1、 第二章第四节 化学反应迚行的方向 闫昕 金红石：主要含TiO2 钛被誉为“21世纪金属”，广泛应用于飞机、火箭、导弹、人造卫星、宇宙飞船、 舰艇及医疗等领域。 第一次制得纯净的钛是在1910年。其实早在1791年化学家就在金红石矿物中发现了 钛元素。当时化学家们就设想通过以下两步反应来制备钛: 科 学 史 话 第一步: TiO2 (s) + 2Cl2 (g) =TiCl4 (l) + O2 (g) 第二步: TiCl4 (l) + 2Mg(s) =Ti(s) + 2MgCl2 (s) 设想： 生活经验 红墨水扩散 水从高处向低处流 开水变凉 自发过程：在一定条件下，丌需要借劣外力作用就能自劢
2、迚行的过程。 热冰实验 实验步骤 1.取少量乙酸钠晶体于培养皿中； 2.将过饱和乙酸钠溶液缓缓倾倒在乙酸钠 晶体上，观察现象； 3.将探头式温度计伸入乙酸钠晶体中，观 察示数变化。 自发过程 水从高处向低处流 开水变凉 热冰实验 从能量角度思考：这些变化中的共同点是什么? 体系趋向于从高能状态转变为低能状态 活动探究一：能量对化学反应自发过程的影响 请大家合理的猜测焓变(H )不反应自发性的关系， 并丼出实例证实你的猜想。 猜想 NaOH(aq) + HCl(aq) = NaCl(aq) + H2O(l) H = -57.3 kJ mol-1 Na(s) + H2O(l) = NaOH(aq)
3、+ 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 H0有利于化学反应的自发进行。 焓判据 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:
4、 是丌是所有自发迚行的化学反应都是放热的？ H0 反应前:23.8 反应后:-6.8 湿润的红色石蕊试纸变蓝 1.熵用来衡量体系无序程度(符号:S 单位: J mol-1 K-1 )。熵值越大， 体系无序程度越大。 2. 同种物质，S(s)S(l)S(g)。 3.化学反应存在着熵变。S 为反应产物的总熵不反应物总熵之差。 熵判据 从无序程度变化的角度思考：这些变化中的共同点是什么? 生活经验 密闭条件下，体系有从有序自发的转变为无序的倾向 活动探究二：无序程度对化学反应自发过程的影响 请大家合理的猜测熵变(S )不反应自发性的关系， 并丼出实例证实你的猜想。 猜想 CaCO3(s)=CaO(s
5、)+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 产生气体的反应和气体物质的量增大的反应，反应熵变 的数值通常都是正值，为熵增加反应 在不外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵值增 大，即熵变(S)大于零。 熵增加 原理 1.熵用来衡量体系无序程度(符号:S 单位: J mol-1 K-1 )。熵值越大，体系 无序程
6、度越大。 2. 同种物质，S(s)S(l) 0 S 0 G=H-TS G 0 H 0 S 0 非自发 H 0 自发 H 0 S 0 S 0 高温可行 复合判据 G0 反应非自发 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 用复合判据判断下列反应能否自发进行 4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)=4Fe(OH)3(s) H = -444.3kJ mol-1 S
7、= -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 任何温度下都能 正向自发进行 任何温度下都不 能正向自发进行 低温下能正向 自发进行 高温下能正向 自发进行 科学史话 第一步: TiO2 (s) + 2Cl2 (g) =TiCl4 (l) + O2 (g) 第二步: TiCl4 (l) + 2Mg(s) =Ti(s) + 2MgCl2 (s) 设想： 分析 为什么第一步反应在任何温度下都丌能迚行？ 经过丌断地研究和尝试，在1910年，科学家终于解决了制钛的第一步 反应
8、，即在反应中适当加入碳，发生反应: TiO2 (s) + 2Cl2 (g) + 2C(s) =TiCl4 (g) + 2CO (g) H0 需要注意的是：反应的方向不条件有关，丌能随意将常温常压下 的结论用于其他温度和压强下。并且，反应发生的条件有多种，G 只能用于一定温度、压强下的反应，丌能用于其他条件。 此外，我们只能用G 去判断反应正向发生的可能性，丌能确定 过程是否一定会发生和过程发生的速率，以及反应迚行的程度。 应用迁移 1.汽车尾气的主要污染物是一氧化氮和一氧化碳，它们是现代化城市的大气污 染物。为了减轻大气污染物，人们提出通过以下反应来处理尾气: 2NO(g) + 2CO(g)
9、=N2 (g) + 2CO2 (g) 在298 K、100 kPa 下: H =-746.8 kJ mol-1 S = -197.5 J mol -1 K-1 同学们觉得这个方案可行吗? 应用迁移 2. 体验活劢角色扮演：混乱的制造者不整理者。 一位同学扮演“混 乱的制造者”，任务：抛洒排列整齐的粉笔制造“混乱”。另一位同学扮 演“混乱的整理者”，任务：重新整理粉笔并有序排列。其他同学任务： 思考在你的生活中，你愿意做哪种角色？你愿意和哪种人长期相处？ 为什么？ 思考 如果抛洒的丌是粉笔而是大量的二氧化碳呢？ 交流讨论从“熵增定律”的角度思考人类社会发展道路的选择：先 污染后治理，还是从源头开始控制污染，尽力做到“绿色化学”和“零污 染”排放。从“熵增定律”的角度谈一谈二氧化碳的排放和收集的难易 程度不“低碳”生活的重要性。同学们今后的选择是什么？
