2021學(xué)年第二章 化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡第四節(jié) 化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向教課課件ppt

這是一份2021學(xué)年第二章 化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡第四節(jié) 化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向教課課件ppt，共34頁(yè)。PPT課件主要包含了“最低”，“有序”，“無(wú)序”，不用借助于外力，應(yīng)用思考，綜合拓展，嘗試應(yīng)用，是否一定會(huì)發(fā)生，發(fā)生的速率，焓判據(jù)等內(nèi)容，歡迎下載使用。
1.了解自發(fā)過(guò)程和化學(xué)反應(yīng)的自發(fā)性。2.通過(guò)“有序”和“無(wú)序”的對(duì)比，了解熵和熵變的概念。3.初步了解焓變和熵變對(duì)化學(xué)反應(yīng)方向的影響，能用焓變和熵變說(shuō)明化學(xué)反應(yīng)的方向。
有關(guān)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的________、________和________是化學(xué)反應(yīng)原理的三個(gè)重要組成部分。科學(xué)家根據(jù)體系存在著力圖使自身能量趨于________和由________變?yōu)開(kāi)_______的自然現(xiàn)象，提出了互相關(guān)聯(lián)的________判據(jù)和________判據(jù)，為最終解決上述問(wèn)題提供了必要的依據(jù)。
要點(diǎn)一　自發(fā)過(guò)程和自發(fā)反應(yīng)
1．自發(fā)過(guò)程(1)含義：在一定條件下， ________ 就可以自動(dòng)進(jìn)行的過(guò)程。(2)特點(diǎn)：①體系趨向于從________狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)開(kāi)_______狀態(tài)(體系對(duì)外部________或者_(dá)_______熱量)。②在密閉條件下，體系有從________自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)開(kāi)_______的傾向，即________原理。
2．自發(fā)反應(yīng)在給定的一組條件下，可以________地進(jìn)行到顯著程度的化學(xué)反應(yīng)。
1.“自發(fā)反應(yīng)一定能自動(dòng)進(jìn)行，而非自發(fā)反應(yīng)一定不能發(fā)生”這句話對(duì)嗎？說(shuō)明理由。
提示：不對(duì)。某些自發(fā)反應(yīng)需在一定條件下才能自動(dòng)進(jìn)行，非自發(fā)反應(yīng)具備了一定條件也能發(fā)生。如甲烷燃燒是自發(fā)反應(yīng)，但需點(diǎn)燃或加熱才能反應(yīng)；石灰石分解為氧化鈣和二氧化碳為非自發(fā)反應(yīng)，在高溫下可以發(fā)生。
一、自發(fā)過(guò)程和非自發(fā)過(guò)程
1．自發(fā)過(guò)程的共同特點(diǎn)：體系趨于從高能量狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍芰繝顟B(tài)，如：①自然界中水總是從高處往低處流；②電流總是從電位高的地方向電位低的地方流動(dòng)；③室溫下冰塊自動(dòng)融化；④鐵器暴露在潮濕空氣中會(huì)生銹；⑤甲烷與氧氣混合遇火就燃燒；⑥鋅與CuSO4溶液會(huì)自動(dòng)反應(yīng)生成Cu和ZnSO4等等都是自發(fā)過(guò)程，其逆向都是非自發(fā)過(guò)程。其中④⑤⑥都是自發(fā)反應(yīng)，其逆向都是非自發(fā)反應(yīng)。
2．自發(fā)過(guò)程和自發(fā)反應(yīng)可被用來(lái)完成有用功：如向下流動(dòng)的水可推動(dòng)機(jī)器，甲烷燃燒可在內(nèi)燃機(jī)中被用來(lái)做功，鋅與CuSO4溶液的反應(yīng)可被設(shè)計(jì)成原電池，可將氫氣燃燒應(yīng)設(shè)計(jì)成燃料電池等。3．非自發(fā)過(guò)程要想發(fā)生，則必須對(duì)它做功：如利用水泵可使水從低處流向高處，通電可使水分解生成氫氣和氧氣。
1．下列過(guò)程是非自發(fā)的是(　　)A．水由高處向低處流B．煤炭的燃燒C．鐵在潮濕空氣中生銹D．室溫下水結(jié)成冰
解析：自然界中水由高處向低處流、煤炭的燃燒、鐵在潮濕空氣中生銹、室溫下冰的融化，都是自發(fā)過(guò)程，其逆向都是非自發(fā)的。答案：D
要點(diǎn)二　化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的判據(jù)
1．焓判據(jù)放熱反應(yīng)過(guò)程中體系能量________，具有自發(fā)進(jìn)行的傾向，因此可用________來(lái)判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向。2．熵判據(jù)(1)熵：在密閉條件下，體系有從______自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)開(kāi)_____的傾向。因?yàn)榕c有序體系相比，______體系“更加穩(wěn)定”，可以采取更多的存在方式?？茖W(xué)家用______(符號(hào)為_(kāi)_____)來(lái)量度這種混亂(或無(wú)序)的程度。
(2)熵增原理。在與外界隔離的體系中，自發(fā)過(guò)程將導(dǎo)致體系的熵________，即熵變(符號(hào)ΔS)________零。 (3)熵值大小的比較。同一種物質(zhì)不同狀態(tài)時(shí)熵值大小為S(g)_______S(l)________S(s)。(4)熵判據(jù)。體系有自發(fā)地向混亂度________(即________)的方向轉(zhuǎn)變的傾向，因此可用________來(lái)判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向。
3．復(fù)合判據(jù)過(guò)程的自發(fā)性只能用于判斷過(guò)程的方向，不能確定過(guò)程________ 和過(guò)程 ________ ，若允許外界對(duì)體系施加某種作用，就可能出現(xiàn)相反的結(jié)果。綜合考慮____________和____________的復(fù)合判據(jù)，將更適合于所有的過(guò)程，只根據(jù)一個(gè)方面來(lái)判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向是不全面的。
2.是否ΔS＞0的過(guò)程一定能自發(fā)進(jìn)行，ΔS＜0的過(guò)程一定不能自發(fā)進(jìn)行？
提示：不是。一個(gè)過(guò)程的ΔS＞0，只能說(shuō)明該過(guò)程有自發(fā)進(jìn)行的傾向，而這個(gè)過(guò)程是否一定會(huì)發(fā)生則不能確定；ΔS＜0的過(guò)程也能自發(fā)進(jìn)行，如－10℃的液態(tài)水會(huì)自動(dòng)結(jié)冰成為固態(tài)。
二、決定和影響化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的因素1．化學(xué)反應(yīng)的方向與焓變的關(guān)系(1)多數(shù)能自發(fā)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)是放熱反應(yīng)。例如：在常溫、常壓下，氫氧化亞鐵被氧化為氫氧化鐵的反應(yīng)是自發(fā)的，反應(yīng)放熱：4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)===4Fe(OH)3(s)　ΔH(298 K)＝－444.3 kJ·ml－1。(2)有些吸熱反應(yīng)也能自發(fā)進(jìn)行。例如：NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)===CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l)　ΔH(298 K)＝＋37.30 kJ·ml－1。(3)有一些吸熱反應(yīng)在室溫條件下不能自發(fā)進(jìn)行，但在較高溫度下則能自發(fā)進(jìn)行。
例如：在室溫下和較高溫度下均為吸熱過(guò)程的CaCO3的分解反應(yīng)CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)ΔH(298 K)＝＋178.2 kJ·ml－1，ΔH(1200 K)＝＋176.5 kJ·ml－1。
2．化學(xué)反應(yīng)的方向與熵變的關(guān)系反應(yīng)的熵變?chǔ)為反應(yīng)產(chǎn)物總熵與反應(yīng)物總熵之差；對(duì)于確定的化學(xué)反應(yīng)，在一定條件下具有確定的熵變。(1)許多熵增加的反應(yīng)在常溫、常壓下可以自發(fā)進(jìn)行。產(chǎn)生氣體的反應(yīng)，氣體物質(zhì)的物質(zhì)的量增大的反應(yīng)，熵變通常都是正值，為熵增加反應(yīng)。
例如：2H2O2(aq)===2H2O(l)＋O2(g)。(2)有些熵增加的反應(yīng)在常溫、常壓下不能自發(fā)進(jìn)行，但在較高溫度下可以自發(fā)進(jìn)行。例如：CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)；C(石墨，s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)。
(3)鋁熱反應(yīng)是熵減小的反應(yīng)，它在一定條件下也可以自發(fā)進(jìn)行。2Al(s)＋Fe2O3(s)===Al2O3(s)＋2Fe(s)。任何反應(yīng)體系都有趨向于從高能狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軤顟B(tài)和從有序自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)序的傾向，因此影響和決定化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的因素是焓變和熵變。
三、焓變與熵變對(duì)反應(yīng)方向的共同影響1．用焓變和熵變的復(fù)合判據(jù)判斷反應(yīng)的方向體系的自由能變化(符號(hào)為ΔG，單位為kJ·ml－1)綜合考慮了焓變和熵變對(duì)體系的影響，可用于化學(xué)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的方向的判斷，ΔG＝ΔH－TΔS。(1)當(dāng)ΔH＜0，ΔS＞0時(shí)，ΔG＜0，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行。(2)當(dāng)ΔH＞0，ΔS＜0時(shí)，ΔG＞0，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。(3)當(dāng)ΔH＞0，ΔS＞0或ΔH＜0，ΔS＜0時(shí)，反應(yīng)是否自發(fā)進(jìn)行與溫度有關(guān)，在一定溫度下可使ΔG＝0，即反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。
2．用復(fù)合判據(jù)判斷反應(yīng)方向的有關(guān)規(guī)律
2．下列關(guān)于冰融化為水的過(guò)程判斷正確的是(　　)A．ΔH＞0，ΔS＜0　　B．ΔH＜0，ΔS＞0C．ΔH＞0，ΔS＞0 D．ΔH＜0，ΔS＜0
解析：融化是吸熱的變化，故ΔH＞0，冰融化成水，分子活動(dòng)能力增強(qiáng)，混亂度增大，故ΔS＞0。答案：C
例1 下列說(shuō)法正確的是(　　)A．在常溫下，放熱反應(yīng)一般能自發(fā)進(jìn)行，吸熱反應(yīng)都不能自發(fā)進(jìn)行B．NH4HCO3(s)===NH3(g)＋H2O(g)＋CO2(g)　ΔH＝＋185.57 kJ/ml，能自發(fā)進(jìn)行，原因是體系有自發(fā)地向混亂度增加的方向轉(zhuǎn)變的傾向C．因?yàn)殪首兒挽刈兌寂c反應(yīng)的自發(fā)性有關(guān)，因此焓變或熵變均可以單獨(dú)作為反應(yīng)自發(fā)性的判據(jù)D．在其他外界條件不變的情況下，使用催化劑，可以改變化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向
解析：正確解答本題，首先要明確焓判據(jù)和熵判據(jù)對(duì)化學(xué)反應(yīng)方向的影響，然后利用自由能變化(復(fù)合判據(jù))進(jìn)行綜合分析判斷，同時(shí)要注意催化劑在化學(xué)反應(yīng)中的作用。A項(xiàng)錯(cuò)誤，有些熵值增大的吸熱反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)行；C項(xiàng)錯(cuò)誤的原因是要將二者綜合起來(lái)即利用復(fù)合判據(jù)進(jìn)行判斷；D項(xiàng)中使用催化劑只能降低反應(yīng)的活化能，不能改變反應(yīng)的方向。答案：B
名師點(diǎn)睛：焓變和熵變都是與反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行有關(guān)的因素，但又都不能獨(dú)立地作為反應(yīng)自發(fā)性的判據(jù)，要判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向，必須綜合考慮體系的焓變和熵變對(duì)反應(yīng)方向的綜合影響。
1．以下自發(fā)反應(yīng)可用能量判據(jù)來(lái)解釋的是(　　)A．硝酸銨自發(fā)地溶于水B．2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋56.7 kJ/mlC．(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g)ΔH＝＋74.9 kJ/mlD．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－571.6 kJ/ml
解析：能量判據(jù)能夠說(shuō)明放熱反應(yīng)為自發(fā)反應(yīng)，而A、B、C三個(gè)自發(fā)過(guò)程均為吸熱過(guò)程，顯然不能用能量判據(jù)來(lái)解釋 。只有D項(xiàng)可以用能量判據(jù)解釋 。答案：D
例2下列反應(yīng)中，一定不能自發(fā)進(jìn)行的是(　　)A．2KClO3(s)===2KCl(s)＋3O2(g)ΔH＝－78.03 kJ/ml　ΔS＝1110 J/(ml·K)B．CO(g)===C(石墨)＋O2(g)ΔH＝110.5 kJ/ml　ΔS＝－89.36 J/(ml·K)C．4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)===4Fe(OH)3(s)ΔH＝－444.3 kJ/ml　ΔS＝－280.1 J/(ml·K)
D．NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)===CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l)ΔH＝37.301 kJ/ml　ΔS＝184.05 J/(ml·K)
解析：A.反應(yīng)為放熱的熵增加反應(yīng)，一定能自發(fā)進(jìn)行；C.焓變對(duì)反應(yīng)的方向起決定性作用，ΔH－TΔS＜0，常溫、常壓下反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行；D.熵變對(duì)反應(yīng)的方向起決定性作用，ΔH－TΔS＜0，常溫、常壓下反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。答案：B
名師點(diǎn)睛：(1)放熱的熵增加(即ΔH＜0，ΔS＞0)的反應(yīng)一定能自發(fā)進(jìn)行。(2)吸熱的熵減小(即ΔH＞0，ΔS＜0)的反應(yīng)一定不能自發(fā)進(jìn)行。(3)當(dāng)焓變和熵變對(duì)ΔH－TΔS貢獻(xiàn)相反時(shí)，如果二者相差懸殊，可能某一因素占主導(dǎo)地位。可能是焓變起決定性作用，即大多數(shù)放熱反應(yīng)是自發(fā)反應(yīng)；可能是熵變起決定性作用，若干熵增加的反應(yīng)是自發(fā)反應(yīng)。(4)當(dāng)在焓變和熵變隨溫度變化不大的范圍內(nèi)，可以假定它們?yōu)槌?shù)，此時(shí)溫度有可能對(duì)反應(yīng)的方向起決定性作用。一些反應(yīng)在低溫下是非自發(fā)反應(yīng)，而在高溫下為自發(fā)反應(yīng)。
2．試判斷用于汽車凈化的一個(gè)反應(yīng)：2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)在298 K、100 kPa下能否自發(fā)進(jìn)行。已知在298 K、100 kPa下，該反應(yīng)的ΔH＝－113.0 kJ/ml，ΔS＝－145.3 J/(ml·K)。
解析：判斷一個(gè)化學(xué)反應(yīng)方向是否自發(fā)進(jìn)行，在一定溫度、壓強(qiáng)下，若ΔH－TΔS＜0，則反應(yīng)就能夠自發(fā)進(jìn)行；若ΔH－TΔS＝0，則反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，若ΔH－TΔS＞0，則反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。因?yàn)楸绢}中ΔH－TΔS＝－113.0 kJ/ml－298 K×[－145.3×10－3 kJ/(ml·K)]＝－69.7 kJ/ml＜0。因此室溫下該反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。答案：可以自發(fā)進(jìn)行