2019-2020年高中化學(xué) 第二章第四節(jié) 化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向教案 新人教版選修4.doc

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2019-2020年高中化學(xué) 第二章第四節(jié) 化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向教案 新人教版選修4 課題：第四節(jié) 化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向 授課班級(jí) 課 時(shí) 2 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ΔH＜0，正向反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行；若ΔH＞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。 三、反應(yīng)方向的熵(entropy)判據(jù)。 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。 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△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――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)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） + 2CO2（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)的方向的問(wèn)題。 [板書(shū)]第四節(jié) 化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向 ［講］在我們討論問(wèn)題之前，先來(lái)說(shuō)兩個(gè)概念，自發(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CuSO4溶液的反應(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高處，通電可將水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ΔH＜0，正向反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行； 若ΔH＞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，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)]三、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。 [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１８５０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)行，總是從高能量向低能量轉(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)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)]體系的有序性越高，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)，△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，如：-10℃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）； 2Al（s）+ Fe2O3（s）= Al2O3（s）+ 2Fe（s） △S = -39.35Jmol-1K-1。 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，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（△G、單位：KJ/mol）：△G = △H - T△S（吉布斯――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 △S △G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(l) 2 +,焓增 －，熵減 ＋，任何溫度均不自發(fā)，自由能增加 3O2(g) == 2O3(g) 3 +,焓增 ＋，熵增 +，常溫不自發(fā)， －，高溫自發(fā) N2O4 (g) == 2NO2 (g) 4 －，焓減 －，熵減 －，常溫自發(fā) ＋，高溫不自發(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)榛A(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、下列說(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)在任何條件下都能實(shí)現(xiàn) 4、能用能量判據(jù)判斷下列過(guò)程的方向的是( ) A、水總是自發(fā)地由高處往低處流 B、放熱反應(yīng)容易自發(fā)進(jìn)行，吸熱反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行 C、有序排列的火柴散落時(shí)成為無(wú)序排列 D、多次洗牌以后，撲克牌的毫無(wú)規(guī)律的混亂排列的幾率大 5、下列關(guān)于判斷過(guò)程的方向的說(shuō)法正確的是( ) A、所有自發(fā)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)都是放熱反應(yīng) B、高溫高壓下可以使石墨轉(zhuǎn)化為金剛石是自發(fā)的化學(xué)反應(yīng) C、由能量判據(jù)和熵判據(jù)組合而成的復(fù)合判據(jù)，將更適于所有的過(guò)程 D、同一物質(zhì)的固、液、氣三種狀態(tài)的熵值相同 學(xué)生討論交流 D A C A C 教學(xué)回顧：