高中化学人教版 (新课标)选修4 化学反应原理第四节 化学反应进行的方向教学设计及反思

【课    题】4化学反应进行的方向

【教学目标】1、理解能量判据、熵的概念

2、利用能量判据判断反应进行的方向

3、利用熵变判断反应进行的方向

【教学重点】焓减与熵增与化学反应方向的关系

【教学过程】

【板 书】4化学反应进行的方向

【引言】化学反应原理的三个重要组成部分。

化学反应进行的快慢----——化学反应速率

化学反应的限度--------——化学平衡

化学反应进行的方向——能量判据和熵判据

【阅读】课本36页

学生举例：

1、生活中的自发过程：

(1)自然界中水由高处往低处流，而不会自动从低处往高处流；

(2) 铁器暴露在潮湿空气中会生锈；这些过程都是自发的，其逆过程就是非自发的。

这些生活中的现象将向何方发展，我们非常清楚，因为它们有明显的自发性——其中是否蕴藏了一定的科学原理？

2、化学反应中的自发过程

(1)甲烷燃烧：

CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)

              △H=－802.3 kJ/mol

(2)铁生锈：

3Fe(s)+3/2O2(g)=Fe2O3(s) △H=-824 kJ/mol

(3)氢气和氧气反应：

2H2(g)+O2(g)=2H2O(l);              △H=－571.6 KJ/mol

共同点——放热反应     E反 >E生

一、自发过程与能量判据

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。

☆共同特点：体系趋向于从高能状态转变为低能状态

2、能量判据：自发过程的体系取向于从高能状态转变为低能状态(这时体系会对外部做功或释放热量)，这一经验规律就是能量判据，是判断化学反应进行方向的判据之一。

有些过程也是自发的，这当中有的与物质的能量高低无关，有的虽与能量高低有关，但用能量判据却无法解释清楚，例如：

两种理想气体的混合可顺利自发进行，无须借助外力

N2O5分解： 2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g)；

                                        △H=+56.7kJ/mol

碳铵的分解：(NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g);

                              △H=+74.9 kJ/mol

二、熵与熵判据

1．在密闭条件下，体系有由有序自发地转变为无序的倾向，这种推动体系变化的因素称作熵。

2、熵判据：在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵增大，这一经验规律叫做熵增原理，是判断化学反应方向的另一判据——熵判据。

3．同一物质，在气态时熵最大，液态时次之，固态时最小。

        物质由有序变得无序，即有序程度降低，混乱度增加。

        熵：表示物质混乱度。熵越大混乱度越大。

        熵变△S：生成物熵与反应物熵之差。

三、能量判据和熵判据的应用

能量判据中，自发过程取向于最低能量状态的倾向                 

熵判据中，自发过程取向于最大混乱度的倾向

很多情况下，简单地只用其中一个判据判断同一个反应，可能会出现相反的判断结果，所以应两个判据兼顾。由能量判据(以焓变为基础)和熵判据组合成的复合判据将更适合于所有的过程。

注意：

1．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，就不是能量判据和熵判据能解决的问题了。

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。例如石墨经高温高压还是可以变为金刚石的。

【阅读】“科学视野”

反应自发进行的判断

        △H – T△S< 0  自发进行

        △H – T△S= 0  平衡状态

        △H – T△S> 0  非自发进行

【小结】

一、化学反应进行方向的判据

1．能量判据：自发过程趋向于最低能量状态的倾向。放热过程常常是容易进行的。

2．熵判据：自发过程趋向最大混乱度的倾向。若干熵增的过程是自发的。

二、理解熵的含义和熵的变化

1、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，如金刚石和石墨的互变熵不变；活泼金属与酸的置换反应熵增等……

2、吸热的自发过程应为熵增加的过程，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。

4、由能量判据（以焓变为基础）和熵判据组合成的复合判据（△G）将更适合于所有的过程。

5、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期发生和过程发生的速率。

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。

6、若一个变化的正向能自发进行，则逆向是非自发反应。

7、反应的自发性也受外界条件的影响。如常温下石灰石分解生成生石灰和二氧化碳是非自发性的，但在1273K时，这一反应就是自发的反应。

规律方法总结

自发反应中的焓变和熵变的关系

1、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。

板书设计：

巩固练习：见附页。

练习

1、科学家根据体系存在着力图使________________和_______________的自然现象，提出了相互关联的________和_________，为最终解决上述问题提供了必要的理论根据。试分别举一例_________________，___________。

2、以下自发反应可用能量判据来解释的是                              (        )

A、硝酸铵自发地溶于水

B、2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g)；        △H=+56.7kJ/mol

C、(NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g);   △H=+74.9 kJ/mol

D、2H2(g)+O2(g)=2H2O(l);                △H=-571.6 kJ/mol

3、已知金刚石和石墨在氧气中完全燃烧的热化学方程式为：             （        ）

① C(金刚石、s)+O2(g)==CO2(g)       △H1＝－395.41kJ/mol

 ② C(石墨、s)+O2(g)==CO2(g)         △H2＝－393.51kJ/mol

关于金刚石与石墨的转化，下列说法正确的是

A.金刚石转化成石墨是自发进行的过程

B.石墨转化成金刚石是自发进行的过程
C.石墨比金刚石能量低

D.金刚石比石墨能量低

4、知道了某过程有自发性之后，则                                   （        ）

1. 可判断出过程的方向
2. 可确定过程是否一定会发生
3. 可预测过程发生完成的快慢
4. 可判断过程的热效应

5、碳铵[(NH4)2CO3]在室温下就能自发地分解产生氨气，对其说法中正确的是 （       ）

A、碳铵分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增大。

B、碳铵分解是因为外界给予了能量

C、碳铵分解是吸热反应，根据能量判据不能自发分解

D、碳酸盐都不稳定，都能自发分解。

6、下列反应中，在高温下不能自发进行的是                            （        ）

A. (NH4 )2CO3(s)＝NH4HCO3(s)+NH3(g)

B. 2N2O5(g)＝4NO2(g)＋O2(g)

C. MgCO3(s)＝MgO(s)＋CO2(s)

D. CO(g)＝C(s)＋1/2O2

7、我们主要从三个方面讨论一个化学反应的原理，其中不属于这三个方面的是（      ）

A、反应进行的方向                     B、反应的快慢

C、反应进行的限度                     D、反应物的多少

8、下列说法错误的是                                                 （       ）

A、NH4NO3溶于水吸热，说明其溶于水不是自发过程

B、同一种物质气态时熵值最大，液态时次之，而固态时熵值最小

C、借助于外力能自发进行的过程，其体系的能量趋向于从高能状态转变为低能状态

D、由能量判据和熵判据组合而成的复合判据，更适合于所有的过程。

9、下列过程属于熵增加的是                                         （        ）

A、一定条件下，水由气态变液态。

B、高温高压条件下使石墨转化为金刚石

C、2N2O5（g）=4NO2（g）+O2（g）

D、散落的火柴的无序排列

10、下列说法不正确的是                                            （        ）

A、体系有序性越高，熵值就越低      B、自发过程将导致体系的熵增大

C、吸热反应不可以自发进行          D、同种物质气态时熵值最大

11、以下自发进行反应可用能量判据来解释的是                        （        ）

A、硝酸铵自发地溶于水

B、2N2O5（g）=4NO2（g）+O2（g）  △H=+56.7kJ·mol-1 

C、(NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g);   △H=+74.9 kJ/mol

D、2H2(g)+O2(g)=2H2O(l);              △H=－571.6 KJ/mol

12、判断下列反应的熵值增加的是

A、2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)

B、H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)

C、(NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g)

D、Cu(s)+Cl2(g)=CuCl2(s)

13、已知在等温条件下，化学反应方向的判据为：

△H-T△S<0反应能正向自发进行

△H-T△S=O 反应达平衡状态

△H-T△S  反应能逆向自发进行

（其中△H为焓变，△S为熵变，T为热力学温标，单位为K）

设反应A（s）==D（g）+E（g） △H-T△S=（-4500+11T）J/mol

要防止反应发生，温度必须

A、高于400K                      B、低于136K

C、高于136K而且低于409K        D、低于409K

参考答案：

1、   自身能量趋于最低  各有序变为无序  能量判据和熵判据

自然界中的水由高处往低处流，而不会自动从低处往高处流

碳酸铵的分解：(NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g)

2、D △H为负放热，使体系能量降低。

3、由题意可推得C(石墨、s)= C(金刚石、s) △H=－1.90 kJ/mol故选A、C

4、A  5、A

6、A熵增 B熵增C熵增D熵减 故选D

7、D  8、A   9、CD  10、C   11、D   12、C  13、A