资源简介

(共27张PPT)
化学反应的方向
第2章 化学反应的方向、限度与速率
重点：
1. 理解焓变（ H）、熵变（ S）的概念及其对化学反应方向的影响，掌握常见过程熵变大小的判断方法。
2. 掌握吉布斯自由能（ G）判据，能运用公式 G = H - T S分析化学反应在不同条件下能否自发进行。
难点：
1. 深入理解熵变概念的抽象内涵，准确判断复杂体系的熵变情况。
2. 综合分析焓变、熵变和温度三者对 G的影响，理清不同温度条件下反应自发进行的规律。
汽车尾气中的主要污染物是NO和CO，它们是现代化城市中的重要大气污染物。为了减轻大气污染，人们提出通过以下反应来处理汽车尾气的想法。
2NO(g) + 2CO(g) = N2(g) + 2CO2(g)
如何判断该反应是否可行呢？
水总是自发地从高处流向低处，而相反的过程却不能自发进行。
水从高处向低处流
自然界中的自发过程体现了
自然界变化的方向性
热茶变凉
请大家再列举一些自然界中能够自发进行的现象。
1、自发过程：
2、非自发过程：
在一定条件(T、P)下，不需要外力作用就能自动进行的过程。
在一定条件（T、P）下，需要持续借助外力作用才能进行的过程。
外力作用一般指的是：光照、通电等；而加热、点燃、高温都是为了达到某一反应温度，属于一定温度范畴，不属于外力作用。
一、自发过程和非自发过程
与自然界中的许多变化一样，化学反应也具是有方向性。
1、自发反应：
2、非自发反应：
在一定条件（T、P）下，不需要外力作用（光能，电能）就能自动进行的化学反应。
在一定条件（T、P）下，需要持续借助外力作用（光能，电能）才能进行的化学反应。
二、自发反应和非自发反应
①Na(s)+H2O(l)=NaOH(aq)+1/2H2(g)
②铁生锈：2Fe(s)+3/2O2(g)= Fe2O3(s)
③NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l)
④C(s)+O2 (g)=CO2(g)
⑤CH4(g)+2O2 (g)=CO2(g)+2H2O(l)
H= -184kJ/mol
H= -824kJ/mol
H= -57.3kJ/mol
H= -393.5kJ/mol
H= -890.3kJ/mol
大多数自发反应为放热反应。
19 世纪，一些化学家曾认为决定化学反应能否自发进行的因素是反应热：放热反应可以自发进行，而吸热反应则不能自发进行。你同意这种观点吗？
放热
反应物
生成物
焓
反应过程
△H＜0
三、反应焓变与反应方向
体系趋向于从能量高的状态转变为能量低的状态，因此反应放热有利于反应自发进行。
很多自发的化学反应都是焓减的过程，即ΔH＜0
1、对于C(s)+ O2(g)=CO2 (g) △H =-393.5kJ/mol ，有同学认为这个过程不能自发，因为需要点燃，你怎么看？
2、为什么有些放热反应需要持续加热呢？例如：H2(g) + CuO(s) = Cu(s) + H2O(1) △H=-128.5KJ/mol
交流研讨
Ea很小，常温即能自发。
Ea稍大，但Ea＜△H，给予外界条件一经引发后即能自发。
Ea稍大，且Ea＞△H，需持续给予外界条件才能自发。
反应物
Ea
△H
生成物
反应进程
能量
反应物
Ea
△H
生成物
反应进程
能量
反应物
Ea
△H
生成物
反应进程
能量
0
小结：自然之法如此神奇，正是很多燃烧反应会遇到“活化能”的壁垒。才使得富含有机物的生命体在富含氧气的大气中没有“自燃”。
2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8 H2O(s)=NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l) H ﹥0
这些反应是吸热反应，但在常温下能自发进行。
【结论】焓减有利于反应自发进行，但不是唯一的因素。
2N2O5(g)=4NO2(g)+O2 (g) Δ H=+109.8kJ/mol
NaHCO3(s)+HCl(aq)=NaCl(aq)+CO2(g)+ H2O(l) Δ H=+31.4kJ/mol
NH4HCO3(s) + CH3COOH(aq) =CO2(g) + CH3COONH4(aq) + H2O(l)
ΔH = +37.30 kJ·mol-1
自然界中能够自发进行的现象
【思考】固体硝酸铵、氢氧化钠、氯化钠和蔗糖都能溶于水，是什么因素决定它们的溶解过程能自发进行？
有序
无序
自发
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。
有序
无序
自发
1、熵：描述体系无序程度的物理量。符号：S。
四、反应熵变与反应方向
体系无序程度越大，熵值越大。
2、同一物质的熵值与其存在状态有关。
S（g） ____ S（l）____ S（s）
＞
＞
对于一个由大量粒子组成的体系，人们定义了一个物理量——熵
3、不同物质的熵值不同。
判断下列反应熵变大小
1、N2 + 3H2 = 2NH3
2、2C + O2 = 2CO
3、CaCO3 = CaO + CO2
△S＜0
△S＞0
△S＞0
化学反应中，生成气体越多混乱度越大，即△S＞0。
化学反应存在着熵变。反应的熵变（entropy change）ΔS 为反应产物的总熵与反应物的总熵之差。对于确定的化学反应，在一定条件下具有确定的熵变。
△S=S生成物总熵－S反应物总熵
方法技巧
体系趋向于从无序程度低的状态转变为无序程度高的状态，因此反应无序程度增大有利于反应自发进行。
Zn(s)+H2SO4(aq) = ZnSO4(aq)+H2(g)
2KClO3(s)=2KCl(s)+3O2(g)
四、反应熵变与反应方向
2H2O2(aq) = 2H2O(l) + O2(g) ΔS = +57.2 J·mol-1·K-1
NH4HCO3(s) + CH3COOH(aq) = CO2(g) + CH3COONH4(aq) + H2O(l)
ΔS = +184.0 J·mol-1·K-1
CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g) ΔS = +169.6 J·mol-1·K-1
C(s，石墨) + H2O(g) = CO(g) + H2(g) ΔS = +133.8 J·mol-1·K-1
许多熵增加的反应在常温、常压下可以自发进行；有些熵增加的反应在常温、常压下不能自发进行，但在较高温度下可以自发进行。
温度！
4Fe(OH)2(s) + O2(g) + H2O (l) ＝ 4Fe(OH)3(s) ΔH = -444.3 kJ·mol-1
有些熵减的过程也可自发进行，即ΔS＜0
【结论】熵增有利于反应自发进行，但不是唯一的因素。
五、用焓变和熵变综合判断化学反应的方向
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 )
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！
( T 为热力学温度，T＝t +273,单位开尔文 K )
美国物理化学家吉布斯
已知，在298 K、100 kPa 下，ΔH＝－746.8kJ·mol－1、ΔS＝－197.5 J·mol-1·K-1。
不过，该反应需要使用催化剂来加速。通常使用贵金属作为催化剂，将其装入汽车尾气净化器中，并将净化器与汽车尾气排放管道连接在一起。利用这个装置，人们可以有效地将汽车尾气中的污染物NO(g) 和CO(g) 同时除去。
ΔH－TΔS＜0，因此室温下反应能正向自发进行。
对于反应：2NO(g) + 2CO(g) ＝ N2(g) + 2CO2(g)
ΔH－TΔS＝
－687.9kJ·mol-1
△G 不仅与焓变和熵变有关，还与温度有关
△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
1.下列关于判断过程的方向的说法正确的是（ ）
A、所有自发进行的化学反应都是放热反应
B、自发反应在任何条件下都能发生
C、由焓判据和熵判据组合而成的复合判据，更适合于所有的过程
D、同一物质的固，液、气三种状态的熵值相同
C
2.已知“凡气体分子总数增大的反应一定是熵增加的反应”。下列反应一定能自发进行的是（ ）
A、2O3(g)=3O2(g) H<0
B、2CO(g)=2C(s)+O2 (g) H>0
C、N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) H<0
D、CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) H>0
A
3.以下判断正确的是（ ）
A、C(s)+CO2(g)=2CO(g) △H＞0，该反应常温下不能自发
B、2Mg(s)+O2(g)=2MgO(s) △H＜0，该反应高温才能自发
C、自发反应的熵一定增大，非自发反应的熵一定减小
D、放热反应都可以自发进行，而吸热反应不能自发进行
A
4.下列关于化学反应方向及其判据的说法中正确的是（ ）
A、1molSO3在不同状态时的熵值：S[SO3(s)]>S[SO3(1)]>S[SO3(g)]
B、常温下，反应C(s)+CO2(g)=2CO(g)不能自发进行，则该反应的ΔH>0
C、放热反应都可以自发进行，而吸热反应不能自发进行
D、2KClO3(s)=2KCl(s)+3CO2(g) ΔH>0能否自发进行与温度无关
B

展开更多......

收起↑