高中化学化学反应进行的方向（教案+习题）

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精教案课题:第四节化学反应进行的方向授课班级课时2教学目的知识与技能1、通过学生日常生活中所见所闻以及常见的化学反应，让学算不了解放热反应的自发性和某些吸热过程的自发性2、通过“有序"和“无序”的对比，引出熵的概念3、通过日常生活中的见闻引导学生，使学生明确根据反应的焓变和熵变的大小,只能判断反应自发进行的可能性，不能决定反应是否一定发生或反应速率的大小。过程与方法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式，构建新知识情感态度价值观通过日常生活中的焓变和熵变的具体实例，让学生明确化学与日常生活是息息相关的。重点熵判据难点焓减与熵增与化学反应方向的关系知识结构与板书设计第四节化学反应进行的方向一、自发过程（spontaneousprocess）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.三、反应方向的熵（entropy)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、反应熵变△S=反应产物总熵-反应物总熵6、熵增的过程就是自发过程四、焓变与熵变对反应方向的共同影响。体系自由能（吉布斯自由能）变化（△G、单位:KJ/mol）：△G=△H—T△S(吉布斯――亥姆霍兹公式)△G=△H—T△S<0反应能自发进行；△G=△H—T△S=0反应达到平衡状态；△G=△H—T△S〉0反应不能自发进行。教学过程教学步骤、内容教学方法【情景创设】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？【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。【板书】第四节化学反应进行的方向【讲解】在我们讨论问题之前，先来说两个概念,自发过程和自发反应【板书】一、自发过程（spontaneousprocess）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。【提问】根据生活经验，举例说说我们见过的自发过程。【讲解】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.自发过程和自发反应可被利用来完成有用功。如向下流动的水可推动机器,甲烷燃烧可在内燃机中被利用来做功，锌与CuSO4溶液的反应可被设计成原电池。一般地，如果一个过程是自发的，则其逆过程是非自发的。非自发的过程要想发生，则必须对它做功，如利用水泵可将水从低处流向高处，通电可将水分解生成氢气和氧气。【过渡】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】二、反应方向的焓判据。【思考与交流】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.【投影】【讲解】经验表明，那些不用借助外力就可以自动进行的自发过程的共同特点是:体系能量趋向于从高能态转变为低能状态,这时体系会对外部做功或者释放能量，由此总结而得的经验规律就是所谓的焾判据.如水总是自发地由高处往低处流，有趋向于最低能量状态的倾向。【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.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。【讲解】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.而且有一些吸热反应在室温条件下不能自发进行，但在较高温度下则能自发进行，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】三、反应方向的熵(entropy）判据.【思考与交流】同学们在相互探讨一下由“有序”变“无序”的自然现象，举例说明。密闭容器中的气态物质或液态物质蒸汽（包括挥发性固体)，会通过分子扩散自发形成均匀混合物。物质溶于水自发地向水中扩散，形成均匀的溶液等.【讲解】为解释这一类与能量无关的过程的自发性,科学家提出了另一推动体系变化的因素:在密闭条件下，体系有由有序自发地变为无序的倾向.【投影】【板书】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。【提问】如何理解“熵”的含义？【板书】2、混乱度：表示体系的不规则或无序状态。【提问】混乱度的增加意味着体系变得更加无序。【板书】3、熵：热力学上用来表示混乱度的状态函数.【讲解】“熵”是德国物理学家克劳修斯在１８５０年创造的一个术语，他用它来表示任何一种能量在空间中分布的均匀程度。能量分布得越均匀，熵就越大。如果对于我们所考虑的那个系统来说，能量完全均匀地分布,那么,这个系统的熵就达到最大值。热力学第二定律告诉我们，能量转换只能沿着一个方向进行，总是从高能量向低能量转换，从有序到无序，人类利用这个过程让能量做功，同时系统的熵增加,熵是一个描述系统状态的函数。熵增加的过程，就意味着能量耗散了，从有用的能量转化向对人类无用的能量.【小结】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】4、熵的大小判断：（1)气态〉液态〉固态(2)与物质的量成正比【讲解】需要注意的是，一个体系的熵不能永远增加，最终会达到一个最大的无序状态，此时，体系呈现有确定的（不变的)性质，尽管分子水平上的变化仍在发生。我们讲的化学体系，当它具有不变的可观察的性质,就处在平衡状态,所以当一个体系达到它的最大熵时,即处于平衡状态.【板书】5、反应熵变△S=反应产物总熵—反应物总熵【讲解】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。需大家特殊注意的是，两种气体的混合也是熵增加的过程。【板书】6、熵增的过程就是自发过程【讲解】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】四、焓变与熵变对反应方向的共同影响。【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：【板书】体系自由能（吉布斯自由能）变化（△G、单位：KJ/mol)：△G=△H—T△S(吉布斯――亥姆霍兹公式)【讲]解】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]】△G=△H—T△S〈0反应能自发进行;△G=△H-T△S=0反应达到平衡状态;△G=△H—T△S>0反应不能自发进行.【投影】【小结】类型△H△S△G及反应方向反应实例1－,焓减＋,熵增－，任何温度下均自发，自由能减少2H2O2（l）==2H2O(l）+O2(l）2+,焓增－，熵减＋，任何温度均不自发,自由能增加3O2(g）==2O3（g)3+,焓增＋,熵增+，常温不自发,－，高温自发N2O4（g）==2NO2(g)4－，焓减－，熵减－,常温自发＋，高温不自发N2(g）+3H2（g)==2NH3（g)【讲解】在这里我们还要注意的是,大量事实告诉我们，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，涂有防锈漆和未涂防锈漆的钢制器材,其发生腐蚀过程的自发性是相同的，但是只有后者可以实现。在讨论过程的方向问题时，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，就可以出现相反的结果。【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。【随堂练习】1、下列过程是非自发的是（D)A、水由高处向低处流B、天然气的燃烧C、铁在潮湿空气中生锈D、室温下水结成冰2、碳酸铵（NH4）2CO3］在室温下就能自发地分解产生氨气，对其说法正确的是（A)A、碳酸铵分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增大B、碳酸铵分解是因为外界给予了能量C、碳酸铵分解是吸热反应，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3、下列说法正确的是(C）A、凡是放热反应是自发的，吸热反应都是非自发的B、自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是熵减小或不变C、自发反应在恰当条件下才能实现D、自发反应在任何条件下都能实现4、能用能量判据判断下列过程的方向的是(A）A、水总是自发地由高处往低处流B、放热反应容易自发进行，吸热反应不能自发进行C、有序排列的火柴散落时成为无序排列D、多次洗牌以后，扑克牌的毫无规律的混乱排列的几率大5、下列关于判断过程的方向的说法正确的是(C）A、所有自发进行的化学反应都是放热反应B、高温高压下可以使石墨转化为金刚石是自发的化学反应C、由能量判据和熵判据组合而成的复合判据,将更适于所有的过程D、同一物质的固、液、气三种状态的熵值相同学生讨论交流教学回顾：课后习题第四节化学反应进行的方向【基础知识】1．有关化学反应进行的、、和化学反应的是化学反应原理的三个重要组成部分。2．科学家根据体系存在着力图使自身能量趋于和由变为的自然现象，提出了互相关联的判据和判据,为最终解决上述问题提供了必要的依据。3．在密闭条件下，体系有从有序自发地转化为无序的倾向,因为与有序体系相比，无序体系更加稳定，科学家用来量度这种混乱的程度。在与外界隔离的体系中,自发过程将导致，即。这个原理也叫做。用来判断过程的方向时，就称为。同一种物质，应该存在着时的熵值最大、时次之、时最小.4．由判据和判据组合而成的判据,将更适合于所有的过程。【巩固练习】1．能用能量判断下列过程的方向的是（）A．水总是自发地由高处往低处流B．放热反应容易自发进行,吸热反应不能自发进行C．有序排列的火柴散落时成为无序排列D．多次洗牌以后，扑克牌的毫无规律的混乱排序的几率大2．某反应2AB(g）C(g）+3D（g)在高温时能自发进行,其逆反应在低温时能自发进行，则该反应的ΔH、ΔS应为（）A．ΔH<0，ΔS〉0 B．ΔH〈0,ΔS<0 C．ΔH〉0，ΔS>0 D．ΔH>0，ΔS〈03．下列说法中正确的是（)A．凡是放热反应都是自发的,凡是吸热的都是非自发的B．自发反应熵一定增大,非自发反应熵一定减小或不变C．自发反应在恰当条件下才能实现D．自发反应在任何条件下都能实现4．下列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)ΔH＝＋56。7kJ/molC．（NH4）2CO3（s）=NH4HCO3（s)+NH3（g） ΔH＝＋74。9kJ/molD．2H2(g）+O2(g）=2H2O（l） ΔH＝－285。8kJ/mol5．下列反应常温时能自发进行，并既能用能量判据又能用熵判据解释的是（）A．HCl+NH3=NH4ClB．2KClO3=2KCl+3O2↑C．2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑D．Ba（OH）2·8H2O+2NH4Cl=BaCl2+NH3+10H2O6．已知石墨、金刚石燃烧的热化学方程式分别为：C（s,石墨）+O2(g）＝CO2（g）ΔH＝－393.5kJ/molC(s，金刚石）+O2(g）＝CO2(g)ΔH＝－395.4kJ/mol关于金刚石和石墨的相互转化,下列说法正确的是（）A．石墨转化为金刚石是自发的过程 B．金刚石转化为石墨是自发的过程C．石墨比金刚石能量低 D．金刚石比石墨能量低7．下列关于判断过程方向的说法正确的是（）A．所有自发进行的化学反应都是放热反应B．高温高压下可以使石墨转化为金刚石是自发的化学反应C．由能量判据和熵判据组合而成的复合判据,将更适合于所有过程D．同一物质的固、液、气三种状态的熵值相同8．下列反应中，熵显著增加的反应是（）A．CO(g)+2H2（g)＝CH3OH（g) B．CaCO3+2HCl＝CaCl2+CO2↑+H2OC．C（s)+O2(g)＝CO2(g) D．2H2O2(l)＝2H2O(l)+O2（g)9．下列关于化学反应的熵变的叙述正确的是（）A．化学反应的熵变与反应的方向无关B．化学反应的熵变直接决定了反应的方向C．熵值增大的反应都是混乱度增大的反应D．熵值