2021学年第三节 化学反应的方向教学设计

第二章 化学反应速率与化学平衡

  第三节 化学反应的方向

  教学设计

教学目标

1、了解自发过程和自发反应。

2、了解熵变的概念。

3、初步了解焓变和熵变与反应进行的方向之间的关系。

4、根据ΔG=ΔH－TΔS和所给数据判断化学反应进行的方向。

教学重难点

1.重点：化学反应进行的方向

2.难点：ΔH、ΔS对化学反应方向的影响

教学过程

一、导入新课

[设问]根据生活经验，举例说说我们见过的自发过程。

[投影]展示图片：高山流水、高空跳伞、铁制品生锈、冰块融化。

[导入]生活中有一些过程是自发进行的，例如：水由高处往低处流，高空跳伞，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，室温下冰块会融化，这些都是自发过程，而它们相反的过程却不能自发进行。

二、讲授新课

知识点一 自发过程与自发反应

[提问]那刚刚提到的这些自发过程有什么共同点吗？

[投影]水从高处往低处流的过程

[讲解]可以看到的是，水总是自发地从高处往低处流，其他的几个现象也都是由一个高能状态趋向一个低能状态——也就是有趋向于最低能量状态的倾向。

[小结]

1、自发过程

（1）定义：在一定条件下不需要外力作用就可以自动进行的过程。

（2）特点：体系趋向于从高能状态转变为低能状态。

2、自发反应

（1）定义：在给定的一组条件下，一个反应可以自发地进行到显著程度，就称为自发反应。

（2）特点：具有方向性，即反应在某个方向在一定条件下是自发的，其逆方向的反应在该条件下肯定不自发。

3、非自发反应 ：在一定条件下，需要外界做功才能进行的反应。

4、关系：条件改变，非自发反应可能转变为自发反应。

[提问]自发反应一定能自动进行，而非自发反应一定不能发生，这句话对吗？说明理由。

[提示]不对，某些自发反应需要在一定条件下才能自动进行，非自发反应具备了一定条件也能发生。例如甲烷燃烧是自发反应，但需要点燃或加热才能发生；石灰石分解为氧化钙和二氧化碳常温下为非自发反应，在高温下可以发生。

知识点二 化学反应进行方向的判据

[过渡]酸碱中和、镁条燃烧等这些一定条件下能自发发生的反应有何共同特点？

[学生活动]学生思考并回答。

[讲解]放热反应使体系能量降低，能量越低越稳定，△H＜0有利于反应自发进行。

[师]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)，这一经验规律就是焓判据。若△H＜0，正向反应能自发进行；若△H＞0，正向反应不能自发进行，而逆向反应能自发进行。

[投影]室温下冰块的融化；常温常压下N2O5的分解；碳酸铵的分解

[结论]△H＜0有利于反应自发进行，自发反应不一定要△H＜0

[强调]焓变是反应能否自发进行的一个因素，但不是惟一因素。只根据焓变来判断反应方向是不全面的。

[提问]一副崭新按顺序排列整齐的扑克牌被洗过后会怎样？如果没有法律的制约，世界会怎样？下课铃一响教室里会怎样？你能发现这些看似不相干的事件之间的联系吗？

[生]都是由有序趋向于混乱。

[补充说明]回答的很好。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。熵是体系混乱度的量度，即熵是用来描述体系的混乱度。

[投影]a. 混乱程度越大，熵值越大；

b. 同一条件下，不同的物质熵值不同；

c. 同一物质：S(g)＞S(l)＞S(s)；

d. 物质的量越大，分子数越多，熵值大。

(2)熵变：反应前后体系熵的变化叫做反应的熵变。用△S表示。 △S = S(生成物)－S(反应物)

(3)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，反应的△S越大，越有利于反应自发进行，这一经验规律叫做熵增原理。在用来判断化学反应方向时就称为熵判据。

若△S ＞ 0，正向反应能自发进行；

若△S ＜ 0，正向反应不能自发进行，而逆向反应能自发进行。

[强调]注意，产生气体的反应、气体物质的量增大的反应，熵变通常都是正值（△S＞0），为熵增加的反应。

[提问]自发反应一定是熵增加的反应吗？

[投影]2Al(s)+Fe2O3(s)=Al2O3(s)+2Fe(s) △S=－39.35J·mol-1·K-1

[提示]△S＞0有利于反应自发进行，自发反应不一定要△S＞0

[强调]焓判据中，自发过程趋向于最低能量状态。熵判据中，自发过程趋向于最大混乱度。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 。

[过渡]化学反应进行方向的最终判据到底是什么呢？

[讲解]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：

[投影]体系自由能变化（△G）：△G = △H - T△S

[讲解] 在恒温恒压下,自由能变化(ΔG)的正负决定着化学反应自发进行的方向。体系自由能变化综合考虑了焓变和熵变对体系的影响。

[小结]

[师]很多情况下，简单地只用焓判据或熵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。由焓判据和熵判据组合成的复合判据(自由能变△G)将更适合于所有的过程。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发生的速率。

[举例说明]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，就不是焓判据和熵判据能解决的问题了。

[师]在讨论反应的方向时，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。

板书设计

2.3 化学反应的方向

一、自发过程与自发反应

1、自发过程

2、自发反应

3、非自发反应：

4、关系

二、化学反应进行方向的判据

1、焓判据：

2、熵与熵判据

3.复合判据（自由能变化）