化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向教案_第1頁(yè)
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文檔簡(jiǎn)介

1、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)生日常生活中所見所聞以及常見的化學(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

2、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H0,正向反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行;若H0,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

3、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 - TS(吉布斯亥姆霍茲公式)G = H - TS < 0 反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行;G =H - TS = 0 反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài);G =H - TS > 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)汽車尾氣中的主要污染物是一氧化氮以及燃料不完全燃燒所

4、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

5、,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

6、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

7、往低處流,有趨向于最低能量狀態(tài)的傾向。板書焓判據(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H0,正向反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行;若H0,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

8、因素。板書三、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3、熵:熱力學(xué)上用來(lái)表示混亂度的狀態(tài)函數(shù)。

9、講“熵”是德國(guó)物理學(xué)家克勞修斯在年創(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祟悷o(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4、熵的大小判斷: (1)氣態(tài) > 液態(tài) > 固態(tài)(2)與物質(zhì)

10、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)

11、+ Fe2O3(s)= Al2O3(s)+ 2Fe(s) S = -39.35J·mol-1·K-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:板書體系自由能(吉布斯自由能)變化(G、單位:KJ/mol):G = H - TS(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 G = H - TS < 0 反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行;G =H - TS =

12、 0 反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài);G =H - TS > 0 反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。投影小結(jié)類型HSG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

13、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(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(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 - TS)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

14、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

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