高中化学 2 第二单元化学反应的方向和限 苏教选修4.ppt

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1、第二单元化学反应的方向和限度 第一课时 化学反应方向 水往低处流 冰雪融化 自然界中有许多自然而然发生的现象 1 水往低处流 有势差存在 2 气体向真空膨胀 有压力差存在 3 热量从高温物体传入低温物体 有温差存在 4 浓度不等的溶液混合均匀 存在着浓度差 物质间的化学反应是否也能自然发生呢 铁器在潮湿空气中生锈 铁从硫酸铜溶液中置换出铜 常温常压下氢氧混合气在高分散的钯的表面生成水等 酸碱中和 这些过程都是自发的 其逆过程就是非自发的 一 自发反应 在一定的条件下无需外界帮助就能自动进行的反应 P42交流与讨论 注意 1 一定条件指 一定的温度和压强 外界帮助可以是如通电 光照等 2 自发反

2、应在恰当条件下才能实现 1 水分解生成氢气和氧气的反应2 氯气与溴化钾溶液的反应3 乙烯与溴单质的反应4 氮气和氧气生成一氧化氮的反应 不能 能 不能 能 Cl2 2KBr Br2 2KCl 下列反应是温室能否自发进行 如能 写出相应的化学方程式 1 C3H8 g 5O2 g 3CO2 g 4H2O l H 2217 5kJ mol2 2Na s Cl2 2NaCl s H 822kJ mol3 4Fe s 3O2 g 2Fe2O3 s H 1648 4kJ mol4 H2 g F2 g 2HF g H 546 6kJ mol 化学反应中的自发过程 P43你知道吗 下列反应在一定条件下能够自发

3、进行 它们有哪些共同特征 练习 判断自发与非自发 室温下 1 打开活塞 分液漏斗中的水流进烧杯 2 镁带燃烧 3 氢气燃烧 4 水分解成H2和O2过程 自发 自发 自发 非自发 化学反应中的自发过程共同特点 H 0 即体系趋向于从高能状态转变为低能状态 对于化学反应 有着向能量较低方向进行的趋势 也就是通过放热实现的 那么焓减小有利于反应自发 它是自发反应的一个内在推动力 二 判断化学反应方向的依据 一 根据焓变 H 能量 判断 研究表明 对于化学反应 绝大多数 H 放热都能自发进行 且放出热量越多 体系降低能量越多 反应越完全 观察与思考 反应的焓变是制约化学反应能否自发进行的因素之一 但不

4、是唯一的决定因素 放热反应可以自发进行 吸热反应不能自发进行 你同意这种观点吗 P43观察与思考 吸热过程的反应能否自发进行 2NH4Cl s Ba OH 2 s 2NH3 g BaCl2 s 2H2o l 如 硝酸铵溶于水 NH4NO3 s NH4 aq NO3 aq 碳酸钙分解 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 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

5、发进行 但在较高温度下则能自发进行 说明 思考 上面的几个反应是吸热反应 那为什么还可以自发的进行呢 有序 混乱 二 熵变与反应方向 A B 始态 终态 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 1 在密闭条件下 体系由有序自发地转变为无序的倾向 由大量粒子组成的体系中 用熵来描述体系的混乱度 2 符号用S表示 单位 J mol 1 K 13 熵值越大 体系混乱度越大 同一物质 S g S l S s 相同条件与状态下 熵与物质的量成正比 水的三态的熵 S s S l S g 4 熵变和熵增原理 1 熵变 S 反应前后体系熵的变化叫做反应的熵

6、变 用 S表示 S S反应产物 S反应物产生气体的反应 气体物质的物质的量增大的反应 熵变通常都是正值 S 0 为熵增加的反应 熵判据 体系趋向于由有序状态转变为无序状态 即混乱度增加 S 0 且 S越大 越有利于反应自发进行 2 在与外界隔离的体系中 自发过程将导致体系的熵增大 这个原理叫做熵增原理 该原理是用来判断过程的方向的又一个因素 又称为熵判据 5 正确判断一个化学反应是否能够自发进行 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 从小到大是自然 从大到小不正常 都大都小

7、说不定 从焓开始熵结束 6 吉布斯自由能判断反应自发进行的方向 NH3 g HCl g NH4Cl s H 0 S 0CaCO3 s CaO s CO2 g H 0 S 0 判断这两个反应什么条件下自发进行 G 0 自发进行 G 0 可逆反应 G 0 非自发进行 低温可行 高温可行 G H T S 总结 焓变和熵变对反应方向的共同影响 1 H0该反应一定能自发进行 如 Mg s 2HCl aq MgCl2 aq H2 g 2 H 0 S0 S 0该反应在较高温度下能自发进行如 CaCO3 s CaO s CO2 g 判断依据 G H T S 0反应能自发进行 1 H2O s H2O l H2O

8、 g 2 CaCO3 CaO s CO2 g 3 NaOH s Na aq OH aq 4 N2 g 3H2 g 2NH3 g 思考 判断下列过程的熵变是大于零还是小于零 S 0 S 0 S 0 S 0 S 0有利于反应自发进行 但自发反应不一定是 S 0的反应 P45页 问题解决 说出下列反应中的焓变 熵变 及自发性 CO2 s CO2 g 2Mg s O2 g 2MgO s 2K s 2H2O l 2K aq 2OH aq H2 g Ag aq Cl AgCl s H 0 S 0自发 H 0 S 0自发 H0自发 H 0 S 0自发 温度对反应自发性的情况 永远是 在任何温度都是自发反应

9、永远是 在任何温度下都是非自发反应 在高温 在低温 在低温是自发反应在高温是非自发反应 在高温 在低温 在低温是非自发反应在高温是自发反应 化学反应的方向及其判断依据 H 一定不能自发进行 一定能自发进行 高温下能自发进行 低温下能自发进行 S 例 CaCO3 s CaO s CO2 g 例 CO2 g H2O l CaCl2 l CaCO3 s 2HCl l 例 NH3 g HCl g NH4Cl s 例 Mg s 2HCl aq MgCl2 aq H2 g 化学反应的方向及其判断依据 小结 影响因素 焓减小有利于反应自发 熵增大有利于反应自发 能量判据 熵判据 规律方法总结 自发反应中的焓

10、变和熵变的关系 1 在温度 压力一定的条件下 放热的熵增加的反应一定能自发进行2 在温度 压力一定的条件下 吸热的熵减少的反应一定不能自发进行3 当焓变和熵变的作用相反时 如果二者大小相差悬殊 可能某一因素占主导地位4 当焓变和熵变的作用相反且二者相差不大 温度可能对反应的方向起决定性作用5 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 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

11、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 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 C 2 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 D 3

12、 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 D A 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

13、 B 放热反应 C 熵增加反应 D 熵增加或放热反应 C D 7 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 D 可逆反应 1 如果V正 V逆 则反应向正反应方向进行 2 如果V正 V逆 则反应向逆反应方向进行 3 如果V正 V逆 则反应达到平衡状态 4 任何一个可逆反应都不会进行到底的 即反应物和生成物共存 化学平衡状态 一 化学平衡的研究对象 在同等条件下 同时进行着两个方向的反应 即正反应和逆反应 例N2 3H22NH3 例 在一

14、定条件下 向一固定容积的容器中投入2molNO2进行反应 2NO22NO O2 一段时间后测得NO2 NO O2的物质的量可能是 A 2molNO 0 75molO2B 1molNO2 1 2molNOC 2molNOD 0 7molO2 D 第二单元化学反应的方向和限度 第二课时 化学平衡状态 思考 1 开始阶段有什么特征 2 瞬间过后有什么特征 3 一定时间段后有什么特征 c SO2 c O2 大 c SO3 0 v 正 0 v 逆 0 c SO2 c O2 逐渐变小 c SO3 逐渐增大 v 正 减小 v 逆 增大 v 正 v 逆 c SO2 c O2 c SO3 均浓度不再变化 v 正

15、 v 逆 0 一 化学平衡的建立 在一固定容积的密闭容器里 加1molSO2和1molO2 发生反应 2SO2 O22SO3 化学平衡状态 就是指在一定条件下的可逆反应里 正反应速率和逆反应速率相等 反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态 注意三点 前提 适用范围 可逆反应 内在本质 v 正 v 逆 0 外在标志 反应混合物中各组分的浓度保持不变 二 化学平衡状态的定义 三 化学平衡状态的特征 动 动态平衡 V 正 0 V 逆 0 等 定 变 V 正 V 逆 0 c B 或n B 或 B 一定 条件改变 平衡改变 逆 化学平衡的研究对象是可逆反应 等 定 四 化学平衡状态的标志 1 正 逆 本

16、质特征 同一种物质 该物质的生成速率等于它的消耗速率 不同的物质 速率之比等于方程式中各物质的计量数之比 但必须是不同方向的速率 2 反应混合物中各组成成分的含量保持不变 外部表现 各组成成分的质量 物质的量 物质的量浓度均保持不变 各组成成分的质量分数 物质的量分数 气体的体积分数均保持不变 若反应前后的物质都是气体 且总体积不等 则气体的总物质的量 总压强 恒温 恒容 平均分子量 混合气体的密度 恒温 恒压 均保持不变 反应物的转化率 产物的产率保持不变 例2 下列说法中可以充分说明反应 P 气 Q 气 R 气 S 气 在恒温下已达平衡状态的是 反应容器内压强不随时间变化P和S的生成速率相等C 反应容器内P Q R S四者共存D 反应容器内总物质的量不随时间而变化 B 例3 下列说法可以证明反应N2 3H22NH3已达平衡状态的是 A 1个N N键断裂的同时 有3个H H键形成B 1个N N键断裂的同时 有3个H H键断裂C 1个N N键断裂的同时 有6个N H键断裂D 1个N N键断裂的同时 有6个N H键形成 AC 例4 在一定温度下的恒容容器中 当下列物理量不再发生变化时 表