專題2化學反應速率與化學平衡第二單元

化學反應的方向和限度2.2.1化學反應的方向核心素養目標科學態度與社會責任：認識反應方向研究對化工生產（如節能減排）和環境保護（如污染物降解）的意義，培養嚴謹求實的科學態度。證據推理與模型認知：運用該模型解釋生活實例，實現知識遷移。宏觀辨識與微觀探析：通過分析不同狀態物質的熵值差異，理解熵增原理在宏觀過程中的體現。教學重難點重點理解自發過程的方向性和自發反應的條件。掌握焓變和熵變的概念，及熵增原理。運用ΔH-TΔS判斷反應方向，明確當ΔH-TΔS＜0時反應可自發進行。難點區分熵增過程的本質是體系混亂度增大，避免與焓變概念混淆。理解溫度對反應方向的影響，能結合ΔH和ΔS的符號判斷不同溫度下的反應可行性。明確反應自發性僅指方向可能性，與反應快慢課前導入生活中有些現象看似“理所當然”——熱咖啡自動變涼、香水味擴散到整個房間、石頭落水下沉，這些過程為何總是單向進行？19世紀，科學家發現了隱藏在背后的“自然法則”：自發過程總是趨向能量降低或混亂度增大。比如，NH4Cl與Ba(OH)2?8H2O的反應能自發進行，即使它是吸熱反應，這背后藏著怎樣的科學原理？今天，我們將從“熱咖啡變涼”的日常現象出發，解密焓變與熵變如何共同決定反應方向，學會用復合判據判斷反應可行性，甚至能為某化工反應設計合適的溫度條件！01自發過程和自發反應自發過程自發過程是指在一定條件下，不用借助于外力就可以自發進行的過程。與自然界中的許多變化一樣，化學反應具有方向性。許多化學反應的正反應能自動進行，而其逆反應無法自動進行。例如，把鋅片插入硫酸銅溶液時，鋅從硫酸銅溶液中置換出銅的反應會自動發生：Zn＋CuSO4=ZnSO4＋Cu但將銅片插入硫酸鋅溶液中卻不會自動發生化學反應。自發過程判斷下列反應在室溫下能否自動進行，如能自動進行，請寫出相應的化學方程式。①水分解成氫氣和氧氣的反應：不能自動進行②氯氣與溴化鉀溶液的反應：Cl2＋2KBr=2KCl＋Br2③乙烯與溴單質的四氯化碳溶液的反應：CH2=CH2＋Br2―→CH2Br—CH2Br④氮氣和氧氣生成一氧化氮的反應：不能自動進行自發反應→概念：在一定條件下能自動進行的反應，我們稱之為自發反應。一定條件指溫度、光照、催化劑、壓強等條件。→特點：具有方向性，即許多化學反應的正反應能自動進行，而其逆反應無法自動進行。【注意事項】(1)自發反應也需要一定條件引發反應，一旦反應后即可自發進行。(2)非自發反應在一定條件下也能發生。(3)判斷某反應是否自發，只是判斷反應的方向，與是否會發生、反應的快慢無關。反應焓變與反應方向下列反應在一定條件下都能自發進行，你知道這些反應能自發進行的可能原因嗎？①C3H8(g)＋5O2(g)=3CO2(g)＋4H2O(l)

ΔH＝－2217.5kJ·mol－1②2Na(s)＋Cl2(g)=2NaCl(s)

ΔH＝－822kJ·mol－1③4Fe(s)＋3O2(g)=2Fe2O3(s)

ΔH＝－1648.4kJ·mol－1④H2(g)＋F2(g)=2HF(g)

ΔH＝－546.6kJ·mol－1上述反應表明，在恒壓下，有些自發進行的化學反應是放熱的（ΔH＜0）。但事實也證明，有些能自發進行的化學反應卻是吸熱的（ΔH＞0）。02化學反應進行方向的判據實驗探究自發反應的可能原因向干燥的錐形瓶中加入約20gNH4Cl晶體。在一小木板上灑少量水，將錐形瓶放在木板上。再向其中加入約40g氫氧化鋇晶體［Ba(OH)2·8H2O］，用玻璃棒將固體充分混合均勻，靜置。片刻后拿起錐形瓶，觀察實驗現象。氯化銨晶體與氫氧化鋇晶體的反應實驗探究自發反應的可能原因實驗現象與結論→實驗現象：錐形瓶和木板因水結冰粘在了一起。→實驗結論：該反應能自發進行，且為吸熱反應。由實驗可知，氯化銨晶體與氫氧化鋇晶體的反應是一個吸熱反應，該反應在常溫下就能自發進行。我們熟悉的碳酸鈣的分解也需吸收大量的熱，該反應在高溫下能自發進行。因此，考察化學反應能否自發進行，不能僅用放熱（ΔH＜0）或吸熱（ΔH＞0）作為判斷依據。反應熵變與反應方向

這些反應能自發進行的可能原因：體系的混亂度增大。熵→概念：熵是衡量一個體系混亂度的物理量。符號：S。→特點：混亂度越大，體系越無序，體系的熵值就越大。→影響因素：a．同一物質：S(高溫)>S(低溫)；S(g)>S(l)>S(s)。b．相同條件下的不同物質：分子結構越復雜，熵值越大。c．S(混合物)>S(純凈物)。熵變→定義：反應前后體系熵值的變化，符號：ΔS。→熵增或熵減的判斷：a．物質由固態到液態、由液態到氣態或由固態到氣態的過程，ΔS>0，是熵增大的過程。b．氣態物質物質的量增大的反應，通常ΔS>0，是熵增大的反應。c．氣態物質物質的量減小的反應，通常ΔS<0，是熵減小的反應。學以致用根據你已有的知識和經驗，判斷下列過程的熵變大于零，還是小于零。（1）H2O(s)→H2O(l)→H2O(g)（2）2NaHCO3(s)=Na2CO3(s)＋CO2(g)＋H2O(g)熵變大于零。原因：物質從固態變為液態，再變為氣態，分子的無序程度逐漸增加，混亂度增大，所以熵變大于零。熵變大于零。原因：反應前為固態物質，反應后生成了氣態的CO2和H2O，體系的混亂度增大，熵變大于零。學以致用（3）NaOH(s)=Na＋(aq)＋OH－(aq)

熵變大于零。原因：固態物質變為離子狀態分散在溶液中，混亂度增大，熵變大于零。熵變小于零。原因：反應前是分子的氣體，反應后變為分子的氣體，體系的混亂度減小，熵變小于零。學以致用已知下列熱化學方程式：（1）Ag＋(aq)＋Cl－(aq)=AgCl(s)ΔH＝－51.1kJ·mol－1（2）K(s)＋H2O(l)=K＋(aq)＋OH－(aq)＋1/2H2(g)ΔH＝－196.6kJ·mol－1（3）2Mg(s)＋O2(g)=2MgO(s)ΔH＝－1203.2kJ·mol－1根據你所學的知識，分析圖所示的變化是否能自發進行。這些變化過程的焓變和熵變大于0還是小于0？將你的結論填入表中學以致用變化能否自發焓變(ΔH)熵變(ΔS)CO2(s)→CO2(g)能ΔH＞0ΔS＞02Mg(s)＋O2(g)=2MgO(s)能ΔH＜0ΔS＜0K(s)＋H2O(l)=K＋(aq)＋OH－(aq)＋H2(g)能ΔH＜0ΔS＞0Ag＋(aq)＋Cl－(aq)=AgCl(s)能ΔH＜0ΔS＜0反應進行方向復合判據體系能量降低和混亂度增大都有促使反應自發進行的傾向。判斷反應的自發性必須綜合考慮反應的焓變和熵變。①ΔH-TΔS<0

反應能自發進行②ΔH-TΔS=0

反應達到平衡狀態③ΔH-TΔS>0

反應不能自發進行因此①當ΔH＜0，ΔS＞0時，反應一定能自發進行。②當ΔH＞0，ΔS＜0時，反應一定不能自發進行。③當ΔH＞0、ΔS＞0或ΔH＜0、ΔS＜0時，反應是否能自發進行與反應的溫度有關對反應自發性的理解①ΔH-TΔS只能應用于溫度、壓強一定的條件下的化學反應，不能用于其他條件。②過程的自發性只能用于判斷過程的方向，不能確定過程是否一定會發生和過程發生的速率。③在討論過程的方向時，指的是沒有外界干擾的體系。如果允許外界對體系施加某種作用，就可能出現相反的結果。如高溫下石灰石分解，高溫高壓下石墨轉化為金剛石，實現的先決條件是要向體系中輸入能量，該過程本質仍然是非自發的。④反應的自發性也受外界條件的影響。如常溫下石灰石分解是非自發的，但在1273K時，這一反應是自發的。03課堂小結04課堂練習1．下列關于自發過程的敘述正確的是(

)A．只有不需要任何條件就能夠自動進行的過程才是自發過程B．需要加熱才能進行的過程肯定不是自發過程C．同一可逆反應的正、逆反應在不同條件下都有自發的可能D．非自發過程在任何條件下都不可能變為自發過程C2．下列說法不正確的是(

)A．Na與H2O的反應是熵增的放熱反應，該反應能自發進行B．某吸熱反應能自發進行，則該反應是熵增反應C．碳酸銨[(NH4)2CO3]在室溫下就能自發地分解產生氨氣是因為外界給予了能量D．CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(l)是一個熵減反應C3．下列敘述不正確的是(

)A．混亂度減小的吸熱反應一定不能自發進行B．在溫度、壓強一定條件下，自發反應總是向ΔH－TΔS＜0的方向進行C．碳酸氫鈉加熱可以分解，因為升高溫度利于熵增的方向自發進行D．水結冰的過程不能自發進行的原因是熵減的過程，改變條件也不可能自發進行D4