高中鲁科版化学2.1 《化学反应的方向》课件选修4

欢迎进入化学课堂 第二章化学反应的方向 限度与速率 第二章化学反应的方向 限度与速率 第1节化学反应的方向 1 理解焓变与反应方向的关系 2 了解熵和熵变的概念 知道化学反应中存在熵变 3 理解熵变与反应方向的关系 4 能综合运用焓变与熵变判断反应进行的方向 课程标准导航 一 反应焓变与反应方向1 自发过程 1 概念 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动进行的过程 2 特点 具有 即反应的某个方向在一定条件下是自发的 而其逆方向在该条件下肯定不自发 方向性 2 反应焓变与反应方向的关系 1 能自发进行的化学反应多数是 反应 2 有些 反应也能自发进行 结论 反应焓变与反应能否自发进行有关 但不是决定反应能否自发进行的 放热 吸热 唯一因素 想一想1 体系总是向降低自身能量的方向进行变化 那么 H 0的反应为何不能全都自发进行 提示 体系的能量变化并不只有焓变一种形式 焓变只是影响反应能否自发的因素之一 不是唯一因素 二 反应熵变与反应方向1 熵 是 的物理量 其符号为 单位为 影响熵值的因素 1 同一物质 S 高温 S 低温 S g S l S s 2 相同条件下的不同物质 分子结构越复杂 熵值 3 S 混合物 S 纯净物 衡量体系混乱度大小 S J mol 1 K 1 越大 2 熵变 1 概念 反应产物的总熵和反应物的总熵之差 2 计算式 S S 反应产物 S 反应物 3 正负判断依据 产生气体的反应 气体物质的量增大的反应 熵变通常都是 是熵增大的反应 气体物质的量减小的反应 熵变通常都是 是熵减小的反应 正值 负值 3 熵变与反应方向 1 熵 有利于反应的自发进行 2 某些熵 的反应在一定条件下也能自发进行 3 是与反应能否自发进行有关的一个因素 但不是唯一因素 增加 减小 熵变 三 焓变与熵变对反应方向的共同影响1 反应方向的判据在判断温度 压强一定条件下反应的方向时 应该同时考虑 和 这两个因素 用 作为判据 H T S0反应不能自发进行 焓变 熵变 H T S 2 文字描述 在温度 压强一定的条件下 自发反应总是向 的方向进行 直至达到 状态 3 局限性 仅仅可以用于判断恒温恒压下反应发生的可能性 不能说明反应在该条件下能否实际发生 H T S 0 平衡 想一想2 自发反应是否一定能够实现显著的反应 为什么 提示 不一定 因为 H T S这个判据是指在温度 压强一定的条件下 化学反应自发进行的趋势 即反应发生的可能性 并不能说明反应在该条件下能否实际发生 因为化学反应能否实际发生还涉及到化学反应速率的问题 1 下列说法正确的是 A 凡是放热反应都是自发的 凡是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小或不变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 解析 选C 放热反应常常是容易进行的反应 吸热反应有些也是自发反应 自发反应的熵不一定增大 可能减小 自发反应需在恰当条件下才能实现 如H2和O2在点燃条件下才能发生反应 2 下列关于冰融化为水的过程判断正确的是 A H 0 S0C H 0 S 0D H 0 S 0解析 选C 冰需吸热才能化为水 由固态变成液态 混乱度增大 3 能用能量判据判断下列过程的方向的是 A 水总是自发地由高处往低处流B 放热反应容易自发进行 吸热反应不能自发进行C 有序排列的火柴散落时成为无序排列D 多次洗牌以后 扑克牌毫无规律的混乱排列的几率大 解析 选A A项 水总是自发地由高处往低处流 有趋向于最低能量状态的倾向 B项 吸热反应也可以自发进行 例如 在25 和1 01 105Pa时 2N2O5 g 4NO2 g O2 g H 56 7kJ mol 1 NH4 2CO3 s NH4HCO3 s NH3 g H 74 9kJ mol 1 不难看出 上述两个反应都是吸热反应 又都是熵增的反应 显然只根据焓变来判断反应进行的方向是不全面的 C项 有序排列的火柴散落时成为无序排列 有趋向于最大混乱度的倾向 属于熵判据 D项 扑克牌的无序排列也属于熵判据 探究导引1影响化学反应能否自发进行的因素有哪些 提示 焓变 熵变等 要点归纳 特别提醒1 自发仅是一种变化的趋势 即变化的可能性 能否自发进行还涉及很多问题 如自发反应的反应速率 2 体系的有序性越高 即混乱度越低 熵值越小 有序变为无序是熵增过程 即时应用1 2012 三明高二质检 已知石墨 金刚石燃烧的热化学方程式分别为 C 石墨 s O2 g CO2 g H 393 5kJ mol 1C 金刚石 s O2 g CO2 g H 395 4kJ mol 1关于金刚石和石墨的相互转化 下列说法正确的是 双选 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 石墨比金刚石能量低D 金刚石比石墨能量低 解析 选BC 由两个方程式得C 金刚石 s C 石墨 s H 1 9kJ mol 所以1mol金刚石转化为石墨体系向外释放能量 石墨能量低 金刚石转化为石墨向环境释放能量 能量降低 由能量判据知为自发过程 探究导引2焓变与熵变怎样共同影响反应方向的 提示 焓变 熵变都不是唯一因素 化学反应方向将由二者同时决定 即利用 H T S来判定 还涉及到温度问题 要点归纳化学反应的方向是由 H和 S共同决定的 利用 H T S的符号可以判断恒温 恒压条件下的反应进行方向 H T S0反应不能自发进行 当焓变和熵变相差不大时 温度可能对反应方向起决定性的作用 可以估算反应发生逆转的温度 转向温度 T H S 化学反应体系焓变减少 H0 都有利于反应的进行 可以用下列象限法进行判断 如下图 特别提醒1 在温度 压强一定的条件下 反应的焓变和熵变共同影响化学反应的方向 放热反应的焓变小于零 熵增加的反应的熵变大于零 都对 H T S 0有所贡献 因此放热和熵增加有利于反应的自发进行 2 利用 H T S 0进行反应的自发性判断时 实际上不管 H和 S的具体值是多少 关键是看 H T S的值与0的相对大小 即时应用2 有A B C D四个反应 则在任何温度下都能自发进行的反应是 任何温度下都不能自发进行的反应是 另外两个反应中 在温度高于 时 可自发进行的反应是 在温度低于 时 可自发进行的反应是 解析 C中 H0 任何温度下反应均可自发进行 B中 H 0 S0 S 0 高温下反应可自发进行 答案 CB77A 161 6D 下列说法中正确的是 A 凡是放热反应都能自发进行B 所有的自发反应都是放热的C 焓变是决定反应是否具有自发性的判据D 焓变是影响反应是否具有自发性的一种重要因素 思路点拨 解答本题要注意以下两点 1 焓变不是决定反应是否自发进行的唯一因素 2 吸热反应 放热反应与反应是否自发进行无必然联系 解析 1 多数能够自发进行的反应都是放热反应 但也有些自发进行的反应是吸热反应 2 反应的自发性与焓变并不严格一致 焓变是影响反应自发进行的重要因素 但不是唯一因素 答案 D 名师点睛 1 大量化学实验事实证明 多数能自发进行的化学反应是放热的 如甲烷的燃烧 氢气的燃烧 铁的生锈等 在常温 常压下 氢氧化亚铁氧化为氢氧化铁的反应是自发的 反应放热 4Fe OH 2 s 2H2O l O2 g 4Fe OH 3 s H 298K 444 3kJ mol 1 2 不少吸热反应也能自发进行 如NH4HCO3 s CH3COOH aq CO2 g CH3COONH4 aq H2O l H 298K 37 30kJ mol 1 还有一些吸热反应在室温条件下不能自发进行 但在较高温度下则能自发进行 如在室温和较高温度下均为吸热过程的碳酸钙分解反应 2012 青岛高二统考 碳酸铵 NH4 2CO3 在室温下就自发地分解产生氨气 对其说法正确的是 A 碳酸铵分解是因为生成了易挥发的气体 使体系的熵增大B 碳酸铵分解与能量无关 C 碳酸铵分解是吸热反应 根据能量判据判断不能自发分解D 碳酸盐都不稳定 能自发分解 解析 NH4 2CO3常温下能自发分解 是因为反应体系由于NH3 g 的生成而使熵增大 NH4 2CO3分解为吸热反应 根据能量判据 大多数放热反应为自发的 但有些吸热反应也能自发进行 比如 NH4 2CO3在常温下的自发分解 有些碳酸盐很稳定 如Na2CO3等不能自发分解 答案 A 提示 NH4HCO3常温下可分解NH4HCO3 s NH3 g CO2 g H2O l S 0CaCO3高温下可分解 CaCO3 s CaO s CO2 g S 0 互动探究举例说明能分解的碳酸盐有哪些 至少2例 它们的熵变化是怎样的 名师点睛 熵增与自发过程体系的混乱度增大的过程即熵增加的过程 大多数熵增加的过程为自发过程 但熵增原理只是解释部分自发过程的判据 而非决定性因素 高温时空气中的N2和O2会反应生成NO而污染大气 N2 g O2 g 2NO g 试通过计算说明在1200 的条件下 此反应能否正向自发进行 估算自发进行的最低温度是多少 已知 该反应的 H 180 50kJ mol 1 S 24 77J mol 1 K 1 解析 1200 时 该反应的 H T S 180 50kJ mol 1 1200 273 K 24 77J mol 1 K 1 10 3kJ J 1 144 01kJ mol 1 0 故该温度下反应不能正向自发进行 H T S H S 180 50kJ mol 1 0 02477kJ mol 1 K 1 7287K 即此反应自发进行的最低温度为7287K 答案 1200 不能自发进行 自发进行的最低温度是7287K 名师点睛 判断反应自发进行的判据为 H T S 0 将给定的数据代入该式即可得出相应答案 在计算过程中 要注意 S的正负号对不等式的影响及 H S单位的统一 经典案例 金刚石和石墨本是一对孪生兄弟 但现在却是一个光彩夺目 坚硬无比 一个漆黑一团 柔软细腻 只因为碳元素的排列不同 它们的价值便有了天壤之别 由于地球上天然金刚石很稀少 从20世纪50年代开始 很多国家都在进行把石墨转化为金刚石的尝试 在1800 和7万个大气压的条件下 人们终于将石墨转变成了人造金刚石 已知在298K时 由石墨生成金刚石的反应的 H 1 895kJ mol 1 H T S 2 866kJ mol 1 又已知石墨的熵S石墨 5 694J mol K 1 求金刚石的熵S金刚石 并回答这两种碳的同素异形体哪种更有序 化学反应的熵变是生成物的总熵与反应物的总熵之差 解析 石墨转化为金刚石的反应为 C s 石墨 C s 金刚石 H T S H T S金刚石 S石墨 2 866kJ mol 1 即1 895kJ mol 1 298K S金刚石 5 694 10 3kJ mol K 1 2 866kJ mol 1 解得S金刚石 2 436J mol K 1 熵是体现混乱度的物理量 混乱度越小 体系的熵值就越小 或者说体系的熵值越小 则越有序 通过上面的计算知S金刚石 S石墨 则金刚石比石墨更有序 答案 S金刚石 2 436J mol K 1金刚石更有序 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全