2019-2020年高中化學 第二章第四節(jié) 化學反應進行的方向教案 新人教版選修4.doc

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2019-2020年高中化學 第二章第四節(jié) 化學反應進行的方向教案 新人教版選修4 課題：第四節(jié) 化學反應進行的方向 授課班級 課 時 2 教 學 目 的 知識 與 技能 1、通過學生日常生活中所見所聞以及常見的化學反應，讓學算不了解放熱反應的自發(fā)性和某些吸熱過程的自發(fā)性 2、通過“有序”和“無序”的對比，引出熵的概念 3、通過日常生活中的見聞引導學生，使學生明確根據(jù)反應的焓變和熵變的大小，只能判斷反應自發(fā)進行的可能性，不能決定反應是否一定發(fā)生或反應速率的大小 。 過程 與 方法 通過學生已有知識及日常生活中的見聞，使學生構建化學反應方向的判據(jù)。學會運用比較、歸納、概括等方法對信息進行加式，構建新知識 情感 態(tài)度 價值觀 通過日常生活中的焓變和熵變的具體實例，讓學生明確化學與日常生活是息息相關的。 重 點 熵判據(jù) 難 點 焓減與熵增與化學反應方向的關系 知 識 結 構 與 板 書 設 計 第四節(jié) 化學反應進行的方向 一、自發(fā)過程（spontaneous process）和自發(fā)反應 1、自發(fā)過程：在一定條件下，不需要外力作用就能自動進行的過程。 2、自發(fā)反應：在給定條件下，能自發(fā)地進行到顯著程度的反應 3、非自發(fā)反應：不能自發(fā)地進行，必須借助某種外力才能進行的反應。 二、反應方向的焓判據(jù)。 焓判據(jù)：放熱反應過程中體系能量降低，因此具有自發(fā)進行的傾向。若ΔH＜0，正向反應能自發(fā)進行；若ΔH＞0，正向反應不能自發(fā)進行，而逆向反應能自發(fā)進行。 三、反應方向的熵(entropy)判據(jù)。 1、熵判椐：在密閉條件下，體系有由有序自發(fā)地變?yōu)闊o序的傾向。 2、混亂度：表示體系的不規(guī)則或無序狀態(tài)。 3、熵：熱力學上用來表示混亂度的狀態(tài)函數(shù)。 4、的大小判斷： （1）氣態(tài) > 液態(tài) > 固態(tài) （2）與物質(zhì)的量成正比 5、反應熵變△S=反應產(chǎn)物總熵-反應物總熵 6、熵增的過程就是自發(fā)過程 四、焓變與熵變對反應方向的共同影響。 體系自由能（吉布斯自由能）變化（△G、單位：KJ/mol）：△G = △H - T△S（吉布斯――亥姆霍茲公式） △G = △H - T△S < 0 反應能自發(fā)進行； △G =△H - T△S = 0 反應達到平衡狀態(tài)； △G =△H - T△S > 0 反應不能自發(fā)進行。 教學過程 教學步驟、內(nèi)容 教學方法、手段、師生活動 [情景創(chuàng)設]汽車尾氣中的主要污染物是一氧化氮以及燃料不完全燃燒所產(chǎn)生的一氧化碳，它們是現(xiàn)代城市中的大氣污染物，為了減輕大氣污染，人們提出通過以下反應來處理汽車尾氣：2NO（g） + 2CO（g） = N2（g） + 2CO2（g），你能否判斷這一方案是否可行？理論依據(jù)是什么？ [引入]上述問題是化學反應的方向的問題。反應進行的方向、快慢和限度是化學反應原理的三個重要組成部分。通過前三節(jié)的學習和討論，我們已經(jīng)初步解決了后兩個問題，即反應的快慢和限度問題，這節(jié)課我們來討論反應的方向的問題。 [板書]第四節(jié) 化學反應進行的方向 ［講］在我們討論問題之前，先來說兩個概念，自發(fā)過程和自發(fā)反應 [板書]一、自發(fā)過程（spontaneous process）和自發(fā)反應 1、自發(fā)過程：在一定條件下，不需要外力作用就能自動進行的過程。 2、自發(fā)反應：在給定條件下，能自發(fā)地進行到顯著程度的反應 3、非自發(fā)反應：不能自發(fā)地進行，必須借助某種外力才能進行的反應。 [問]根據(jù)生活經(jīng)驗，舉例說說我們見過的自發(fā)過程。 [講]生活中的自發(fā)過程很多，如：水由高處往低處流，自由落體，電流由電位高的地方向電位低的地方流，鐵器暴露于潮濕的空氣中會生銹，室溫下冰塊會融化，……這些都是自發(fā)過程。自發(fā)過程和自發(fā)反應可被利用來完成有用功。如向下流動的水可推動機器，甲烷燃燒可在內(nèi)燃機中被利用來做功，鋅與CuSO4溶液的反應可被設計成原電池。一般地，如果一個過程是自發(fā)的，則其逆過程是非自發(fā)的。非自發(fā)的過程要想發(fā)生，則必須對它做功，如利用水泵可將水從低處流向高處，通電可將水分解生成氫氣和氧氣。 ［過］科學家根據(jù)體系存在著力圖使自身能量趨于“最低”和由“有序”變?yōu)椤盁o序”的自然現(xiàn)象，提出了互相關聯(lián)的焓判據(jù)和熵判據(jù)，為反應方向的判斷提供了必要的依據(jù)。 [板書]二、反應方向的焓判據(jù)。 [思考與交流]19世紀的化學家們曾認為決定化學反應能否自發(fā)進行的因素是反應熱：放熱反應可以自發(fā)進行，而吸熱反應則不能自發(fā)進行。你同意這種觀點嗎？結合曾經(jīng)學習的反應舉例說明。 [投影] ［講］經(jīng)驗表明，那些不用借助外力就可以自動進行的自發(fā)過程的共同特點是：體系能量趨向于從高能態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軤顟B(tài)，這時體系會對外部做功或者釋放能量，由此總結而得的經(jīng)驗規(guī)律就是所謂的焾判據(jù)。如水總是自發(fā)地由高處往低處流，有趨向于最低能量狀態(tài)的傾向。 [板書]焓判據(jù)：放熱反應過程中體系能量降低，因此具有自發(fā)進行的傾向。 若ΔH＜0，正向反應能自發(fā)進行； 若ΔH＞0，正向反應不能自發(fā)進行，而逆向反應能自發(fā)進行。 [講]多數(shù)自發(fā)進行的化學反應是放熱反應，但也有不少吸熱反應能自發(fā)進行。而且有一些吸熱反應在室溫條件下不能自發(fā)進行，但在較高溫度下則能自發(fā)進行，如：N2O5（g）= 4NO2（g）+ O2（g） △H = ＋56.7KJ/mol； NH4HCO3（s）+ CH3COOH（aq）= CO2（g）+CH3COONH4（aq）+ H2O（l） △H = ＋37.3KJ/mol； 因此，反應焓變是與反應能否自發(fā)進行有關的一個因素，但不是唯一因素。 [板書]三、反應方向的熵(entropy)判據(jù)。 ［思考與交流］同學們在相互探討一下由“有序”變“無序”的自然現(xiàn)象，舉例說明。 密閉容器中的氣態(tài)物質(zhì)或液態(tài)物質(zhì)蒸汽（包括揮發(fā)性固體），會通過分子擴散自發(fā)形成均勻混合物。物質(zhì)溶于水自發(fā)地向水中擴散，形成均勻的溶液等。 [講]為解釋這一類與能量無關的過程的自發(fā)性，科學家提出了另一推動體系變化的因素：在密閉條件下，體系有由有序自發(fā)地變?yōu)闊o序的傾向。 [投影] [板書]1、熵判椐：在密閉條件下，體系有由有序自發(fā)地變?yōu)闊o序的傾向。 [問]如何理解“熵”的含義？ [板書]2、混亂度：表示體系的不規(guī)則或無序狀態(tài)。 [問]混亂度的增加意味著體系變得更加無序。 [板書]3、熵：熱力學上用來表示混亂度的狀態(tài)函數(shù)。 [講]“熵”是德國物理學家克勞修斯在１８５０年創(chuàng)造的一個術語，他用它來表示任何一種能量在空間中分布的均勻程度。能量分布得越均勻，熵就越大。如果對于我們所考慮的那個系統(tǒng)來說，能量完全均勻地分布，那么，這個系統(tǒng)的熵就達到最大值。熱力學第二定律告訴我們，能量轉(zhuǎn)換只能沿著一個方向進行，總是從高能量向低能量轉(zhuǎn)換，從有序到無序，人類利用這個過程讓能量做功，同時系統(tǒng)的熵增加，熵是一個描述系統(tǒng)狀態(tài)的函數(shù)。熵增加的過程，就意味著能量耗散了，從有用的能量轉(zhuǎn)化向?qū)θ祟悷o用的能量。 [小結]體系的有序性越高，即混亂度越低，熵值就越小。有序變?yōu)闊o序——熵增的過程。 [板書]4、熵的大小判斷： （1）氣態(tài) > 液態(tài) > 固態(tài) （2）與物質(zhì)的量成正比 [講]需要注意的是，一個體系的熵不能永遠增加，最終會達到一個最大的無序狀態(tài)，此時，體系呈現(xiàn)有確定的(不變的)性質(zhì)，盡管分子水平上的變化仍在發(fā)生。我們講的化學體系，當它具有不變的可觀察的性質(zhì)，就處在平衡狀態(tài)，所以當一個體系達到它的最大熵時，即處于平衡狀態(tài) 。 [板書]5、反應熵變△S=反應產(chǎn)物總熵-反應物總熵 [講]產(chǎn)生氣體的反應，氣體物質(zhì)的量增大的反應，△S通常為正值，為熵增加反應，反應自發(fā)進行。需大家特殊注意的是，兩種氣體的混合也是熵增加的過程。 [板書]6、熵增的過程就是自發(fā)過程 [講]有些熵減小的反應在一定條件下也可以自發(fā)進行，如：-10℃的液態(tài)水會自動結冰成為固態(tài)，就是熵減的過程（但它是放熱的）； 2Al（s）+ Fe2O3（s）= Al2O3（s）+ 2Fe（s） △S = -39.35Jmol-1K-1。 因此，反應熵變是與反應能否自發(fā)進行有關的又一個因素，但也不是唯一因素。 [板書]四、焓變與熵變對反應方向的共同影響。 [講]在一定條件下，一個化學反應能否自發(fā)進行，既與反應焓變有關，又與反應熵變有關。研究表明，在恒溫、恒壓下，判斷化學反應自發(fā)性的判據(jù)是： [板書]體系自由能（吉布斯自由能）變化（△G、單位：KJ/mol）：△G = △H - T△S（吉布斯――亥姆霍茲公式） [講] 體系自由能變化綜合考慮了焓變和熵變對體系的影響。 [板書] △G = △H - T△S < 0 反應能自發(fā)進行； △G =△H - T△S = 0 反應達到平衡狀態(tài)； △G =△H - T△S > 0 反應不能自發(fā)進行。 ［投影］ ［小結］ 類型 △H △S △G及反應方向 反應實例 1 －，焓減 ＋，熵增 －，任何溫度下均自發(fā)，自由能減少 2H2O2 （l）== 2H2O (l) +O2(l) 2 +,焓增 －，熵減 ＋，任何溫度均不自發(fā)，自由能增加 3O2(g) == 2O3(g) 3 +,焓增 ＋，熵增 +，常溫不自發(fā)， －，高溫自發(fā) N2O4 (g) == 2NO2 (g) 4 －，焓減 －，熵減 －，常溫自發(fā) ＋，高溫不自發(fā) N2(g) + 3H2 (g) == 2NH3 (g) ［講］在這里我們還要注意的是，大量事實告訴我們，過程的自發(fā)性只能用于判斷過程的方向，不能確定過程是否一定會發(fā)生和過程發(fā)生的速率。例如，涂有防銹漆和未涂防銹漆的鋼制器材，其發(fā)生腐蝕過程的自發(fā)性是相同的，但是只有后者可以實現(xiàn)。 　　在討論過程的方向問題時，我們指的是沒有外界干擾時體系的性質(zhì)。如果允許外界對體系施加某種作用，就可以出現(xiàn)相反的結果。 [總結]能量判據(jù)和熵判據(jù)的應用： 1、由能量判據(jù)知∶放熱過程（△H﹤0）常常是容易自發(fā)進行； 2、由熵判據(jù)知∶許多熵增加（△S﹥0）的過程是自發(fā)的； 3、很多情況下，簡單地只用其中一個判據(jù)去判斷同一個反應，可能會出現(xiàn)相反的判斷結果，所以我們應兩個判據(jù)兼顧。由能量判據(jù)（以焓變?yōu)榛A）和熵判據(jù)組合成的復合判據(jù)（體系自由能變化：△G = △H - T△S）將更適合于所有的反應過程； 4、過程的自發(fā)性只能用于判斷過程的方向，不能確定過程是否一定會發(fā)生和過程的速率； 5、在討論過程的方向時，我們指的是沒有外界干擾時體系的性質(zhì)。如果允許外界對體系施加某種作用，就可能出現(xiàn)相反的結果； 6、反應的自發(fā)性也受外界條件的影響。 ［隨堂練習］ 1、下列過程是非自發(fā)的是( ) A、水由高處向低處流 B、天然氣的燃燒 C、鐵在潮濕空氣中生銹 D、室溫下水結成冰 2、碳酸銨［ (NH4)2CO3 ］在室溫下就能自發(fā)地分解產(chǎn)生氨氣，對其說法正確的是( ) A、碳酸銨分解是因為生成了易揮發(fā)的氣體，使體系的熵增大 B、碳酸銨分解是因為外界給予了能量 C、碳酸銨分解是吸熱反應，根據(jù)能量判據(jù)不能自發(fā)分解 D、碳酸鹽都不穩(wěn)定，都能自發(fā)分解 3、下列說法正確的是( ) A、凡是放熱反應是自發(fā)的，吸熱反應都是非自發(fā)的 B、自發(fā)反應一定是熵增大，非自發(fā)反應一定是熵減小或不變 C、自發(fā)反應在恰當條件下才能實現(xiàn) D、自發(fā)反應在任何條件下都能實現(xiàn) 4、能用能量判據(jù)判斷下列過程的方向的是( ) A、水總是自發(fā)地由高處往低處流 B、放熱反應容易自發(fā)進行，吸熱反應不能自發(fā)進行 C、有序排列的火柴散落時成為無序排列 D、多次洗牌以后，撲克牌的毫無規(guī)律的混亂排列的幾率大 5、下列關于判斷過程的方向的說法正確的是( ) A、所有自發(fā)進行的化學反應都是放熱反應 B、高溫高壓下可以使石墨轉(zhuǎn)化為金剛石是自發(fā)的化學反應 C、由能量判據(jù)和熵判據(jù)組合而成的復合判據(jù)，將更適于所有的過程 D、同一物質(zhì)的固、液、氣三種狀態(tài)的熵值相同 學生討論交流 D A C A C 教學回顧：