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化学反应的方向

化学反应的方向. 伊通满中 李金格. 众所周知， 汽车尾气中的主要污染物是 NO 和 CO ，是大气污染物。 汽车尾气已经成为严重的环境问题之一，因此有人提出通过以下反应来处理汽车尾气： 2NO （ g ） +2CO （ g ） = N 2 （ g ） + 2CO 2 （ g ） 你能否判断这一方案是否可行？. 自然界中有许多自然而然发生的现象，请同学们联系生活知识，列举一些能自动发生的例子？. 自然界中水总是从高处往低处流； 电流总是从电位高的地方向电位低的地方流动； 室温下冰块自动融化； 墨水扩散； 食盐溶解于水； 火柴棒散落等。

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化学反应的方向

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Presentation Transcript

  1. 化学反应的方向 伊通满中 李金格

  2. 众所周知，汽车尾气中的主要污染物是NO和CO，是大气污染物。汽车尾气已经成为严重的环境问题之一，因此有人提出通过以下反应来处理汽车尾气：众所周知，汽车尾气中的主要污染物是NO和CO，是大气污染物。汽车尾气已经成为严重的环境问题之一，因此有人提出通过以下反应来处理汽车尾气： 2NO（g）+2CO（g）= N2（g）+ 2CO2（g） 你能否判断这一方案是否可行？

  3. 自然界中有许多自然而然发生的现象，请同学们联系生活知识，列举一些能自动发生的例子？

  4. 自然界中水总是从高处往低处流； • 电流总是从电位高的地方向电位低的地方流动； • 室温下冰块自动融化； • 墨水扩散； • 食盐溶解于水； • 火柴棒散落等。 • 铁器暴露在潮湿空气中会生锈；

  5. 清 识 知 单 一、自发过程和自发反应 1、自发过程：在一定条件下，不借助外部力量（光、电能等）就能自动进行的过程。 2、自发反应：在给定的条件下，一个反应可以自发地进行到显著程度，就称为自发反应。 3、非自发反应：不能自发地进行，必须借助某种外力才能进行的反应。 如何判断一个过程，一个反应能否自发进行？

  6. 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？

  7. 你 知 道 吗 下列反应在一定条件下都能自发进行，你知道这些反应能自发进行的主要原因吗？ C3H8(g) + 5O2(g) = 3CO2(g) + 4H2O(l) △H = -2217.5 kJ·mol-1 2Na(s) + Cl2(g) = 2NaCl(s) △H = -822 kJ·mol-14Fe(s) + 3O2(g) = Fe2O3(s) △H = -1648.4 kJ·mol-1H2(g) + F2(g) = 2HF(g) △H = -546.6 kJ·mol-1

  8. 清 识 知 单 共同特点：△H<O 即放热反应 放热反应使体系能量降低，能量越低越稳定，△H<O 有利于反应自发进行

  9. 1、能量判据（焓判据） 焓判据： 体系趋向于从高能状态转变为低能状态（这时体系会对外做功或者释放热量△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。 反应物的总能量高 放热反应 △H＜0 生成物的总能量低

  10. 课堂检测1： 1.已知金刚石和石墨在氧气中完全燃烧的热化学方程式为： ①C(金刚石、s)+O2(g＝CO2(g) △H1＝-395.41kJ/mol ②C(石墨、s)+O2(g)＝ CO2(g) △H2＝-393.51kJ/mol 关于金刚石与石墨的转化，下列说法正确的是( ) A.金刚石转化成石墨是自发进行的过程 B.石墨转化成金刚石是自发进行的过程 C.石墨比金刚石能量低 D.金刚石比石墨能量低 AC

  11. D 2、以下自发反应可用能量判据来解释的是( ) A、硝酸铵自发地溶于水 B、2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)；△H=+56.7kJ/mol C、(NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g); △H=+74.9 kJ/mol D、2H2(g)+O2(g)=2H2O(l); △H=-571.6 kJ/mol

  12. 问 题 与 思 考 思考：是不是所有自发进行的化学 反应都是放热的？ 焓变（△H）是决定反应能否自发进行的因素，但是不是唯一因素呢？

  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. 观 察 与 思 考 高温 CaCO3(s) = CaO(s)+CO2(g) 2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8H2O(s)=NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l) 2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)；△H=+56.7kJ/mol (NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g); △H=+74.9 kJ/mol 结论:△H<O有利于反应自发进行，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。

  15. 交流·研讨 这些过程自发吗？它们是向着什么方向自发进行的？

  16. 能用你自己的语言描述固体溶解的过程吗?

  17. 　　混乱度 # % # % # % # % # % # % # % # % # % # % # % # % # % # % # % # % # % # % # # # # # # # A# # # # # # # # # # # # # % % % % % % B % % % % % % % % % % 终态 始态 初态有较高的“有序性”；混合后有序性就降低了，也就是说混合过程中气体存在状态的“混乱度”增加了。再如，一合火柴散落在地上，火柴头总是趋向于混乱排列。

  18. 交 流 与 讨 论 有序 混乱

  19. 从混乱度角度分析它们为什么可以自发？ 熵：用来描述体系混乱度的物理量。 符号：S单位：J•mol-1•K-1。 体系的混乱度越低，熵值越小，越不稳定； 体系的混乱度越高，熵值越大，越稳定。

  20. 【归纳与总结】 在与外界隔离的体系中,自发过程的体系趋向于由有序转变为无序，导致体系的熵增大，即熵变（符号△S)大于零，这一经验规律叫做熵增原理，也就是反应方向判断的熵判据 混乱度越大越稳定，△S > 0 有利于反应自发进行。 2、熵判据

  21. 47.9Jmol-1K-1 69.9Jmol-1K-1 188.7Jmol-1K-1 S(g)>S(l)>S(s)

  22. 清 识 知 单 导致混乱度增加的因素 1、同一物质气态时熵值，液态，固态时。 2、固体的过程、墨水过程和气体过程。 3、产生气体的反应和气体的物质的量的反应。 最大 较小 最小 溶解 扩散 扩散 增加

  23. 观 察 与 思 考 高温 CaCO3(s) = CaO(s)+CO2(g) 2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8H2O(s)=NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l) 2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)；△H=+56.7kJ/mol (NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g); △H=+74.9 kJ/mol

  24. 【学与问】 （1）发生离子反应条件之一是产生气体，利用熵判椐进行解释？ 根据熵判椐，在密闭条件下，体系有由有序自发地变为无序的倾向。气态熵值大，反应沿着从有序到无序方向进行。

  25. 课堂检测2： A 3、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。 D 4、下列反应中，熵减小的是（ ） A. (NH4 )2CO3(s)＝NH4HCO3(s)+NH3(g) B. 2N2O5(g)＝4NO2(g)＋O2(g) C. MgCO3(s)＝MgO(s)＋CO2(g) D. 2CO(g)＝2C(s)＋O2(g)

  26. 自发反应一定是熵增加的反应吗？ 已知:(1)-10℃时，液态水能自动结成固态冰 (2)2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g) △H=+56.7kJ/mol, (3)2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) △H = -572 kJ·mol-1 思考： 1.自发过程一定是熵增的吗？ 2.用焓判据判断上述反应能否自发进行？ 3.用熵判据判断上述反应能否自发进行？ 结论：△S > O有利于反应自发进行， 自发反应不一定要△S > O 熵变是反应能否自发进行的一个因素,但不是惟一因素。

  27. 正确判断一个化学反应是否能够自发进行 3、复合判据 必须综合考虑反应的焓变和熵变 恒温恒压时判断反应是否能够自发进行 △H＜0 △S>0 △H>0 △S＜0 △H＜0 △S＜0 △H>0 △S>0 自发 非自发 不一定 不一定

  28. CaCO3(s) = CaO (s) +CO2 (g)这个 反应能否自发进行？ 已知： △H(298K)=+178.2KJ•mol-1, △S(298K)=+169.6J•mol-1•K-1 思考

  29. 3、复合判据（自由能变化） △G=△H-T△S 当△G<0时，反应自发进行 当△G>0时，反应不自发进行 当△G=0时，可逆反应到达平衡状态 判断这两个反应什么条件下自发进行？ NH3(g)+HCl(g)＝NH4Cl(s) △H ＜0 △S ＜0 CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) △H >0 △S>0 低温可行 高温可行

  30. △S △H＜0 △S>0 任何条件下都能自发进行 △H >0 △S>0 高温下能自发进行 △H △H>0 △S＜0 △H＜0 △S＜0 低温下能自发进行 任何条件下都不能自发进行

  31. 课堂检测3： 某化学反应其△H=-122 kJ·mol-1， ∆S=+231 J·mol-1·K-1，则此反应在 下列哪种情况下可自发进行 ( ) A．在任何温度下都能自发进行 B．在任何温度下都不能自发进行 C．仅在高温下自发进行 D．仅在低温下自发进行 A

  32. 思考 298K、101KPa下，以下反应 2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)， △H ＝–113.0 kJ·mol-1 △S ＝–143.5 J·mol-1·K-1 判断此反应的自发性，说明利用此反应能否解决汽车尾气污染的问题。

  33. 【注意】 1．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。例如涂有防锈漆和未涂防锈漆的钢制器件，起其发生腐蚀过程的自发性是相同的，但只有后者可以实现。 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。例如水泵可以把水从低水位升至高水位；用高温可以是稳定的石灰石分解；高温高压下可以是石墨转化为金刚石，但是实现的先决条件是要向体系中输入能量，该过程的本质仍然是非自发性的。

  34. △G △H － T△S 〓 小结: 化学反应进行方向的判据 能量最低原理。 １、能量判据(焓判据）： 是判断化学反应进行方向的判据之一。 ２、熵判据： 熵增原理。 是判断化学反应进行方向的另一判据。 ３、复合判据： 能量判据结合熵判据 4、过程的自发性只能用于判断过程的方向，不能确定过程一定会发生和过程发生的速率

  35. 知 识 总 结 化学反应的方向 共同影响 反应熵变 反应焓变 吸热 放热 熵增 熵减 影响因素： 焓减小有利于反应自发，熵增大有利于反应自发

  36. 【课堂达标测试】 D 1、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。 2、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。 3、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、熵增加或者放热反应。 C D

  37. D 4、250C和1.01×105Pa时，反应2N2O5（g）=4NO2（g）+O2（g）；△H=＋56.76kJ/mol，自发进行的原因是∶（ ） A、是吸热反应； B、是放热反应； C、是熵减少的反应； D、熵增大效应大于能量效应。 C 5、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都是放热反应。 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

  38. 规律方法总结 自发反应中的焓变和熵变的关系 1、放热的自发过程可能是熵减小的过程，如铁生锈、 氢气燃烧等；也可能是熵无明显变化或增加的过程， 如甲烷燃烧、氢气和氯气化合等。 2、吸热的自发过程是熵增加的过程，如冰的融化、 硝酸铵溶于水等。 3、无热效应的自发过程是熵增加的过程，如两种理想 气体的混合等。

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