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学案设计

2-4  化学反应进行的方向  教学案

教学目标

1、理解化学反应方向判断的焓判据及熵判据；

2、能用焓变和熵变说明化学反应的方向。

3、通过学生已有知识及日常生活中的见闻，使学生构建化学反应方向的判据。学会运用比较、归纳、概括等方法对信息进行加工，构建新知识。

教学重点：

焓减和熵增与化学反应方向的关系

教学难点：

焓减和熵增与化学反应方向的关系

教学过程：

【联想、质疑】汽车尾气中的主要污染物是一氧化氮以及燃料不完全燃烧所产生的一氧化碳，它们是现代城市中的大气污染物，为了减轻大气污染，人们提出通过以下反应来处理汽车尾气：2NO（g） + 2CO（g） = N2（g） + 2CO2（g），你能否判断这一方案是否可行？理论依据是什么？

【课的引入】上述问题是化学反应的方向的问题。反应进行的方向、快慢和限度是化学反应原理的三个重要组成部分。通过前三节的学习和讨论，我们已经初步解决了后两个问题，即反应的快慢和限度问题，这节课我们来讨论反应的方向的问题。

【设问】根据生活经验，举例说说我们见过的自发过程（在一定条件下不需外力作用就能自动进行的过程）。

【学生讨论】……

【总结】生活中的自发过程很多，如：水由高处往低处流，自由落体，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，它们的逆过程是非自发的。

【过度】科学家根据体系存在着力图使自身能量趋于“最低”和由“有序”变为“无序”的自然现象，提出了互相关联的焓判据和熵判据，为反应方向的判断提供了必要的依据。

【板书】一、反应方向的焓判据。

【交流讨论】19世纪的化学家们曾认为决定化学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，而吸热反应则不能自发进行。你同意这种观点吗？结合曾经学习的反应举例说明。

【学生讨论交流】……

【汇报交流结果】我们知道的反应中下列反应可以自发进行：

NaOH（aq） + HCl（aq）= NaCl（aq） + H2O（aq）  △H = -56KJ/mol；

2Na（s）+ 2H2O（l）= 2NaOH（aq） + H2（g）；

Al（s） + HCl（aq） = AlCl3（aq） + H2（g）；

CaO（s） + H2O（l）= Ca（OH）2（aq）

【追问】上述反应是吸热还是放热？

【学生回答后总结、板书】焓判据：放热反应过程中体系能量降低，因此具有自发进行的倾向。

【指出】多数自发进行的化学反应是放热反应，但也有不少吸热反应能自发进行。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，反应焓变是与反应能否自发进行有关的一个因素，但不是唯一因素。

【板书】二、反应方向的熵判据。

【交流讨论】我们知道，固体硝酸铵溶于水要吸热，室温下冰块的溶解要吸热，两种或两种以上互不反应的气体通入一密闭容器中，最终会混合均匀，这些过程都是自发的，与焓变有关吗？是什么因素决定它们的溶解过程能自发进行？

【阅读思考】课本P37相关内容。

【汇报交流、自主学习成果】上述自发过程与能量状态的高低无关，受另一种能够推动体系变化的因素的影响，即体系有从有序自发地转变为无序的倾向。

【总结、板书】熵判据：体系有自发地向混乱度增加（即熵增）方向转变的倾向。

【释疑】如何理解“熵”的含义？

【板书】混乱度：表示体系的不规则或无序状态。

【指出】混乱度的增加意味着体系变得更加无序。

【板书】熵：热力学上用来表示混乱度的状态函数。

【指出】体系的有序性越高，即混乱度越低，熵值就越小。有序变为无序——熵增的过程。

【板书】熵值的大小判断：

（1）气态 > 液态 > 固态

（2）与物质的量成正比

【板书】反应熵变△S=反应产物总熵-反应物总熵

【讲述】产生气体的反应，气体物质的量增大的反应，△S通常为正值，为熵增加反应，反应自发进行。

【学与问】发生离子反应的条件之一是生成气体。试利用上面讲的熵判据加以解释，由此你对于理论的指导作用是否有新的体会。

【指出】有些熵减小的反应在一定条件下也可以自发进行，如：

-10℃的液态水会自动结冰成为固态，就是熵减的过程（但它是放热的）；

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

因此，反应熵变是与反应能否自发进行有关的又一个因素，但也不是唯一因素。

【板书】三、焓变与熵变对反应方向的共同影响。

【讲述】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：

【板书】体系自由能变化（△G、单位：KJ/mol）：△G = △H - T△S

【指出】 体系自由能变化综合考虑了焓变和熵变对体系的影响。

【板书】 △H - T△S < 0  反应能自发进行；

△H - T△S = 0  反应达到平衡状态；

△H - T△S > 0  反应不能自发进行。

【展示】

【举例】对反应CaCO3（s）= CaO（s）+ CO2（g）

△H = + 178.2 KJ·mol-1       △S = +169.6 J·mol-1·K-1

室温下，△G =△H-T△S =178.2KJ·mol-1–298K×169.6×10-3KJ·mol-1·K-1 =

128 KJ·mol-1>0

因此，室温下反应不能自发进行；

如要使反应自发进行，则应使△H - T△S < 0，

则T>△H/△S=178.2 KJ·mol-1/0.1696 KJ·mol-1·K-1 = 1051K。

【知识应用】本节课一开始提出处理汽车尾气的反应：

2NO（g） + 2CO（g） = N2（g） + 2CO2（g），

已知，298K、101KPa下，该反应△H = - 113.0 KJ·mol-1 ，△S = -143.5 J·mol-1·K-1

则△G =△H-T△S = - 69.68 KJ·mol-1 < 0

因此，室温下反应能自发进行。

【指出】但该反应速率极慢，需要使用催化剂来加速反应。

【总结】能量判据和熵判据的应用：

1、由能量判据知∶放热过程（△H﹤0）常常是容易自发进行；

2、由熵判据知∶许多熵增加（△S﹥0）的过程是自发的；

3、很多情况下，简单地只用其中一个判据去判断同一个反应，可能会出现相反的判断结果，所以我

们应两个判据兼顾。由能量判据（以焓变为基础）和熵判据组合成的复合判据（体系自由能变化：△G = △H - T△S）将更适合于所有的反应过程；

4、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的速率；

5、在讨论过程的方向时，我们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；

6、反应的自发性也受外界条件的影响。

板书设计：

第四节  化学反应进行的方向

一、自发过程和自发反应

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。

2、自发反应：在给定条件下，能自发地进行到显著程度的反应

3、非自发反应：不能自发地进行，必须借助某种外力才能进行的反应。

二、反应方向的焓判据。

焓判据：放热反应过程中体系能量降低，因此具有自发进行的倾向。若ΔH＜0，正向反应能自发进行；若ΔH

＞0，正向反应不能自发进行，而逆向反应能自发进行。反应焓变是与反应能否自发进行有关的一个因素，但不是唯一因素。

三、反应方向的熵判据。

1、熵判椐：在密闭条件下，体系有由有序自发地变为无序的倾向。

2、混乱度：表示体系的不规则或无序状态。

3、熵：热力学上用来表示混乱度的状态函数。

4、的大小判断：

（1）气态 > 液态 > 固态

（2）与物质的量成正比

5、熵增的过程就是自发过程

反应熵变是与反应能否自发进行有关的又一个因素，但也不是唯一因素。只有将两者组合而成的复合判据，才能准确判定所有化学反应进行的方向。

教学回顾：

教材从学生已有的知识和生活经验出发，分四个层次就化学反应的方向进行了介绍。第一，以学生熟悉的自发进行的放热反应为例，介绍化学反应有向能量降低的方向自发进行的倾向——焓判据；以生活现象为例，说明混乱度（熵）增加是自然界的普遍规律，也是化学反应自发进行的一种倾向——熵判据。第二，用实例说明单独运用上述判据中的任一种，都可能出现错误，都不是全面的。第三，要正确的判断化学反应的方向，需要综合考虑焓变和熵变的复合判据。第四，简单介绍了自由能判据的结论性内容。