2019-2020年高中化學(xué) 第二章 化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡 第四節(jié) 化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向教案（2） 新人教版選修4聯(lián)想、質(zhì)疑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(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，人們提出通過以下反應(yīng)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(jù)是什么？課的引入上述問題是化學(xué)反應(yīng)的方向的問題。反應(yīng)進(jìn)行的方向、快慢和限度是化學(xué)反應(yīng)原理的三個重要組成部分。通過前三節(jié)的學(xué)習(xí)和討論，我們已經(jīng)初步解決了后兩個問題，即反應(yīng)的快慢和限度問題，這節(jié)課我們來討論反應(yīng)的方向的問題。設(shè)問根據(jù)生活經(jīng)驗，舉例說說我們見過的自發(fā)過程（在一定條件下不需外力作用就能自動進(jìn)行的過程）。學(xué)生討論總結(jié)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，它們的逆過程是非自發(fā)的。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)。板書一、反應(yīng)方向的焓判據(jù)。交流討論19世紀(jì)的化學(xué)家們曾認(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。你同意這種觀點嗎？結(jié)合曾經(jīng)學(xué)習(xí)的反應(yīng)舉例說明。學(xué)生討論交流匯報交流結(jié)果我們知道的反應(yīng)中下列反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)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）追問上述反應(yīng)是吸熱還是放熱？學(xué)生回答后總結(jié)、板書焓判據(jù)：放熱反應(yīng)過程中體系能量降低，因此具有自發(fā)進(jìn)行的傾向。指出多數(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。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)的一個因素，但不是唯一因素。板書二、反應(yīng)方向的熵判據(jù)。交流討論我們知道，固體硝酸銨溶于水要吸熱，室溫下冰塊的溶解要吸熱，兩種或兩種以上互不反應(yīng)的氣體通入一密閉容器中，最終會混合均勻，這些過程都是自發(fā)的，與焓變有關(guān)嗎？是什么因素決定它們的溶解過程能自發(fā)進(jìn)行？閱讀思考課本P37相關(guān)內(nèi)容。匯報交流、自主學(xué)習(xí)成果上述自發(fā)過程與能量狀態(tài)的高低無關(guān)，受另一種能夠推動體系變化的因素的影響，即體系有從有序自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序的傾向。總結(jié)、板書熵判據(jù)：體系有自發(fā)地向混亂度增加（即熵增）方向轉(zhuǎn)變的傾向。釋疑如何理解“熵”的含義？板書混亂度：表示體系的不規(guī)則或無序狀態(tài)。指出混亂度的增加意味著體系變得更加無序。板書熵：熱力學(xué)上用來表示混亂度的狀態(tài)函數(shù)。指出體系的有序性越高，即混亂度越低，熵值就越小。有序變?yōu)闊o序熵增的過程。板書熵值的大小判斷： （1）氣態(tài) > 液態(tài) > 固態(tài)（2）與物質(zhì)的量成正比板書反應(yīng)熵變S=反應(yīng)產(chǎn)物總熵-反應(yīng)物總熵講述產(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。學(xué)與問發(fā)生離子反應(yīng)的條件之一是生成氣體。試?yán)蒙厦嬷v的熵判據(jù)加以解釋，由此你對于理論的指導(dǎo)作用是否有新的體會。指出有些熵減小的反應(yīng)在一定條件下也可以自發(fā)進(jìn)行，如：-10的液態(tài)水會自動結(jié)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 = -39.35Jmol-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)的又一個因素，但也不是唯一因素。板書三、焓變與熵變對反應(yīng)方向的共同影響。講述在一定條件下，一個化學(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：板書體系自由能變化（G、單位：KJ/mol）：G = H - TS指出 體系自由能變化綜合考慮了焓變和熵變對體系的影響。板書 H - TS < 0 反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行；H - TS = 0 反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；H - TS > 0 反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。展示 舉例對反應(yīng)CaCO3（s）= CaO（s）+ CO2（g）H = + 178.2 KJmol-1 S = +169.6 Jmol-1K-1室溫下，G =H-TS =178.2KJmol-1298K169.610-3KJmol-1K-1 =128 KJmol-1>0因此，室溫下反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行；如要使反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，則應(yīng)使H - TS < 0，則T>H/S=178.2 KJmol-1/0.1696 KJmol-1K-1 = 1051K。知識應(yīng)用本節(jié)課一開始提出處理汽車尾氣的反應(yīng)：2NO（g） + 2CO（g） = N2（g） + 2CO2（g），已知，298K、101KPa下，該反應(yīng)H = - 113.0 KJmol-1 ，S = -143.5 Jmol-1K-1則G =H-TS = - 69.68 KJmol-1 < 0因此，室溫下反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。指出但該反應(yīng)速率極慢，需要使用催化劑來加速反應(yīng)?？偨Y(jié)能量判據(jù)和熵判據(jù)的應(yīng)用：1、由能量判據(jù)知放熱過程（H0）常常是容易自發(fā)進(jìn)行；2、由熵判據(jù)知許多熵增加（S0）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(jù)去判斷同一個反應(yīng)，可能會出現(xiàn)相反的判斷結(jié)果，所以我們應(yīng)兩個判據(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 - TS）將更適合于所有的反應(yīng)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(zhì)。如果允許外界對體系施加某種作用，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。課堂練習(xí)1下列說法正確的是（ ）A凡是放熱反應(yīng)都是自發(fā)的，由于吸熱反應(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)一定是熵減少或不變；C自發(fā)反應(yīng)在恰當(dāng)條件下才能實現(xiàn)；D自發(fā)反應(yīng)在任何條件下都能實現(xiàn)。2自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)一定是（ ）A吸熱反應(yīng)； B放熱反應(yīng)； C熵增加反應(yīng)； D熵增加或者放熱反應(yīng)。3下列說法正確的是（ ）A放熱反應(yīng)一定是自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)； B吸熱反應(yīng)一定是非自發(fā)進(jìn)行的；C自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)一定容易發(fā)生； D有些吸熱反應(yīng)也能自發(fā)進(jìn)行。4250C和1.01105Pa時，反應(yīng)2N2O5（g）=4NO2（g）+ O2（g） H=56.76kJ/mol，自發(fā)進(jìn)行的原因是（ ）A是吸熱反應(yīng)； B是放熱反應(yīng)；C是熵減少的反應(yīng)； D熵增大效應(yīng)大于能量效應(yīng)。5下列過程屬于熵增過程的是（ ）A硝酸鉀溶解在水里面； B氨氣和氯化氫反應(yīng)生成氯化銨晶體；C水蒸氣凝結(jié)為液態(tài)的水； D(NH4)2CO3分解生成二氧化碳、氨氣和水。6以下自發(fā)反應(yīng)可用能量判據(jù)來解釋的是( )A硝酸銨自發(fā)地溶于水；B2N2O5(g) = 4NO2(g)+ O2(g) H=+56.7kJ/mol；C(NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g) H=+74.9 kJ/mol；D2H2(g)+ O2(g)=2H2O(l) H=-571.6 kJ/mol。布置作業(yè)板書設(shè)計第四節(jié) 化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向一、反應(yīng)方向的焓判據(jù)。焓判據(jù)：放熱反應(yīng)過程中體系能量降低，因此具有自發(fā)進(jìn)行的傾向。二、反應(yīng)方向的熵判據(jù)。熵：熱力學(xué)上用來表示混亂度的狀態(tài)函數(shù)。三、焓變與熵變對反應(yīng)方向的共同影響。H - TS < 0 反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行；H - TS = 0 反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；H - TS > 0 反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。