高中化學 第2章 化學反應速率和化學平衡 第4節(jié) 化學反應進行的方向課件 新人教版選修4.ppt
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成才之路 化學,路漫漫其修遠兮 吾將上下而求索,人教版 選修,化學反應速率和化學平衡,第二章,第四節(jié) 化學反應進行的方向,第二章,小時候在玩玩具時,你是否有將所有玩具到處亂丟,使其亂七八糟的行為呢?就像“水往低處流”一樣,化學反應也存在內能降低(焓減小),混亂度增大(熵增加)的趨勢。,未涂防銹漆的鋼制器件會生銹、香水會擴散到空氣中等,這些都是不用借助外力就可以自發(fā)進行的過程;用水泵把水從低水位升至高水位,高溫高壓可以使石墨轉化為金剛石,這些是必須在外界對體系施加某種作用時才能實現的過程。化學反應為什么有的能夠自發(fā)進行,不需要借助外力,而有些反應或過程需要在特定條件下才能進行呢?請讓我們一起走進教材第四節(jié):化學反應進行的方向。,新知導學,自動進行,的過程,自發(fā)地,降低,焓變,混亂,混亂,S,增大,大于,增大,熵增,熵變,是否一定會發(fā)生,發(fā)生的速率,焓判據,熵判據,1“自發(fā)反應一定能自動進行,而非自發(fā)反應一定不能發(fā)生”,這句話對嗎?說明理由。 提示:不對。某些自發(fā)反應需在一定條件下才能自動進行,非自發(fā)反應具備一定條件也能發(fā)生。如甲烷燃燒是自發(fā)反應,但需點燃或加熱才能反應;石灰石分解為氧化鈣和二氧化碳為非自發(fā)反應,在高溫下可以發(fā)生。,自主探究,2是否S0的過程一定能自發(fā)進行,S0的過程一定不能自發(fā)進行? 提示:不是。一個過程的S0,只能說明該過程有自發(fā)進行的傾向,而這個過程是否一定會發(fā)生則不能確定;S0的過程也能自發(fā)進行,如10的液態(tài)水會自動結冰成為固態(tài)。,3反應2NH4ClBa(OH)28H2O=2NH3BaCl210H2O在常溫下能反應進行,該過程體系的能量和熵如何變化?說明什么問題? 提示:該反應是吸熱反應,體系的能量升高,但其熵增大,所以能自發(fā)進行,說明判斷一個反應進行的方向要綜合考慮焓判據和熵判據。,4硝酸銨溶于水為什么吸熱? 提示:體系具有向熵值變大的方向進行變化的傾向,因此硝酸銨溶于水首先要進行擴散,而擴散過程是一個吸熱過程,一般情況下,含銨根離子的化合物,溶解于水時擴散過程表現得更為劇烈所以明顯吸熱,離子需要從溶劑中吸收熱量來完成自己的擴散過程。所以溶液溫度降低是離子擴散過程,不是溶液吸熱。就是說銨根從水中帶走熱量,所以水溫降低,溶液溫度降低。,1自發(fā)過程 (1)含義:在一定條件下,不用借助外力,就可以自發(fā)進行的過程。 (2)分類,自發(fā)過程和自發(fā)反應,教材點撥,(3)特點 體系趨向于從高能狀態(tài)轉變?yōu)榈湍軤顟B(tài)(體系對外部做功或者放釋熱量)。 在密閉條件下,體系有從有序自發(fā)轉變?yōu)闊o序的傾向。 (4)實例: 自然界中的自發(fā)過程 自然界中的水由高處往低處流,而不會自動從低處往高處流。 物理學中研究的電流總是從電位高的地方向電位低的地方流動。 日常生活中,氣溫升高,冰雪自動融化。,2自發(fā)反應 在給定的一組條件下,可以自發(fā)地進行到顯著程度的反應。 溫馨提示:自發(fā)過程和自發(fā)反應可被利用來完成有用功。如:Zn與CuSO4反應可被設計成原電池。 3非自發(fā)過程要想發(fā)生,則必須對它做功,如利用水泵可以將水從低處引向高處,通電可以將水分解為氫氣和氧氣。,(2015經典習題選萃)下列過程均為自發(fā)過程的是( ) 銨鹽的溶解 燒堿與鹽酸反應 Zn與稀H2SO4反應 氫氣在氧氣中燃燒 Mg在空氣中燃燒 鋁熱反應 墨水在水中的擴散 電解熔融的氯化鈉 A B C D,典例透析,【解析】 自發(fā)過程指在一般條件下能自動發(fā)生的過程,它包括自發(fā)反應。而電解熔融的氯化鈉要在直流電作用下進行,不能自發(fā)。 【答案】 D 【點評】 在討論反應過程的自發(fā)性時,指的是沒有外界干擾時體系的性質。如果允許外界對體系施加某種作用,就可能出現相反的結果。,1向燒杯內加入適量的氫氧化鋇晶體Ba(OH)28H2O和氯化銨晶體(NH4Cl),并迅速置于滴有幾滴水的木板上攪拌。一會兒就會發(fā)現燒杯內的固體變成了糊狀,杯壁變冷,杯底和木板被冰粘在了一起,并能聞到明顯的刺激性氣味。這是自發(fā)地發(fā)生了化學反應:Ba(OH)28H2O(s)2NH4Cl(s)= 2NH3(g)10H2O(l)BaCl2(aq)。下列結論中正確的是( ),變式訓練,A自發(fā)反應一定是吸熱反應 B自發(fā)反應一定是放熱反應 C有的吸熱反應也能自發(fā)進行 D吸熱反應都能自發(fā)進行 解析:有部分吸熱反應能自發(fā)進行。 答案:C,科學家根據體系存在著力圖使自身能量趨于“最低”和由“有序”變?yōu)椤盁o序”的自然現象,提出了互相關聯的判據:焓判據和熵判據。,化學反應方向的判據,教材點撥,2熵判據 (1)熵 熵是衡量體系混亂度大小的物理量,即表示體系的不規(guī)則或無序狀態(tài)程度的物理量?;靵y度越大,體系越無序,體系的熵值就越大。熵的符號為S,常用單位:Jmol1K1。 (2)物質熵大小規(guī)律 物質的存在狀態(tài):對于同一種物質,等物質的量的該物質其熵值(混亂度)大小與物質的存在狀態(tài)有關,氣態(tài)時熵值最大,固態(tài)時熵值最小,而液態(tài)時介于二者之間,即S(g)S(l) S(s)。,與物質的量的關系:物質的量越大,分子數越多,熵值越大。 不同物質熵值間的關系:物質的組成越復雜其熵值越大,一般組成物質的原子種類相同時,一個分子中的原子數目越多,其混亂度就越大,熵值也越大。,(3)熵變 熵變 化學反應的熵變是產物的總熵值與反應物的總熵值之差。符號:S;表達式:SS(產物)S(反應物)。,熵變大小規(guī)律 對于有氣體參與的化學反應(氣體參與反應時氣體既可以是反應物也可以是產物),氣態(tài)物質的物質的量增大的化學反應,其熵變通常是正值,是熵增大的反應;反之,氣態(tài)物質的物質的量減小的化學反應,其熵變通常是負值,是熵減小的反應。所以離子反應的條件之一是有氣體產生,即為熵值增大的反應。 當然物質在發(fā)生三態(tài)變化時,由固態(tài)到液態(tài)、由液態(tài)到氣態(tài)或由固態(tài)到氣態(tài)(升華)過程都是熵增加過程。,熵判據 在與外界隔離的體系中,自發(fā)過程的體系趨向于由有序轉變?yōu)闊o序,導致體系的熵增大,這一經驗規(guī)律叫做熵增原理。在用來判斷過程的方向時,就稱為熵判據。,反應的熵變與反應方向的關系 對于確定的化學反應,在一定條件下,具有確定的熵變。 a許多熵增加的反應在常溫、常壓下可以自發(fā)地進行。產生氣體的反應,氣體物質的物質的量增大的反應,熵變通常都是正值,為熵增加反應。 例如:2H2O2(aq)=2H2O(l)O2(g) S57.16 Jmol1K1 NH4HCO3(s)CH3COOH(aq)=CO2(g)CH3COONH4 (aq)H2O(l) S184.0 Jmol1K1,b有些熵增加的反應在常溫、常壓下不能自發(fā)進行,但在較高溫度下可以自發(fā)進行。 例如:CaCO3(s)=CaO(s)CO2(g) S169.6 kJmol1K1 C(s,石墨)H2O(g)=CO(g)H2(g) S133.8 Jmol1K1,c鋁熱反應是熵減小的反應,它在一定條件下也可以自發(fā)進行。 例如:2Al(s)Fe2O3(s)=Al2O3(s)2Fe(s) S39.4 Jmol1K1 事實證明,熵變是與反應能否自發(fā)進行有關的又一個因素,但也不是唯一的因素。,3復合判據 由焓判據知放熱過程常常是容易進行的;由熵判據知熵增的過程是自發(fā)的。很多情況下,用不同的判據判斷同一個反應,可能會出現相反的判斷結果,所以我們應兩個判據兼顧。 復合判據公式為GHTS。 HTS0時反應不能自發(fā)進行。,4焓變與熵變對反應方向的共同影響 (1)焓變和熵變的復合判據判斷反應的方向。 體系的自由能變化(符號為G,單位為kJmol1)綜合考慮了焓變和熵變對體系的影響,可用于化學反應自發(fā)進行的方向的判斷,GHTS。 當H0時,G0,S0,反應不能自發(fā)進行 當H0,S0或H0,S0時,反應是否自發(fā)進行與溫度有關,在一定溫度下可使G0,即反應達平衡狀態(tài)。,(2)用復合判據判斷反應方向的有關規(guī)律。 放熱的熵增加反應一定能自發(fā)進行,放熱的熵減小反應或熵無明顯變化的反應,也可能自發(fā)進行,如氫氣燃燒、甲烷燃燒等。 吸熱的熵減小反應一定不能自發(fā)進行,而吸熱的自發(fā)過程一定是熵增加的過程,如:冰的融化。,無熱效應的自發(fā)過程是熵增加的過程。如兩種理想氣體的混合。 當焓變和熵變的作用相反時,如果二者大小相差懸殊,可能某一因素占主導地位。 此外,如果焓變和熵變的作用相反且相差不大時,溫度有可能對反應的方向起決定性作用。,溫馨提示:焓變和熵變都與反應的自發(fā)性有關,又都不能獨立地作為自發(fā)性的判據,要判斷反應進行的方向,必須考慮體系的焓變和熵變。 根據HTS0判斷的只是反應能否自發(fā)進行的可能性,具體的反應能否實際發(fā)生,還涉及化學反應速率的問題。,(2015四川眉山中學月考)已知反應2CO(g)= 2C(s)O2(g)的H為正值,S為負值。設H和S不隨溫度而變,下列說法中正確的是( ) A低溫下能自發(fā)進行 B高溫下能自發(fā)進行 C低溫下不能自發(fā)進行,高溫下能自發(fā)進行 D任何溫度下都不能自發(fā)進行,典例透析,【解析】 根據復合判據HTS0時反應非自發(fā)進行,又因為H0,S0,故HTS0,此反應為非自發(fā)進行的反應。故選D。 【答案】 D,2灰錫結構松散,不能用于制造器皿,而白錫結構堅固,可以用于制造器皿。已知在0 、100 kPa條件下,白錫轉化為灰錫的H2180.9J/mol,S6.61 J/(molK)?,F把由白錫制成的器皿在0 、100 kPa的室內存放,它會不會變成灰錫而不能繼續(xù)使用( ) A會 B不會 C不能確定 D升高溫度才會,變式訓練,解析:在等溫、等壓條件下,自發(fā)反應總是向著HTS0的方向進行,直至達到平衡狀態(tài)。在0 ,100 kPa條件下,白錫轉化為灰錫的HTS2180.9 J/mol273 K6.61 J/(molK)376.37 J/mol0,因此在該條件下白錫會變?yōu)榛义a。 答案:A,1(2015經典習題選萃)知道了某反應有自發(fā)性之后,則( ) A可判斷出反應的方向 B可確定反應是否一定會發(fā)生 C可預測反應速率的大小 D可判斷反應的熱效應 解析:已知某反應可自發(fā)進行,只能判斷反應的方向,不能判斷反應是否會發(fā)生、反應速率、反應的熱效應。 答案:A,2下列對熵的理解不正確的是( ) A同種物質氣態(tài)時熵值最大,固態(tài)時熵值最小 B體系越有序,熵值越小;越混亂,熵值越大 C與外界隔離的體系,自發(fā)過程將導致體系的熵減小 D25 、1.01105 Pa時,2N2O5(g)=4NO2(g)O2(g)是熵增加的反應 解析:體系都有從有序自發(fā)轉變?yōu)闊o序的傾向,此過程為熵增加過程,故C錯誤。 答案:C,3(2015四川宜賓中學月考)下列自發(fā)反應可用焓判據來解釋的是( ) A2N2O5(g)=4NO2(g)O2(g) H56.7 kJ/mol BNH4HCO3(s)CH3COOH(aq)=CO2(g)CH3COONH4(aq)H2O(l) H37.3 kJ/mol C3NO2(g)H2O(l)=2HNO3(aq)NO(g) H138 kJ/mol DCaCO3(s)=CaO(s)CO2(g) H178.2 kJ/mol,解析:從焓變的角度分析,放熱反應有由高能量狀態(tài)向低能量狀態(tài)轉化,使體系能量降低的趨勢,因此較易進行,但并不是說所有放熱反應都是自發(fā)的。 答案:C 點評:焓變是影響化學反應進行方向的一個重要因素(大多數放熱反應是自發(fā)的),但不是唯一的因素。,解析:A、B、C、D都是分解反應,都是吸熱反應,B、C、D三個反應都是熵增反應,所以在高溫下能自發(fā)進行。 答案:A,解析:由于S(g)S(l)S(s),故按氣體液體固體的順序是熵減的變化,反之是熵增的變化。 答案:(1)減小 (2)無明顯變化 (3)增加 (4)減小,與此同時,機體本身的熵也發(fā)生了變化。機體不斷產生新的復雜結構(發(fā)育成長),是熵減小,而細胞死亡和代謝過程將結構復雜的生化物質轉化為簡單的小分子,則是熵增大。機體總的熵變取決于年齡的增長。當機體處于生長發(fā)育階段時(年輕人),熵要減??;當機體處于發(fā)育成熟階段時(成年人),熵變幾乎等于零;當機體處于衰老階段時(老年人),熵會增大;機體老死時,熵增至極大。這正如量子化學奠基人薛定諤所說:“一個生命有機體不斷地產生正的熵因此就勢必接近具有極大熵值的危險狀態(tài),即死亡。,新陳代謝作用最基本的內容是有機體成功地使自身釋放出它活著時不得不產生的全部熵?!贝嗽挷坏俚刂赋鲮剡@一熱力學概念對理解生命的意義,而且也啟示了熵的概念對所有過程的重要意義。,- 配套講稿:
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