第二单元 化学反应的方向和限度ppt配套的教案及板书设计

化学反应进行的方向（第1课时）

张家口市第一中学 熊丹

1教学目标

一、知识与技能目标

1. 知道△H<0有利于化学反应的自发进行，但△H<0不能作为唯一判据。

2. 知道△S>0有利于化学反应的自发进行，但△S>0不能作为唯一判据。

3. 了解可用复合判据判断所有反应自发进行的方向。

二、过程与方法目标

通过日常生活中的见闻引导学生明确根据反应的焓变和熵变的大小，只能判断反应自发进行的可能性，不能决定反应是否一定发生或反应速率的大小。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。

三、情感态度价值观目标

通过日常生活中的焓变和熵变的具体实例，让学生明确化学与日常生活是息息相关的，并逐步形成从科学原理的角度认识身边事物和变化的世界观。

2学情分析

从学科纵向维度上看，学生学习本课题时已经对化学反应的速率、限度,及其过程中的能量变化进行了学习。但由于熵及“熵增原理”内容较抽象、学生学习时陌生感较强。因此在教学中通过引入实际生活中相应的现象，为学生提供认知的感性材料，以利于学生对熵变和熵增原理进行常规探讨，并为学生充分发展思维能力和交流能力创造空间。在科学方法上，作为高二理科生对常见的科学方法有一定程度的认识，对科学探究的一般过程也有一定的体验。

3重点难点

教学重点:熵判据

教学难点:焓减、熵增与化学反应方向的关系

4教学过程

4.1第一学时

4.1.1教学活动

活动1【导入】第一环节

[情景创设]投影展示城市雾霾图片和汽车排放尾气图片，引发学生思考如下问题，汽车尾气中的主要污染物是一氧化氮以及燃料不完全燃烧所产生的一氧化碳，它们是现代城市中的大气污染物，为了减轻大气污染，人们提出通过以下反应来处理汽车尾气：2NO(g) + 2CO(g) = N2(g) + 2CO2(g)，你能否判断这一方案是否可行？理论依据是什么？

[引入]上述问题是化学反应的方向的问题。反应进行的方向、快慢和限度是化学反应原理的三个重要组成部分。通过前三节的学习和讨论，我们已经初步解决了后两个问题，即反应的快慢和限度问题，这节课我们来讨论反应的方向的问题。

活动2【活动】第二环节

[板书]

第四节 化学反应进行的方向

[问]请同学们依据根据生活经验，举例说说我们见过的自发过程，非自发过程。

[投影]

高山流水、自由落体、水泵抽水、音乐喷泉等图片并分析这些过程是否自发进行。

[讲]生活中的自发过程很多，如：水由高处往低处流，自由落体，电流由电位高的地方向电位低的地方流，铁器暴露于潮湿的空气中会生锈，木柴燃烧……这些都是自发过程。自发过程可被利用来完成有用功。如向下流动的水可推动机器，甲烷燃烧可在内燃机中被利用来做功，锌与CuSO4溶液的反应可被设计成原电池。一般地，如果一个过程是自发的，则其逆过程是非自发的。非自发的过程要想发生，则必须对它做功，如利用水泵可将水从低处流向高处，通电可将水分解生成氢气和氧气。

同学们思考自发过程应该如何定义？同理，什么样的反应可以称之为自发反应？

[板书] 一、自发过程和自发反应

1、自发过程：在一定条件下，不需要外力作用就能自动进行的过程。

非自发过程：在一定条件下，需持续借助人为作用才能进行的过程。

2、自发反应：在给定的条件下，可以自发地进行到显著程度的化学反应。

自发反应是从属于自发过程的，是属于自发过程的一部分。

活动3【活动】第三环节

[投影]

化学反应中的自发过程：铁丝燃烧、木柴燃烧、钢铁生锈等图片以及常见的部分热化学方程式。

(1)钠与水反应：

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

△H=－368 kJ/mol

(2)氢氧化钠溶液和盐酸反应：

NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+2H2O(l)

△H=－114.6kJ/mol (3)氢气和氧气反应：

2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)

△H=－571.6kJ/mol [思考与交流] 讨论以上自发过程的共同特点? [总结投影] 共同点：——放热反应

△H＜0

[讲] 自发过程的特点：体系有从高能状态转变为低能状态的趋势

[总结投影] 结论：放热反应有自发的倾向——焓判据

[板书] 二、焓判据（能量判据）

体系趋向于从高能状态转变为低能状态（这时体系会对外做功或释放热量，△H＜0）。

所以，放热反应（

△H＜0 ）有自发的倾向

[思考与交流]（一）以上自然界中自发的过程或反应有什么共同点?

[讲]经验表明，那些不用借助外力就可以自动进行的自发过程的共同特点是：体系能量趋向于从高能态转变为低能状态，这时体系会对外部做功或者释放能量。如水总是自发地由高处往低处流，有趋向于最低能量状态的倾向。

[思考与交流]（二）自发反应一定是△H＜0 吗？

[讲]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。

[投影]

例如以下反应在常温下能自发进行：

(1)Ba(OH)2·8H2O(s)+2NH4Cl(s)＝BaCl2(s)+2NH3(g)+10H2O(l)

△H>0

(2)2N2O5(g)＝4NO2(g)+O2(g)

△H=+56.7kJ/mol

(3)(NH4)2CO3(s)＝NH4HCO3(s)+NH3(g)

△H=+74.9kJ/mol

[总结投影] 结论：单独运用焓判据不能完全确定反应的方向

活动4【活动】第四环节

[过渡] 我们还需要找其他的判据来判断化学反应进行的方向。

[投影] 课间学生在操场集队跑操，及跑完操解散、火柴散落、蒸汽在空气中扩散、品红溶液在水中扩散、天气回暖冰雪融化、积木有整齐排列到打散等图片并分析这些过程是否自发进行。

[思考与交流] 讨论以上自发过程的共同特点? [讲]通过观察，我们发现这些过程都是由有序变成无序（混乱）

[总结投影] 结论：体系有从有序自发地变为无序的倾向，即混乱度自发增大的倾向。

[讲]为解释这一类与能量无关的过程的自发性，科学家提出了另一推动体系变化的因素：在密闭条件下，体系有由有序自发地变为无序的倾向。

[板书]

1、熵判椐:在密闭条件下,体系有由有序自发地变为无序的倾向。

三、熵判据

[问]如何理解“熵”的含义? [板书] 1、混乱度：表示体系的不规则或无序状态。

[板书]2、熵：热力学上用来表示混乱度的状态函数，单位为J·mol-1·K-1，符号为S ——体系的无序性越高，即混乱度越高，熵值就越大。

3、熵变△S：△S=S产物－S反应物

[讲]“熵”是德国物理学家克劳修斯在1850年创造的一个术语，他用它来表示任何一种能量在空间中分布的均匀程度。能量分布得越均匀，熵就越大。如果对于我们所考虑的那个系统来说，能量完全均匀地分布，那么，这个系统的熵就达到最大值。热力学第二定律告诉我们，能量转换只能沿着一个方向进行，总是从高能量向低能量转换，从有序到无序，人类利用这个过程让能量做功，同时系统的熵增加，熵是一个描述系统状态的函数。熵增加的过程，就意味着能量耗散了，从有用的能量转化向对人类无用的能量。

[小结]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。

[板书] 4、熵判据：在密闭条件下，体系有从有序自发地变为无序的倾向，导致体系的熵增大，这一经验规律叫做熵增原理。

即：熵增（△S﹥0）的反应是具有自发倾向的。

[思考与交流] 如何判断化学反应的熵变△S 呢？

[讲]以水由固体变成液体再变成气体来举例说明。

[板书]

【规律1】同一物质的熵值：气态＞液态＞固态

【规律2】同一状态的物质，其熵值大小与物质的量成正比。

[讲]需要注意的是，一个体系的熵不能永远增加，最终会达到一个最大的无序状态，此时，体系呈现有确定的(不变的)性质，尽管分子水平上的变化仍在发生。我们讲的化学体系，当它具有不变的可观察的性质，就处在平衡状态，所以当一个体系达到它的最大熵时，即处于平衡状态。

——混乱度的增加意味着体系变得更加无序

[讲]产生气体的反应，气体物质的量增大的反应，△S通常为正值，为熵增加反应，反应自发进行。需大家特殊注意的是，两种气体的混合也是熵增加的过程。

[课堂练习]

判断下列过程中体系的熵变大于零还是小于零？

(1)水蒸气冷凝成水

(2)CaCO3(S)=CaO(S)+CO2(g) (3)2H2(g)+O2(g)= 2H2O(l)

(4)2N2O5(g)==4NO2(g)+O2(g) (5)(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g) [思考与交流] （一）为什么绝大多数自发反应会朝着熵增的方向进行？

[讲] 无序比有序稳定

[思考与交流]（二）自发反应一定是△S>0 吗？

[投影] 例如以下反应在常温下能自发进行：

1、NaCl(aq)与AgNO3(aq)反应：NaCl(aq)+AgNO3(aq)===AgCl(s)+NaNO3(aq) S<0

2、Cl2与NH3反应：3Cl2(g)+8NH3(g)===N2(g)+6NH4Cl(s) △S<0 [讲]有些熵减小的反应在一定条件下也可以自发进行。

[总结投影] 结论：单独运用熵判据也不能完全确定反应的方向

活动5【活动】第五环节

[过渡] 我们还需要找其他的影响因素来判断化学反应进行的方向。

[投影]

思考：根据你已有的知识和经验，分析下列过程。

①NH4Cl(s) == NH3(g)+ HCl(g) ②NH3(g)+ HCl(g) == NH4Cl(s)

[讲]

通过分析，我们发现①加热时自发，②常温时就能自发。说明改变温度可以改变自发反应进行的方向。

[板书]四、复合判据——自由能变化

[讲]阅读课本36页，科学视野部分内容。

[讲]在一定条件下，一个化学反应能否自发进行，既与反应焓变有关，又与反应熵变有关。研究表明，在恒温、恒压下，判断化学反应自发性的判据是：

[板书]△G＝△H－T△S

(kJ/mol)

（G是自由能，T是热力学温度，恒为正值）

[讲] 体系自由能变化综合考虑了焓变和熵变对体系的影响。

[板书] △G＝△H－T△S

< 0 反应能自发进行；

△G＝△H－T△S

= 0 反应达到平衡状态；

△G＝△H－T△S

> 0 反应不能自发进行。

[投影判断]

△G＝△H－T△S

（T恒为正值）

△H

< 0 > 0 > 0 < 0 △S

> 0 < 0 > 0 < 0 △G

< 0 > 0 高温

< 0 低温

> 0 高温

> 0 低温

< 0 反应的自发性

任何温度自发

任何温度都不自发

高温自发

低温自发

[投影总结]用象限表示，直观，易懂（见课件）

[学以致用] C(石墨) == C(金刚石)

已知：在298K、101KPa下，该反应的⊿H

= +1.895 kJ/mol，⊿S= -3.363J/(mol·K)。

[讲]△G＝△H－T△S>0，任何温度下均不自发。

[讲]回到本节课的开头提出的问题，我们运用新学的知识一起来解释一下。

[投影]汽车尾气的主要污染物是一氧化氮以及燃烧不完全所产生的一氧化碳，它们是现代化城市的重要大气污染物，为了减轻汽车尾气造成的大气污染,有人提出通过2NO(g) + 2CO(g) = N2(g) + 2CO2(g) 来处理汽车尾气。

已知室温（298K、101KPa）下：△H = -113.0 KJ·mol-1，△S = -143.5 J·mol-1·K-1

请问：室温下，该反应能自发进行吗？

[讲]△H-T△S = - 70.237 KJ·mol-1

< 0，因此，室温下反应能自发进行。

[讲]在这里我们还要注意的是：

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，且反应是否能实现，还要看具体的条件。

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。

活动6【活动】第六环节

[总结]能量判据和熵判据的应用: 1、由能量判据知∶放热过程(△H﹤0)常常是容易自发进行；

2、由熵判据知∶许多熵增加(△S﹥0)的过程是自发的；

3、很多情况下，简单地只用其中一个判据去判断同一个反应，可能会出现相反的判断结果，所以我们应两个判据兼顾。由能量判据(以焓变为基础)和熵判据组合成的复合判据(体系自由能变化：△G = △H -

T△S)将更适合于所有的反应过程；

4、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；

5、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；

6、反应的自发性也受外界条件的影响。

活动7【练习】第七环节

[随堂练习]

1. 下列说法正确的是（

）

A.凡是放热反应都是自发的，吸热反应都是非自发的

B.反应速率快的一定是自发进行的

C.自发反应在恰当条件下才能实现

D.非自发反应在任何条件下都不能实现

2. 下列反应中，熵减小的是（

）

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) 3. 已知反应2C(g)==A(g)+2B(g) ∆H<0，下列说法正确的是（

）

A. 仅常温下反应可以自发进行

B. 仅高温下反应可以自发进行

C. 任何温度下反应均可以自发进行

D. 任何温度下反应均难以自发进行

4、分析下列反应能否自发进行

(1)TiO2(s)+2Cl2(g)=TiCl4(l)+O2(g) △H=+161.9kJ·mol-1

(2)NH3(g)+HCl(g)=NH4Cl(s)

△H=-176.9kJ·mol-1

(3)CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) △H=+178.2kJ·mol-1

[课堂总结]

通过本节课的学习，我们知道了焓变、熵变是两个影响化学反应方向的因素，但都不能单独应用，需将其整合对化学反应的方向进行判断。

[课后作业]

[教学反思] 建构主义学习理论和建构主义学习环境强调以学生为中心，不仅要求学生由外部刺激的被动接受者和知识的灌输对象转变为信息加工的主体、知识意义的主动建构者；而且要求教师要由知识的传授者、灌输者转变为学生主动建构意义的帮助者、促进者。本节课的授课应对这种思想有所体现，学生已知道很多化学反应并了解反应的吸放热情况，运用这些已知的知识，引导学生得出焓判据。这种以学生的"学"为中心的教学方式对有利于学生掌握和理解本节知识。