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新人教版 化学 选择性必修1
化学反应原理
同学们好
欢迎来到化学课堂
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赵健
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赵健
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请你欣赏！
自然界中有一些自发的现象
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自然界中有一些过程是自发进行的，而且是有方向性的
水总是自发地从高处流向低处
冰融化及墨水扩散
自发过程：在一定条件下，不需要外力作用就可以进行的过程。
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抽水上山：借助水泵，持续消耗电能
非自发过程：在一定条件下，需要持续外力作用，才能维持进行的过程。
自发过程
非自发过程
“非自发”也不代表不能发生
化学反应是否也能自发进行，有方向性？
第三节
化学反应的方向性
第二章 化学反应速率与化学平衡
meiy angy ang8602
赵健
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请你思考！
举例说明化学反应是否也能自发进行？
氢气的燃烧
共同点——放热反应　△H＜0
01
化学反应进行的方向与焓变
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大多数放热反应是可以自发进行，而且是有方向性的
Zn(s) + CuSO4 (aq) = ZnSO4 (aq)+ Cu (s) H = -216.8 kJ·mol-1
2H2 (g) + O2 (g) = 2H2O (l) H = -571.6 kJ·mol-1
NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l) △H= -57.3 kJ·mol-1
2Na(s)+2H2O(l)=2NaOH(aq)+H2(g) △H= -636.1 kJ·mol-1
C3H8(g) +5 O2(g) = 3CO2(g) + 4H2O(l) △H=-2217.5kJ/mol
E
反应历程
反应物的能量总和
生成物的能量总和
△H<0
能量高到低
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。
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练习
请你思考！
只有放热反应才能自发进行吗？举例说明
2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8 H2O(s)=NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l)
该反应是吸热反应，但在常温下能自发进行
2N2O5(g) ＝4NO2(g)+O2(g) 　 H =+109.8kJ/mol
NaHCO3(s)+HCl(aq)=CO2(g)+NaCl(aq)+H2O(l) H =＋31.4KJ/mol
有些吸热反应也能自发
不能只根据反应的放热或者吸热来判断化学反应的方向
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赵健
请你思考！
是不是所有放热反应都能自发进行呢？
为什么有些放热反应常温下能够自发进行？
活化能几乎为0
E
反应历程
反应物的能量总和
生成物的能量总和
△H
H+ + OH- == H2O
Ba2+ + SO42- == BaSO4↓
Cu(OH)2 + 2H+ == Cu2+ + 2H2O
Ea很小，常温即能自发
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大多数放热反应是可以自发进行，而且是有方向性的
有些放热反应为什么需要点燃或加热？
放热反应的进行需要最初的反应动力
活化能>0
E
反应历程
反应物的能量总和
生成物的能量总和
△H
Ea
C + O2 === CO2
2H2 + O2 === 2H2O
Fe + S === FeS
点燃
点燃
加热
Ea稍大，但Ea＜△H，给予外界条件一经引发后即能自发
meiyangyang8602meiyangyang8602大多数放热反应是可以自发进行，而且是有方向性的为什么有些放热反应需要持续加热？由于与环境的热交换，导致反应过程中放出的热量，不足以产生维持反应持续进行所需的推动力E反应历程反应物的能量总和△H△HEaCu + 2H2SO4=== CuSO4+ SO2↑+ 2H2O加热Ea稍大，且Ea＞△H，需持续给予外界条件才能自发meiyangyang8602
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有些吸热反应是可以自发进行，而且是有方向性的
吸热反应为什么能够发生？
E
反应历程
反应物的能量总和
生成物的能量总和
△H
△H
Ea
C + CO2 === 2CO
高温
CaCO3 === CaO + CO2
高温
C+ H2O === CO + H2
高温
当环境提供能量时，吸热反应也能发生
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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。
氢气的燃烧
水的电解
自发
非自发
2H2+O2=2H2O
冬天水结冰自发
春天冰融水自发
“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”。
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反应条件与反应过程中的能量变化的关系
反应历程
E
反应物的能量总和
生成物的能量总和
反应历程
E
反应物的能量总和
生成物的能量总和
反应历程
E
反应物的能量总和
生成物的能量总和
反应历程
E
反应物的能量总和
生成物的能量总和
常温下可自发进行的反应 需要加热或点燃才能自发进行的反应 需要持续加热才能发生的放热反应 在持续加热条件下发生的吸热反应
结论：△H < O有利于反应自发进行，但自发反应不一定要△H < O
焓变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。
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焓判据并不是判断反应自发进行的唯一标准
E
反应历程
反应物的能量总和
生成物的能量总和
△H
是什么因素“推动”了吸热反应自发进行？
引起某些吸热反应能自发进行的“气球”是什么呢？
02
化学反应进行的方向与熵变
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化学反应进行的方向与熵变
冰融化及墨水扩散
物质溶解或溶液扩散
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自然界中有一些过程是自发进行的，而且是有方向性的
你能解释扩散原因吗？
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实验探究
开始时中间用玻璃片隔开，抽掉玻璃片，观察
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，气体通过分子的扩散，自发地混合均匀。
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NH4+和NO3-在硝酸铵晶体中有序排列
被水分子包围的NH4+和NO3-在溶液中自由移动
溶解
硝酸铵溶于水的过程可以自发进行
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实验探究
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混乱度小（有序）
混乱度大（无序）
自发的
体系自发地向混乱度增加（即有序向无序）方向转变
这些过程共同特点
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化学反应进行的方向与熵变
熵
熵：用来衡量体系混乱（无序）程度的物理量，用S表示。
体系混乱度越大，熵值越大；体系混乱度越小，熵值越小
同种物质的熵值与其存在状态有关
S(g) ____ S(l) ____ S(s)
＞
＞
固态
液态
气态
熵增
熵增
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体系的混乱度（即熵值）增加， ΔS＞0，反应有自发的倾向。
Zn(s) + H2SO4(aq) = ZnSO4(aq) + H2 (g)
2KClO3(s) = 2KCl(s) + 3O2 (g)
ΔS＞0
很多自发的化学反应都是熵增的过程
体系趋向于从有序状态转变为无序状态，
因此熵增反应(△S>0 )具有自发进行的倾向 。
自发反应一定是熵增加的反应吗？
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赵健
有些 熵减的过程 也可自发进行，即ΔS＜0
Fe(OH)2(s) + O2(g) + H2O (g) ＝ Fe(OH)3(s)
2NO (g) + 2CO (g) ＝ N2 (g) + 2CO2 (g) 　
请你回忆！
制备氢氧化亚铁的现象及方程式，分析这个反应是否自发？
常温下能自发进行
熵减的过程
不能 只根据 熵增 或 熵减 来判断 化学反应的方向
03
自由能与化学反应的方向
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自由能与化学反应的方向
单独使用焓判据，或者熵判据往往会得出错误的结论，那怎么办呢？
2H2(g)+O2(g)=2H2O(I) △H<0
△H<0
放热有利于反应自发
△S<0
熵减小不利于反应自发
= △H - T △S
△G
△G 单位：kJ mol-1
自由能
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自由能与化学反应的方向
△G = △H - T△S
反应进行方向的判断方法
△G = △H - T△S ＜ 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
反应在该状况下能否自发进行
＜０ ＞０
＞０ ＜０
＞０ ＞０
＜０ ＜０
H
Ｓ
Ｇ
＜０
＞０
低温时＞０，高温时＜０
低温时＜０，高温时＞０
自发进行
不自发进行
低温不自发，高温自发
低温自发，高温不自发
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自由能与化学反应的方向
△H
△S
H>0
S>0
高温下
反应自发进行
H>0
S<0
所有温度下
反应不能自发进行
H<0
S>0
所有温度下
反应自发进行
H<0
S<0
低温下
反应自发进行
meiyangyang8602meiyangyang8602练习1、一定条件下发生反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H20(g)，如图表示该反应过程中能量(单位为KJ/mol)的变化。关于该反应的下列说法中，正确的是（）A.ΔH>O，ΔS>0B.ΔH>O，ΔS<0C.ΔH<0，ΔS<0D.ΔH<0，ΔS>0Cmeiyangyang8602
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练习
2，如何综合焓变和熵变判断化学反应能否自发进行
Zn(s) + H2SO4(aq) = ZnSO4(aq) + H2(g)
△ H < 0，△ S > 0
任何温度下，△ G < 0，自发进行
△ G = △ H - T△ S
工业上利用石灰石制备二氧化碳
△ H > 0，△ S > 0
高温下，△ G < 0，自发进行
△ G = △ H - T△ S
CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g)
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赵健
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3，汽车尾气中的一氧化碳和一氧化氮是现代化城市中的重要大气污染物。人们曾花费大量的时间和精力，通过实验的方法利用如下反应消除CO对环境的影响，然而却徒劳无功。你能从焓变和熵变的角度分析原因吗？
2CO(g) = 2C(s) + O2(g)
△ G > 0，不能自发进行
△ H > 0，△ S < 0
△ G = △ H - T△ S
后来人们又提出通过如下反应来处理尾气的方法
2NO(g) + 2CO(g) = N2(g) + 2CO2(g)
已知：在 298 K、100 kPa，△ H = -746.8 kJ/mol
室温下，△ G < 0，反应能正向自发进行
△ H < 0，△ S < 0
△ G = △ H - T△ S
反应需要催化剂来加速
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2019天津高考.10 节选
将SiCl4氢化为SiHCl3对应的反应依次为：
① SiCl4(g) + H2 (g) SiHCl3(g) + HCl(g) △ H1 > 0
② 3SiCl4(g) + 2H2 (g) + Si(s) 4SiHCl3(g) △ H2 < 0
1000 ℃
由△ H1 > 0，△ H2 < 0 推出△ H2 < △ H1 ， 所以△ G2 < △ G1
已知体系自由能变△ G = △ H - T△ S，△ G < 0 时反应自发进行。二个氢化反应的△ G与温度的关系如图所示，反应①能自发进行的最低温度是 ；
相同温度下，反应②比反应①的△ G小，主要原因是 。
练习
谢谢观看
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赵健
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