人教版 (2019)选择性必修1第三节 化学反应的方向教学演示课件ppt

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一、自发过程和自发反应1.自发过程(1)含义:在一定条件下,不用借助外力就可以自动进行的过程。例如:高山流水、自由落体。
(2)特点:①体系趋向于从_____状态转变为_____状态(体系对外部做功或释放热量)。②在密闭条件下,体系有从_____自发转变为_____的倾向(无序体系更加稳定)。(3)非自发过程:在一定条件下,需持续借助外力才能进行的过程。
2.自发反应(1)含义:在给定的条件下,可以自发进行到显著程度的化学反应,称为自发反应。例如:钢铁生锈。(2)非自发反应:不能自发进行,必须借助某种外力才能进行的反应。
3.应用(1)可被用来做“有用功”,例如H2的燃烧可设计成燃料电池;(2)非自发过程要想发生,必须对它做功,例如通电将水分解为H2和O2。
【微思考】　 自发反应一定能发生,非自发反应一定不能发生吗?提示:不正确。某些自发反应需要在一定条件下才能发生,非自发反应具备了一定条件也能发生。例如:甲烷燃烧是自发反应,但需要点燃或加热才能够发生;石灰石的分解反应,在常温下是非自发反应,但在高温时,这一反应就能自发进行。
二、化学反应方向的判断1.焓判据(1)_____反应过程中体系能量降低,具有自发进行的倾向,因此可用_____来判断反应进行的方向。
(2)局限性:放热反应有利于反应自发进行,但有些吸热反应也能自发进行,例如:在25 ℃和101 kPa时,2N2O5(g)====4NO2(g)+O2(g)　ΔH=+56.7 kJ·ml-1。所以焓变是反应能否自发进行的一个因素,但不是唯一因素。
2.熵和熵判据(1)熵:用来量度体系_________的物理量,符号为__,单位为J·ml-1·K-1。体系混乱程度越大,熵值_____。同一种物质,不同状态,熵值大小为_______________。
S(g)>S(l)>S(s)
(2)熵变(ΔS ):ΔS=S(生成物)-S(反应物)。(3)熵增原理:在与外界隔绝的体系中,自发过程将导致体系的熵______,即熵变_____零。
(4)熵判据:①体系有自发地向混乱度增大(即熵增)的方向转变的倾向,因此可用熵变来判断反应进行的方向。
②局限性:熵增有利于反应自发进行,但有些熵值减小的反应,在一定条件下也能自发进行。如:NH3(g)+HCl(g)====NH4Cl(s)　ΔS<0。所以熵变是反应能否自发进行的一个因素,但不是唯一因素。
【巧判断】(1)体系有序性越高,熵值就越大。(　　)提示:×。有序性越高,熵值越小。
(1)体系有序性越高,熵值就越大。(　　)提示:×。有序性越高,熵值越小。(2)吸热反应不可以自发进行。(　　)提示:×。吸热的熵增反应可以自发进行。
(3)同种物质气态时熵值最大。(　　)提示:√。同一种物质,不同状态,熵值大小为S(g)>S(l)>S(s)。
3.复合判据在一定条件下,一个化学反应能否自发进行,既与反应焓变有关,又与反应熵变有关。研究表明,在恒温、恒压下,判断化学反应自发性的判据是体系自由能变化(ΔG、单位:kJ·ml-1):ΔG=_________(注意:T的单位是“K”,不是“℃”)。
(1)ΔG<0,反应___自发进行;(2)ΔG=0,反应达到平衡状态;(3)ΔG>0,反应_____自发进行。
【微思考】“吉布斯自由能减少原理( principle f Gibbs free energ reduce)”或“自由能判据”属于热力学的内容,而热力学的一切结论主要建立在两个经验定律(热力学第一定律和热力学第二定律)的基础上,其研究的对象为大量分子构成的宏观体系,所得的结论具有统计意义,特点是只考虑大量分子的集合体的宏观行为,不考虑物质的微观结构和反应机理,以及变化所需要的时间。
宏观上的转化方向,才是我们说的“自发”,而不是微观上的分子同时在解离和分解,就可以说它们都是自发的。而实际上,对于可逆的化学反应来说,正反应方向与逆反应方向哪个反应速率更大,宏观上就是向哪个方向自发反应的。若在一定温度和压强下,有状态A、B和C,
状态A:2 ml SO2与1 ml O2混合状态B:SO2、O2、SO3(各种原子数与状态A的相同)状态C:2 ml SO3(1)状态A、B和C之间的转化,哪个是自发的?提示:状态A到状态B是自发的,状态C到状态B也是自发的。
(2)状态A、B和C的自由能有什么大小关系?提示:自发过程ΔG<0,则自由能G(A)>G(B)、G(C)>G(B)。
知识点　化学反应进行的方向【重点释疑】1.用复合判据判断反应进行的方向(1)焓变和熵变都是与反应能否自发进行有关的因素,但都不能独立作为反应自发性的判据;要判断反应进行的方向,必须综合考虑体系的焓变和熵变对反应进行方向的综合影响。
(2)体系的自由能变化(ΔG)综合考虑了焓变和熵变对体系的影响,可用于判断化学反应进行的方向。在温度、压强一定的条件下,自发反应总是向着ΔG=ΔH-TΔS<0的方向进行,直到平衡状态。
2.ΔH、ΔS与反应的自发性
3.判断过程自发性的目的是判断反应进行的方向,并不能判断反应的快慢和热效应,也不能确定反应是否一定能发生。
　【思考·讨论】　试判断用于汽车净化的一个反应2NO(g)+2CO(g)====N2(g)+2CO2(g)在298 K、100 kPa下能否自发进行?已知:在298 K、100 kPa下该反应的ΔH=-113.0 kJ·ml-1,ΔS=-145.3 J·ml-1·K-1。
提示:ΔG=ΔH-TΔS=-113.0 kJ·ml-1-298 K×[-145.3 J·ml-1·K-1)]×10-3≈-69.7 kJ·ml-1<0,可以自发进行。
【案例示范】【典例】(2020·宁德高二检测)下列对化学反应预测正确的是(　　)
【思维建模】从坐标系角度认识复合判据与化学反应方向的关系
【解析】选D。M(s)====X(g)+Y(s),反应气体化学计量数增大,为熵增大的反应,ΔS>0,ΔH>0,在高温条件下能自发进行,故A错误;4M(s)+N(g)+2W(l)====4Q(s)为气体化学计量数减小的反应,ΔS<0,当ΔH>0时,ΔH-TΔS>0,一定不能自发进行,故B错误;4X(g)+5Y(g)====4W(g)+6G(g)反应为气体化学计量数增大的反应,ΔS>0,所以当ΔH<0,一定满足ΔH-TΔS<0,反应一定能够自发
进行,当ΔH>0时,当高温时,ΔH-TΔS<0,成立,可以自发进行,故C错误;W(s)+G(g)====2Q(g)　ΔH<0,反应为气体化学计量数增大的反应,ΔS>0,则一定满足ΔH-TΔS<0,反应任何温度都自发进行,故D正确。
【母题追问】如何判断化学反应是熵增还是熵减?提示:产生气体,或气体物质的量增大的反应是熵增反应,反之是熵减反应。
【规律方法】常见的熵增过程和熵增反应(1)常见的熵增过程:固体的溶解,气体的扩散,水的汽化过程等。(2)常见的熵增加的反应:产生气体的反应,气体物质的量增大的反应。
　【迁移·应用】1.(2020·沈阳高二检测)橡皮筋在拉伸和收缩状态时结构如图。在其拉伸过程中有放热现象。25 ℃、101 kPa时,下列过程的焓变、熵变和自发性与橡皮筋从拉伸状态到收缩状态一致的是(　　)
A.CaCO3====CaO+CO2↑B.NaOH的溶解C.2H2+O2====2H2OD.Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl====BaCl2+2NH3↑+10H2O
【解析】选D。分解为吸热反应,且熵变大于0,但过程为非自发,故A不选;NaOH的溶解放热,故B不选;燃烧为放热,故C不选;为吸热反应,且熵变大于0,为自发进行的过程,故D选。
2.(2020·大连高二检测)以下说法中正确的是(　　)A.ΔH<0的反应均是自发反应B.自发进行的反应一定能随时自动发生C.冰在室温下自动融化成水,这是熵增的过程D.MgCO3(s)====MgO(s)+CO2(g)高温下,不能自发
【解析】选C。ΔG<0反应自发进行,由ΔG=ΔH-TΔS可知,ΔH<0时,若ΔS<0,则ΔG可能大于0,反应非自发,故A错误;ΔG<0反应自发进行,能否随时自动发生还有反应速率问题,故B错误;反应向熵增方向进行,同种物质熵值:液体>固体,冰在室温下自动融化成水,是熵增的过程,故C正确;碳酸镁分解属于吸热反应,ΔH>0,
MgCO3(s)====MgO(s)+CO2(g),固体分解得到气体,混乱度增加,ΔS>0,在高温条件下ΔG=ΔH-T·ΔS<0反应自发进行,故D错误。
3.(2020·中山高二检测)下列反应中ΔH>0,ΔS>0的是(　　)A.CaCO3(s)====CaO(s)+CO2(g)B.NH3(g)+HCl(g)====NH4Cl(s)C.4Fe(OH)2(s)+O2(g)+2H2O(l)====4Fe(OH)3(s)D.任何温度下均能自发进行2H2O2(l)====2H2O(l)+O2(g)
【解析】选A。CaCO3(s)====CaO(s)+CO2(g)是吸热反应,气体体积增大,故A正确;NH3(g)+HCl(g)====NH4Cl(s)是放热反应,气体体积减小,故B错误;4Fe(OH)2(s)+O2(g)+2H2O(l)====4Fe(OH)3(s)是放热反应,气体体积减小,故C错误;2H2O2(l)====2H2O(l)+O2(g),ΔH>0,气体体积增大的反应其ΔS>0,故D错误。
【补偿训练】　　某反应CH3OH(l)+NH3(g)====CH3NH2(g)+H2O(g)在高温时才能自发进行,则该反应过程的ΔH、ΔS判断正确的是(　　)A.ΔH>0、ΔS<0　　　B.ΔH>0、ΔS>0C.ΔH<0、ΔS<0D.ΔH<0、ΔS>0
【解析】选B。由反应可知,气体的体积增大,则ΔS>0,ΔH-TΔS<0的反应可自发进行,该反应在高温时才能自发进行,可知ΔH>0。
【素养提升】对于一个化学反应,判断其自发进行的方向问题是研究此反应的首要任务,只有确定了反应自发进行的方向,才有研究其他问题的意义。(1)在冶金工业中,常以焦炭(C)作为还原剂。
①已知298 K下反应2Al2O3(s)+3C(s)====4Al(s)+3CO2(g)　ΔH=+2 171.0 kJ·ml-1,ΔS=+635.5 J·ml-1·K-1,判断此反应在室温下能否自发进行。
提示:在室温时ΔH-TΔS=2 171.0 kJ·ml-1-0.635 5 kJ·ml-1·K-1×298 K≈1 981.6 kJ·ml-1>0,因此在室温下此反应不能自发进行。
②用焦炭作还原剂冶炼金属锡的反应方程式为SnO2(s)+2C(s)====Sn(s)+2CO(g),反应过程中能量的变化如图所示。判断此反应是在低温下还是在高温下自发进行?
提示:高温下能自发进行。根据图像可知生成物的总能量高于反应物的总能量,所以正反应是吸热反应,则ΔH>0;根据方程式可知正反应是气体体积增大的反应,所以ΔS>0,所以要使ΔH-TΔS<0,需要较高的温度。
(2)超音速飞机在平流层飞行时,尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2,化学方程式为2NO+2CO 2CO2+N2。已知反应在常温下能够自发进行,判断此反应是放热反应还是吸热反应。
提示:放热反应。因为此反应常温下能够自发进行,即在常温下ΔH-TΔS<0,且此反应为气体体积减小的反应,即反应的ΔS<0,所以要使常温下ΔH-TΔS<0必有ΔH<0。