高中化学人教版 (2019)选择性必修1第三节 化学反应的方向获奖课件ppt

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第二章 化学反应速率与化学平衡
人教版 高中化学 必修一
第三节 化学反应的方向
目录
一 、课标要求
二 、思考交流
三 、活学活用
四 、问题探究
1、知道化学反应是有方向的。 2、知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关。 3、能判断熵的变化（熵增或熵减） 4、能判断简单反应能否自发进行。
活学活用
飞流直下：不借助外力
排水：借助水泵，持续消耗电能
高处
低处
自发
非自发
举例生活中的自发过程
冰融化
墨水扩散
自发过程： 一定的条件下，不需要其它外力作用就能自动进行的反应称为自发过程。
自发反应： 在给定条件下，可以自发进行到显著程度的化学反应称为自发反应。
初步认识
• 在一定条件卡，如果一个过程是自发的，那么它的逆过程通常是非自发的。
深入认识
氢气的燃烧
水的电解
非自发过程： 必须外界持续做功，否则，过程就会停止，这样的过程叫做“非自发过程”。
深入认识
•“自发”只是有发生的趋势，并不代表实际发生，更不能确定发生的速率。“非自发“也不代表不能发生。
处于高水位的水有向低处流动的趋势但是现在被大拦截，此过程并没有实际发生，但是有发生的趋势。
• “自发”是一定条件下的自发，条件变了，可能由原来的“自发”变成“非自发”。
深入认识
冬天水结冰自发
春天冰融水自发
你们认为什么类型的化学反应更容易发生呢？
思考交流
分析下列反应进行的方向与ΔH之间的关系: ①2Na(s)+2H2O(l)====2NaOH(aq)+H2(g),该反应是___热反应,ΔH__0,常温下___自发进行。 ②4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)====4Fe(OH)3(s),在常温下能自发进行,该反应的ΔH__0。
放
<
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能
任务一 化学反应方向的焓判据
放热反应过程中体系能量降低，因此具有自发进行的倾向。19世纪，化学家就认为反应热是决定化学反应是否自发进行的因素，即△H<0 的放热反应都可以自发进行，而△H>0 的吸热反应则不能自发进行，提出用焓变来判断反应进行的方向，这就是所谓的焓判据。 能量趋于降低，△H<0,有自发进行倾向。
任务一 化学反应方向的焓判据
只有放热反应才能自发进行吗？
氢氧化钡晶体和氯化铵晶体反应吸收热量
局限性
思考交流
放热反应过程中体系能量降低，因此具有自发进行的倾向，科学家由此提出用焓变来判断反应进行的方向。
多数能自发进行的化学反应是放热反应，但有些吸热反应也能自发进行，因此，反应的焓变是与反应进行方向有关的因素之一，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素。
归纳小结
①放在同一密闭容器中的不同种气态物质（包括液态物质或能够挥发的固态物质的蒸汽），不需要外界的任何作用，气态物质会通过分子的扩散自发地形成均匀混合物。 ②相互接触的固体物质体系，长期放置后，通过扩散发现进入到另一种固体中的分子或原子。 ③硝酸铵溶于水要吸热，它却能够自发地向水中扩散。 ④有序排列的火柴散落时成为无序排列——有趋于最大混乱度的倾向。
其他自发过程
德国科学家克劳修斯(R. Clausius)最早提出了另一个推动体系变化的因素，并称之为“熵”（符号S）的概念，用熵表示体系混乱度，S=Q/T。
玻尔兹曼通过数学模型的建立得出微观状态数与熵有数学关系，具体解释了熵的物理意义：S = k log W，建立了熵与概率的关系，被誉为最美的三个公式之一。其他两个公式分别为牛顿运动定律F = ma，爱因斯坦质能关系E=mc2。
任务二 化学反应方向的熵判据
在密闭条件下，体系有从有序自发地转变为无序的倾向。与有序体系相比，无序体系“更加稳定”，可以采取更多地存在方式。在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵增大，即熵变（符号△S）大于零，这个原理叫做熵增原理。 在用来判断过程的方向时，就称为熵判据。 即混乱度趋于增加△S>0，有自发进行倾向。
熵（S）：是用来量度混乱（或无序）的程度。
任务二 化学反应方向的熵判据
1.同一物质固、液、气态，哪状态的熵最大？2.体系熵变与生成气体量有何关系？
1.同一物质： S(g)>S(l)>S(s) 2.化学反应中，固态物质或液态物质生成气态物质，体系的混乱度增大；从较少的气态物质生成较多的气态物质，体系的混乱度也增大
思考交流
(1) 与物质的存在状态有关：对于同一种物质，等物质的量的该物质其熵值（混乱度）大小与物质的存在状态有关。由于气态分子比液态的分子中的间隔要大，而液态分子比固态分子的间隔要大，所以，S(g)>S(l)>S(s)，即气态>液态>固态。 (2) 与物质的量有关：物质的量越大，分子数越多，熵值越大。 (3) 不同物质熵值间的关系：物质的组成越复杂，其熵值越大，一般组成物质的原子种类相同时，一个分子中的原子数目越多，其混乱度越大，熵值也越大。
熵的大小规律
请说说下列吸热反应能够自发进行的原因。①2N2O5 (g)=4NO2(g)+O2(g) ∆H= +56.7kJ/mol②(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g) ∆H=+74.9kJ/mol
熵判据： 熵增加（△S＞0），体系混乱度增加，具有自发进行的倾向。
△S＞0
△S＞0
思考交流
熵减的反应一定不能自发进行吗？
有些熵值减小的反应，在一定条件下也能自发进行。例如：乙烯聚合为聚乙烯的反应，就是熵减的过程，即△S < 0，再如：2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)4Fe(OH)2(s)+O2(g)+2H2O(l)=4Fe(OH)3(s)
思考交流
吉布斯确立了定量描述焓变和熵变在判断反应的自发性过程中的地位。吉布斯自由能的出现，完美地从定量角度揭示了变化过程中焓变与熵变之间的协调与抗衡。 体系自由能变化（符号为△G，单位为kJ/mol）综合考虑了焓变和熵变对体系的影响，用来定量评价焓变和熵变在反应过程中作用的关系称之为吉布斯公式：△G=△H-T△S，G为吉布斯自由能。
自发反应的方向与焓变和熵变有关，但焓变和熵变又都不能单独作为判断反应自发进行方向的依据。要判断反应自发进行的方向，必须综合考虑体系的焓变和熵变。
吉布斯
利用吉布斯自由能的大小，可以判断反应的自发性： △G=△H-T△<0，反应能自发进行； △G=△H-T△S>0，反应不能自发进行； △G=△H-T△S=0，反应达到平衡状态。也可以这样描述： 当△H<0，△S>0，反应自发进行； 当△H>0，△S<0，反应不自发进行； 当△H>0，△S>0或△H<0，△S<0反应是否自发与温度有关，一般低温时焓变影响为主，高温时，熵变为主，而温度影响的大小要视△H、△S的具体数值而定。
任务三 化学反应方向的复合判据
早在1791年，人们就在金红石的矿物中发现了钛元素（该矿物的主要成分是TiO2,含量95%）。然而，直到1910年，人们第一次才得以制得纯净的钛。
科学家设计的第一步反应：TiO2(s)+2Cl2(g)=TiCl4(l)+O2(g) △H=+161.9KJ/mol，△S=-38.4J/(mol·K) 不能自发反应。
另一个方案：科学家们为了解决这一难题，想出来另外一个方案：向二氧化钛与氯气的反应体系中加入石墨， TiO2(s)+2Cl2(g)+2C（石墨）=TiCl4(l)+2CO(g) ΔH=-59.1kJ·mol-1，△S=141.0J·mol-1·K-1。
活学活用
1、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
C
活学活用
(1)很多情况下，简单地只用其中一个判据判断同一个反应，可能会出现相反的判断结果，所以应两个判据兼顾。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)将更适合于所有的过程。
(2)过程的自发性只能用于判断过程的方向，不能确定过程是否一定会发生和过程发生的速率。
例如:涂有防锈漆和未涂防锈漆的钢制器件，其发生腐蚀过程的自发性是相同的，但只有后者可以实现；又如装在不同地方的气体等例子。
注意事项：
(3)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；用高温可使石灰石分解；高温高压石墨转化为金刚石的例子，实现后者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。
活学活用
2、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/mol C、(NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g); △H=+74.9 kJ/mol D、2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) △H=-571.6 kJ/mol
D
D
活学活用
课程结束