Transcript 化学反应的方向
化学反应的方向 欢迎各位专家指导！ 曹旭琴 西交大苏州附中 SuZhou High School Affiliated to Xi’An Jiaotong University CaoXuqin 化学反应的方向 N2(g) +3H2(g) 2NH3(g) ΔH=－ 92.4 kJ·mol－1 平衡理论 速率理论 哈伯（Haber）：合成氨适宜的生产条件： （1）温度：500 ℃ （2）压强：13～30 M Pa （3）催化剂：铁触媒 （4）浓度：n(N2) ∶n(H2)=1∶2.8， 并不断分离出NH3 SuZhou High School Affiliated to Xi’An Jiaotong University CaoXuqin 化学反应的方向 1791年 1910年 金红石矿、主要成分：TiO2， 含量95% 熔点1850 ℃ 金属钛 K Ca Na Mg Al Ti Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au TiO2(s) +2Cl2(g) =TiCl4(l) +O2(g) ？ TiCl4(l)+2Mg(l) =Ti (s)+2MgCl2(l) TiCl4+4Na 熔融 Ti +4NaCl SuZhou High School Affiliated to Xi’An Jiaotong University CaoXuqin 化学反应的方向 化学反应原理 （1）化学反应进行的快慢——化学反应速率 （2）化学反应的限度——化学平衡 （3）化学反应进行的方向？ SuZhou High School Affiliated to Xi’An Jiaotong University CaoXuqin 化学反应的方向 化学反应的方向 曹旭琴 西交大苏州附中 SuZhou High School Affiliated to Xi’An Jiaotong University CaoXuqin 化学反应的方向 SuZhou High School Affiliated to Xi’An Jiaotong University CaoXuqin 化学反应的方向 一、自发反应（spontaneous reaction） Ag+ (aq) +Cl一 (aq) ＝ 反应物能量总和 AgCl(s) H+ (aq) +OH一 (aq) ＝ H2O(l) E ΔH 4Na + O2 ＝ 4Na2O 生成物能量总和 CaO+ H2O ＝ Ca(OH)2 反应进程 Zn +H2SO4 = ZnSO4 +H2 ↑ ΔH＜0 Fe +CuSO4 = FeSO4 +Cu SuZhou High School Affiliated to Xi’An Jiaotong University CaoXuqin 化学反应的方向 一、自发反应（spontaneous reaction） 1.概念：在一定温度和压强下，无需外界帮助就能 自动进行的反应。 E 2.注意点： Ea 反应物能量总和 ·自发反应不是指不需任何反应条件 ·自发反应不一定是迅速的 ΔH 生成物能量总和 ·非自发反应不是指不可能的 反应进程 CH4 (g) ＋2O2 (g) ＝CO2 (g) +2H2O(l) ΔH＝－890.2 kJ·mol－1 2H2 (g) ＋O2 (g) ＝2H2O(l) ΔH＝－571.6 kJ·mol－1 SuZhou High School Affiliated to Xi’An Jiaotong University CaoXuqin 化学反应的方向 二、化学反应方向的判断依据（判据） 1.焓判据 放热方向：ΔH＜0 体系有自发向自身能量降低的方向进行的倾向。 室温下冰的熔化 水的蒸发 硝酸铵的溶解 SuZhou High School Affiliated to Xi’An Jiaotong University CaoXuqin 化学反应的方向 实验1. 向锥形瓶中加入Ba(OH)2·8H2O (s)和NH4Cl (s) ，用玻棒混合均匀。 实验2. 取NaHCO3(s)，加其中滴入一滴管的盐酸，用手触摸试管壁。 HCO3－ + H+ = H2O + CO2 ↑ E ΔH ＞0 ①HCO3－ + H+ = H2CO3 ΔH＜0 ① ② ②H2CO3= H2O + CO2 ↑ ΔH＞0 反应进程 SuZhou High School Affiliated to Xi’An Jiaotong University CaoXuqin 化学反应的方向 二、化学反应方向的判断依据 E 生成物能量总和 ΔH Ea CaCO3(高温) = CaO(s)+CO2(g) 反应物能量总和 反应进程 Ba(OH)2·8H2O (s)+2NH4Cl (s) =BaCl2(s)+2NH3(g)+10H2O NaHCO3(s)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l)+CO2(g) ΔH＞0 SuZhou High School Affiliated to Xi’An Jiaotong University CaoXuqin 化学反应的方向 NaCl溶于水 德国物理学家 克劳修斯 SuZhou High School Affiliated to Xi’An Jiaotong University CaoXuqin 乙醛 化学反应的方向 二、化学反应方向的判断依据 1.焓判据： 放热方向：ΔH＜0 2.熵判据 熵：衡量一个体系混乱度的物理量。 符号：S 单位：J·mol－1·K－1 熵变： ΔS＝生成物的熵－反应物的熵 体系有自发向混乱度增加的方向进行的倾向。 混乱度增加方向：ΔS＞0 SuZhou High School Affiliated to Xi’An Jiaotong University CaoXuqin 化学反应的方向 H2O CH3OH CaCO3(高温) = CaO(s)+CO2(g) 气态 169 237.6 I2 S 261.6 167.7 Ba(OH)2·8H2O (s)+2NH4Cl (s) =BaCl2(s)+2NH3(g)+10H2O 液态 69.9 126.8 NaHCO3(s)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l)+CO2(g) 固态 116.7 31.8 熵 值 水蒸气 液态水 冰固态 增 大 SuZhou High School Affiliated to Xi’An Jiaotong University CaoXuqin 乙醛 化学反应的方向 Ag+ (aq) +Cl一 (aq) ＝ AgCl(s) NH3(g) +HCl (g) ＝ NH4Cl(s) ΔG＜0 反应自发进行 放热方向：ΔH＜0 1.焓判据： ΔG ＝ΔH －T ΔS ΔG＞0 反应不自发进行 自由能 2.熵判据:温度混乱度增加方向：ΔS＞0 ΔG＝0 处于平衡状态 焓变 ① ΔH＜0 熵变 ΔS＞0 ② ΔH ＞ 0 ΔS ＜ 0 反应自发性 实例 自发 2H2O2 (l) ＝ 2H2O (l) +O2 (g) 不自发 2H2O (l) +O2 (g) ＝ 2H2O2 (l) 吉布斯 Gibbs SuZhou High School Affiliated to Xi’An Jiaotong University CaoXuqin 化学反应的方向 熵变 反应自发性 实例 ③ ΔH＜0 ΔS＜0 低温自发 NH3(g) +HCl (g) ＝ NH4Cl(s) ④ ΔH＞0 ΔS＞0 高温自发 NH4Cl(s) ＝ NH3(g) +HCl (g) 焓变 ΔG＜0 反应自发进行 ΔG ＝ΔH －T ΔS 自由能 温度 ΔG＞0 反应不自发进行 ΔG＝0 处于平衡状态 SuZhou High School Affiliated to Xi’An Jiaotong University CaoXuqin 化学反应的方向 三、化学反应方向的应用 K Ca Na Mg Al Ti Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au 2NaCl 2Al2O3 通电 2Na + Cl2 通电 4Al +3O2 MgCl2 通电 Mg + Cl2 Fe +CuSO4 = FeSO4 +Cu 1.金属钾的制备： 850℃时用钠还原熔融的KCl Na(l) +KCl(l) Na 熔点℃ 沸点℃ 97.8 882.9 K(g)+NaCl (l) K NaCl KCl 63 760 801 1413 770 1500 SuZhou High School Affiliated to Xi’An Jiaotong University CaoXuqin 乙醛 化学反应的方向 2.金属钛的制备 Χ(O)=3.5 Χ(Cl)=3.0 TiO2(s)+2Cl2(g)=TiCl4(l)+O2(g) ΔH=+161.9 kJ·mol－1 ΔS=－38.4 J·mol－1·k－ 1 + 2C(石墨)+O2=2CO ΔH= － 221 kJ·mol－1 TiO2(s)+2Cl2(g)+ 2C(石墨)=TiCl4(l)+2CO (g) ΔH=－59.1 kJ·mol－1 ΔS=+141.0 J·mol－1·k－ 1 TiCl4(l)+2Mg(l) =Ti (s)+2MgCl2(l) TiCl4+4Na 熔融 Ti +4NaCl SuZhou High School Affiliated to Xi’An Jiaotong University CaoXuqin 化学反应的方向 3.汽车尾气处理： 2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g) ΔH=－ 113.0 kJ·mol－1 ΔS= － 143.5J·mol－1·k－ 1 ΔG ＝ΔH －T ΔS ＝－ 1000×113.0 kJ·mol－1 ＋ 143.5J·mol－1·k－ 1×T T＜787.5 K SuZhou High School Affiliated to Xi’An Jiaotong University CaoXuqin 化学反应的方向 生命——低熵的奇迹！ 新陈代谢的本质究竟是什么呢？ ——从外界不断地汲取负熵，以抵消生命运作过程 中不得不产生的熵增 SuZhou High School Affiliated to Xi’An Jiaotong University CaoXuqin 乙醛 化学反应的方向 SuZhou High School Affiliated to Xi’An Jiaotong University CaoXuqin