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高中化学人教版 (新课标)选修4 化学反应原理第四节 化学反应进行的方向说课ppt课件
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这是一份高中化学人教版 (新课标)选修4 化学反应原理第四节 化学反应进行的方向说课ppt课件，共33页。PPT课件主要包含了化学反应进行的快慢，化学反应的限度，化学反应进行的方向，化学反应速率，化学平衡，△H﹥O，由有序变为无序，反应熵变与反应方向，熵判据，熵变和熵增原理等内容，欢迎下载使用。
化学反应原理的组成部分
自然界中水总是从高处往低处流；正电荷是从电势高的地方向电势低的地方流动；室温下冰块自动融化；墨水扩散；食盐溶解于水；火柴棒散落等。
这些生活中的现象将向何方发展，我们非常清楚，因为它们有明显的自发性——其中是否蕴藏了一定的科学原理？
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
④ 生活中电流总是从电位高的地方向电位低的地方流动.
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。
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？
以上过程的反方向都不会自发进行 ？
1.自发过程:在一定条件下不需外力作用就能自动进行的过程. 自发过程的特征：有明确的方向性，具有做功的本领。要逆转必须借助外界做功。2.非自发过程 ：在一定条件下，需要持续借助人为作用力才能进行的过程。3. 自发反应:在一定条件下无需外界帮助就能自动进行的反应.
自发反应是从属于自发过程的，是属于自发过程的一部分。
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。
(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。
下列反应在一定条件下都能自发进行，你知道这些反应能自发进行的主要原因吗？C3H8(g) + 5O2(g) = 3CO2(g) + 4H2O(l) △H = -2217.5 kJ·ml-12Na(s) + Cl2(g) = 2NaCl(s) △H = -822 kJ·ml-1 4Fe(s) + 3O2(g) = Fe2O3(s) △H = -1648.4 kJ·ml-1 H2(g) + F2(g) = 2HF(g) △H = -546.6 kJ·ml-1
共同特点：△H < O 即放热反应
放热反应使体系能量降低，能量越低越稳定，△H < O 有利于反应自发进行
1、能量判据（焓判据）
化学反应进行方向的判据
日常生活中长期积累的经验而总结得到一条经验规律→能量判据（焓判据）∶自发过程体系趋向于从高能状态转变为低能状态（这时体系会对外做功或者释放热量即△H ﹤0）。
思考：是不是所有自发进行的化学 反应都是放热的？
结论：△H < O有利于反应自发进行， 但自发反应不一定要△H < O
2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8 H2O(s)=NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l)
焓变只是反应能否自发进行的一个因素,但不是惟一因素。只根据焓变来判断反应方向是不全面的。
2N2O5(g) ＝4NO2(g)+O2(g)
(NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g)
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？
克劳修斯 （德国）
为了解释这样一类与能量状态的高低无关 的过程的自发性，提出了在自然界还存在 着另一种能够推动体系变化的因素→熵
1、在密闭条件下，体系由有序自发地转变为无序的倾向～称为熵。2、符号用S表示。3、熵值越大，体系混乱度越大。
1、同一物质气态时熵值最大，液态较小，固态时最小。 S（g）﹥S（l）﹥S（s）。2、固体的溶解过程、墨水扩散过程和气体扩散过程。3、反应过程中气体物质的量增加的反应。
导致混乱度增加的一些因素
与有序体系相比，无序体系“更加稳定”可以采取更多的存在方式。由大量粒子组成的体系中，用熵来描述体系的混乱程度。
（1）熵变（△S）∶反应的熵变为产物总熵与反应物总熵之差。对于确定的化学反应，在一定条件下具有确定的熵变。 (2)表达式:△S =∑S(生成物) – ∑S (反应物) 产生气体的反应、气体物质的物质的量增大的反应，熵变通常都是正值（ △S ＞0），为熵增加的反应。许多熵增反应在常温常压下能自发进行，有些在室温条件下不能自发进行，但在较高温度下则能自发进行。 （3）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。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）
5、焓判据和熵判据的应用
1、由焓判据知∶放热过程（△H﹤0）常常是容易自发进行；2、由熵判据知∶若干熵增加（△S﹥0）的过程是自发的； -10℃的液态水能自动结冰成为固态、铝热反应是熵减反应，它在一定条件下也可自发进行。因此熵判据判断过程的方向也是不全面的3、很多情况下，简单地只用其中一个判据去判断同一个反应，可能会出现相反的判断结果，所以我们应两个判据兼顾。由能量判据（以焓变为基础）和熵判据组合成的复合判据(吉布斯自由能变△G) 将更适合于所有的反应过程。
三、焓变与熵变对反应方向的共同影响
1、用焓变和熵变的复合判据判断反应的方向
体系的自由能变化（符号为△G ，单位为kJ·ml-1）综合考虑了焓变和熵变对体系的影响，可用于化学反应自发进行方向的判断：
当△G<0时，反应自发进行
当△G>0时，反应不能自发进行
当△G= 0 反应达平衡状态
结合教材P36“科学视野” 理解思考
2、用符合判据判断反应方向的有关规律
①放热的熵增反应一定能自发进行，放热的熵减小反应或熵无明显变化的反应，也可能自发进行，如氢气的燃烧、甲烷的燃烧等。
②吸热的熵减小反应一定不能自发进行，而吸热的自发过程一定是熵增加的过程，如：冰的融化。
③无热效应的自发过程是熵增加的过程。如两种理想气体的混合。
④当焓变和熵变的作用相反时，如果而这相差悬殊，可能某一因素占主导地位。
⑤此外，如果熵变和焓变的作用相反且相差不大时，温度有可能对反应的方向起决定作用。
根据△G<0判断的只是反应能否自发进行的可能性，具体的反应能否实际发生，还涉及化学反应速率等问题。
2KClO3(s)==2KCl(s)+3O2(g)
△H = -78.03 kJ·ml-1
△S = 494.4 J·ml-1·K-1
CO(g)==C(s,石墨)+1/2O2(g)
△H = 110.5 kJ·ml-1
△S = -89.36 J·ml-1·K-1
判断下列反应能否自发进行
4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)==4Fe(OH)3(s)
△H = -444.3kJ·ml-1
△S = -280.1 J·ml-1·K-1
△H (298K)= 178.2 kJ·ml-1
△S (298K)= 169.6 J·ml-1·K-1
CaCO3(s) = CaO(s)+CO2(g)
2．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。例如水泵可以把水从低水位升至高水位；高温高压下可以使石墨转化为金刚石，实现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。
焓减小有利于反应自发，熵增大有利于反应自发
1、下列过程是非自发的是∶（ ）A、水由高处向低处流； B、天然气的燃烧；C、铁在潮湿空气中生锈； D、室温下水结成冰。2、碳酸铵〔（NH4）2CO3〕在室温下就能自发地分解产生氨气，对其说法中正确的是∶（ ）A、其分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增大；B、其分解是因为外界给予了能量；C、其分解是吸热反应，据能量判据不能自发分解；D、碳酸盐都不稳定，都能自发分解。
3、下列说法正确的是∶（ ）A、凡是放热反应都是自发的，由于吸热反应都是非自发的；B、自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是熵减少或不变；C、自发反应在恰当条件下才能实现；D、自发反应在任何条件下都能实现。4、自发进行的反应一定是∶（ ）A、吸热反应； B、放热反应；C、熵增加反应； D、熵增加或者放热反应。
5、下列说法不正确的是（ ）A. 焓变是一个与反应能否自发进行有关的因素，多数的能自发进行的反应都是放热反应。B. 在同一条件下不同物质有不同的熵值，其体系的混乱程度越大，熵值越大。C. 一个反应能否自发进行取决于该反应放热还是吸热D. 一个反应能否自发进行，与焓变和熵变的共同影响有关E.非自发反应在一定条件下能实现
6、以下自发反应可用能量判据来解释的是( )A、硝酸铵自发地溶于水B、2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g)；△H=+56.7kJ/mlC、(NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g); △H=+74.9 kJ/mlD、2H2(g)+O2(g)=2H2O(l); △H=-571.6 kJ/ml
7、下列反应中，熵减小的是（ ）
A. (NH4 )2CO3(s)＝NH4HCO3(s)+NH3(g)
B. 2N2O5(g)＝4NO2(g)＋O2(g)
C. MgCO3(s)＝MgO(s)＋CO2(g)
D. 2CO(g)＝2C(s)＋O2(g)
化学反应原理的组成部分
自然界中水总是从高处往低处流；正电荷是从电势高的地方向电势低的地方流动；室温下冰块自动融化；墨水扩散；食盐溶解于水；火柴棒散落等。
这些生活中的现象将向何方发展，我们非常清楚，因为它们有明显的自发性——其中是否蕴藏了一定的科学原理？
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
④ 生活中电流总是从电位高的地方向电位低的地方流动.
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。
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？
以上过程的反方向都不会自发进行 ？
1.自发过程:在一定条件下不需外力作用就能自动进行的过程. 自发过程的特征：有明确的方向性，具有做功的本领。要逆转必须借助外界做功。2.非自发过程 ：在一定条件下，需要持续借助人为作用力才能进行的过程。3. 自发反应:在一定条件下无需外界帮助就能自动进行的反应.
自发反应是从属于自发过程的，是属于自发过程的一部分。
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。
(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。
下列反应在一定条件下都能自发进行，你知道这些反应能自发进行的主要原因吗？C3H8(g) + 5O2(g) = 3CO2(g) + 4H2O(l) △H = -2217.5 kJ·ml-12Na(s) + Cl2(g) = 2NaCl(s) △H = -822 kJ·ml-1 4Fe(s) + 3O2(g) = Fe2O3(s) △H = -1648.4 kJ·ml-1 H2(g) + F2(g) = 2HF(g) △H = -546.6 kJ·ml-1
共同特点：△H < O 即放热反应
放热反应使体系能量降低，能量越低越稳定，△H < O 有利于反应自发进行
1、能量判据（焓判据）
化学反应进行方向的判据
日常生活中长期积累的经验而总结得到一条经验规律→能量判据（焓判据）∶自发过程体系趋向于从高能状态转变为低能状态（这时体系会对外做功或者释放热量即△H ﹤0）。
思考：是不是所有自发进行的化学 反应都是放热的？
结论：△H < O有利于反应自发进行， 但自发反应不一定要△H < O
2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8 H2O(s)=NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l)
焓变只是反应能否自发进行的一个因素,但不是惟一因素。只根据焓变来判断反应方向是不全面的。
2N2O5(g) ＝4NO2(g)+O2(g)
(NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g)
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？
克劳修斯 （德国）
为了解释这样一类与能量状态的高低无关 的过程的自发性，提出了在自然界还存在 着另一种能够推动体系变化的因素→熵
1、在密闭条件下，体系由有序自发地转变为无序的倾向～称为熵。2、符号用S表示。3、熵值越大，体系混乱度越大。
1、同一物质气态时熵值最大，液态较小，固态时最小。 S（g）﹥S（l）﹥S（s）。2、固体的溶解过程、墨水扩散过程和气体扩散过程。3、反应过程中气体物质的量增加的反应。
导致混乱度增加的一些因素
与有序体系相比，无序体系“更加稳定”可以采取更多的存在方式。由大量粒子组成的体系中，用熵来描述体系的混乱程度。
（1）熵变（△S）∶反应的熵变为产物总熵与反应物总熵之差。对于确定的化学反应，在一定条件下具有确定的熵变。 (2)表达式:△S =∑S(生成物) – ∑S (反应物) 产生气体的反应、气体物质的物质的量增大的反应，熵变通常都是正值（ △S ＞0），为熵增加的反应。许多熵增反应在常温常压下能自发进行，有些在室温条件下不能自发进行，但在较高温度下则能自发进行。 （3）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。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）
5、焓判据和熵判据的应用
1、由焓判据知∶放热过程（△H﹤0）常常是容易自发进行；2、由熵判据知∶若干熵增加（△S﹥0）的过程是自发的； -10℃的液态水能自动结冰成为固态、铝热反应是熵减反应，它在一定条件下也可自发进行。因此熵判据判断过程的方向也是不全面的3、很多情况下，简单地只用其中一个判据去判断同一个反应，可能会出现相反的判断结果，所以我们应两个判据兼顾。由能量判据（以焓变为基础）和熵判据组合成的复合判据(吉布斯自由能变△G) 将更适合于所有的反应过程。
三、焓变与熵变对反应方向的共同影响
1、用焓变和熵变的复合判据判断反应的方向
体系的自由能变化（符号为△G ，单位为kJ·ml-1）综合考虑了焓变和熵变对体系的影响，可用于化学反应自发进行方向的判断：
当△G<0时，反应自发进行
当△G>0时，反应不能自发进行
当△G= 0 反应达平衡状态
结合教材P36“科学视野” 理解思考
2、用符合判据判断反应方向的有关规律
①放热的熵增反应一定能自发进行，放热的熵减小反应或熵无明显变化的反应，也可能自发进行，如氢气的燃烧、甲烷的燃烧等。
②吸热的熵减小反应一定不能自发进行，而吸热的自发过程一定是熵增加的过程，如：冰的融化。
③无热效应的自发过程是熵增加的过程。如两种理想气体的混合。
④当焓变和熵变的作用相反时，如果而这相差悬殊，可能某一因素占主导地位。
⑤此外，如果熵变和焓变的作用相反且相差不大时，温度有可能对反应的方向起决定作用。
根据△G<0判断的只是反应能否自发进行的可能性，具体的反应能否实际发生，还涉及化学反应速率等问题。
2KClO3(s)==2KCl(s)+3O2(g)
△H = -78.03 kJ·ml-1
△S = 494.4 J·ml-1·K-1
CO(g)==C(s,石墨)+1/2O2(g)
△H = 110.5 kJ·ml-1
△S = -89.36 J·ml-1·K-1
判断下列反应能否自发进行
4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)==4Fe(OH)3(s)
△H = -444.3kJ·ml-1
△S = -280.1 J·ml-1·K-1
△H (298K)= 178.2 kJ·ml-1
△S (298K)= 169.6 J·ml-1·K-1
CaCO3(s) = CaO(s)+CO2(g)
2．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。例如水泵可以把水从低水位升至高水位；高温高压下可以使石墨转化为金刚石，实现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。
焓减小有利于反应自发，熵增大有利于反应自发
1、下列过程是非自发的是∶（ ）A、水由高处向低处流； B、天然气的燃烧；C、铁在潮湿空气中生锈； D、室温下水结成冰。2、碳酸铵〔（NH4）2CO3〕在室温下就能自发地分解产生氨气，对其说法中正确的是∶（ ）A、其分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增大；B、其分解是因为外界给予了能量；C、其分解是吸热反应，据能量判据不能自发分解；D、碳酸盐都不稳定，都能自发分解。
3、下列说法正确的是∶（ ）A、凡是放热反应都是自发的，由于吸热反应都是非自发的；B、自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是熵减少或不变；C、自发反应在恰当条件下才能实现；D、自发反应在任何条件下都能实现。4、自发进行的反应一定是∶（ ）A、吸热反应； B、放热反应；C、熵增加反应； D、熵增加或者放热反应。
5、下列说法不正确的是（ ）A. 焓变是一个与反应能否自发进行有关的因素，多数的能自发进行的反应都是放热反应。B. 在同一条件下不同物质有不同的熵值，其体系的混乱程度越大，熵值越大。C. 一个反应能否自发进行取决于该反应放热还是吸热D. 一个反应能否自发进行，与焓变和熵变的共同影响有关E.非自发反应在一定条件下能实现
6、以下自发反应可用能量判据来解释的是( )A、硝酸铵自发地溶于水B、2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g)；△H=+56.7kJ/mlC、(NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g); △H=+74.9 kJ/mlD、2H2(g)+O2(g)=2H2O(l); △H=-571.6 kJ/ml
7、下列反应中，熵减小的是（ ）
A. (NH4 )2CO3(s)＝NH4HCO3(s)+NH3(g)
B. 2N2O5(g)＝4NO2(g)＋O2(g)
C. MgCO3(s)＝MgO(s)＋CO2(g)
D. 2CO(g)＝2C(s)＋O2(g)
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