第二单元 化学反应的方向和限度优秀教案内容

专题2 化学反应速率与化学平衡

第二单元

化学反应的方向和限度

第1课时

化学反应的方向

本节教材分析

（1）三维目标

知识与技能目标

1.通过化学反应的焓变与反应的方向，使学生了解反应焓变与反应方向有关，但不是唯一的影响因素。

2.通过介绍熵的概念，使学生知道化学反应存在熵变。

3.通过分析反应熵变与反应的方向，使学生了解反应熵变与反应方向有关，但也不是唯一的影响因素。

过程与方法目标

1. 通过创设情境让学生在学习中亲身经历从现实生活中发现和提出问题并解决问题的过程，从中感受知识是怎样形成的。[来源:学+科+网Z+X+X+K]

2. 通过实验推翻假设、从中获得新知识，培训学生思维的批判性和严谨性。

3. 通过内容的情境化，引导学生主动探究学习。

情感态度与价值观

通过本节课的学习，使学生初步接触热力学理论，了解热力学理论研究的重要意义。

（2）教学重点

焓变和熵变对化学反应自发性的影响。

（3）教学难点

化学反应的自发过程；化学反应的熵变。（4）教学建议

本节位于苏教版选修4《化学反应原理》专题2第二单元化学反应的方向和限度。本节内容介绍了“焓判据、熵判据”知识，在拓展视野中介绍了“△H、△S与反应的方向”，有一定难度。苏教版教材将本节内容安排在学生学习了化学反应及其能量变化、化学反应速率之后以知识介绍的方式呈现出来，让学生了解决定反应进行方向的因素不是单一的焓变，熵变也是决定因素之一。

教材从学生已有的知识和生活经验出发，分四个层次就化学反应的方向进行了介绍。第一，以学生熟悉的自发进行的放热反应为例，介绍化学反应有向能量降低的方向自发进行的倾向——焓判据；以生活现象为例，说明混乱度（熵）增加是自然界的普遍规律，也是化学反应自发进行的一种倾向——熵判据。第二，用实例说明单独运用上述判据中的任一种，都可能出现错误，都不是全面的。第三，要正确的判断化学反应的方向，需要综合考虑焓变和熵变的复合判据。第四，科学视野中简单介绍了自由能判据的结论性内容。

[来源:学科网]

通过必修2化学反应与热能以及必修4第一章化学反应及其能量变化的学习，学生掌握了化学反应中的能量变化，具备了焓变与反应体系能量关系的知识。学生有一定的生活经验，接触过很多与能量有关的自然现象，也了解不少混乱度增加的过程，在学科学习中也熟悉很多自发进行的放热反应，但并未将其联系起来，形成规律性认识。作为高二的学生，有一定的思考能力和归纳总结能力。所任教学班学生讨论交流的意识比较强，具有一定的分析问题的能力。

为了引出本节内容，使学生体会化学反应的方向的重要性，引入时给出两个反应，让学生从复分解和氧化还原发生的条件出发，判断反应能否发生。不少同学会根据已有的知识认为反应不能发生，程度较好的学生会认为可以发生，从而进行讨论。反应可以发生，则和已有知识规律产生冲突。利用学生刚刚学完的平衡移动原理解释两个反应，使学生体会到有些化学反应在特定的情况下能自发完成，从而引出此节。由于反应中的焓变掌握的比较好，可利用已有知识和生活常识归纳出焓判据。

教学过程

【引入】大家都知道：盐酸和NaOH混合能迅速生成NaCl和水，而NaCl和水则不能自发的转化为盐酸和NaOH ，这是为什么呢？下面我们就来了解有关“化学反应的方向”问题。首先来谈谈自然界中的有关“方向”。

【展示】图片“高山流水”；

（认识）自然界中广泛存在一些自动进行的变化，即自发的变化过程；自发过程的特征：有一定的方向性，且不能自动恢复原状，若要恢复必须借助外力。

【过渡】化学变化中也存在这种现象。我们把一定温度和压强下，无需外界帮助就能自动进行的化学反应称为自发反应，反之，为非自发反应。

【板书】

一

自发反应：在一定温度和压强下，无需外界帮助就能自动进行的反应。

说明：自发反应有的不需要条件，常温下即可自动进行，如酸碱中和反应、铁在潮湿的空气中生锈等；有的需要条件，如可燃物的燃烧，要“点燃”这个条件，但点燃后就能自发进行了；因此，自发反应并非无需任何条件就能自动进行的反应；

非自发反应就并非这样了，如H2O电解成H2和O2，需要持续不断地通电才能反应，一旦停电反应就停止。

经验：如果要让反应进行，需要持续“帮助”，这个反应是非自发的，若反应虽需“帮助”但一旦开始反应就不需要再“帮助”，则这个反应往往是自发的。

强调：①一定温度T和压强P的目的：引发反应；

②外界帮助指：通电、光照等；（持续做功）

【组织】教材P42——交流与讨论。（逆过程则非自发）

【过渡】如何判断反应为自发反应或者说如何确定反应进行的方向呢？

【板书】

二

判断化学反应方向的依据：

【组织】教材P43——你知道吗。

（总结）自发反应共同点：放热反应，△H

【指导阅读】教材P43——有关内容。

【讲评】

自然界中的许多自发过程，无论是物理过程还是化学过程，都有由能量较高状态向能量较低状态转化的倾向；（高能态→低能态+能量；能量越低越稳定）

对化学反应而言，放热反应就是一个由高能态向低能态变化的过程；因此，绝大多数放热反应能自发进行，且反应放出的热量越多，体系能量降低得越多，反应越完全；因此，△H＜0 的反应有自发进行的倾向。

即焓变是制约化学反应能否自发进行的因素之一；（但不是唯一的决定因素）

【板书】 二

判断化学反应方向的依据：

1 焓判据：自发反应有趋向于使体系的能量降低的倾向。

即H＜0 的反应有自发进行的倾向。

且ΔH数值越大，越有利于反应的自发进行。

【思考】只有放热反应才可以自发进行，吸热反应不能自发进行吗？

【演示实验】

（1）硝酸铵溶于水。 现象：固体扩散到水中，温度降低；

（2）NH4Cl晶体+Ba(OH)2晶体。 现象：温度降低，锥型瓶和木板间结冰。 （3）墨水滴入水中。 现象：墨水在水中扩散，稳定基本不变； 结论：能量降低倾向、△H＜0不是判断反应是否自发的唯一依据。

【追问】是什么因素促使吸热反应也能自发进行呢？（指导阅读教材P44）

（自发反应有趋向于体系混乱度（微粒间无规则排列程度）增大的倾向）

【过渡】研究证明：自发反应有趋向于体系混乱度增大的倾向；化学上，我们用“熵”这个物理量来衡量体系的混乱度。因此，决定化学反应能否进行的另一个因素是体系的熵变。

【板书】 二

判断化学反应方向的依据：(可用住校生的寝室比喻)

2 熵判据：自发反应有趋向于使体系的混乱度增加的倾向。

即S>0 的反应有自发进行的倾向。

且ΔS越大，越有利于反应的自发进行。

熵：衡量一个体系混乱度的物理量。

符号：S （体系混乱度越大，熵值越大，即S值越大；体系混乱度越小，熵值越小；）

熵变：反应前后体系熵的变化，符号：ΔS ；

定义：ΔS＝S（产物）—S（反应物）

ΔS>0 ，体系的混乱度增大，有利于反应自发进行； ΔS<0 ，体系的混乱度减小，不利于反应自发进行；

【课堂练习】判断下列过程的熵变大于零还是小于零。

① H2O(s)→H2O(l)→H2O(g) （ΔS>0）

② NaOH（s）==Na(aq)+OH—(aq) （ΔS>0）

+③CaCO3(s) ＝ CaO3(s) + CO2(g) （ΔS>0）

④N2(g)+3H2（g）＝ 2NH3(g) （ΔS<0）

【小结】有关体系熵值的归纳：

①同一物质，S（g）﹥S（l）﹥S（s）；②分子数增多或分子种类增多则熵增大；

③固体溶解过程、墨水扩散过程、气体扩散过程，熵变均为正值，即△S＞0，为熵增过程；（物质组成的复杂程度：一般组成物质的原子种类相同时，一个分子中的原子数目越多，其混乱度越大，熵值也越大）

【检测练习】

1下列反应中熵变小于零的是（

D ）

A (NH4 )2CO3(s) ＝ NH4HCO3(s) ＋ NH3(g) B 2N2O5(g) ＝ 4NO2(g) ＋ O2(g) C MgCO3(s) ＝ MgO(s) ＋ CO2(g) D 2CO(g) ＝ 2C(s) ＋ O2(g) 2 判断下列反应的ΔS>0还是ΔS<0：

A NH4Cl=HCl+NH3 （ΔS>0）

B 2Fe3+(aq)+Cu(s)=2Fe2+(aq)+Cu2+(aq) （ΔS>0）

C 2NO2=N2O4 （ΔS<0）

D CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) （ΔS<0）

【小结】综上所述，体系能量减小和混乱度增加都能促使反应自发进行，焓变和熵变共同制约着化学反应进行的方向；要正确判断一个化学反应能否自发进行，必须综合考虑反应的焓变△H和熵变△S；

【拓展视野】对于一个化学反应能否自发进行，可用体系自由能的变化（△G）来判断。 ＜

0 ，该稳定下一定能自发进行；（自发反应）

△G = △H－T△S ＝ 0 ，该稳定下达到平衡状态；

＞ 0 ，该稳定下一定不能自发进行；（非自发反应）

（反应能否自发进行还与温度有关）

【课堂练习】

1 已知298K 时，CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)；ΔH＝+178.2KJ·mol—1, ΔS=169.6J·mol—1·K—1

。请通过计算说明该反应在常温能否自发进行？在什么温度下能自发进行？

解：常温下：ΔG= 178.2KJ·mol—1—298K×169.6J·mol—1·K—1×10—3

=127.7kJ·mol—1

所以，该反应在常温下不能自发进行。

若要让该反应自发进行，则ΔG<0，设温度为T，代入公式，求得T=1051K；所以，该反应在1051K以上能自发进行。温度对反应自发性的情况：

类型

1 2 3 4 焓变△H —

+ 熵变△S + 体系自由能△H—T△S 永远是—

永远是+ 高温+ 低温—

高温—低温+ 反应的自发性 任何温度都是自发反应

任何温度都是非自发反应

高温非自发、低温自发

高温自发、低温非自发

[来源:Zxxk.Com]

—[来源:Z_xx_k.Com]—

+ —

+ 【课堂练习】

1、下列反应一定能自发进行的是（ D ）

A、放热反应 B、熵增加的反应C、熵增加的吸热反应D、熵增加的放热反应

2、下列说法中正确的是（ D ）

A．某反应低温条件下能自发进行，那么高温条件下也一定能自发进行

B．某反应高温条件下不能自发进行，那么低温条件下也不能自发进行

C．反应方向是由焓变和熵变共同决定的，与反应温度无关D．温度有可能对反应的方向起决定性的作用

3、下列说法不正确的是 （

C ）[来源:学*科*网Z*X*X*K][来源:学科网]

A 焓变是个与反应能否自发进行有关的因素，多数能自发进行的反应是放热反应。

B 在同一条件下不同物质有不同的熵值，其体系的混乱程度越大，熵值越大。

C 一个反应能否自发进行取决于该反应放热还是吸热

D 一个反应能否自发进行，与焓变和熵变的共同影响有关

资料一：

(1)反应的自发性只能用于判断反应发生的方向，不能确定反应是否一定会发生和反应发生的速率。如涂有防锈漆和未涂防锈漆的钢制器件，其发生腐蚀过程的自发性是相同的，但只有后者可以实现。

(2)在讨论过程的方向时，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。如水泵可以把水从低水位升至高水位；高温高压石墨转化为金刚石的例子，实现后者的先决条件是要向体系中输入能量，该过程的本质仍然是非自发性的。

资料二：

1 反应的自发性只能用于判断反应的方向，不能确定反应是否一定会发生和过程发生的速率。例如金刚石有向石墨转化的倾向，但是能否发生，什么时候发生，多快才能完成，就不是焓变判断和熵变判断能解决的问题了。

2 在讨论过程方向时，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。例如石墨经高温高压还是可以变为金刚石的。

参考答案

1、D 2、D 3、C