高中化學(xué)（情景導(dǎo)入+課前導(dǎo)讀+知識解惑+課堂演練）第二章 第1節(jié) 化學(xué)反應(yīng)的方向課件 魯科版選修4

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1、第第1 1節(jié)化學(xué)反應(yīng)的方向節(jié)化學(xué)反應(yīng)的方向化學(xué)反應(yīng)的方向、限度與速率冬天降臨的時候，駐守在彼得堡的俄軍換裝，發(fā)棉衣服時發(fā)現(xiàn)，成千上萬套的棉衣服上，所有的扣子都沒有了。俄皇知道了這件事，大發(fā)雷霆，傳令，要把負(fù)責(zé)監(jiān)制軍服的大臣問罪。這位大臣明知道，所有軍服都是釘了用錫做的扣子的，可為什么都丟了呢？他拿過幾套衣服一看，果真沒有扣子。但是，在釘扣子的地方，卻有一小堆灰色的粉末。這是怎么回事呢？難道扣子會化了嗎？這件事被一位科學(xué)家知道了，他對愁眉苦臉的大臣說：“包上這些粉末，跟我去見皇帝，我會幫助你?！币娏嘶实?，科學(xué)家說：“扣子是用錫做的，錫這種東西一遇低溫，它的晶體就會改變，成為粉末，人們管這種現(xiàn)象叫

2、錫疫。一般情況下，只要在13.2以下，錫就會變成粉末?！币阎?、100 kPa條件下白錫灰錫反應(yīng)的焓變和熵變分別為H2180.9 Jmol1，S6.61 Jmol1K1。你會扮演科學(xué)家，從化學(xué)原理上“計算”出錫怕凍嗎？一、反應(yīng)焓變與反應(yīng)方向的關(guān)系1焓：熱力學(xué)上定義物質(zhì)的狀態(tài)函數(shù)，是體系的性質(zhì)，符號：_，單位：_。2焓變：體系的狀態(tài)改變時，某狀態(tài)時每一物質(zhì)的焓變。符號：_，單位：_，公式：_。1 HkJmol12HkJmol1HH生成物H反應(yīng)物3吸熱反應(yīng)：化學(xué)反應(yīng)中吸收熱量，H為正值，表示從體系中吸收能量，即H反應(yīng)物H生成物。4化學(xué)反應(yīng)的自發(fā)過程與焓變體系總是趨向于從高能狀態(tài)變?yōu)榈湍軤顟B(tài)(這時體

3、系會對外部做功或釋放熱量)，這一經(jīng)驗規(guī)律就是能量判據(jù)。二、反應(yīng)熵變與反應(yīng)方向1熵：物質(zhì)的一個狀態(tài)函數(shù)，用來描述體系的混亂度，符號為S。單位為_。2熵變：化學(xué)反應(yīng)發(fā)生物質(zhì)的變化或物質(zhì)狀態(tài)的變化，符號為S，單位為_。3反應(yīng)的自發(fā)過程與熵變(1)體系由有序轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序，導(dǎo)致體系的熵增加，這一經(jīng)驗規(guī)律叫做熵增加原理。(2)熵變是反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行_的一種因素。(填“有關(guān)”、“唯一”或“決定”)Jmol1K1Jmol1K1有關(guān)4(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，這種推動體系變化的因素稱作熵。熵用來描述體系的_，符號為S。(2)同一物質(zhì)，在氣態(tài)時熵值_，液態(tài)時_，固態(tài)時_。即S(g)_S(

4、l)_S(s)。如水在固態(tài)冰時混亂度較小，Sm(s)很??；在液態(tài)水時混亂度較大，Sm(l)較大；在氣態(tài)水中混亂度最大，Sm(g)最大。(3)固體的溶解過程、墨水的擴(kuò)散過程和氣體的擴(kuò)散過程，都是體系混亂度_的過程，即熵_的過程。混亂度最大次之最小增大增加(4)反應(yīng)的熵變S為反應(yīng)產(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。(5)產(chǎn)生氣體的反應(yīng)，氣體物質(zhì)的量增大的反應(yīng)，熵變通常都是_值，為熵_的反應(yīng)。許多熵增加的反應(yīng)在常溫、常壓下可以自發(fā)進(jìn)行，如：2H2O2(aq) 2H2O(l)O2(g)；S57.16 Jmol1K1正增加NH4HCO3(s)CH3COOH(aq)

5、CO2(g)CH3COONH4(aq)H2O(l)；S184.0 Jmol1K1。有些熵增加的反應(yīng)在常溫、常壓下不能自發(fā)進(jìn)行，但在較高溫度下可以自發(fā)進(jìn)行，如：CaCO3(s) CaO(s)CO2(g)；S169.6 Jmol1K1C(s，石墨)H2O(g) CO(g)H2(g)；S133.8 Jmol1K1。鋁熱反應(yīng)是熵減小的反應(yīng)，它在一定條件下也可以自發(fā)進(jìn)行。2Al(s)Fe2O3(s) Al2O3(s)2Fe(s)；S39.35 Jmol1K1。三、焓變與熵變對反應(yīng)方向的共同影響1焓和熵都為化學(xué)熱力學(xué)函數(shù)，其變化只決定于體系的_態(tài)和_態(tài)，與_無關(guān)。2H和S共同影響一個化學(xué)反應(yīng)在一定條件下能

6、否自發(fā)進(jìn)行，它們與化學(xué)反應(yīng)速率無關(guān)。始終變化途徑3化學(xué)反應(yīng)方向的判據(jù)在溫度和壓力一定的條件下，自發(fā)反應(yīng)總是向：HTS_0的方向進(jìn)行，直至反應(yīng)達(dá)化學(xué)平衡狀態(tài)即：HTS04對反應(yīng)方向判據(jù)的討論(1)在溫度下、壓力一定的條件下，_的反應(yīng)一定能夠自發(fā)進(jìn)行。如2KClO3(s) 2KCl(s)3O2(g)；H78.03 kJmol1，S494.4 Jmol1 K1。(2)在溫度、壓力一定的條件下：_的反應(yīng)一定不能自發(fā)進(jìn)行。如CO(g) C(s，石墨) O2(g)；H110.5 kJmol1；S89.36 Jmol1K1。放熱的熵增加吸熱的熵減少(3)當(dāng)焓變和熵變的影響相反時，如果二者大小相差懸殊，可能是

7、某一因素占主導(dǎo)地位。如：4Fe(OH)2(s)2H2O(l)O2(g) 4Fe(OH)3(s)；H444.3 kJmol1，S280.1 Jmol1K1_對反應(yīng)的方向起決定性的作用。再如：NH4HCO3(s)CH3COOH(aq) CO2(g)CH3COONH4(aq)H2O(l)；H37.30 kJmol1，S184.0 Jmol1K1，則HTSH生成物。2自發(fā)過程和自發(fā)反應(yīng)(1)自發(fā)過程：在一定條件下不借助外部力量就能自動進(jìn)行的過程。如：生活中的自發(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(xué)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，氣溫一升

8、高，冰雪自動融化。 (2)自發(fā)反應(yīng)：在一定條件(如溫度、壓強(qiáng))下，一個反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)行到一定程度，稱為自發(fā)反應(yīng)。常見的自發(fā)反應(yīng)如下表：反應(yīng)熱反應(yīng)方程式反應(yīng)焓變放熱反應(yīng)4Fe(OH)2(s)2H2O(l) O2(g) 4Fe(OH)3(s)H(298 K) 444.3 kJmol12H2(g) O2(g) 2H2O(l) H571.6 kJmol13NO2(g)H2O(l) 2HNO3(aq)NO(g)H138 kJmol1HCl(aq)NaOH(aq) NaCl(aq)H2O(l)H57.3 kJmol1反應(yīng)熱反應(yīng)方程式反應(yīng)焓變吸熱反應(yīng)(NH4)2CO3(s) NH3(g)NH4HCO3(s)

9、H74.9 kJmol1NH4HCO3(s) CH3COOH(aq) CO2(g) CH3COONH4(aq) H2O(l)H37.30 kJmol1CaCOs(s) CaO(s)CO2(g)H(298 K) 178.2 kJmol1H(1200 K) 176.5 kJmol13.規(guī)律總結(jié)(1)大量化學(xué)實(shí)驗事實(shí)證明：多數(shù)能自發(fā)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)是放熱的，例如表中的幾個放熱反應(yīng)。 (2)不少吸熱反應(yīng)也能自發(fā)進(jìn)行，例如表中前兩個吸熱反應(yīng)。 (3)還有一些吸熱反應(yīng)在室溫下不能自發(fā)進(jìn)行，但在較高溫度下則能自發(fā)進(jìn)行，像表中最后一個吸熱反應(yīng)(碳酸鈣分解)。 (4)體系總是趨向于從高能狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軤顟B(tài)(這時體

10、系往往會對外做功或釋放熱量)。這一經(jīng)驗規(guī)律就是能量判斷依據(jù)，即焓變與一個反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行是有關(guān)的因素。 4結(jié)論：反應(yīng)放熱有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，反應(yīng)吸熱也有可能自發(fā)進(jìn)行，說明反應(yīng)焓變是與反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行有關(guān)的一個因素，但不是唯一因素。 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 解析：自然界中水由高處向低處流，天然氣的燃燒，鐵在潮濕空氣中的生銹，室溫下冰的融化，都是自發(fā)過程，其逆過程都是非自發(fā)的。答案：D焓變與熵變對反應(yīng)方向的共同影響焓變與熵變對反應(yīng)方向的共同影響1焓和熵均為熱力學(xué)函數(shù)其變化只決定于體系的始態(tài)和終態(tài)，與變化的途徑無關(guān)。且H與S共

11、同影響一個化學(xué)反應(yīng)在一定條件下能否自發(fā)進(jìn)行，它們與化學(xué)反應(yīng)速率無關(guān)。2化學(xué)反應(yīng)方向的判據(jù) 在溫度和壓力一定的條件下，自發(fā)反應(yīng)總是向 HTS0的方向進(jìn)行，直至達(dá)到平衡狀態(tài)，這就是化學(xué)反應(yīng)的綜合判據(jù)。因為放熱反應(yīng)的焓變小于零，熵增加的反應(yīng)的熵變大于零，都對HTS0作出貢獻(xiàn)，因此放熱和熵增加有利于反應(yīng)的自發(fā)進(jìn)行，其規(guī)律為：(1)放熱的熵增加反應(yīng)一定能自發(fā)進(jìn)行。(2)吸熱的熵減小反應(yīng)一定不能自發(fā)進(jìn)行。(3)當(dāng)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(dǎo)地位。(4)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(yīng)的方向起決定性作用?？傊?，在判斷反應(yīng)的方向時，應(yīng)該同時考慮焓

12、變與熵變這兩個因素，用HTS作為判據(jù)。 注意：(1)反應(yīng)自發(fā)性的判據(jù)只是指出了反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的可能性，但不能確定化學(xué)反應(yīng)是否一定會發(fā)生，因為反應(yīng)能否實(shí)際發(fā)生還涉及到反應(yīng)速率的問題。如：用于汽車尾氣凈化的一個反應(yīng)：2NO(g)2CO(g) N2(g)2CO2(g)在298 K,101 kPa下，該反應(yīng)的H113.0 kJmol1，S145.3 Jmol1K1，則HTS69.70 kJmol1 0，因此該反應(yīng)在室溫下能自發(fā)進(jìn)行。但是該反應(yīng)在室溫下的反應(yīng)速率極慢，幾乎不能進(jìn)行。但是該反應(yīng)在室溫下的反應(yīng)速率極慢，幾乎不能進(jìn)行。(2)在討論反應(yīng)進(jìn)行的方向時，我們得出的結(jié)論是在一定條件下，不能隨意應(yīng)用于其他

13、場合。(3)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)。若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。例如石墨經(jīng)高溫高壓是可以變成金剛石的。 碳酸銨(NH4 )2CO3在室溫下就自發(fā)的分解產(chǎn)生氨氣，對其說法中正確的是() A碳酸銨分解是因為生成了易揮發(fā)的氣體，使體系的熵增大B碳酸銨分解是因為外界給予了能量 C碳酸銨分解是吸熱反應(yīng)，根據(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)分解解析：解決此題的依據(jù)是：熵增加原理是解釋部分自發(fā)過程的判據(jù)。(NH4)2CO3自發(fā)分解，是因為體系中氣態(tài)氨氣的生成而使熵增大。答案：A溫度與反應(yīng)方向的關(guān)系溫度與反應(yīng)方向的關(guān)系1焓與熵都是物質(zhì)的狀態(tài)函

14、數(shù)，在一定溫度范圍內(nèi)，溫度變化對反應(yīng)物與反應(yīng)產(chǎn)物的焓、熵的影響程度幾乎相等，所以對H、S的影響不大。當(dāng)溫度變化范圍不大時，可以假定它們?yōu)槌?shù)。2從化學(xué)反應(yīng)方向的判據(jù)表達(dá)式HTS看，溫度T出現(xiàn)在熵變S的系數(shù)上，所以也會對化學(xué)反應(yīng)的方向有影響。溫度與反應(yīng)方向的關(guān)系如下圖所示： 已知298 K下反應(yīng)HCl(g)NH3(g) NH4Cl(s)，H176.4 kJmol1，S284.3 Jmol1 K1。試判斷該反應(yīng)的自發(fā)性。解析：根據(jù)焓變和熵變作用相反；二者大小相差懸殊，可能某一因素占主導(dǎo)地位。此題中焓變對反應(yīng)方向起決定性作用。由化學(xué)反應(yīng)方向的判據(jù)計算如下：HTS176.4 kJmol1298 K(2

15、84.3103kJ mol1K1)91.7 kJmol10。答案：該反應(yīng)在298 K下為自發(fā)反應(yīng)點(diǎn)評：焓變和熵變是一定溫度下化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的復(fù)合判據(jù)，運(yùn)用HTS0公式。1過程的自發(fā)性的作用是()A判斷過程的方向B確定過程是否一定會發(fā)生C判斷過程發(fā)生的速率D判斷過程的熱效應(yīng)解析：反應(yīng)過程的自發(fā)性用于判斷反應(yīng)過程的方向。答案：A2下列反應(yīng)中，熵顯著增加的反應(yīng)是()ACO(g)2H2(g) CH3OH(g)BCaCO3(s)2HCl(l) CaCl2(l)CO2(g)H2O(l)CC(s)O2(g) CO2(g)D2HgO(s) 2Hg(l)O2(g)解析：一個化學(xué)反應(yīng)能夠進(jìn)行，從熵變化角度來講一般是增加的，熵增加的標(biāo)志是反應(yīng)中分子數(shù)增加，特別是氣態(tài)分子數(shù)增多。A中分子數(shù)由31，B中分子數(shù)由無1，C中不變，D中分子數(shù)由無1。答案：BD