人教版 (2019)选择性必修1第三节 化学反应的方向优质课教学课件ppt

课题名

《化学反应的方向》

教材分析

本节教材在学习了化学反应速率和化学平衡之后，化学反应的方向为研究化学反应发生的可能性提供了理论依据。在高考中的属于较容易的题型。

教学目标

宏观辨识与微观探析：知道化学反应是有方向的，化学反应进行的方向与反应的焓变和熵变有关。

证据推理与模型认知：能判断熵的变化（熵增或熵减），能用自由能判据结合具体事例说明反应自发进行的方向。

科学精神与社会责任：在工业生产中，对能够发生的化学反应，研究和选择合适的反应条件才有实际意义，否则，可能是徒劳无功的。

教学重点

 知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关，能判断熵的变化（熵增或熵减），能用自由能判据结合具体事例说明反应自发进行的方向。

教学难点

 能判断熵的变化（熵增或熵减），能用自由能判据结合具体事例说明反应自发进行的方向。

教学方法

讲解、举例

教学准备

教师准备：PPT

学生准备：预习课本

教学过程

一、新课导入

1.自然界有一些过程是自发进行的，而且是有方向性的。

教师：自发过程与非自发过程

过程1:水的流动

①在一定条件下，如果一个过程是自发的，那么它的逆过程通常是非自发的

过程2:钢铁生锈

钢铁生锈也是自发反应，但是速率很慢。

过程3:冬天水结冰自发

过程4:春天冰融水自发

③“自发”是一定条件下的自发，条件变了，可能由原来的“自发”变成“非自发”

④自发过程可以对外做功。

⑤自发过程不一定发生。

有些化学反应也是自发进行的，而且具有方向性。

如何判断化学反应自发进行的方向呢?

学生：倾听思考

[设计意图]用生活中常见的自发过程与非自发过程引入如何判断化学反应进行的方向的学习。

二、探究新知

1.一、化学反应的方向

教师：1.自发反应：在一定条件下无需外界帮助就能自动进行的反应。

①一般来说，正反应是自发，则逆反应是非自发。

②“自发”只是有发生的趋势，并不代表实际发生，更不能确定发生的速率。“非自发”也不代表不能发生。

③“自发”是一定条件下的自发，条件变了，可能由原来的“自发”变成“非自发”。自发反应与反应条件无必然联系：许多反应在常温常压下可自发进行，有些反应在所需条件下反应一旦发生就能自发进行下去，如酒精燃烧

2、焓判据（能量判据）

体系趋向于从能量高的状态转变为能量低的状态(这时体系会对外部做功或释放热量)，因此反应放热有利于反应自发进行。

很多自发的化学反应都是焓减的过程，即ΔH＜0

原因：能量越低越稳定，体系有自发趋向稳定的倾向。

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

Zn(s) + CuSO4(aq)=ZnSO4(aq) + Cu(s)  ΔH=-216.8 kJ/mol

【思考与讨论】对于C(s)+ O2(g)=CO2 (g) △H =-393.5kJ/mol ，有同学认为这个过程不能自发，因为需要点燃，你怎么看？

为什么有些放热反应需要持续加热呢？

例如：H2(g)+CuO(s)=Cu(s)+H2O(1)  △H=-128.5KJ/mol

小结：自然之法如此神奇，正是很多燃烧反应会遇到“活化能”的壁垒。才使得富含有机物的生命体在富含氧气的大气中没有“自燃”。

【思考与讨论】在19世纪，一些化学家认为，决定反应能否自发进行的因素是反应热，放热反应可以自发进行，而吸热反应不能自发进行。吸热反应都不能自发进行吗？

2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8 H2O(s)=NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l)  ∆H ﹥0

2N2O5(g)=4NO2(g)+O2 (g)     △H=+109.8kJ/mol

NaHCO3(s)+HCl(aq)=NaCl(aq)+CO2(g)+ H2O(l) △H=+31.4kJ/mol

这些反应是吸热反应，但在常温下能自发进行。                               

【结论】焓减有利于反应自发进行，但不是唯一的因素。

生活中的自发过程

不需要外界的任何作用，气体通过分子的扩散，自发地混合均匀。

3.熵判据：

①熵：描述体系混乱度的物理量。符号：S。

实质：用来描述体系混乱度，是物质的一个状态函数。熵值越大体系的混乱度越大。

影响因素：

a 、同一条件下，不同物质熵值不同。

b、同一物质的熵与其聚集状态和外界条件有关，对同一物质而言，气态>液态>固态。

②熵变:化学反应发生物质的变化或物质状态的变化，是反应产物总熵与反应物总熵之差。

③熵判据:体系趋向于从混乱度低的状态转变为混乱度高的状态，因此反应混乱度增大有利于反应自发进行。

很多自发的化学反应都是熵增的过程，即ΔS＞0

Zn(s) + H2SO4(aq) = ZnSO4(aq) + H2 (g)

2KClO3(s) = 2KCl(s) + 3O2 (g)

【思考与讨论】

所有的自发反应一定是熵增加的反应吗？

4Fe(OH)2(s) + O2(g) + H2O (l) ＝ 4Fe(OH)3(s)

有些熵减的过程也可自发进行，即ΔS＜0

只有孤立体系（与环境既没有物质交换也没有能量交换）或者绝热体系（与环境既没有物质交换也没有热量交换），自发过程才向着熵增的方向进行

【结论】熵增有利于反应自发进行，但不是唯一的因素。

自发反应的方向与焓变和熵变有关。

小结：a、常见的熵增加过程，固体的溶解过程（如硝酸铵溶于水的过程），气体的扩散过程，水的气化过程，墨水的扩散过程。

b、常见的熵增加反应：产生气体的反应或气体分子数增多的反应

c、化学反应中，生成气体越多混乱度越大，即△S＞0。

判断下列反应熵变大小

    1、N2  +  3H2  =  2NH3        

    2、2C  +  O2   =  2CO

    3、CaCO3   =  CaO  +  CO2

4.复合判据(自由能)：

①公式：△G = △H - T△S 

符号：ΔG，单位：kJ·mol－1

②反应进行方向的判断方法：在等温等压的条件下

当ΔG＜0时，反应能自发进行；

当ΔG＝0时，反应处于平衡状态；

当ΔG＞0时，反应不能自发进行。

③温度与反应方向关系：

所有温度能自发   ΔH＜0 ΔS＞0

低温下能自发    ΔH＜0 ΔS＜0

高温下能自发     ΔH＞0 ΔS＞0

一定不能自发      ΔH＞0 ΔS＜0

④对生产实践具有重要的意义

在工业生产中，对能够发生的化学反应，研究和选择合适的反应条件才有实际意义，否则，可能是徒劳无功的。

规律方法总结

放热的自发过程可能是熵减小的过程，如铁生锈、氢气燃烧等；也可能是熵无明显变化或增加的过程，如甲烷燃烧、氢气和氯气化合等。

②吸热的自发过程是熵增加的过程，如冰的融化、硝酸铵溶于水等。

③无热效应的自发过程是熵增加的过程，如两种理想气体的混合等。

【思考1】在298K、 101Kpa下，判断下列反应能否自发进行

(1)  CaCO3(s)＝CaO(s)＋CO2(g)

△H (298K)＝+178.2 kJ·mol－1

△S (298K)＝+169.6 J·mol－1·K－1

【思考2】请同学们用所学的自由能公式判断这个反应能否自发进行？(2)TiO2(s)＋2Cl2(g)＝TICl4(l)＋O2(g)

                                  ΔH＝＋161.9kJ·mol－1

                                  ΔS＝－38.4J·mol－1·K－1

【思考3】请同学们用所学的自由能公式判断这个反应能否自发进行？(3)TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(石墨)＝TICl4(l)＋2CO(g) 

                                  ΔH＝－59.2 kJ·mol－1

                                 ΔS＝+141.0 J·mol－1·K－1

学生：练习1、请按要求回答下列问题(填“＞”或“＜”，下同)。

(1)溶解少量蔗糖于水中，ΔS＞0。 

(2)乙烯聚合成聚乙烯，ΔS<0。 

(3)CaCO3(s)加热分解生成CaO(s)和CO2(g)，ΔS＞0。 

(4)H2O(s)→H2O(l)→H2O(g)ΔS＞0。 

(5) 2N2O5(g) ⇌ 4NO2(g)＋O2(g) ΔS＞0。

练习2、已知下列反应都能自发进行，其中不能用“焓判据”解释的是(　　)

A.2Na(s)＋Cl2(g)＝2NaCl(s)　ΔH＜0

B.C3H8(g)＋5O2(g)＝3CO2(g)＋4H2O(l)　ΔH＜0

C.2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8 H2O(s)=2NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l)ΔH＞0 

D.2Mg(s)＋O2(g)＝2MgO(s)　ΔH＜0

[设计意图]让学生会用焓判据和熵判据结合起来即复合判据(自由能)判断化学反应的方向

板书设计

一、化学反应进行的方向

1. 自发反应

2、焓判据（能量判据）

3.熵判据

4.复合判据(自由能)：

当ΔG＜0时，反应能自发进行；

当ΔG＝0时，反应处于平衡状态；

当ΔG＞0时，反应不能自发进行。

课后作业

练习册上相关习题

教学反思

亮点：分别从焓判据（能量判据）和熵判据不能判断化学反应进行的方向，列举了大量生活中的常见现象和反应作为证据。细致地讲解了焓变和熵变的概念、注意事项和规律。最后指出必须综合考虑焓变和熵变即复合判据(自由能)才能做出正确判断。

课堂教学建议：本节课概念较多，教师应多列举生活中常见的反应和现象帮助学生理解。