优质公开课：化学反应的方向(课堂PPT)

1化学反应方向•反应方向即尚未达到平衡的体系朝什么方向进行，是由非平衡向平衡变化的方向，只有确定反应方向时才有“自发反应”的问题。已处于化学平衡状态了，就没有方向问题，更谈不上正逆“自发反应”的说法•一个反应在条件一定时原则上只有一个热力学方向，至于“正、逆反应在平衡时都自发”的说法是错误的。因已处于平衡的反应就没有方向问题2对“自发反应”的理解“一定条件”实际上指温度、压力一定的条件下能自动进行的反应。所谓“自动”即靠自身的能力，不需外界干预（如光照、通电等）。3关于对“熵”的理解熵的概念建立在两个基础上：1.大量粒子2.混乱度即为“均匀度”，越混乱就越均匀4水往低处流冰融化自然界中的自发过程体现了自然界变化的方向性问题1：物质间的化学反应是否也能自然发生呢？请联系已学知识举例。5第一节化学反应的方向自然界中有许多自然而然发生的现象，那么是否所有的化学反应都能够自发进行呢？62H2+O2=2H2OZn+CuSO4=ZnSO4+Cu电能2H2O2H2+O2光能6CO2+6H2OC6H12O6+6O2CaCl2+Na2CO3=2NaCl+CaCO3C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O确认化学反应具有方向性7请根据你对“自发反应”的理解判断，下列反应是否属于自发反应？说明你的理由。①2H2O=2H2+O2（室温、通电）②2H2O=2H2+O2（加热至2000℃）答案：反应1不是自发反应，反应2是自发反应上述讨论使你对“自发反应”有了哪些进一步认识？突破对“自发反应”的错误认识8化学反应方向的表征在一定温度、压强下，不借助(光、电能等）外部力量既能进行，或具有发生的可能性的反应称为自发反应。2H2+O2=2H2O(常温)(通电)自发非自发2H2O=2H2+O2（加热至2000℃）自发9交流﹒研讨在一定温度和压强下，化学反应朝着怎样的方向自发进行？10Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu复分解反应：向着生成气体、沉淀或水的方向自发进行氧化还原反应：向着由强制弱的方向自发进行CaCl2+Na2CO3=2NaCl+CaCO3影响化学反应自发进行的因素探究11CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-890kJ/molH+(aq)+OH-(aq)=H2O(l)△H=-57.3kJ/mol4Fe(OH)2(s)+O2(g)+2H2O(l)=4Fe(OH)3(s)△H=-444.3kJ/molNH3(g)+HCl(g)=NH4Cl(s)△H=-176.9kJ/mol……观察下列几个自发反应，找出它们的共同之处共同特点△H＜0，即体系趋向于从高能状态转变为低能状态。12•能量判据：体系趋向于从高能状态转变为低能状态（△H＜0）。•对于化学反应而言，绝大多数的放热反应能自发进行，且放出的热量越多，体系能量降低越多，反应越完全焓变与反应方向影响化学反应自发进行的因素探究13深入思考在一定温度、压强下，化学反应一定不能向着吸热的方向自发进行吗？14还有什么因素会影响一个过程能否自发进行呢？反应焓变(KJ/mol)是否自发NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)=CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l)0自发2NH4Cl(s)+Ba(OH)2(s)=BaCl2(s)+2NH3(g)+2H2O(l)0自发NaOH(s)=Na++OH-0自发NaCl(s)=Na++Cl-=0自发NH4NO3(s)=NH4++NO3-0自发提示：从反应前后物质的存在状态及微粒的运动角度考虑发现“熵变”对反应方向的影响15•能量判据：体系趋向于从高能状态转变为低能状态（△H＜0）。•对于化学反应而言，绝大多数的放热反应能自发进行，且放出的热量越多，体系能量降低越多，反应越完全•焓变（△H）是决定反应能否自发进行的因素之一，但不是唯一因素。焓变与反应方向影响化学反应自发进行的因素探究16（1）多数能自发进行的化学反应是放热反应（2）有不少吸热过程也能自发进行（3）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说明：)l(OH)s(CaCl)g(NH)s()OH(Ca)s(ClNH22324222如：硝酸铵溶于水如：)()()(23gCOsCaOsCaCO高温影响化学反应自动发生的因素探究•焓变（△H）是决定反应能否自发进行的因素之一，但不是唯一因素。17问题：为什么有些吸热反应或吸热过程也能自发进行呢？？观察与思考18还有什么因素会影响一个过程能否自发进行呢？反应焓变(KJ/mol)是否自发NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)=CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l)0自发2NH4Cl(s)+Ba(OH)2(s)=BaCl2(s)+2NH3(g)+2H2O(l)0自发NaOH(s)=Na++OH-0自发NaCl(s)=Na++Cl-=0自发NH4NO3(s)=NH4++NO3-0自发提示：从反应前后物质的存在状态及微粒的运动角度考虑发现“熵变”对反应方向的影响19)(2)()(2)()()(222324lOHsCaClgNHsOHCasClNHCaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)高温NH4NO3(S)NH4+(aq)+NO3-(aq)硝酸铵溶于水后，硝酸根离子和铵根离子由规则的排列转化为能在水中自由地运动，即由有序转变为无序，体系的混乱度增大。讨论、假说：消石灰与氯化铵的反应有氨气生成，碳酸钙分解生成二氧化碳气体，可能有气体生成使体系的混乱度增大是反应能自发的原因之一。这些反应有何共同特点？202122墨水、气体扩散，固体的溶解一副崭新的扑克牌被洗过后会怎样？如果没有法律的制约，世界会怎样？下课铃一响教室里会怎样？你能发现这些看似不相干的事件之间的联系吗？23有序混乱24克劳修斯（德国）•熵：衡量一个体系混乱度的物理量叫做熵，用符号S表示。25CH4O2CO2H2NH3186.15205.03214130192H2O(l)HNO3(l)Br2(l)69.9156152NaClFe金刚石SiO2CuO72.127.32.441.8442.7标准状况下：1mol不同物质的熵S(Jmol-1K-1)2669.9Jmol-1K-147.9Jmol-1K-1188.7Jmol-1K-1S(g)S(l)S(s)物质在不同状态下的熵S(Jmol-1K-1)冰水水蒸气一般地，②混乱度（熵）:气态溶液液态固态③分子数增多，分子种类增多则熵增大①对于同一物质：S（g）﹥S（l）﹥S（s）27若变化后混乱度增大，则ΔS0若变化后混乱度减小，则ΔS0ΔS越大，越有利于化学反应的进行。熵变与反应方向•熵变：反应前后体系熵的变化叫做反应的熵变.用△S表示。•△S=S生成物总熵－S反应物总熵28判断下列反应的ΔS0还是0：A、NH4Cl=HCl+NH3B、2Fe3+(aq)+Cu(s)=2Fe2+(aq)+Cu2+(aq)C、2NO2=N2O4D、CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)ΔS0ΔS0ΔS0ΔS029NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)=CH3COONH4(aq)+CO2(g)+H2O(l)CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)2NaHCO3(s)=Na2CO3(s)+CO2(g)+H2O(g)C(s，石墨)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)△S=334.3Jmol-1K-1△S=133.8Jmol-1K-1△S=169.6Jmol-1K-1△S=184.0Jmol-1K-1观察下列几个自发反应，找出它们的共同之处30熵变能否替代焓变，成为决定反应能否自发进行的唯一因素？反应熵变是否自发NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)=CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l)熵增加自发2H2O2(aq)=2H2O(l)+O2(g)熵增加自发4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)=4Fe(OH)3(s)熵减小自发2Al(s)+Fe2O3(s)=Al2O3(s)+2Fe(s)熵减小自发312Al(s)+Fe2O3(s)=Al2O3(s)+2Fe(s)△S=-39.4J·mol-1·K-1在一定温度和压强下，化学反应一定不能向着熵减少的方向自发进行吗？交流﹒研讨C(s)+O2(g)=CO2(g)△S=2.2Jmol-1K-1Hg(l)+S(s)=HgS(s)△S=-31.48Jmol-1K-132＊体系能量降低和混乱度增大都有促使反应自发进行的倾向。＊在一定条件下，一个化学反应能否自发进行，既与反应焓变有关，又与反应熵变有关，但都不是惟一因素。33影响因素：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焓减小(△H为0，放热)有利于反应自发，熵增大(△S0)有利于反应自发总结能量判据熵判据△G=△H-T△S34美国物理化学家吉布斯△H-T△S0自发△H-T△S=0平衡态△H-T△S0不自发351．反应的自发性只能用于判断反应的方向，不能确定反应是否一定会发生和过程发生的速率。例如金刚石有向石墨转化的倾向，但是能否发生，什么时候发生，多快才能完成，就不是能量判据和熵判据能解决的问题了。注意：2．在讨论过程的方向时，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。例如石墨经高温高压还是可以变为金刚石的。36请你利用所学知识判断下列反应能否自发进行并解释：1、H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l)△H=-57.3KJ·mol-1△S=+80.7J·mol-1·K-12、CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)△H=+178.2KJ·mol-1△S=+169.6J·mol-1·K-13、TiO2(s)+2Cl2(g)=TiCl4(l)+O2(g)△H=+161.9KJ·mol-1△S=-38.4J·mol-1·K-137TiO2(s)+2Cl2(g)=TiCl4(l)+O2(g)△H=161.9kJmol-1△S=-38.4Jmol-1K-1TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(石墨)=TiCl4(l)+2CO(g)△H=-59.1kJmol-1△S=141.0Jmol-1K-12C(石墨）+O2(g)=2CO(g)△H=-221.0kJmol-1△S=179.4Jmol-1K-138练习1.下列说法不正确的是A.焓变是一个与反应能否自发进行有关的因素，多数的能自发进行的反应是放热反应。B.在同一条件下不同物质有不同的熵值，其体系的混乱程度越大，熵值越大。C.一个反应能否自发进行取决于该反应放热还是吸热D.一个反应能否自发进行，与焓变和熵变的共同影响有关C392.下列反应中，熵减小的是D.2CO(g)＝2C(s)＋O2(g)B.2N2O5(g)＝4NO2(g)＋O2(g)A.(NH4)2CO3(s)＝NH4HCO3(s)+NH3(g)C.MgCO3(s)＝MgO(s)＋CO2(g)D403.下列过程是非自发的是（）A.水由高处向低处流B.天然气的燃烧C.铁在潮湿空气中生锈D.室温下水结成冰4.碳酸铵[(NH4)2CO3]在室温下就能自发地分解产生氨气，对其说法中正确的是（）A.其分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增大B.其分解是因为外界给予了能量C.其分解是吸热反应，据能量判据不能自发分解D.碳酸盐都不稳定，都能自发分解DA练习41•5.下列说法正确的是∶（）•A、凡是放热反应都是自发的，由于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。•6.自发进行的反应一定是∶（）•A、吸热反应；B、放热反应；•C、熵增加反应；D、熵增加或放热反应。CD练习427.250C和1.01×105Pa时，反应:2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)△H=+56.76kJ·mol-1，能自发进行的原因是（）A.是吸热反应B.是放热