吉林省長市第五中學(xué)高中化學(xué) 2.4《化學(xué)反應(yīng)進行的方向》課件1 新人教版選修4.ppt

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)進行的方向 化學(xué)反應(yīng)進行的快慢 化學(xué)反應(yīng)的限度 化學(xué)反應(yīng)進行的方向 化學(xué)反應(yīng)速率 化學(xué)平衡 化學(xué)反應(yīng)原理的組成部分 自然界中水總是從高處往低處流 正電荷是從電勢高的地方向電勢低的地方流動 室溫下冰塊自動融化 墨水擴散 食鹽溶解于水 火柴棒散落等 這些生活中的現(xiàn)象將向何方發(fā)展 我們非常清楚 因為它們有明顯的自發(fā)性 其中是否蘊藏了一定的科學(xué)原理 自然界中水總是從高處往低處流 墨水擴散 食鹽溶解于水 1 生活中的自發(fā)過程 生活中電流總是從電位高的地方向電位低的地方流動 生活中一般在室溫下 冰塊會融化 鐵器暴露在潮濕空氣中會生銹 甲烷和氧氣的混合氣體遇明火就燃燒 這些過程都是自發(fā)的 那么我們該如何判斷一個過程 一個反應(yīng)能否自發(fā)進行呢 一個過程或者一個反應(yīng)要自發(fā)的進行是否要符合什么條件呢 以上過程的反方向都不會自發(fā)進行 1 自發(fā)過程 在一定條件下不需外力作用就能自動進行的過程 自發(fā)過程的特征 有明確的方向性 具有做功的本領(lǐng) 要逆轉(zhuǎn)必須借助外界做功 2 非自發(fā)過程 在一定條件下 需要持續(xù)借助人為作用力才能進行的過程 3 自發(fā)反應(yīng) 在一定條件下無需外界幫助就能自動進行的反應(yīng) 自發(fā)反應(yīng)是從屬于自發(fā)過程的 是屬于自發(fā)過程的一部分 說明 1 自然界中水由高處往低處流是自發(fā)過程 其逆過程就是非自發(fā)過程 甲烷與氧氣混合遇火就燃燒是自發(fā)反應(yīng) 其逆向是非自發(fā)反應(yīng) 2 自發(fā)過程和自發(fā)反應(yīng)可被利用來完成有用功 如向下流動的水可推動機器 甲烷燃燒可在內(nèi)燃機中被利用來做功 可將氫氣燃燒反應(yīng)設(shè)計成燃燒電池等 3 非自發(fā)過程要想發(fā)生 則必須對它做功 如利用水泵可將水從低處流向高處 通電可將水分解生成氫氣和氧氣 4 在討論過程的方向時 指的是沒有外界干擾時體系的性質(zhì) 如果允許外界對體系施加某種作用 就可能出現(xiàn)相反的結(jié)果 如水泵可以把水從低水位升至高水位 5 反應(yīng)的自發(fā)性也受外界條件的影響 如常溫下石灰石分解生成生石灰和二氧化碳是非自發(fā)性的 但在1273k時 這一反應(yīng)就是自發(fā)的反應(yīng) 下列反應(yīng)在一定條件下都能自發(fā)進行 你知道這些反應(yīng)能自發(fā)進行的主要原因嗎 c3h8 g 5o2 g 3co2 g 4h2o l h 2217 5kj mol 12na s cl2 g 2nacl s h 822kj mol 14fe s 3o2 g fe2o3 s h 1648 4kj mol 1h2 g f2 g 2hf g h 546 6kj mol 1 共同特點 h o即放熱反應(yīng) 放熱反應(yīng)使體系能量降低 能量越低越穩(wěn)定 h o有利于反應(yīng)自發(fā)進行 1 能量判據(jù) 焓判據(jù) 反應(yīng)物的總能量高 生成物的總能量低 放熱反應(yīng) h 0 化學(xué)反應(yīng)進行方向的判據(jù) 日常生活中長期積累的經(jīng)驗而總結(jié)得到一條經(jīng)驗規(guī)律 能量判據(jù) 焓判據(jù) 自發(fā)過程體系趨向于從高能狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軤顟B(tài) 這時體系會對外做功或者釋放熱量即 h 0 思考 是不是所有自發(fā)進行的化學(xué)反應(yīng)都是放熱的 結(jié)論 h o有利于反應(yīng)自發(fā)進行 但自發(fā)反應(yīng)不一定要 h o 2nh4cl s ba oh 2 8h2o s nh3 g bacl2 s 10h2o l 焓變只是反應(yīng)能否自發(fā)進行的一個因素 但不是惟一因素 只根據(jù)焓變來判斷反應(yīng)方向是不全面的 h o 2n2o5 g 4no2 g o2 g nh4 2co3 s nh4hco3 s nh3 g 墨水滴入水中 氣體的擴散 固體的溶解 火柴的散落 一副嶄新的撲克牌被洗過后會怎樣 如果沒有法律的制約 世界會怎樣 下課鈴一響教室里會怎樣 你能發(fā)現(xiàn)這些看似不相干的事件之間的聯(lián)系嗎 有序 混亂 克勞修斯 德國 熵 s 由有序變?yōu)闊o序 為了解釋這樣一類與能量狀態(tài)的高低無關(guān)的過程的自發(fā)性 提出了在自然界還存在著另一種能夠推動體系變化的因素 熵 反應(yīng)熵變與反應(yīng)方向 1 在密閉條件下 體系由有序自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序的傾向 稱為熵 2 符號用s表示 3 熵值越大 體系混亂度越大 二 熵判據(jù) 1 同一物質(zhì)氣態(tài)時熵值最大 液態(tài)較小 固態(tài)時最小 s g s l s s 2 固體的溶解過程 墨水擴散過程和氣體擴散過程 3 反應(yīng)過程中氣體物質(zhì)的量增加的反應(yīng) 導(dǎo)致混亂度增加的一些因素 反應(yīng)熵變與反應(yīng)方向 二 熵判據(jù) 與有序體系相比 無序體系 更加穩(wěn)定 可以采取更多的存在方式 由大量粒子組成的體系中 用熵來描述體系的混亂程度 4 熵變和熵增原理 1 熵變 s 反應(yīng)的熵變?yōu)楫a(chǎn)物總熵與反應(yīng)物總熵之差 對于確定的化學(xué)反應(yīng) 在一定條件下具有確定的熵變 2 表達式 s s 生成物 s 反應(yīng)物 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 s 0 為熵增加的反應(yīng) 許多熵增反應(yīng)在常溫常壓下能自發(fā)進行 有些在室溫條件下不能自發(fā)進行 但在較高溫度下則能自發(fā)進行 3 在與外界隔離的體系中 自發(fā)過程將導(dǎo)致體系的熵增大 這一經(jīng)驗規(guī)律叫做熵增原理 在用來判斷化學(xué)反應(yīng)方向時就稱為熵判據(jù) 2 熵判據(jù) 注意 1 熵變只是反應(yīng)能否自發(fā)進行的一種因素 2 熵變 s 只決定于體系的始態(tài)和終態(tài) 與變化的途徑無關(guān) 3 熵判據(jù)只判斷一定條件化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進行 與化學(xué)反應(yīng)速率無關(guān) 總結(jié) 自發(fā)過程的兩大變化趨勢 1 能量趨于減小 焓減 2 混亂度趨于增大 熵增 5 焓判據(jù)和熵判據(jù)的應(yīng)用 1 由焓判據(jù)知 放熱過程 h 0 常常是容易自發(fā)進行 2 由熵判據(jù)知 若干熵增加 s 0 的過程是自發(fā)的 10 的液態(tài)水能自動結(jié)冰成為固態(tài) 鋁熱反應(yīng)是熵減反應(yīng) 它在一定條件下也可自發(fā)進行 因此熵判據(jù)判斷過程的方向也是不全面的3 很多情況下 簡單地只用其中一個判據(jù)去判斷同一個反應(yīng) 可能會出現(xiàn)相反的判斷結(jié)果 所以我們應(yīng)兩個判據(jù)兼顧 由能量判據(jù) 以焓變?yōu)榛A(chǔ) 和熵判據(jù)組合成的復(fù)合判據(jù) 吉布斯自由能變 g 將更適合于所有的反應(yīng)過程 三 焓變與熵變對反應(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 符號為 g 單位為kj mol 1 綜合考慮了焓變和熵變對體系的影響 可用于化學(xué)反應(yīng)自發(fā)進行方向的判斷 g h t s 當 g 0時 反應(yīng)自發(fā)進行 當 g 0時 反應(yīng)不能自發(fā)進行 當 g 0反應(yīng)達平衡狀態(tài) 結(jié)合教材p36 科學(xué)視野 理解思考 2 用符合判據(jù)判斷反應(yīng)方向的有關(guān)規(guī)律 放熱的熵增反應(yīng)一定能自發(fā)進行 放熱的熵減小反應(yīng)或熵無明顯變化的反應(yīng) 也可能自發(fā)進行 如氫氣的燃燒 甲烷的燃燒等 吸熱的熵減小反應(yīng)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(yīng)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 如果而這相差懸殊 可能某一因素占主導(dǎo)地位 此外 如果熵變和焓變的作用相反且相差不大時 溫度有可能對反應(yīng)的方向起決定作用 根據(jù) g 0判斷的只是反應(yīng)能否自發(fā)進行的可能性 具體的反應(yīng)能否實際發(fā)生 還涉及化學(xué)反應(yīng)速率等問題 2kclo3 s 2kcl s 3o2 g h 78 03kj mol 1 s 494 4j mol 1 k 1 co g c s 石墨 1 2o2 g h 110 5kj mol 1 s 89 36j mol 1 k 1 判斷下列反應(yīng)能否自發(fā)進行 4fe oh 2 s 2h2o l o2 g 4fe oh 3 s h 444 3kj mol 1 s 280 1j mol 1 k 1 h 298k 178 2kj mol 1 s 298k 169 6j mol 1 k 1 caco3 s cao s co2 g 2 在討論過程的方向時 指的是沒有外界干擾時體系的性質(zhì) 如果允許外界對體系施加某種作用 就可能出現(xiàn)相反的結(jié)果 例如水泵可以把水從低水位升至高水位 高溫高壓下可以使石墨轉(zhuǎn)化為金剛石 實現(xiàn)的先決條件是要向體系中輸入能量 該過程的本質(zhì)仍然是非自發(fā)性的 影響因素 焓減小有利于反應(yīng)自發(fā) 熵增大有利于反應(yīng)自發(fā) 溫度 課堂測試 1 下列過程是非自發(fā)的是 a 水由高處向低處流 b 天然氣的燃燒 c 鐵在潮濕空氣中生銹 d 室溫下水結(jié)成冰 2 碳酸銨 nh4 2co3 在室溫下就能自發(fā)地分解產(chǎn)生氨氣 對其說法中正確的是 a 其分解是因為生成了易揮發(fā)的氣體 使體系的熵增大 b 其分解是因為外界給予了能量 c 其分解是吸熱反應(yīng) 據(jù)能量判據(jù)不能自發(fā)分解 d 碳酸鹽都不穩(wěn)定 都能自發(fā)分解 d a 3 下列說法正確的是 a 凡是放熱反應(yīng)都是自發(fā)的 由于吸熱反應(yīng)都是非自發(fā)的 b 自發(fā)反應(yīng)一定是熵增大 非自發(fā)反應(yīng)一定是熵減少或不變 c 自發(fā)反應(yīng)在恰當條件下才能實現(xiàn) d 自發(fā)反應(yīng)在任何條件下都能實現(xiàn) 4 自發(fā)進行的反應(yīng)一定是 a 吸熱反應(yīng) b 放熱反應(yīng) c 熵增加反應(yīng) d 熵增加或者放熱反應(yīng) c d 5 下列說法不正確的是 a 焓變是一個與反應(yīng)能否自發(fā)進行有關(guān)的因素 多數(shù)的能自發(fā)進行的反應(yīng)都是放熱反應(yīng) b 在同一條件下不同物質(zhì)有不同的熵值 其體系的混亂程度越大 熵值越大 c 一個反應(yīng)能否自發(fā)進行取決于該反應(yīng)放熱還是吸熱d 一個反應(yīng)能否自發(fā)進行 與焓變和熵變的共同影響有關(guān)e 非自發(fā)反應(yīng)在一定條件下能實現(xiàn) c 6 以下自發(fā)反應(yīng)可用能量判據(jù)來解釋的是 a 硝酸銨自發(fā)地溶于水b 2n2o5 g 4no2 g o2 g h 56 7kj molc nh4 2co3 s nh4hco3 s nh3 g h 74 9kj mold 2h2 g o2 g 2h2o l h 571 6kj mol d d 7 下列反應(yīng)中 熵減小的