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

2019-2020年高中化學(xué) 第二章第四節(jié) 化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向教案 新人教版選修4課題：第四節(jié) 化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向授課班級課 時2教學(xué)目的知識與技能1、通過學(xué)生日常生活中所見所聞以及常見的化學(xué)反應(yīng)，讓學(xué)算不了解放熱反應(yīng)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(dǎo)學(xué)生，使學(xué)生明確根據(jù)反應(yīng)的焓變和熵變的大小，只能判斷反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的可能性，不能決定反應(yīng)是否一定發(fā)生或反應(yīng)速率的大小 。過程與方法 通過學(xué)生已有知識及日常生活中的見聞，使學(xué)生構(gòu)建化學(xué)反應(yīng)方向的判據(jù)。學(xué)會運(yùn)用比較、歸納、概括等方法對信息進(jìn)行加式，構(gòu)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(shí)例，讓學(xué)生明確化學(xué)與日常生活是息息相關(guān)的。重 點(diǎn)熵判據(jù)難 點(diǎn)焓減與熵增與化學(xué)反應(yīng)方向的關(guān)系知識結(jié)構(gòu)與板書設(shè)計(jì)第四節(jié) 化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向一、自發(fā)過程（spontaneous process）和自發(fā)反應(yīng)1、自發(fā)過程：在一定條件下，不需要外力作用就能自動進(jìn)行的過程。2、自發(fā)反應(yīng)：在給定條件下，能自發(fā)地進(jìn)行到顯著程度的反應(yīng)3、非自發(fā)反應(yīng)：不能自發(fā)地進(jìn)行，必須借助某種外力才能進(jìn)行的反應(yīng)。二、反應(yīng)方向的焓判據(jù)。焓判據(jù)：放熱反應(yīng)過程中體系能量降低，因此具有自發(fā)進(jìn)行的傾向。若H0，正向反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行；若H0，正向反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行，而逆向反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。三、反應(yīng)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(xué)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(yīng)熵變S=反應(yīng)產(chǎn)物總熵-反應(yīng)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(yīng)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 - TS（吉布斯亥姆霍茲公式）G = H - TS < 0 反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行；G =H - TS = 0 反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；G =H - TS > 0 反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。教學(xué)過程教學(xué)步驟、內(nèi)容教學(xué)方法、手段、師生活動情景創(chuàng)設(shè)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(yīng)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(xué)反應(yīng)的方向的問題。反應(yīng)進(jìn)行的方向、快慢和限度是化學(xué)反應(yīng)原理的三個重要組成部分。通過前三節(jié)的學(xué)習(xí)和討論，我們已經(jīng)初步解決了后兩個問題，即反應(yīng)的快慢和限度問題，這節(jié)課我們來討論反應(yīng)的方向的問題。板書第四節(jié) 化學(xué)反應(yīng)進(jìn)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(yīng)板書一、自發(fā)過程（spontaneous process）和自發(fā)反應(yīng)1、自發(fā)過程：在一定條件下，不需要外力作用就能自動進(jìn)行的過程。2、自發(fā)反應(yīng)：在給定條件下，能自發(fā)地進(jìn)行到顯著程度的反應(yīng)3、非自發(fā)反應(yīng)：不能自發(fā)地進(jìn)行，必須借助某種外力才能進(jìn)行的反應(yīng)。問根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)，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(yīng)可被利用來完成有用功。如向下流動的水可推動機(jī)器，甲烷燃燒可在內(nèi)燃機(jī)中被利用來做功，鋅與CuSO4溶液的反應(yīng)可被設(shè)計(jì)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(xué)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(guān)聯(lián)的焓判據(jù)和熵判據(jù)，為反應(yīng)方向的判斷提供了必要的依據(jù)。板書二、反應(yīng)方向的焓判據(jù)。思考與交流19世紀(jì)的化學(xué)家們曾認(rèn)為決定化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的因素是反應(yīng)熱：放熱反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)行，而吸熱反應(yīng)則不能自發(fā)進(jìn)行。你同意這種觀點(diǎn)嗎？結(jié)合曾經(jīng)學(xué)習(xí)的反應(yīng)舉例說明。投影 講經(jīng)驗(yàn)表明，那些不用借助外力就可以自動進(jìn)行的自發(fā)過程的共同特點(diǎn)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(jié)而得的經(jīng)驗(yàn)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(yīng)過程中體系能量降低，因此具有自發(fā)進(jìn)行的傾向。若H0，正向反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行；若H0，正向反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行，而逆向反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。講多數(shù)自發(fā)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)是放熱反應(yīng)，但也有不少吸熱反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。而且有一些吸熱反應(yīng)在室溫條件下不能自發(fā)進(jìn)行，但在較高溫度下則能自發(fā)進(jìn)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(yīng)焓變是與反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行有關(guān)的一個因素，但不是唯一因素。板書三、反應(yīng)方向的熵(entropy)判據(jù)。思考與交流同學(xué)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(kuò)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(kuò)散，形成均勻的溶液等。講為解釋這一類與能量無關(guān)的過程的自發(fā)性，科學(xué)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(xué)上用來表示混亂度的狀態(tài)函數(shù)。講“熵”是德國物理學(xué)家克勞修斯在年創(chuàng)造的一個術(shù)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(dá)到最大值。熱力學(xué)第二定律告訴我們，能量轉(zhuǎn)換只能沿著一個方向進(jìn)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(jié)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(yuǎn)增加，最終會達(dá)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(xué)體系，當(dāng)它具有不變的可觀察的性質(zhì)，就處在平衡狀態(tài)，所以當(dāng)一個體系達(dá)到它的最大熵時，即處于平衡狀態(tài) 。板書5、反應(yīng)熵變S=反應(yīng)產(chǎn)物總熵-反應(yīng)物總熵講產(chǎn)生氣體的反應(yīng)，氣體物質(zhì)的量增大的反應(yīng)，S通常為正值，為熵增加反應(yīng)，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)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(yīng)在一定條件下也可以自發(fā)進(jìn)行，如：-10的液態(tài)水會自動結(jié)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(yīng)熵變是與反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行有關(guān)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(yīng)方向的共同影響。講在一定條件下，一個化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行，既與反應(yīng)焓變有關(guān)，又與反應(yīng)熵變有關(guān)。研究表明，在恒溫、恒壓下，判斷化學(xué)反應(yīng)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 - TS（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 - TS < 0 反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行；G =H - TS = 0 反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；G =H - TS > 0 反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。投影小結(jié)類型HSG及反應(yīng)方向反應(yīng)實(shí)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(shí)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(shí)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(jié)果。 總結(jié)能量判據(jù)和熵判據(jù)的應(yīng)用：1、由能量判據(jù)知放熱過程（H0）常常是容易自發(fā)進(jìn)行；2、由熵判據(jù)知許多熵增加（S0）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(yīng)，可能會出現(xiàn)相反的判斷結(jié)果，所以我們應(yīng)兩個判據(jù)兼顧。由能量判據(jù)（以焓變?yōu)榛A(chǔ)）和熵判據(jù)組合成的復(fù)合判據(jù)（體系自由能變化：G = H - TS）將更適合于所有的反應(yīng)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(jié)果；6、反應(yīng)的自發(fā)性也受外界條件的影響。隨堂練習(xí)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(jié)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?yàn)樯闪艘讚]發(fā)的氣體，使體系的熵增大B、碳酸銨分解是因?yàn)橥饨缃o予了能量C、碳酸銨分解是吸熱反應(yīng)，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(yīng)是自發(fā)的，吸熱反應(yīng)都是非自發(fā)的B、自發(fā)反應(yīng)一定是熵增大，非自發(fā)反應(yīng)一定是熵減小或不變C、自發(fā)反應(yīng)在恰當(dāng)條件下才能實(shí)現(xiàn)D、自發(fā)反應(yīng)在任何條件下都能實(shí)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(yīng)容易自發(fā)進(jìn)行，吸熱反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)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(guān)于判斷過程的方向的說法正確的是( )A、所有自發(fā)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)都是放熱反應(yīng)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(xué)反應(yīng)C、由能量判據(jù)和熵判據(jù)組合而成的復(fù)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(xué)生討論交流DACAC教學(xué)回顧：