第二单元 化学反应的方向和限度含PPT的教学设计及点评

选修4第二章《化学反应速率和化学平衡》

第4节《化学反应进行的方向》

教学目标

1、知识与技能：

（1）理解化学反应方向判断的焓判据及熵判据；

（2）能用焓变和熵变说明化学反应的方向。

2、过程与方法：

通过学生已有知识及日常生活中的见闻，使学生构建化学反应方向的判据。学会运用比较、归纳、概括等方法对信息进行加工，构建新知识。

3、情感态度与价值观：

（1）激发学生的学习兴趣，培养学生从微观的角度理解化学反应，培养学生尊重科学、严谨求学、勤于思考的态度，树立透过现象看本质的唯物主义观点。

（2）通过本节内容的学习，体会事物的发展、变化常常受多种因素的制约，要全面分析问题。

教学的重点和难点

焓判据、熵判据、自由能判据与化学反应方向的关系

教学方法

1、应用讨论交流的方法调动学生的积极性，充分发挥学生的想象力；

2、启发学生学会归纳、概括，对信息进行加工，得出结论；

3、注重从学生已有知识及日常生活的经验上构建新知识。

课时安排：1课时

教学过程

教学环节

教师活动

学生体验互动

设计目的

创 引

设 入

情 新

境 课

（高山流水） （茶水变凉）

根据生活经验，举例说说我们见过的自发过程（在一定条件下不需外力作用就能自动进行的过程）。

运用到我们化学学习中就是看化学反应能不能自发进行，这便是我们今天所要学习的内容—化学反应进行的方向。首先，我们来明确刚刚提到的几个概念。

自发过程：在一定条件下，不借助外力就可以自动进行的过程

自发反应：在给定条件下，能自发进行到显著展示图片：

学生思考，回答

例如：自由落体，室温下冰块会融化，将蜂蜜加入到水中会溶解，生石灰投入水中放热生成熟石灰……这些都是可以自发进行的

让学生从生活实例中去感受自发过程，从而引入化学反应中的自发反应。

程度的化学反应。

非自发反应：不能自发地进行，必须借助某种外力才能进行的反应。

那同学们能否大胆猜测一下，我们学过的化学反应中有哪些反应是自发反应。

同学们猜的有一定道理，刚刚的反应都是和能量有关。

我们称能量变化为判断反应进行方向的焓判据(能量判据) 焓判据(能量判据)：利用能量变化来判断反应进行方向

这个体系的能量变化，就好像我们口袋里的钱，花出去容易，赚回来难，钱会趋向于由多到少。同样，自发过程的体系能量总会趋向于由高能量状态转化为低能量状态。（此时，体系会释放能量）表现为焓减△H<0。

NaOH（aq） + HCl（aq）= NaCl（aq） + H2O（aq） △H = -56KJ/mol；

H2(g)＋1/2O2(g)＝H2O(l) △H＝－285.8kJ/mol；

CH4(g)＋2O2(g)＝CO2(g)＋2H2O(l) △H＝－89.3kJ/mol；

以上三个反应都是什么反应

放热反应，过程中体系能量降低

△H<0，具有自发进行的倾向；

吸热反应，过程中体系能量升高

△H>0，没有自发进行的倾向。

[指出]多数自发进行的化学反应是放热反应，但也有不少吸热反应能自发进行。如：

N2O5（g）= 4NO2（g）+ O2（g） △H = ＋56.7KJ/mol；

Ba(OH)2.8H2O（s）+2NH4Cl（s）=BaCl2（aq）+2NH3↑+2H2O △H>0 这又是为什么呢？

[交流讨论]我们知道，固体硝酸铵溶于水要吸热，室温下冰块的溶解要吸热，两种或两种以上互不反应的气体通入一密闭容器中，最终会混合均匀，这些过程都是自发的，与焓变有关吗？

大家在生活中会有这样的一个体验，我们收拾整齐的房间，过几天就变乱了，混乱度增大，一滴红墨水滴入一杯水中，一整杯水都变成了

[生]放热反应，燃烧反应...

理解概念，体验感受放热反应中能量变化。

学生回答：放热反应

学生回答：与焓变有关，但与前面结论好像不太符合。

学生根据自己的情况去回忆去感受自己房间变乱的过程，体验从能量的变化由高能向低能变化，趋于稳定，体验焓判据。

引出矛盾，从而知道焓判据并不是唯一因素。

红色，这其实也是一个自发的过程。所以这另一因素与体系混乱度有关，我们称其熵判据。

混乱度（混乱的程度）：表示体系的不规则或无序状态，混乱度的增加意味着体系变得更加无序。

熵：衡量一个体系混乱度的物理量，符号S。

关系：混乱度越低，熵值就越小；混乱度越高，熵值就越大。

[指出]体系的有序性越高，即混乱度越低，熵值就越小。有序变为无序——熵增的过程。

熵值的大小判断： （1）气态 > 液态 > 固态

（2）与物质的量成正比

产生气体的反应，气体物质的量增大的反应，△S通常为正值，为熵增反应，反应有自发进行的趋势。就像我们整齐的房间，过几天就变乱了，混乱度增大，是一个自发的过程。

熵判据：利用熵增原理来判断反应进行的方向

请同学们判断，以下反应熵的变化

（1）2Na（s）+ 2H2O（l）= 2NaOH（aq） + H2（g）；

（2）Al（s） + HCl（aq） = AlCl3（aq） + H2（g）；

（3）2SO2(g)+O2(g)=2SO3(g) （4）H2O（g）=H2O（l）

通过前面的学习，我们知道焓减和熵增都有自发进行的趋势，焓增和熵减就不能自发进行。那如果一个反应焓和熵都同时变化，我们怎么判断反应能否自发进行？因此，反应熵变是与反应能否自发进行有关的又一个因素，但也不是唯一因素。我们就将这两者结合起来判断，这便引出了一个新的判据—自由能判据。

复合判据:△G = △H - T△S 体系自由能变化(△G ):封闭体系在等温等压条件下向环境可能做的最大有用功的能力，称为吉布斯自由能。

[指出] 体系自由能变化综合考虑了焓变和熵变对体系的影响。

△G < 0 正反应能自发进行；

△G = 0 反应达到平衡状态；

△G > 0 正反应不能自发进行，逆反逆应可自发进行。

由“有序”到“无序”

学生思考回答:（1）（2）熵增，（3）（4）熵减

接下来，我们就通过一个习题来检验一下同学们的学习成果

例3：对反应CaCO3（s）= CaO（s）+ CO2（g）

-1△H = + 178.2 KJ·mol △S = +169.6 -1-1J·mol·K

请问室温下（298K）该反应能否自发进行，若不能，请计算该反应能够自发进行所需的临界温度。

-1解：室温下，△G =△H-T△S =178.2KJ·mol-3-1-1–298K×169.6×10KJ·mol·K

=128 -1KJ·mol>0 因此，室温下反应不能自发进行；

如要使反应自发进行，则应使△H - T△S < 0，

-1则T>△H/△S=178.2 KJ·mol/0.1696 -1-1 KJ·mol·K= 1051K。

[注意] 1、过程的自发性只能用于判断过程的方向，不能确定过程是否一定会发生和过程的速率；

2、在讨论过程的方向时，我们指的是没有外界干扰时体系的性质。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；

3、反应的自发性也受外界条件的影响（T）。

板书设计：

一、化学反应进行的方向

1、焓判据：△H<0 有自发进行的趋势

2、熵：描述体系混乱程度的物理量。符号：S 规律：体系的混乱程度越大，熵越大；同一种物质熵的大小关系：气态大于液态大于固态；在相同状态下同一种物质，物质的量越大熵越大。

.-1.-1反应熵变：反应产物总熵与反应物总熵之差。符号：ΔS 单位： JmolK

产生气体的反应或气体的物质的量增大的反应，都是熵增反应。

3.熵判据：熵增加有利于反应自发进行。

4、自由能判据：△G = △H - T△S

[课堂练习] 1．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。

2．自发进行的反应一定是（ ）

A．吸热反应 B．放热反应 C．熵增加反应 D．熵增加或者放热反应

3．下列说法正确的是（ ）

A．放热反应一定是自发进行的反应 B．吸热反应一定是非自发进行的

C．自发进行的反应一定容易发生 D．有些吸热反应也能自发进行

054．25C和1.01×10Pa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

5．下列过程属于熵增过程的是（ ）

A．硝酸钾溶解在水里面 B．氨气和氯化氢反应生成氯化铵晶体

C．水蒸气凝结为液态的水 D．(NH4)2CO3分解生成二氧化碳、氨气和水

6．以下自发反应可用能量判据来解释的是( ) A．硝酸铵自发地溶于水

B．2N2O5(g) = 4NO2(g)+ O2(g) △H=+56.7kJ/mol C．(NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g) △H=+74.9 kJ/mol D．2H2(g)+ O2(g)=2H2O(l) △H=-571.6 kJ/mol 7、近年来，城市污染越发严重，汽车尾气便是原因之一。为保护环境，现都会对汽车尾气进行处理将其转化为无毒物质。具体反应如下：

2NO（g） + 2CO（g） = N2（g） + 2CO2（g），

-1-1-1已知，298K、101KPa下，该反应△H = - 113.0 KJ·mol

，△S = -143.5 J·mol·K

请问：该反应在室温下能否进行

-1 解：△G =△H-T△S = - 69.68 KJ·mol< 0 因此，室温下反应能自发进行。

[指出]但该反应速率极慢，需要使用催化剂来加速反应。