进行的方向
山东省莒南县第三中学高二化学组 张琛
2010.10.19 星期二

1、生活中的自发过程
①自然界中水总是从高处往低处流;

② 墨水扩散,食盐溶解于水
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。 ④ 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;

高 山 流 水

冰雪融化

花开花谢

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。

自发过程: 在一定条件下,不借助外部力量就能自动进行的过程。

自发反应:
在一定温度、压强下,不借助(光、电能等)外部力 量即能进行,或具有发生的可能性的反应称为自发反应。 自发反应是从属于自发过程的,是属于自发过程的一部 分。

那么我们该如何判断一个过程,一个反应能否自发进行呢? 一个过程或者一个反应要自发的进行是否要符合什么条件 呢?

自发过程中变化趋势: 共同点:高能向低能转化。 自然界中水总是从高处往地处流;电流总是从电位高 的地方向电位低的地方流动;室温下冰块自动融化;
观察下列几个自发进行的化学反应,找出它们的共同之处

钠与水反应2Na(s)+2H2O(l)=2NaOH(aq)+H2(g)△H=-368 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=-571.6kJ/mol

共同点:△H<0,放热反应,高能向低能转化。

一、反应焓变与反应方向 :
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,焓变 小于0),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。

注意: (1)焓判据只能用于判断过程的方向,能否实 现要看具体条件; (2)焓判据只判断一定条件化学反应能否自发 进行,与化学反应速率无关。 (3)反应焓变是反应能否自发进行的一个因素, 但不是唯一因素

交流 研讨
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, 而吸热反应则不能自发进行。你 同意这种观点吗?请举例说明。

举例:
2NH4Cl(s)+Ba(OH)2· 2O(s)=BaCl2(s)+2NH3(g) +10H2O(l) 8H
NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)=CH3COONH4(aq)+CO2(g)+H2O(l)

△H=37.3kJ/mol

CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)

△H=178.2kJ/mol

2NaHCO3(s)=Na2CO3(s)+CO2(g)+H2O(g) △H=126.1kJ/mol

总结:
焓变作为判断反应自发性的依据: 若 △H<0,正向反应能自发进行;若△H>0, 正向反应不能自发进行,而逆向反应能自 发进行。

墨水滴入水中

气体的扩散

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 德劳 国修 )斯

二、熵(S): 1.描述体系混乱度的物理量

2.符号:S

单位:J?mol-1?K-1

3.大小判据: (1)物质的混乱度:体系混乱度越大,熵值越大; (2)同一条件:不同物质的熵值不同; (3)物质的存在状态:S(g) > S(l) > S(s)。

三种状态下水的熵

47.9Jmol-1K-1

69.9Jmol-1K-1

188.7Jmol-1K-1





水蒸气

S(g)>S(l)>S(s)

1mol S(Jmol-1K-1 )

标 准 状 况 下 : 不 同 物 质 的 熵

CH4

O2

CO2

H2

NH3

186.15 H2O(l)
69.9 NaCl 72.1

205.03 HNO3(l)
156 Fe 27.3

214 Br2(l)
152 金刚石 2.4

130

192

SiO2 41.84

CuO 42.7

4.反应熵变:反应产物的总熵与反应物总熵之差

(1)符号:△S (2)表达式:△S =∑S(生成物) – ∑S (反应物)
(3)正负判断:
①气体体积增大的反应,△S>0,熵增加反应 ②气体体积减小的反应,△S<0,熵减小反应
△S<0 △S>0 △S>0

练习:判断下列反应熵变大小: 1、N2+3H2=2NH3

2、2C+O2=2CO
3、CaCO3=CaO+CO2

【探究】下列自发过程熵变的特点 1、冰→ 液态水 → 水蒸气 2、氯化钠晶体溶于水

3、自发进行的吸热反应:
N2O5分解:

2N2O5(g) =4NO2(g)+O2(g)

△H=+56.7kJ/mol △H=+74.9 kJ/mol

碳酸铵的分解: (NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g) 共同点:熵(S)增加

三、反应熵变与反应方向:

在与外界隔离的体系中,自发过程将导致体系的
熵增大,这一经验规律叫做熵增原理。是在用来判断 化学反应方向时就称为熵判据 注意: (1)熵变只是反应能否自发进行的一种因素; (2)熵变(△S)只决定于体系的始态和终态,与变 化的途径无关; (3)熵判据只判断一定条件化学反应能否自发进行, 与化学反应速率无关。

总结:自发过程的两大变化趋势: (1)能量趋于减小(焓减) (2)混乱度趋于增大(熵增)

举例:
2KClO3(s)= 2KCl(s)+3O2(g) △H=-78.3kJ/mol △S=494.4J/mol/K 一定能自发反应

CO(g)=C(s,石墨)+1/2O2(g) △H=110.5kJ/mol △S=-89.4J/mol/K 一定不能自发反应
4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2 (g)= 4Fe(OH)3(s) △H=-444.3kJ/mol △S=-280.1J/mol/K 低温下能自发反应 NH4HCO3 (s)+CH3COOH(aq)=CO2 (g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l) △H=37.30kJ/mol △S=184.0J/mol/K 高温下能自发反应

总结:
焓变
?H<0 ?H>0 ?H<0 ?H>0

熵变
?S>0 ?S<0 ?S<0 ?S>0

化学反应能否自发进行
任何温度都自发进行 不能自发进行 较低温度时自发进行 高温时自发进行

科学家们总结出了一条公式△G= △H-T △S,△G代 表的是自由能,用自由能来判断反应进行的方向是最全面 最科学的,当△G<0时,反应就可以自发进行

四、焓变与熵变对反应方向的共同影响 1.判据:△H-T△S 2.判据与反应的自发性: < 0 反应自发进行 △H-T△S = 0 反应达平衡状态 > 0 反应不能自发进行

3.适用判据应注意的问题: (1)判断反应的自发性要结合△H和△S, 利用△H-T△S (2)条件是一定温度、压强下 (3)反应具有自发性,只能说明这个反应有进行的趋势 但这个反应到底能不能反应,那还要看反应进行的限度和 反应进行的速率。

针对性练习:
1.能用能量判据判断下列过程的方向的是( ) A A. 水总是自发的由高处往低处流 B. 放热反应容易自发进行,吸热反应不能自 发进行 C. 有序排列的火柴散落时成为无序排列 D. 多次洗牌后,扑克牌的毫无规律的混乱排 列的几率大

2.已知石墨、金刚石燃烧的热化学方程式分别为: C(石墨,s)+O2(g)=CO2 (g) △H=-393.5kJ/mol C(金刚石,s)+O2 (g) =CO2 (g) △H=-395.4kJ/mol 关于金刚石和石墨的相互转化,下列说法正确的是( ) A.石墨转化为金刚石是自发进行的过程 BC B.金刚石转化为石墨是自发进行的过程 C.石墨比金刚石能量低 D.金刚石比石墨能量低

3.下列过程属于熵增加的是( )AB A.固体的溶解过程 B.气体扩散过程 C.水蒸气变为液态水 D.CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) 4.下列说法中,正确的是( ) B A.自发反应一定是熵增大,非自发反应一定是熵减 小或不变 B.自发反应在恰当条件下才能实现 C.自发反应在任何条件下均能实现 D. 同一物质的固、液、气三种状态的熵值相同

5.下列反应中在高温下不能自发进行的是( A.CO(g)=C(s) +1/2O2(g) A B.2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g) C.(NH4) 2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g) D.MgCO3(s)=MgO(s)+CO2(g)



6.下列说法完全正确的是( ) D A.放热反应均是自发反应 B.ΔS为正值的反应均是自发反应 C.物质的量增加的反应,ΔS为正值 D.如果ΔH和ΔS均为正值,当温度升高时, 反应可能自发进行

7.下列反应中,ΔS最大的是( ) A A.CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) B.2SO2(g)+O2(g)=2SO3(g) C.N2(g)+3H2(g)=2NH3(g) D.CuSO4(s)+5H2O(l)=CuSO4?5H2O(s) 8.某反应2AB(g)=C(g)+3D(g)在高温时能自发进行,其逆 反应在低温下能自发进行,则该反应的ΔH、ΔS应为( ) A.ΔH < 0,ΔS > 0 C B. ΔH < 0,ΔS <0 C. ΔH > 0,ΔS > 0 D. ΔH > 0,ΔS < 0

再 见
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