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1、2022年高中化學 第二章第四節(jié) 化學反應進行的方向教案 新人教版選修4 課題：第四節(jié) 化學反應進行的方向 授課班級 課 時 2 教 學 目 的 知識 與 技能 1、通過學生日常生活中所見所聞以及常見的化學反應，讓學算不了解放熱反應的自發(fā)性和某些吸熱過程的自發(fā)性 2、通過“有序”和“無序”的對比，引出熵的概念 3、通過日常生活中的見聞引導學生，使學生明確根據反應的焓變和熵變的大小，只能判斷反應自發(fā)進行的可能性，不能決定反應是否一定發(fā)生或反應速率的大小 。 過程 與 方法 通過學生已有知識及日常生活中的見聞，使學生構建化學反應方向的判據

2、。學會運用比較、歸納、概括等方法對信息進行加式，構建新知識 情感 態(tài)度 價值觀 通過日常生活中的焓變和熵變的具體實例，讓學生明確化學與日常生活是息息相關的。 重 點 熵判據 難 點 焓減與熵增與化學反應方向的關系 知 識 結 構 與 板 書 設 計 第四節(jié) 化學反應進行的方向 一、自發(fā)過程（spontaneous process）和自發(fā)反應 1、自發(fā)過程：在一定條件下，不需要外力作用就能自動進行的過程。 2、自發(fā)反應：在給定條件下，能自發(fā)地進行到顯著程度的反應 3、非自發(fā)反應：不能自發(fā)地進行，必須借助某種外力才能進行的反應。 二、反應方向的焓判據

3、。 焓判據：放熱反應過程中體系能量降低，因此具有自發(fā)進行的傾向。若ΔH＜0，正向反應能自發(fā)進行；若ΔH＞0，正向反應不能自發(fā)進行，而逆向反應能自發(fā)進行。 三、反應方向的熵(entropy)判據。 1、熵判椐：在密閉條件下，體系有由有序自發(fā)地變?yōu)闊o序的傾向。 2、混亂度：表示體系的不規(guī)則或無序狀態(tài)。 3、熵：熱力學上用來表示混亂度的狀態(tài)函數。 4、的大小判斷： （1）氣態(tài) > 液態(tài) > 固態(tài) （2）與物質的量成正比 5、反應熵變△S=反應產物總熵-反應物總熵 6、熵增的過程就是自發(fā)過程 四、焓變與熵變對反應方向的共同影響。 體系自由能（吉布斯自由能）變化（△G、單位：K

4、J/mol）：△G = △H - T△S（吉布斯――亥姆霍茲公式） △G = △H - T△S < 0 反應能自發(fā)進行； △G =△H - T△S = 0 反應達到平衡狀態(tài)； △G =△H - T△S > 0 反應不能自發(fā)進行。 教學過程 教學步驟、內容 教學方法、手段、師生活動 [情景創(chuàng)設]汽車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生的一氧化碳，它們是現代城市中的大氣污染物，為了減輕大氣污染，人們提出通過以下反應來處理汽車尾氣：2NO（g） + 2CO（g） = N2（g） + 2CO2（g），你能否判斷這一方案是否可行？理論依據是什么？ [引入]上述問題

5、是化學反應的方向的問題。反應進行的方向、快慢和限度是化學反應原理的三個重要組成部分。通過前三節(jié)的學習和討論，我們已經初步解決了后兩個問題，即反應的快慢和限度問題，這節(jié)課我們來討論反應的方向的問題。 [板書]第四節(jié) 化學反應進行的方向 ［講］在我們討論問題之前，先來說兩個概念，自發(fā)過程和自發(fā)反應 [板書]一、自發(fā)過程（spontaneous process）和自發(fā)反應 1、自發(fā)過程：在一定條件下，不需要外力作用就能自動進行的過程。 2、自發(fā)反應：在給定條件下，能自發(fā)地進行到顯著程度的反應 3、非自發(fā)反應：不能自發(fā)地進行，必須借助某種外力才能進行的反應。 [問]根據生活經驗，舉例說

6、說我們見過的自發(fā)過程。 [講]生活中的自發(fā)過程很多，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生銹，室溫下冰塊會融化，……這些都是自發(fā)過程。自發(fā)過程和自發(fā)反應可被利用來完成有用功。如向下流動的水可推動機器，甲烷燃燒可在內燃機中被利用來做功，鋅與CuSO4溶液的反應可被設計成原電池。一般地，如果一個過程是自發(fā)的，則其逆過程是非自發(fā)的。非自發(fā)的過程要想發(fā)生，則必須對它做功，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］科學家根據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序”的自然現象，提出了互相關聯(lián)的焓判據

7、和熵判據，為反應方向的判斷提供了必要的依據。 [板書]二、反應方向的焓判據。 [思考與交流]19世紀的化學家們曾認為決定化學反應能否自發(fā)進行的因素是反應熱：放熱反應可以自發(fā)進行，而吸熱反應則不能自發(fā)進行。你同意這種觀點嗎？結合曾經學習的反應舉例說明。 [投影] ［講］經驗表明，那些不用借助外力就可以自動進行的自發(fā)過程的共同特點是：體系能量趨向于從高能態(tài)轉變?yōu)榈湍軤顟B(tài)，這時體系會對外部做功或者釋放能量，由此總結而得的經驗規(guī)律就是所謂的焾判據。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]焓判據：放熱反應過程中體系能量降低，因此具有自發(fā)進行的傾向。 若ΔH＜

8、0，正向反應能自發(fā)進行； 若ΔH＞0，正向反應不能自發(fā)進行，而逆向反應能自發(fā)進行。 [講]多數自發(fā)進行的化學反應是放熱反應，但也有不少吸熱反應能自發(fā)進行。而且有一些吸熱反應在室溫條件下不能自發(fā)進行，但在較高溫度下則能自發(fā)進行，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，反應焓變是與反應能否自發(fā)進行有關的一個因素，但不是唯一因素。 [板書]三、反應方向的熵(entropy)判據。 ［思考與交

9、流］同學們在相互探討一下由“有序”變“無序”的自然現象，舉例說明。 密閉容器中的氣態(tài)物質或液態(tài)物質蒸汽（包括揮發(fā)性固體），會通過分子擴散自發(fā)形成均勻混合物。物質溶于水自發(fā)地向水中擴散，形成均勻的溶液等。 [講]為解釋這一類與能量無關的過程的自發(fā)性，科學家提出了另一推動體系變化的因素：在密閉條件下，體系有由有序自發(fā)地變?yōu)闊o序的傾向。 [投影] [板書]1、熵判椐：在密閉條件下，體系有由有序自發(fā)地變?yōu)闊o序的傾向。 [問]如何理解“熵”的含義？ [板書]2、混亂度：表示體系的不規(guī)則或無序狀態(tài)。 [問]混亂度的增加意味著體系變得更加無序。 [板書]3、熵：熱力學上用來表示混亂度的狀

10、態(tài)函數。 [講]“熵”是德國物理學家克勞修斯在１８５０年創(chuàng)造的一個術語，他用它來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。如果對于我們所考慮的那個系統(tǒng)來說，能量完全均勻地分布，那么，這個系統(tǒng)的熵就達到最大值。熱力學第二定律告訴我們，能量轉換只能沿著一個方向進行，總是從高能量向低能量轉換，從有序到無序，人類利用這個過程讓能量做功，同時系統(tǒng)的熵增加，熵是一個描述系統(tǒng)狀態(tài)的函數。熵增加的過程，就意味著能量耗散了，從有用的能量轉化向對人類無用的能量。 [小結]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序——熵增的過程。 [板書]4、熵的大小判斷： （1）

11、氣態(tài) > 液態(tài) > 固態(tài) （2）與物質的量成正比 [講]需要注意的是，一個體系的熵不能永遠增加，最終會達到一個最大的無序狀態(tài)，此時，體系呈現有確定的(不變的)性質，盡管分子水平上的變化仍在發(fā)生。我們講的化學體系，當它具有不變的可觀察的性質，就處在平衡狀態(tài)，所以當一個體系達到它的最大熵時，即處于平衡狀態(tài) 。 [板書]5、反應熵變△S=反應產物總熵-反應物總熵 [講]產生氣體的反應，氣體物質的量增大的反應，△S通常為正值，為熵增加反應，反應自發(fā)進行。需大家特殊注意的是，兩種氣體的混合也是熵增加的過程。 [板書]6、熵增的過程就是自發(fā)過程 [講]有些熵減小的反應在一定條件下也可以自發(fā)進行

12、，如：-10℃的液態(tài)水會自動結冰成為固態(tài)，就是熵減的過程（但它是放熱的）； 2Al（s）+ Fe2O3（s）= Al2O3（s）+ 2Fe（s） △S = -39.35J·mol-1·K-1。 因此，反應熵變是與反應能否自發(fā)進行有關的又一個因素，但也不是唯一因素。 [板書]四、焓變與熵變對反應方向的共同影響。 [講]在一定條件下，一個化學反應能否自發(fā)進行，既與反應焓變有關，又與反應熵變有關。研究表明，在恒溫、恒壓下，判斷化學反應自發(fā)性的判據是： [板書]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

13、能變化綜合考慮了焓變和熵變對體系的影響。 [板書] △G = △H - T△S < 0 反應能自發(fā)進行； △G =△H - T△S = 0 反應達到平衡狀態(tài)； △G =△H - T△S > 0 反應不能自發(fā)進行。 ［投影］ ［小結］ 類型 △H △S △G及反應方向 反應實例 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

14、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，大量事實告訴我們，過程的自發(fā)性只能用于判斷過程的方向，不能確定過程是否一定會發(fā)生和過程發(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)生腐蝕過程的自發(fā)性是相同的，但是只有后者可以實現。 　　在討論過程的方向問題時，我們指的是沒有外界干擾時體系的性質。如果允許外界對體系施加某種作用，就可以出現相反的結果。 [總結]能量判據和熵判據的應用： 1、由能量判據知∶放熱過程（△H﹤0）常

15、常是容易自發(fā)進行； 2、由熵判據知∶許多熵增加（△S﹥0）的過程是自發(fā)的； 3、很多情況下，簡單地只用其中一個判據去判斷同一個反應，可能會出現相反的判斷結果，所以我們應兩個判據兼顧。由能量判據（以焓變?yōu)榛A）和熵判據組合成的復合判據（體系自由能變化：△G = △H - T△S）將更適合于所有的反應過程； 4、過程的自發(fā)性只能用于判斷過程的方向，不能確定過程是否一定會發(fā)生和過程的速率； 5、在討論過程的方向時，我們指的是沒有外界干擾時體系的性質。如果允許外界對體系施加某種作用，就可能出現相反的結果； 6、反應的自發(fā)性也受外界條件的影響。 ［隨堂練習］ 1、下列過程是非自發(fā)的是(

16、 ) 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、室溫下水結成冰 2、碳酸銨［ (NH4)2CO3 ］在室溫下就能自發(fā)地分解產生氨氣，對其說法正確的是( ) A、碳酸銨分解是因為生成了易揮發(fā)的氣體，使體系的熵增大 B、碳酸銨分解是因為外界給予了能量 C、碳酸銨分解是吸熱反應，根據能量判據不能自發(fā)分解 D、碳酸鹽都不穩(wěn)定，都能自發(fā)分解 3、下列說法正確的是( ) A、凡是放熱反應是自發(fā)的，吸熱反應都是非自發(fā)的 B、自發(fā)反應一定是熵增大，非自發(fā)反應一定是熵減小或不變 C、自發(fā)反應在恰當條件下才能實現 D、自發(fā)反應在任何條件下都能實現

17、4、能用能量判據判斷下列過程的方向的是( ) A、水總是自發(fā)地由高處往低處流 B、放熱反應容易自發(fā)進行，吸熱反應不能自發(fā)進行 C、有序排列的火柴散落時成為無序排列 D、多次洗牌以后，撲克牌的毫無規(guī)律的混亂排列的幾率大 5、下列關于判斷過程的方向的說法正確的是( ) A、所有自發(fā)進行的化學反應都是放熱反應 B、高溫高壓下可以使石墨轉化為金剛石是自發(fā)的化學反應 C、由能量判據和熵判據組合而成的復合判據，將更適于所有的過程 D、同一物質的固、液、氣三種狀態(tài)的熵值相同

18、 學生討論交流 D A C A C 教學回顧：