资源简介

(共26张PPT)
2.3 化学反应的方向
核心素养目标
1.宏观辨识与微观探析：
宏观层面：通过观察自然界中的自发过程（如水的流动、气体扩散、铁生锈），识别化学反应的方向性特征，建立 “宏观现象→自发趋势” 的关联认知。
微观层面：从分子混乱度（熵）和能量变化（焓）角度，理解化学反应自发进行的微观本质，形成 “微观熵焓变化→宏观反应方向” 的分析路径。
2.变化观念与平衡思想：
能量与熵变观念：认识化学反应的自发性由焓变和熵变共同决定，理解 “放热且熵增的反应易自发” 的规律，建立 “能量降低 + 混乱度增加→自发趋势” 的综合判断模型。
条件影响意识：通过温度对反应方向的影响，体会 “反应方向非绝对，条件改变可逆转” 的动态思维，培养 “变量控制→方向预测” 的平衡思想。
3.科学态度与社会责任：
社会应用意识：联系工业生产中反应方向的判断、环境保护中自发污染过程的防治，认识化学理论在解决社会问题中的价值，强化 “科学决策→社会责任” 的意识。
学习重难点
学习重点
1.自发反应的概念：理解在一定条件下无需外界干预即可自动进行的反应，能通过生活实例判断反应的自发性。
2.熵变与焓变的影响：掌握熵增和焓减对反应自发性的促进作用，能用 “混乱度增加” 解释常见熵增过程。
3.吉布斯自由能判据：理解 ΔG=ΔH-TΔS 的含义，能用 ΔG<0 判断反应自发，分析温度对 ΔG 的影响。
学习难点
1.熵的微观理解：突破 “熵是混乱度” 的抽象概念，从分子运动和排列方式角度理解熵增。
2.综合判据的应用：能结合 ΔH 和 ΔS 的符号，分析不同温度下反应的自发性，避免单一因素判断的误区。
课前导入
为什么这些现象具有方向性？自然界中是否存在‘可逆’的自发过程？
水从高处自发流向低处，反之需外界做功
香水扩散使整间屋子充满香味，而香气不会自发聚集
铁器在潮湿空气中自发生锈，生锈的铁不会自发变回铁单质
自发过程与自发反应
PART 01
1.自发过程
有些化学反应也是自发进行的，而且具有方向性。那么，如何判断化学反应自发进行的方向呢？
实验发现，大多数放热反应是可以自发进行的。
例如，下列反应：
△H= -285.8 kJ·mol-1
△H= -216.8 kJ·mol-1
△H= -57.3kJ·mol-1
H2(g) + 1/2O2(g) = H2O(l)
Zn(s) + CuSO4 (aq) = ZnSO4(aq)+ Cu(s)
NaOH(aq) + HCl(aq) = NaCl(aq) + H2O(l)
因此，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的还是放热的来判断化学反应的方向。
1.自发过程
而事实表明，有些吸热反应也可以自发进行。
2N2O5(g)＝4NO2(g) + O2(g) △H= ＋56.7kJ/mol
(NH4 ) 2CO3(s) ＝NH4HCO3(s)+NH3(g) △H= ＋74.9kJ/mol
NaHCO3(s)+HCl(aq) ＝NaCl(aq)+CO2(g)+H2O(l) △H= ＋31.4kJ/mol
如，通过实验知道，Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应是吸热的，但是这个反应却是可以自发进行的。又如：
这些吸热反应都是可以自发进行的。所以，不能只根据放热或者吸热来判断化学反应的方向。
1.自发过程
（1）定义：在温度和压强一定的条件下，不借助光、电等外部力量就能自发进行的过程。
（2）特点：
① 能量角度：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者释放热量）
② 混乱度角度：体系有自发地从混乱度小（有序）向混乱度大（无序）的方向进行的倾向。
有序
混乱
2.自发反应
在给定的条件下，可以自发进行到显著程度的化学反应，就称为自发反应。
（1）自发反应具有方向性，即在一定条件下反应的某个方向是自发进行的，其逆方向在相同条件下一定不能自发进行。
如铁在潮湿的空气中生锈是自发进行的，而在该条件下铁锈变为铁一定不能自发进行。
（2）自发反应是指该反应过程有自发进行的倾向，但不一定能够实际发生，发生时速率也不一定大，非自发反应在一定条件下也可能发生。
如煤的燃烧是自发反应，但在常温下不能自发进行。
焓变、熵变与反应方向
PART 02
1.焓变与反应方向
焓判据的依据：放热反应过程中体系能量降低，因此具有自发进行的倾向。
大多数放热反应可以自发进行（△H＜0）。
△H= -285.8 kJ·mol-1
△H= -216.8 kJ·mol-1
H2(g) + 1/2O2(g) = H2O(l)
Zn(s) + CuSO4 (aq) = ZnSO4(aq)+ Cu(s)
有些吸热反应也能自发进行（△H＞0）。
2N2O5(g)＝4NO2(g) + O2(g) △H= ＋56.7kJ/mol
NaHCO3(s)+HCl(aq) ＝NaCl(aq)+CO2(g)+H2O(l) △H= ＋31.4kJ/mol
化学反应有向焓变减小的方向进行的倾向，但不能只依据焓变判断化学反应的方向。
2.熵变与反应方向
（1）概念：
熵是衡量体系混乱度的物理量，符号为 S ，单位通常为J/(mol·K)。
熵值越大，体系的混乱度越大。
（2）影响因素：
① 物质的种类：同一条件下，不同物质的熵值不同。
② 物质的状态：同一物质的物质的量相同时，熵值大小为S(g)＞S(l)＞S(s)。
2.熵变与反应方向
（2）影响因素：
③ 物质的量：
同种气态物质，物质的量越多，原子数或分子数越多，熵值越大。
④ 易溶于水的固体，溶解前后熵值不同。
如氯化钠晶体溶于水，S(溶解前)＜S(溶解后)
溶解前：Na+和Cl-在氯化钠晶体中有序地排列；
溶解后：被水分子包围着的Na+和Cl-在溶液中自由移动。
3.熵变
【思考】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
3.熵变
（1）概念：发生化学反应时物质熵的变化称为熵变，符号为△S。
△S=S(产物）-S(反应物）
△S>0,熵增反应
△S<0,熵减反应
（2）表达式：
（3）熵变规律：
对于有气体（可以是反应物也可以是生成物）参与且气态物质的物质的量增大的化学反应，其熵变通常是正值，是熵增(△S>0)的反应；反之，气态物质的物质的量减小的化学反应，其熵变通常是负值，是熵减(△S＜0)的反应。
4.熵变与反应方向的关系
（1）熵变与反应方向的关系：
体系趋向于从有序状态转变为无序状态，熵变只是判别反应能否自发进行的一个因素，但也不是唯一因素。
自发反应的方向与焓变和熵变有关，但焓变和熵变都不能单独作为判断反应自发进行方向的依据。要准确地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。
① 许多熵增的反应在常温、常压下可以自发进行。
② 少数熵减的反应在一定条件下也可以自发进行。
（2）结论：
反应进行方向的判断方法
PART 03
1.自由能与化学反应的方向
研究表明：在等温、等压条件下封闭体系中，自由能的变化综合反应了体系的焓变和熵变对自发过程的影响：
（ G ：自由能 T：绝对温度)
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
△G = △H - T△S
当△G＜ 0 时， 反应能自发进行
当△G ＞0时，反应不能自发进行
当△G＝0 时，反应达到平衡状态
注意： G这个判据指的是在T、P一定的条件下反应自动发生的趋势，即反应发生的可能性，并不能说明反应能否实际发生和发生的速率！
2.对反应进行方向判断的讨论
类型 △H △S 反应的自发性
（1） ＜0 ＞0
（2） ＞0 ＜0
（3） ＜0 ＜0
（4） ＞0 ＞0 △H-T△S＜0，反应能自发进行
△H-T△S＞0，反应不能自发进行
△H-T△S 因温度的变化可能大于0，也可能小于0，反应能否自发进行与温度有关。一般低温时△H的影响为主，高温时△S的影响为主。△H＜0、△S＜0的反应在较低温度下能自发进行；△H＞0、△S＞0的反应在较高温度下能自发进行。
△H
△S
H>0
S<0
所有温度下
反应不能自发进行
H<0
S<0
低温下
反应自发进行
H>0
S>0
高温下
反应自发进行
H<0
S>0
所有温度下
反应自发进行
2.对反应进行方向判断的讨论
归纳总结
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
随堂训练
1.汽车尾气(含烃类、CO、NO与SO2等)是城市主要污染源之一，治理的办法之一是在汽车排气管上装催化转化器，它使NO与CO反应生成可参与大气生态循环的无毒气体，其反应原理是2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)。由此可知，下列说法正确的是(　　)
A．该反应是熵增大的反应
B．该反应不能自发进行，因此需要合适的催化剂
C．该反应常温下能自发进行，催化剂条件只是增大反应的速率
D．该反应常温下能自发进行，因为正反应是吸热反应
C
随堂训练
2.下列说法正确的是 （ ）
A. 放热反应都是自发的，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
C
随堂训练
3.下列对于化学反应方向说法正确的是(　　)
A．反应3NO2(g)＋H2O(l)=2HNO3(aq)＋NO(g)在一定条件下能自发进行，
说明该反应的ΔH＞0
B．常温下反应2Na2SO3(s)＋O2(g)=2Na2SO4(s)能自发进行，则ΔH＜0
C．反应2Na2O2(s)＋2CO2(g)=2Na2CO3(s)＋O2(g)能自发进行，
则该反应的ΔH＞0
D．一定温度下，反应2NaCl(s)=2Na(s)＋Cl2(g)的ΔH＜0
B
随堂训练
4.石墨、金刚石燃烧的热化学方程式分别为
C(石墨) + O2 (g) = CO2(g) ΔH=-393.51 kJ·mol-1
C(金刚石) + O2 (g) = CO2(g) ΔH=-395.41 kJ·mol-1
关于金刚石和石墨的相互转化，下列说法正确的是（ ）
A.石墨转化成金刚石是自发进行的过程
B.金刚石转化成石墨是自发进行的过程
C.金刚石比石墨更稳定
D.金刚石比石墨能量低
B
谢谢观看

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