人教版 (2019)选择性必修1第三节 化学反应的方向精品教学设计

第二章 化学反应速率与化学平衡

第三节  化学反应的方向

1、知道化学反应是有方向的。

  2、知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关。

  3、能判断熵的变化（熵增或熵减）

  4、能判断简单反应能否自发进行。

重点：应用复合判据判断简单反应能否自发进行

难点：应用复合判据判断简单反应能否自发进行

一、导入新课

【展示】瀑布和人工排水

【师】在不借助外力的作用下,水总是从高处流向低处。低洼处积水时,我们则需要借助水泵,持续消耗电能,将低处的水送至高处。通过这两个现象,我们可以清楚的知道什么是自发过程。

二、新课讲授

【生】一定的条件下,不需要其它外力作用就能自动进行的反应称为自发过程。

【师】列举生活中的自发过程。

【生】冰融化、墨水扩散等。

【师】对于一个化学反应,在给定条件下,可以自发进行到显著程度的化学反应称为自发反应。比如:金属生锈、酸碱中和反应等。

【深入理解1】在一定条件卡,如果一个过程是自发的,那么它的逆过程通常是非自发的

比如氢气在点燃的条件下自发生成水,在点燃条件下,水则不能自发生成氢气和氧气。

非自发过程：必须外界持续做功，否则，过程就会停止，这样的过程叫做“非自发过程”。

【深入理解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。比如:处于高水位的水有向低处流动的趋势但是现在被大拦截,此过程并没有实际发生,但是有发生的趋势。

【师】自发过程是在一定条件下不需要外力自动进行的过程。

【提问】自发过程有什么特点呢？

【学生】讨论回答

【师】①体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或者释放热量)。②在密闭条件下，体系有从有序自发转变为无序的倾向。

【提问】你们认为什么类型的化学反应更容易发生呢？

【学生】讨论回答

【过渡】对于一个化学反应,我们如何判断反应方向呢?

任务一：

分析下列反应进行的方向与△H之间的关系:

①2Na(s)+2H2O(l)====2NaOH(aq)+H2(g),该反应是___热反应,ΔH__0,常温下___自发进行。

  ②4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)====4Fe(OH)3(s),在常温下能自发进行,该反应的ΔH__0。

【生】分析:①该反应是放热反应AH<0常温下能自发进行。

②在常温下能自发进行该反应的△H<0

【总结】 放热反应过程中体系能量降低，因此具有自发进行的倾向。19世纪，化学家就认为反应热是决定化学反应是否自发进行的因素，即△H<0 的放热反应都可以自发进行，而△H>0 的吸热反应则不能自发进行，提出用焓变来判断反应进行的方向，这就是所谓的焓判据。

        能量趋于降低，△H<0,有自发进行倾向。

【思考】只有放热反应才能自发进行吗?

【生】常温下,氢氧化钡品体和氯化铵品体反应吸收热量。

【补充】因此,大部分的放热反应是自发反应,通过焓判据判断反应方向是存在局限的。

【归纳小结】

放热反应过程中体系能量降低，因此具有自发进行的倾向，科学家由此提出用焓变来判断反应进行的方向。

多数能自发进行的化学反应是放热反应，但有些吸热反应也能自发进行，因此，反应的焓变是与反应进行方向有关的因素之一，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素。

【过渡】为什么有些吸热反应,也能自发进行?

其他自发过程：

①放在同一密闭容器中的不同种气态物质（包括液态物质或能够挥发的固态物质的蒸汽），不需要外界的任何作用，气态物质会通过分子的扩散自发地形成均匀混合物。

    ②相互接触的固体物质体系，长期放置后，通过扩散发现进入到另一种固体中的分子或原子。

    ③硝酸铵溶于水要吸热，它却能够自发地向水中扩散。

    ④有序排列的火柴散落时成为无序排列——有趋于最大混乱度的倾向。

【PPT】展示二氧化氮的扩散实验

【师】二氧化氮的扩散是自发地从混乱度小向混乱度大的方向进行。

【PPT】介绍两位科学家：

德国科学家克劳修斯(R. Clausius)最早提出了另一个推动体系变化的因素，并称之为“熵”（符号S）的概念，用熵表示体系混乱度，S=Q/T。

玻尔兹曼通过数学模型的建立得出微观状态数与熵有数学关系，具体解释了熵的物理意义：S = k log W，建立了熵与概率的关系，被誉为最美的三个公式之一。其他两个公式分别为牛顿运动定律F = ma，爱因斯坦质能关系E=mc2。

【师】任务二  化学反应方向的熵判据

【师】(1)熵:用来度量体系混乱度的物理量。熵值越大，混乱度越大，无序体系

更加稳定。符号:S。单位:J·mol-1·K-1。

(2)熵增原理。

在与外界隔绝的体系中，自发过程将导致体系的熵增大，即熵变(符号ΔS)大于        

零。熵变(ΔS) = 生成物总熵 - 反应物总熵。

(3)熵判据。

体系有自发地向混乱度增加(即熵增)的方向转变的倾向,因此可用熵变来判断反

应进行的方向。

【提问】

1.同一物质固、液、气态，哪状态的熵最大？

2.体系熵变与生成气体量有何关系？

【师】1.同一物质：S(g)>S(l)>S(s)

      2.化学反应中，固态物质或液态物质生成气态物质，体系的混乱度增大；从较少的气态物质生成较多的气态物质，体系的混乱度也增大

【归纳小结】熵的大小规律

(1) 与物质的存在状态有关：对于同一种物质，等物质的量的该物质其熵值（混乱度）大小与物质的存在状态有关。由于气态分子比液态的分子中的间隔要大，而液态分子比固态分子的间隔要大，所以，S(g)>S(l)>S(s)，

即气态>液态>固态。

   (2) 与物质的量有关：物质的量越大，分子数越多，熵值越大。

   (3) 不同物质熵值间的关系：物质的组成越复杂，其熵值越大，一般组成物质的原子种类相同时，一个分子中的原子数目越多，其混乱度越大，熵值也越大。

【提问】请说说下列吸热反应能够自发进行的原因。

①      2N2O5 (g)=4NO2(g)+O2(g)  ∆H= +56.7kJ/mol

②(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g)   ∆H=+74.9kJ/mol

【提问】熵减的反应一定不能自发进行吗？

【学生】不一定

【师】有些熵值减小的反应，在一定条件下也能自发进行。例如：乙烯聚合为聚乙烯的反应，就是熵减的过程，即△S < 0，再如：

2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)     4Fe(OH)2(s)+O2(g)+2H2O(l)=4Fe(OH)3(s)

【总结】自发反应的方向与焓变和熵变有关，但焓变和熵变又都不能单独作为判断反应自发进行方向的依据。要判断反应自发进行的方向，必须综合考虑体系的焓变和熵变。

任务三  化学反应方向的复合判据

【展示】吉布斯确立了定量描述焓变和熵变在判断反应的自发性过程中的地位。吉布斯自由能的出现，完美地从定量角度揭示了变化过程中焓变与熵变之间的协调与抗衡。

体系自由能变化（符号为△G，单位为kJ/mol）综合考虑了焓变和熵变对体系的影响，用来定量评价焓变和熵变在反应过程中作用的关系称之为吉布斯公式：△G=△H-T△S，G为吉布斯自由能。

【师】利用吉布斯自由能的大小，可以判断反应的自发性：

△G=△H-T△<0，反应能自发进行；

△G=△H-T△S>0，反应不能自发进行；

△G=△H-T△S=0，反应达到平衡状态。

也可以这样描述：当△H<0，△S>0，反应自发进行；当△H>0，△S<0，反应不自发进行；当△H>0，△S>0或△H<0，△S<0反应是否自发与温度有关，一般低温时焓变影响为主，高温时，熵变为主，而温度影响的大小要视△H、△S的具体数值而定。

【深入认识】

【活学活用】见课件

化学反应的方向盐

一．自发过程与自发反应

二．焓变与反应方向

三．熵变与反应方向