新人教版化學(xué)選必1第二章化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡第三節(jié)

化學(xué)反應(yīng)的方向宏觀辨識(shí)與微觀探析

初步了解焓變和熵變與反應(yīng)進(jìn)行的方向之間的關(guān)系。證據(jù)推理與模型認(rèn)知了解判斷化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的三個(gè)判據(jù)，構(gòu)建判斷化學(xué)反應(yīng)自發(fā)性的思維方法模型?？茖W(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)根據(jù)三個(gè)判據(jù)的發(fā)展過程，理解科學(xué)知識(shí)的曲折發(fā)展歷程，增強(qiáng)對化學(xué)反應(yīng)自發(fā)性研究重要意義的認(rèn)識(shí)。教學(xué)重點(diǎn)能判斷簡單反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行。教學(xué)難點(diǎn)根據(jù)ΔG=ΔH－TΔS和所給數(shù)據(jù)判斷化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向?！举Y料】我國力爭在2060年前實(shí)現(xiàn)“碳中和”，體現(xiàn)了中國對解決氣候問題的大國擔(dān)當(dāng).CO2CH3OH？CO2(g)+3H2(g)→CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+2H2O(g)→CH3OH(g)+3/2O2(g)生產(chǎn)的可行性問題生產(chǎn)的效率問題生產(chǎn)的產(chǎn)率問題首要問題電流總是從自動(dòng)電位高的地方向電位低的地方流動(dòng)；自然界中水總是自動(dòng)從高處往低處流；室溫下冰塊自動(dòng)融化；墨水自動(dòng)擴(kuò)散；食鹽自動(dòng)溶解于水；火柴棒自動(dòng)散落等。上述過程有何共同點(diǎn)？如何理解自發(fā)性呢？有明顯的自發(fā)性和方向性一、自發(fā)過程與自發(fā)反應(yīng)1.自發(fā)過程（1）概念：在一定條件下，不需要外力作用就可以進(jìn)行的過程。水從高處流向低處冰融化墨水?dāng)U散氣體的擴(kuò)散（2）特征：方向性在一定條件下，需要持續(xù)借助人為作用力才能進(jìn)行的過程。（3）非自發(fā)過程：體現(xiàn)了自然界的變化具有一定的方向性！一、自發(fā)過程與自發(fā)反應(yīng)（4）特點(diǎn)：高能狀態(tài)低能狀態(tài)對外做功或放熱轉(zhuǎn)化為有序狀態(tài)無序狀態(tài)轉(zhuǎn)化為密閉條件下能量角度混亂度角度水從高處流向低處一、自發(fā)過程與自發(fā)反應(yīng)（5）自發(fā)過程與非自發(fā)過程：meiyangyang8602高處低處自發(fā)非自發(fā)①在一定條件下，如果一個(gè)過程是自發(fā)的，那么它的逆過程通常是非自發(fā)的。100°C的沸水高溫物體低溫物體室溫的涼水自發(fā)非自發(fā)沸水可以自發(fā)變涼，但是這杯涼水是不可能自發(fā)變成沸水的。一、自發(fā)過程與自發(fā)反應(yīng)（5）自發(fā)過程與非自發(fā)過程：冬天水結(jié)冰自發(fā)春天冰融水自發(fā)②“自發(fā)”是一定條件下的自發(fā)條件變了可能由原來的“自發(fā)”變成“非自發(fā)”處于高水位的水有向低處流動(dòng)的趨勢，但是現(xiàn)在被大壩攔截，此過程并沒有實(shí)際發(fā)生，但是有發(fā)生的趨勢。③“自發(fā)”只是有發(fā)生的趨勢并不代表實(shí)際發(fā)生，更不能確定反應(yīng)速率“非自發(fā)”也不代表不能發(fā)生。④判斷方法：是否需要持續(xù)施加外力例1.下列關(guān)于自發(fā)過程的敘述正確的是（)A.只有不需要任何條件就能夠自動(dòng)進(jìn)行的過程才是自發(fā)過程。B.需要加熱才能進(jìn)行的過程肯定不是自發(fā)過程。C.同一可逆反應(yīng)的正、逆反應(yīng)在不同條件下都有自發(fā)進(jìn)行的可能。D.非自發(fā)過程在任何條件下都不可能轉(zhuǎn)化為自發(fā)過程。C思考：化學(xué)反應(yīng)是否也能自發(fā)進(jìn)行，有方向性？氫氣的燃燒水的電解自發(fā)非自發(fā)2H2+O2=2H2O自發(fā)非自發(fā)與自然界中的許多變化一樣，化學(xué)反應(yīng)也具有方向性。一、自發(fā)過程與自發(fā)反應(yīng)2.自發(fā)反應(yīng)在給定的條件下,可以自發(fā)進(jìn)行到顯著程度的化學(xué)反應(yīng),就稱為自發(fā)反應(yīng)。（1）概念：點(diǎn)燃、加熱等用于啟動(dòng)反應(yīng)后不需要持續(xù)進(jìn)行，不算外力作用，即為給定條件（2）非自發(fā)反應(yīng)：不能自發(fā)地進(jìn)行，必須借助某種外力才能進(jìn)行的反應(yīng)。（3）特征：①方向性

②有自發(fā)進(jìn)行的傾向自發(fā)反應(yīng)和非自發(fā)反應(yīng)是可能相互轉(zhuǎn)化的例2.觀察下列能夠自發(fā)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，從能量變化角度來看，它們的共同特征是什么?為什么能夠自發(fā)進(jìn)行呢?你能夠得出什么結(jié)論?（6）

H2(g)＋F2(g)＝2HF(g)△H=-546.6kJ·mol-1（1）

C3H8(g)＋5O2(g)＝3CO2(g)＋4H2O(l)△H=-2217.5kJ·mol-1（2）

2Na(s)＋Cl2(g)＝2NaCl(s)△H=-822kJ·mol-1（3）

2H2O(l)＝2H2(g)＋O2(g)△H=+484kJ·mol-1（4）

4Fe(s)＋3O2(g)＝Fe2O3(s)

△H=-1648.4kJ·mol-1（5）

Cu(s)＋H2SO4(aq)＝CuSO4(aq)＋H2(g)△H=+1341kJ·mol-11自發(fā)反應(yīng)自發(fā)反應(yīng)非自發(fā)反應(yīng)自發(fā)反應(yīng)非自發(fā)反應(yīng)自發(fā)反應(yīng)二、焓變與反應(yīng)方向1.焓判據(jù)共同特點(diǎn)自發(fā)原因結(jié)論放熱反應(yīng)(△H

<0)，是有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的條件即化學(xué)反應(yīng)有向著焓減的方向進(jìn)行的傾向△H<0即放熱反應(yīng)體系總是趨向于從高能量狀態(tài)轉(zhuǎn)化為低能量狀態(tài)。放熱反應(yīng)使體系能量降低，能量越低越穩(wěn)定概念：用焓變(△H)來判斷化學(xué)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行方向即△H<0的反應(yīng)有自發(fā)進(jìn)行的傾向二、焓變與反應(yīng)方向2.化學(xué)反應(yīng)方向與焓變的關(guān)系思考：為什么有些放熱反應(yīng)常溫下能夠自發(fā)進(jìn)行？有些放熱反應(yīng)有反應(yīng)條件？活化能幾乎為0E反應(yīng)歷程反應(yīng)物的能量總和生成物的能量總和△HH++OH-==H2OBa2++SO42-==BaSO4↓Cu(OH)2+2H+==Cu2++2H2OEa很小，常溫即能自發(fā)①大多數(shù)放熱反應(yīng)是可以自發(fā)進(jìn)行，Ea很小，常溫即能自發(fā)二、焓變與反應(yīng)方向2.化學(xué)反應(yīng)方向與焓變的關(guān)系思考：為什么有些放熱反應(yīng)常溫下能夠自發(fā)進(jìn)行？有些放熱反應(yīng)有反應(yīng)條件？活化能＞0E反應(yīng)歷程反應(yīng)物的能量總和生成物的能量總和△HEa不大，點(diǎn)燃（加熱）即能自發(fā)②放熱反應(yīng)的進(jìn)行需要最初的反應(yīng)動(dòng)力Ea稍大，但Ea＜△H，給予外界條件一經(jīng)引發(fā)后即能自發(fā)C+O2===CO2點(diǎn)燃2H2+O2===2H2O點(diǎn)燃Fe+S

===FeS加熱Ea二、焓變與反應(yīng)方向2.化學(xué)反應(yīng)方向與焓變的關(guān)系思考：所有自發(fā)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)都是放熱反應(yīng)嗎?吸熱反應(yīng)一定不能自發(fā)進(jìn)行嗎？2NH4Cl(s)＋Ca(OH)2(s)＝2CaCl2(s)＋NH3(g)＋2H2O(l)（1）室溫下能自發(fā)進(jìn)行的吸熱反應(yīng)（2）較高溫度下能自發(fā)進(jìn)行的吸熱反應(yīng)NH4Br(s)＝NH3(g)＋HBr(g)CaCO3(s)＝CaO(s)＋CO2(g)NaHCO3(aq)＋HCl(aq)＝NaCl(aq)＋H2O(l)＋CO2(g)大多數(shù)放熱反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)行，但有一部分吸熱反應(yīng)也能自發(fā)進(jìn)行。不能只根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的焓變來判斷化學(xué)反應(yīng)的方向。反應(yīng)焓變是與反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行有關(guān)的一個(gè)因素，但不是唯一的因素！思考：為什么有的放熱反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行?有些吸熱反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行呢？Cu+2H2SO4===CuSO4+SO2↑+2H2O加熱E反應(yīng)歷程反應(yīng)物的能量總和△H△HEa由于與環(huán)境的熱交換，導(dǎo)致反應(yīng)過程中放出的熱量，不足以產(chǎn)生維持反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行所需的推動(dòng)力③Ea稍大，且Ea＞△H，需持續(xù)給予外界條件才能自發(fā)思考：為什么有的放熱反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行?有些吸熱反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行呢？當(dāng)環(huán)境提供能量時(shí)，吸熱反應(yīng)也能發(fā)生

④有些吸熱反應(yīng)也能自發(fā)C+CO2===2CO高溫CaCO3===CaO+CO2

高溫C+H2O

===CO+H2

高溫E反應(yīng)物的能量總和生成物的能量總和△H△HEa反應(yīng)歷程思考：什么因素驅(qū)動(dòng)了吸熱反應(yīng)的自發(fā)進(jìn)行？花香四溢、酒香擴(kuò)散、食鹽溶解于水有什么共同的特點(diǎn)？

三、熵變與反應(yīng)方向從物質(zhì)角度思考，自發(fā)進(jìn)行的方向是否與混亂度有關(guān)？氣體擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)1.混亂度液體擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)有序狀態(tài)無序狀態(tài)自發(fā)地轉(zhuǎn)化為混亂度小混亂度大

在密閉條件下，體系有從有序自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序的傾向。與有序體系相比，無序體系“更加穩(wěn)定”，可以采取更多地存在方式。三、熵變與反應(yīng)方向2.熵如何定義體系的混亂程度？（1）概念：是度量體系混亂程度的物理量，符號(hào)：S，單位：J·mol-1·K-1（2）熵值：混亂度越大，體系越無序，體系的熵值就越大（3）影響因素：①物質(zhì)種類：相同條件，不同物質(zhì)熵值不同相同條件下的不同物質(zhì)，分子結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，分子內(nèi)原子種類越多或原子數(shù)目越多，熵越大如：CH3CH2OH(乙醇)的熵就大于CH3OCH3(甲醚)的熵乙醇甲醚因?yàn)楹笳哂袑ΨQ性，比較有序，而前者則無對稱性，更加無序、混亂。三、熵變與反應(yīng)方向2.熵②物質(zhì)狀態(tài)：同一物質(zhì)物質(zhì)的量相等，不同狀態(tài)熵值不同。S(g)__S(l)__S(s)③物質(zhì)的量：同一物質(zhì)同一狀態(tài)，物質(zhì)的量不同熵值不同。物質(zhì)的量越大，分子數(shù)越多，熵值越大。④反應(yīng)中無狀態(tài)變化：S(化學(xué)計(jì)量數(shù)和大)>S(化學(xué)計(jì)量數(shù)和小)2N2O5(g)

=

4NO2(g)+O2(g)

?H=+

56.7

kJ/mol25⑤反應(yīng)中無狀態(tài)變化、化學(xué)計(jì)量數(shù)變化：S(種類多)>S(種類少)H2(g)+I2(g)

=2HI(g)

?H三、熵變與反應(yīng)方向（1）熵變

ΔS=S產(chǎn)物總熵－S反應(yīng)物總熵△S>0,熵增反應(yīng)△S<0,熵減反應(yīng)3.熵判據(jù)體系趨向于從有序狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序狀態(tài)，使體系熵增加。（3）熵判據(jù)

（2）熵增原理

體系的混亂度增加，即

熵增反應(yīng)(△S>0)，具有自發(fā)進(jìn)行的傾向熵變只取決于體系的始態(tài)和終態(tài)，與變化的途徑無關(guān)。2N2O5(g)＝4NO2(g)＋O2(g)

?H＝+

56.7

kJ/mol①氣體體積增大的反應(yīng)，熵變通常都是正值，是熵增加的反應(yīng)②氣體體積減小的反應(yīng)，熵變通常都是負(fù)值，是熵減小的反應(yīng)2NO(g)＋2CO(g)＝N2(g)＋2CO2(g)?H＝

-746.5kJ/mol△S

>0△S

<0（4）應(yīng)用

例3.判斷以下反應(yīng)的熵變，反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行Zn(s)+H2SO4(aq)=ZnSO4(aq)+H2(g)2KClO3(s)=2KCl(s)+3O2(g)2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)4Fe(OH)2(s)+O2(g)+2H2O(l)=4Fe(OH)3(s)△S>0△S>0△S<0△S<0√√×√大多數(shù)熵增的反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)行少數(shù)熵減的反應(yīng)也可以自發(fā)進(jìn)行熵變是反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行一個(gè)因素,但不是唯一因素。四、復(fù)合判據(jù)——吉布斯自由能與反應(yīng)方向單獨(dú)使用焓判據(jù)，或者熵判據(jù)往往會(huì)得出錯(cuò)誤的結(jié)論，那怎么辦呢？ΔH＜0

ΔS＞0均有利ΔH＞0

ΔS＞0ΔH＜0

ΔS＜0高溫有利低溫有利一個(gè)有利一個(gè)不利結(jié)論：反應(yīng)確定，ΔH、ΔS確定，只有改變溫度，才能影響化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向。自由能判據(jù)ΔG=ΔH-TΔS＜0當(dāng)ΔG<0時(shí)，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行；當(dāng)ΔG=0時(shí)，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)；當(dāng)ΔG>0時(shí)，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。例4.綜合利用焓判據(jù)和熵判據(jù)進(jìn)行判斷，下列反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行？四、復(fù)合判據(jù)——吉布斯自由能與反應(yīng)方向吉布斯確立了定量描述焓變和熵變在判斷反應(yīng)的自發(fā)性過程中的地位。吉布斯自由能的出現(xiàn)，完美地從定量角度揭示了變化過程中焓變與熵變之間的協(xié)調(diào)與抗衡。△G

單位：kJ?mol-1四、復(fù)合判據(jù)——吉布斯自由能與反應(yīng)方向1.復(fù)合判據(jù)研究表明：在等溫、等壓條件下封閉體系中，自由能的變化綜合反應(yīng)了體系的焓變和熵變對自發(fā)過程的影響，即化學(xué)反應(yīng)總是向著自由能減小的方向進(jìn)行，直到體系達(dá)到平衡自由能判據(jù)ΔG=ΔH-TΔS＜02.自由能與化學(xué)反應(yīng)的方向ΔHΔSOΔH>0ΔS>0ΔH<0ΔS>0ΔH<0ΔS<0ΔH>0ΔS<0所有溫度下反應(yīng)都能自發(fā)進(jìn)行低溫下反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行高溫下反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行所有溫度下反應(yīng)都不能自發(fā)進(jìn)行正正高溫正負(fù)皆停負(fù)正皆行負(fù)負(fù)低溫化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的判據(jù)1.焓判據(jù)：2.熵判據(jù)：3.復(fù)合判據(jù)：能量降低的方向,就是反應(yīng)容易進(jìn)行的方向(

H<0)吉布斯自由能減小的方向，就是反應(yīng)容易進(jìn)行的方向(

G<0)熵增的方向,就是反應(yīng)容易進(jìn)行的方向(

S>0)吉布斯自由能減小的方向，就是反應(yīng)容易進(jìn)行的方向(

G<0)1.判斷正誤(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)。(1)放熱反應(yīng)一定能夠自發(fā)進(jìn)行(

)(2)混亂度增大的反應(yīng)一定能夠自發(fā)進(jìn)行(

)(3)ΔH＜0、ΔS＞0的反應(yīng)一定能自發(fā)進(jìn)行(

)(4)ΔH＞0、ΔS＜0的反應(yīng)在溫度合適時(shí)可以自發(fā)進(jìn)行(

)(5)綜合考慮體系的焓變和熵變才能判斷反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行(

)×××√√2.下列不屬于自發(fā)過程的是(

)A.鐵生銹B.NaCl溶于水后的擴(kuò)散C.Zn與CuSO4溶液反應(yīng)D.石墨轉(zhuǎn)化為金剛石(吸熱反應(yīng))D3.下列過程屬于熵增加的是(

)A.一定條件下，水由氣態(tài)變成液態(tài) B.Ag＋(aq)＋Cl－(aq)===AgCl(s)C.4NO2(g)＋O2(g)===2N2O5(g) D.火柴盒中的火柴散落到地上D4.關(guān)于下列過程熵變的判斷不正確的是（)A.溶