反應(yīng)進(jìn)行方向?qū)W(xué)案例工科

1、教學(xué)案例課題：第四節(jié)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向教師孫勇學(xué)校鄒城市兗礦一中教 學(xué) 目 的知識(shí) 與技能1、通過(guò)學(xué)生日常生活中所見(jiàn)所聞以及常見(jiàn)的化學(xué)反應(yīng)，讓學(xué)算不了解放熱 反應(yīng)的自發(fā)性和某些吸熱過(guò)程的自發(fā)性2、通過(guò)“有序”和“無(wú)序”的對(duì)比，引出熵的概念3、通過(guò)日常生活中的見(jiàn)聞引導(dǎo)學(xué)生，使學(xué)生明確根據(jù)反應(yīng)的焓變和熵變的大小，只能判斷反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的可能性，不能決定反應(yīng)是否一定發(fā)生或反應(yīng)速率的大小。過(guò)程 與方法通過(guò)學(xué)生已有知識(shí)及日常生活中的見(jiàn)聞，使學(xué)生構(gòu)建化學(xué)反應(yīng)方向的判 據(jù)。學(xué)會(huì)運(yùn)用比較、歸納、概括等方法對(duì)信息進(jìn)行加式，構(gòu)建新知識(shí)情感 態(tài)度 價(jià)值觀通過(guò)日常生活中的焓變和熵變的具體實(shí)例，讓學(xué)生明確化學(xué)與日常生活是

2、息息相關(guān)的。重點(diǎn)熵判據(jù)難點(diǎn)焓減與熵增與化學(xué)反應(yīng)方向的關(guān)系知 識(shí) 結(jié) 構(gòu) 與 板 書(shū) 設(shè) 計(jì)第四節(jié)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向一、自發(fā)過(guò)程(spontaneous process ) 和自發(fā)反應(yīng)1、自發(fā)過(guò)程：在一定條件下，不需要外力作用就能自動(dòng)進(jìn)行的過(guò)程。2、自發(fā)反應(yīng)：在給定條件下，能自發(fā)地進(jìn)行到顯著程度的反應(yīng)3、非自發(fā)反應(yīng)：不能自發(fā)地進(jìn)行，必須借助某種外力才能進(jìn)行的反應(yīng)。二、反應(yīng)方向的焓判據(jù)。焓判據(jù)：放熱反應(yīng)過(guò)程中體系能量降低，因此具有自發(fā)進(jìn)行的傾向。若厶H V 0,正向反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行；若 H> 0,正向反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行，而逆向 反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。二、反應(yīng)方向的熵(entropy)判據(jù)。1、熵判椐：

3、在密閉條件下，體系有由有序自發(fā)地變?yōu)闊o(wú)序的傾向。2、混亂度：表示體系的不規(guī)則或無(wú)序狀態(tài)。3、熵：熱力學(xué)上用來(lái)表示混亂度的狀態(tài)函數(shù)。4、的大小判斷：(1) 氣態(tài) > 液態(tài) > 固態(tài)(2) 與物質(zhì)的量成正比5、反應(yīng)熵變厶S= 反應(yīng)產(chǎn)物總熵-反應(yīng)物總熵6、熵增的過(guò)程就是自發(fā)過(guò)程四、焓變與熵變對(duì)反應(yīng)方向的共同影響。體系自由能(吉布斯自由能)變化( G單位：KJ/mol): G= H - T S (吉布斯一一亥姆霍茲公式) G = H - T S < 0 反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行; G = H - T S = 0 反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài); G = H - T S > 0 反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。教學(xué)過(guò)

4、程教學(xué)步驟、內(nèi)容教學(xué)方法、手 段、師生活動(dòng)情景創(chuàng)設(shè)汽車(chē)尾氣中的主要污染物是一氧化氮以及燃料不完全燃燒所 產(chǎn)生的一氧化碳，它們是現(xiàn)代城市中的大氣污染物，為了減輕大氣污染，人們提出通過(guò)以下反應(yīng)來(lái)處理汽車(chē)尾氣：2NO(g) + 2CO(g) = N2 (g)+ 2CQ( g)，你能否判斷這一方案是否可行？理論依據(jù)是什么？引入上述問(wèn)題是化學(xué)反應(yīng)的方向的問(wèn)題。反應(yīng)進(jìn)行的方向、快慢和限 度是化學(xué)反應(yīng)原理的三個(gè)重要組成部分。通過(guò)前三節(jié)的學(xué)習(xí)和討論，我 們已經(jīng)初步解決了后兩個(gè)問(wèn)題，即反應(yīng)的快慢和限度問(wèn)題，這節(jié)課我們 來(lái)討論反應(yīng)的方向的冋題。板書(shū)第四節(jié) 化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向講在我們討論冋題之前，先來(lái)說(shuō)兩個(gè)概念，自

5、發(fā)過(guò)程和自發(fā)反應(yīng)板書(shū)一、自發(fā)過(guò)程(spontaneous process )和自發(fā)反應(yīng)1、自發(fā)過(guò)程：在一定條件下，不需要外力作用就能自動(dòng)進(jìn)行的 過(guò)程。2、自發(fā)反應(yīng)：在給定條件下，能自發(fā)地進(jìn)行到顯著程度的反應(yīng)3、非自發(fā)反應(yīng)：不能自發(fā)地進(jìn)行，必須借助某種外力才能進(jìn)行 的反應(yīng)。問(wèn)根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)，舉例說(shuō)說(shuō)我們見(jiàn)過(guò)的自發(fā)過(guò)程。講生活中的自發(fā)過(guò)程很多，如：水由高處往低處流，自由落體，電流 由電位高的地方向電位低的地方流，鐵器暴露于潮濕的空氣中會(huì)生銹， 室溫下冰塊會(huì)融化，這些都是自發(fā)過(guò)程。自發(fā)過(guò)程和自發(fā)反應(yīng)可被 利用來(lái)完成有用功。如向下流動(dòng)的水可推動(dòng)機(jī)器，甲烷燃燒可在內(nèi)燃機(jī) 中被利用來(lái)做功，鋅與CuSQ溶液的

6、反應(yīng)可被設(shè)計(jì)成原電池。一般地，如果一個(gè)過(guò)程是自發(fā)的，則其逆過(guò)程是非自發(fā)的。非自發(fā)的過(guò)程要想發(fā) 生，則必須對(duì)它做功，如利用水泵可將水從低處流向咼處，通電可將水學(xué)生討論交流分解生成氫氣和氧氣。過(guò)科學(xué)家根據(jù)體系存在著力圖使自身能量趨于"最低”和由"有序” 變?yōu)椤盁o(wú)序”的自然現(xiàn)象，提出了互相關(guān)聯(lián)的焓判據(jù)和熵判據(jù)，為反應(yīng) 方向的判斷提供了必要的依據(jù)。板書(shū)二、反應(yīng)方向的焓判據(jù)。思考與交流19世紀(jì)的化學(xué)家們?cè)J(rèn)為決定化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的 因素是反應(yīng)熱：放熱反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)行，而吸熱反應(yīng)則不能自發(fā)進(jìn)行。 你同意這種觀點(diǎn)嗎？結(jié)合曾經(jīng)學(xué)習(xí)的反應(yīng)舉例說(shuō)明。投影講經(jīng)驗(yàn)表明，那些不用借助外力就可以自

7、動(dòng)進(jìn)行的自發(fā)過(guò)程的共同 特點(diǎn)是：體系能量趨向于從高能態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軤顟B(tài)，這時(shí)體系會(huì)對(duì)外部 做功或者釋放能量，由此總結(jié)而得的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律就是所謂的焾判據(jù)。如水 總是自發(fā)地由高處往低處流，有趨向于最低能量狀態(tài)的傾向。板書(shū)焓判據(jù)：放熱反應(yīng)過(guò)程中體系能量降低，因此具有自發(fā) 進(jìn)行的傾向。若 HV0,正向反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行；若 H>0,正向反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行，而逆向反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。講多數(shù)自發(fā)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)是放熱反應(yīng)，但也有不少吸熱反應(yīng)能自發(fā) 進(jìn)行。而且有一些吸熱反應(yīng)在室溫條件下不能自發(fā)進(jìn)行，但在較高溫度 下則能自發(fā)進(jìn)行，女口： NbQ(g)= 4NO(g)+ Q(g) H= + 56.7KJ/mol ;NHHC

8、O (s) + CfCQQH aq) = CQ2 (g) +CHCQQINH( aq) + "0( l ) H= + 37.3KJ/mol ;因此，反應(yīng)焓變是與反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行有關(guān)的一個(gè) 因素，但不是唯一因素。板書(shū)二、反應(yīng)方向的熵(entropy)判據(jù)。思考與交流 同學(xué)們?cè)谙嗷ヌ接懸幌掠伞坝行颉弊儭盁o(wú)序”的自然現(xiàn) 象，舉例說(shuō)明。密閉容器中的氣態(tài)物質(zhì)或液態(tài)物質(zhì)蒸汽(包括揮發(fā)性固體)，會(huì)通過(guò)分子擴(kuò)散自發(fā)形成均勻混合物。物質(zhì)溶于水自發(fā)地向水中擴(kuò)散，形成均勻的溶液等。講為解釋這一類(lèi)與能量無(wú)關(guān)的過(guò)程的自發(fā)性，科學(xué)家提出了另一推動(dòng) 體系變化的因素：在密閉條件下，體系有由有序自發(fā)地變?yōu)闊o(wú)序的傾向。

9、投影板書(shū)1、熵判椐：在密閉條件下，體系有由有序自發(fā)地變?yōu)闊o(wú) 序的傾向。問(wèn)如何理解“熵”的含義？板書(shū)2、混亂度：表示體系的不規(guī)則或無(wú)序狀態(tài)。問(wèn)混亂度的增加意味著體系變得更加無(wú)序。板書(shū)3、熵：熱力學(xué)上用來(lái)表示混亂度的狀態(tài)函數(shù)。講“熵”是德國(guó)物理學(xué)家克勞修斯在1 8 5 0年創(chuàng)造的一個(gè)術(shù)語(yǔ)，他 用它來(lái)表示任何一種能量在空間中分布的均勻程度。能量分布得越均勻，熵就越大。如果對(duì)于我們所考慮的那個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，能量完全均勻地分布，那么，這個(gè)系統(tǒng)的熵就達(dá)到最大值。熱力學(xué)第二定律告訴我們，能量轉(zhuǎn) 換只能沿著一個(gè)方向進(jìn)仃，總是從咼能量向低能量轉(zhuǎn)換，從有序到無(wú)序，人類(lèi)利用這個(gè)過(guò)程讓能量做功，同時(shí)系統(tǒng)的熵增加，熵是一個(gè)

10、描述系統(tǒng) 狀態(tài)的函數(shù)。熵增加的過(guò)程，就意味著能量耗散了，從有用的能量轉(zhuǎn)化 向?qū)θ祟?lèi)無(wú)用的能量。小結(jié)體系的有序性越咼，即混亂度越低，熵值就越小。有序變?yōu)闊o(wú)序熵增的過(guò)程。板書(shū)4、熵的大小判斷：(1) 氣態(tài) > 液態(tài) > 固態(tài)(2) 與物質(zhì)的量成正比講需要注意的是，一個(gè)體系的熵不能永遠(yuǎn)增加，最終會(huì)達(dá)到一個(gè)最大 的無(wú)序狀態(tài)，此時(shí)，體系呈現(xiàn)有確定的(不變的)性質(zhì)，盡管分子水平上的變化仍在發(fā)生。我們講的化學(xué)體系，當(dāng)它具有不變的可觀察的性質(zhì)， 就處在平衡狀態(tài)，所以當(dāng)一個(gè)體系達(dá)到它的最大熵時(shí)，即處于平衡狀態(tài) 。板書(shū)5、反應(yīng)熵變 S= 反應(yīng)產(chǎn)物總熵-反應(yīng)物總熵講產(chǎn)生氣體的反應(yīng)，氣體物質(zhì)的量增大的反應(yīng)

11、，S通常為正值，為熵增加反應(yīng)，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行。需大家特殊注意的是，兩種氣體的混合也 是熵增加的過(guò)程。板書(shū)6、熵增的過(guò)程就是自發(fā)過(guò)程講有些熵減小的反應(yīng)在一定條件下也可以自發(fā)進(jìn)行，女如： -10 c的液態(tài)水會(huì)自動(dòng)結(jié)冰成為固態(tài)，就是熵減的過(guò)程(但它是放熱的)；-1 -12AI (s) + Fe2Q (s) = Al 2Q (s) + 2Fe ( s) S = -39.35J mol K。因此，反應(yīng)熵變是與反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行有關(guān)的又一個(gè)因素，但也不 是唯一因素。板書(shū)四、焓變與熵變對(duì)反應(yīng)方向的共同影響。講在一定條件下，一個(gè)化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行，既與反應(yīng)焓變有關(guān)， 又與反應(yīng)熵變有關(guān)。研究表明，在恒溫、恒壓下，

12、判斷化學(xué)反應(yīng)自發(fā)性 的判據(jù)是：板書(shū)體系自由能（吉布斯自由能）變化（AG單位：KJ/mol）: G = H - T S （吉布斯一一亥姆霍茲公式）講體系自由能變化綜合考慮了焓變和熵變對(duì)體系的影響。板書(shū) G = H - T S < 0 反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行； G = H - T S = 0 反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)； G = H - T S > 0 反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。投影小結(jié)類(lèi)型 H SG及反應(yīng)方向反應(yīng)實(shí)例1,焓減+ ,熵增,任何溫度下均自發(fā)， 自由能減少2H2O2 (l) = 2H2O(l) +O2(I)2+,焓增,熵減+ ,任何溫度均不自發(fā)， 自由能增加3O2(g) = 2C3(g)3+,焓增+

13、 ,熵增+ ,常溫不自發(fā)，,咼溫自發(fā)N2O4 (g) = 2NO2(g)4,焓減,熵減,常溫自發(fā)+ ,咼溫不自發(fā)N2(g) + 3H2 (g)=2NH3 (g)講在這里我們還要注意的是，大量事實(shí)告訴我們，過(guò)程的自發(fā)性只 能用于判斷過(guò)程的方向，不能確定過(guò)程是否一定會(huì)發(fā)生和過(guò)程發(fā)生的速 率。例如，涂有防銹漆和未涂防銹漆的鋼制器材，其發(fā)生腐蝕過(guò)程的自 發(fā)性是相同的，但是只有后者可以實(shí)現(xiàn)。在討論過(guò)程的方向問(wèn)題時(shí)， 我們指的是沒(méi)有外界干擾時(shí)體系的性質(zhì)。 如果允許外界對(duì)體系施加某種作用，就可以出現(xiàn)相反的結(jié)果。總結(jié)能量判據(jù)和熵判據(jù)的應(yīng)用：1由能量判據(jù)知：放熱過(guò)程（ H< 0）常常是容易自發(fā)進(jìn)行；2、由

14、熵判據(jù)知：許多熵增加（ S> 0）的過(guò)程是自發(fā)的；3、 很多情況下，簡(jiǎn)單地只用其中一個(gè)判據(jù)去判斷同一個(gè)反應(yīng)，可能會(huì)出現(xiàn)相反的判斷結(jié)果，所以我們應(yīng)兩個(gè)判據(jù)兼顧。由能量判據(jù)（以焓變?yōu)?基礎(chǔ)）和熵判據(jù)組合成的復(fù)合判據(jù)（體系自由能變化：G = H - T S）將更適合于所有的反應(yīng)過(guò)程；4、 過(guò)程的自發(fā)性只能用于判斷過(guò)程的方向，不能確定過(guò)程是否一定會(huì)發(fā) 生和過(guò)程的速率；5、 在討論過(guò)程的方向時(shí)， 我們指的是沒(méi)有外界干擾時(shí)體系的性質(zhì)。如果 允許外界對(duì)體系施加某種作用，就可能出現(xiàn)相反的結(jié)果；6、反應(yīng)的自發(fā)性也受外界條件的影響。隨堂練習(xí)1下列過(guò)程是非自發(fā)的是 （）A、水由高處向低處流B天然氣的燃燒C鐵在潮濕空氣中生銹D室溫下水結(jié)成冰2、碳酸銨（NH4）2CO3 在室溫下就能自發(fā)地分解產(chǎn)生氨氣，對(duì)其 說(shuō)法正確的是（）A、碳酸銨分解是因?yàn)樯闪艘讚]發(fā)的氣體，使體系的熵增大B、碳酸銨分解是因?yàn)橥饨缃o予了能量C、碳酸銨分解是吸熱反應(yīng)，根據(jù)能量判據(jù)不能自發(fā)分解D碳酸鹽都不穩(wěn)定，都能自發(fā)分解3、卜列說(shuō)法正確的是（）A、凡是放熱反應(yīng)是自發(fā)的，吸熱反應(yīng)都是非自發(fā)的B、自發(fā)反應(yīng)一定是熵增大，非自發(fā)反應(yīng)一定是熵減小或不變C、自發(fā)反應(yīng)在恰當(dāng)條件下才能實(shí)現(xiàn)D、自發(fā)反應(yīng)在任