资源简介

(共21张PPT)
第二章 化学反应速率与化学平衡
第三节 化学反应的方向
学习目标
1.结合学过的化学反应实例，知道化学反应是有方向的，了解自发过程和化学反应的自发性。(变化观念与平衡思想)
2.通过“有序”和“无序”的对比，了解熵和熵变的意义。(证据推理与模型认知)
3.初步了解焓变和熵变对化学反应方向的影响，能用焓变和熵变解释化学反应的方向。(证据推理与模型认知)
什么是自发过程？自发过程有哪些特点？什么是自发反应？
高山流水
冰雪融化
固体溶解
新课导入
课内探究
一、自发过程和自发反应
1.自发过程：
(1)含义：在一定条件下，不需要外力作用就能自动进行的过程。
(2)特点：
③有明确的方向性，要逆转必须借助外界做功；具有做功的本领。
①体系从高能状态转变为低能状态；
②在密闭条件下，体系有从有序自发转变为无序的倾向；
课内探究
(3)生活中常见的自发过程
这些过程都是自发的，其逆过程就是非自发的。
2. 非自发过程：
(1)含义：在一定条件下，需持续借助人为作用才能进行的过程。
或者说要在一定条件下，需要外界做功才能进行的过程。
(2)特点：非自发过程要想发生，则必须对它做功
水泵抽水
如
电解水生成氢气和氧气
课内探究
课内探究
3.自发反应
(1)含义: 在一定条件下，可以自发进行到显著程度的化学反应，
称为自发反应，例如钢铁生锈。
(2)特征：具有方向性，即在一定条件下反应在某个方向是自发
的，其逆方向的反应在该条件下肯定不自发。
(3)应用：可被用来做“有用功”。如可将氢气燃烧反应设计成燃烧电池等。
思考与讨论
提示：自发反应、非自发反应是指该反应过程是否有自发进行的倾向，而这个过程是否一定会发生则不能确定。如C的燃烧是一个自发反应，但要想发生反应，需借助外界条件点燃才能发生。
请思考如何判断化学反应的方向呢？
自发反应一定能发生，而非自发反应一定不能发生吗？
课内探究
二、化学反应方向的判断
1. 焓判据 — 自发反应与焓变的关系：
化学反应中的自发过程:
共同点— 放热反应　ΔH＜0
自发过程体系趋向于从高能状态转变为低能状态(这时体系会对外部做功或释放热量)，这一经验规律就是能量判据。
H2(g)+ O2(g) H2O(l) △H=-285.8 kJ/mol
Zn(s)+CuSO4(aq) ZnSO4(aq) + Cu(s) ΔH=-216.8 kJ/mol
课内探究
有人认为，只有放热的反应才能自发进行，可以根据化学反应是吸热还是放热来判断化学反应的方向，这样的想法正确吗？
课内探究
可见，很多吸热反应也能自发进行。因此，只根据焓变来判断反应进行的方向是不全面的。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。
(1)室温下冰块的融化；硝酸盐类的溶解等都是自发的吸热过程。
(2)N2O5分解： 2N2O5(g) 4NO2(g)+O2(g) ΔH=+56.7kJ/mol
(3) 碳铵的分解：(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g)
ΔH=+74.9 kJ/mol
实验探究
如图所示，两个广口瓶中分别盛有氯气和氢气，开始时中间用玻璃片隔开，当抽调玻璃片后，可观察到盛放氯气的瓶内气体颜色逐渐变浅，而盛放氢气的瓶内显现出了浅黄绿色，最后两瓶中的颜色相同。不需要外界的任何作用，气体自发地混合均匀。
为什么？
这就涉及到“有序”“无序”相关的熵判据。
气体的自发扩散过程
课内探究
2.熵判据—自发反应与熵变的关系
(1)熵: 是衡量体系混乱度大小的物理量。用符号S表示，常用单位为 J/(mol·K)。体系混乱程度越大，熵值越大。
注意：同一种物质，不同状态，熵值大小为：S(g)﹥S(l)﹥S(s)
三种状态
下水的熵
冰：47.9J/(mol·K)
水：69.9J/(mol·K)
水蒸气：188.7J/(mol·K)
表示体系的不规则或无序状态
思考与讨论
下列自发过程的熵变有何特点？
(1)冰→ 液态水 → 水蒸气
(2)氯化钠晶体溶于水
(3)自发进行的吸热反应：
N2O5分解：2N2O5(g) 4NO2(g)+O2(g) ΔH=+56.7kJ/mol
碳酸铵的分解：(NH4 )2CO3(s) NH4HCO3(s)+NH3(g) ΔH=+74.9 kJ/mol
共同点：熵（S）增加
ΔS=S产物总熵－S反应物总熵
课内探究
(2)熵增原理： 在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵增大，即熵变大于零，这个原理叫做熵增原理。该原理是用来判断过程的方向的又一个因素，又称为熵判据。
△S>0 熵增反应能自发进行
△S<0 熵减反应难自发进行
请思考自发反应一定是熵增加的反应吗？
课内探究
可见，很多熵减反应也能自发进行，故不能只根据熵增或熵减来判断化学反应进行的方向。
4Fe(OH) 2(s)+O2 (g)+2H2O (l) 4Fe(OH) 3(s)
(1) -10℃的液态水能自动结冰成为固态
(2)铝热反应
(3)2H2(g)+O2(g) 2H2O(l)
2NO(g)+2CO(g) N2(g)+ 2CO2 (g)
常见的熵减反应
注意：自发过程向着熵增方向进行的前提是 孤立体系或绝热体系
思考与讨论
既然焓判据和熵判据都不能独立地作为判断反应自发性的依据，如何结合在一起共同判断呢？
3.复合判据——吉布斯自由能判断反应自发进行的方向
阅读教材“资料卡片”
资料卡片 自由能与化学反应的方向
在等温、等压条件下的封闭体系中(不考虑体积变化做功以外的其他功)，自由能(符号为ΔG，单位为kJ/mol)的变化综合反映了体系的焓变和熵变对自发过程的影响：ΔG= ΔH- TΔS。这时，化学反应总是向着自由能减小的方向进行，直到体系达到平衡。即:当ΔG<0时，反应能自发进行;
当ΔG=0时，反应处于平衡状态;
当ΔG>0时，反应不能自发进行。
ΔG不仅与焓变和熵变有关，还与温度有关。由上述关系式可推知:当ΔH<0，ΔS>0时，反应能自发进行；当ΔH>0，ΔS<0时，反应不能自发进行；当ΔH>0，ΔS>0或ΔH<0， ΔS<0时，反应能否自发进行与温度有关。一般低温时ΔH的影响为主，高温时ΔS的影响为主，而温度影响的大小要视ΔH、 ΔS的数值而定。
易错警示
应
用
判
据
时
的
注
意
事
项
(1)在讨论过程的方向问题时，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。
(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。
(3)只适用于没有发生的反应。
(4)一般如果一个过程是自发的，则其逆过程往往是非自发的。
归纳总结
化学反应的方向
反应焓变
反应熵变
共同影响
吸热
放热
熵增
熵减
影响因素：
焓减小有利于反应自发，熵增大有利于反应自发
课堂小结
化
学
反
应
方
向
的
判
断
焓判据
熵判据
复合判据
放热过程中体系能量降低，ΔH＜0， 具有自发进行的倾向，但有些吸热反应也可以自发进行，故焓变只是影响反应反向的一种因素
①熵的大小：同种物质，熵值：气态>液态>固态
②熵判据：体系的无序程度增加(即熵增)，ΔS＞0反应有自发进行的倾向，但有些熵减的过程也能自发进行，故熵变只是影响反应方向的一种因素
﹥0，反应不能自发进行
ΔH-TΔS
=0，反应达到平衡
＜0，反应能自发进行
谢 谢

展开更多......

收起↑