資源簡介

(共20張PPT)
第二章第四節
化學反應進行的方向
金紅石：主要含TiO2
鈦被譽為“21世紀金屬”，廣泛應用于飛機、火箭、導彈、人造衛星、宇宙飛船、
艦艇及醫療等領域。
第一次制得純凈的鈦是在1910年。其實早在1791年化學家就在金紅石礦物中發現了鈦元素。當時化學家們就設想通過以下兩步反應來制備鈦:
科學史話
第一步:
TiO2
(s)
+
2Cl2
(g)
=TiCl4
(l)
+
O2
(g)
第二步:
TiCl4
(l)
+
2Mg(s)
=Ti(s)
+
2MgCl2
(s)
設想：
生活經驗
紅墨水擴散
水從高處向低處流
開水變涼
自發過程：在一定條件下，不需要借助外力作用就能自動進行的過程。
熱冰實驗
實驗步驟
1.取少量乙酸鈉晶體于培養皿中；
2.將過飽和乙酸鈉溶液緩緩傾倒在乙酸鈉晶體上，觀察現象；
3.將探頭式溫度計伸入乙酸鈉晶體中，觀察示數變化。
自發過程
水從高處向低處流
開水變涼
熱冰實驗
從能量角度思考：這些變化中的共同點是什么?
體系趨向于從高能狀態轉變為低能狀態
活動探究一：能量對化學反應自發過程的影響
請大家合理的猜測焓變(ΔH
)與反應自發性的關系，
并舉出實例證實你的猜想。
猜想
NaOH(aq)
+
HCl(aq)
=
NaCl(aq)
+
H2O(l)
△H
=
-57.3
kJ·mol-1
Na(s)
+
H2O(l)
=
NaOH(aq)+
1/2H2(g)
△H
=
-184
kJ·mol-1
4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)
+
O2(g)=
4Fe(OH)3(s)
△H
=
-444.3
kJ·mol-1
1/2H2(g)
+
1/2Cl2(g)
=
HCl(g)
△H
=
-92
kJ·mol-1
H2(g)
+
1/2O2(g)
=
H2O(l)
△H
=
-286
kJ·mol-1
△H<0有利于化學反應的自發進行。
焓判據
2N2O5(g)=4NO2(g)+O2
(g)
△H
=
+56.7
kJ·mol-1
(NH4)
2CO3(s)
=
NH4HCO3(s)+NH3(g)
△H
=
+74.9
kJ·mol-1
思考:
是不是所有自發進行的化學反應都是放熱的？
△H<0有利于化學反應的自發進行，但不是判斷反應進行的唯一標志。
焓判據
2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8H2O(s)=2NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l)
△H>0
反應前:23.8℃
反應后:-6.8℃
濕潤的紅色石蕊試紙變藍
1.熵用來衡量體系無序程度(符號:S
單位:
J·mol-1·K-1
)。熵值越大，體系無序程度越大。
2.
同種物質，S(s)3.化學反應存在著熵變。ΔS
為反應產物的總熵與反應物總熵之差。
熵判據
從無序程度變化的角度思考：這些變化中的共同點是什么?
生活經驗
密閉條件下，體系有從有序自發的轉變為無序的傾向
活動探究二：無序程度對化學反應自發過程的影響
請大家合理的猜測熵變(ΔS
)與反應自發性的關系，
并舉出實例證實你的猜想。
猜想
CaCO3(s)=CaO(s)+CO2
(g)
△S
=
+169.6
J·mol-1
·K-1
2H2O2(aq)
=
2H2O
(l)
+
O2(g)
△S
=
+57.2
J·mol-1
·K-1
NH4
HCO3(s)
+CH3COOH
(aq)
=
CO2
(g)+CH3COONH4
(aq)+
H2O
(l)
△S
=
+184
J·mol-1
·K-1
產生氣體的反應和氣體物質的量增大的反應，反應熵變的數值通常都是正值，為熵增加反應
在與外界隔離的體系中，自發過程將導致體系的熵值增大，即熵變(△S)大于零。
熵增加
原理
1.熵用來衡量體系無序程度(符號:S
單位:
J·mol-1·K-1
)。熵值越大，體系無序程度越大。
2.
同種物質，S(s)3.化學反應存在著熵變。ΔS
為反應產物的總熵與反應物總熵之差。
4.熵增加(ΔS＞0)有利于化學反應的自發進行。
熵判據
思考:
是不是所有自發進行的化學反應都是熵增的？
2Al(s)+Fe2O3(s)=
Al2O3(s)+
2Fe
(s)
△S
=
-39.4
J·mol-1
·K-1
但不是判斷反應進行的唯一標志。
如果ΔH
和ΔS
對自發反應的影響不一樣的情況下，如何判斷反應的自發性呢？
熱冰實驗再探
常溫水中：自發結晶；開水中：沒有看到結晶。
現象
反應是否自發還與溫度有關
1.準備兩袋過飽和乙酸鈉溶液，一袋置于常溫的水中，另一袋置于開水中。
2.用兩支玻璃棒分別蘸取少量乙酸鈉晶體，伸入兩溶液中，觀察現象。
實驗步驟
CaCO3(s)=CaO(s)+CO2
(g)
△H
>
0
△S
>
0
△G=△H-T△S
△G
<
0
△G
>
0
△H
>
0
△S
<
0
非自發
△H
<
0
△S
>
0
自發
△H
<
0
△S
<
0
低溫可行
△H
>
0
△S
>
0
高溫可行
復合判據
△G<0
反應自發
△G>0
反應非自發
2KClO3(s)=2KCl(s)+3O2(g)
△H
=
-78.03
kJ·mol-1
△S
=
+494.4
J·mol-1·K-1
CO(g)=C(s,石墨)+1/2O2(g)
△H
=
+110.5
kJ·mol-1
△S
=
-89.36
J·mol-1·K-1
用復合判據判斷下列反應能否自發進行
4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)=4Fe(OH)3(s)
△H
=
-444.3kJ·mol-1
△S
=
-280.1
J·mol-1·K-1
CaCO3(s)=CaO(s)+CO2
(g)
△H
=
+178.2
kJ·mol-1
△S
=
+169.6
J·mol-1·K-1
任何溫度下都能正向自發進行
任何溫度下都不能正向自發進行
低溫下能正向自發進行
高溫下能正向自發進行
科學史話
第一步:
TiO2
(s)
+
2Cl2
(g)
=TiCl4
(l)
+
O2
(g)
第二步:
TiCl4
(l)
+
2Mg(s)
=Ti(s)
+
2MgCl2
(s)
設想：
分析
為什么第一步反應在任何溫度下都不能進行？
經過不斷地研究和嘗試，在1910年，科學家終于解決了制鈦的第一步反應，即在反應中適當加入碳，發生反應:
TiO2
(s)
+
2Cl2
(g)
+
2C(s)
=TiCl4
(g)
+
2CO
(g)
ΔH＜0
需要注意的是：反應的方向與條件有關，不能隨意將常溫常壓下的結論用于其他溫度和壓強下。并且，反應發生的條件有多種，ΔG
只能用于一定溫度、壓強下的反應，不能用于其他條件。
此外，我們只能用ΔG
去判斷反應正向發生的可能性，不能確定過程是否一定會發生和過程發生的速率，以及反應進行的程度。
應用遷移
1.汽車尾氣的主要污染物是一氧化氮和一氧化碳，它們是現代化城市的大氣污染物。為了減輕大氣污染物，人們提出通過以下反應來處理尾氣:
2NO(g)
+
2CO(g)
=N2
(g)
+
2CO2
(g)
在298
K、100
kPa
下:
ΔH
=-746.8
kJ·mol-1
ΔS
=
-197.5
J·mol
-1
·K-1
同學們覺得這個方案可行嗎?
?
應用遷移
2.
［體驗活動］角色扮演：混亂的制造者與整理者。
一位同學扮演“混亂的制造者”，任務：拋灑排列整齊的粉筆制造“混亂”。另一位同學扮演“混亂的整理者”，任務：重新整理粉筆并有序排列。其他同學任務：思考在你的生活中，你愿意做哪種角色？你愿意和哪種人長期相處？為什么？
思考
如果拋灑的不是粉筆而是大量的二氧化碳呢？
［交流討論］從“熵增定律”的角度思考人類社會發展道路的選擇：先污染后治理，還是從源頭開始控制污染，盡力做到“綠色化學”和“零污染”排放。從“熵增定律”的角度談一談二氧化碳的排放和收集的難易程度與“低碳”生活的重要性。同學們今后的選擇是什么？

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