化学反应进行的方向及判据.doc

化学反应进行的方向
一、教学目标
1．了解自发反应的含义
2．了解焓变、熵变与反应方向的判断
3．学会利用反应方向的判据ΔG=ΔH- TΔS
二、教学重点与难点
焓减和熵增与化学反应方向的关系
三、教学方法
1、应用讨论交流的方法调动学生的积极性，充分发挥学生的想象力；
2、启发学生学会归纳、概括，对信息进行加工，得出结论；
3、注重从学生已有知识及日常生活的经验上构建新知识。
四、教学过程
[设问]上新课之前，请同学们根据生活经验，举例说说我们见过的自发过程（在一定条件下不需外力作用就能自动进行的过程）。
[学生讨论]……
[总结]生活中的自发过程很多，如：水由高处往低处流，自由落体，铁器暴露于潮湿的空气中会生锈，室温下冰块会融化，……这些都是自发过程，它们的逆过程是非自发的。
[导入]与自然界中的许多变化一样，化学反应具有方向性，许多化学反应的正反应能自动进行，而其逆反应无法自动进行。例如Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu，这节课我们来讨论化学反应的方向问题。
[板书]化学反应进行的方向
[交流与讨论]讨论下列反应在室温下能否自发进行，如能自发进行请写出相应的化学方程式
1、水分解成氢气和氧气的反应。
2、氯气与溴化钾溶液的反应。
3、乙烯与溴单质的反应。
4、氮气和氧气生成一氧化氮的反应。
[板书]自发反应：在一定温度和压强下不需外界帮助，能自动进行的反应称为自发反应。
[过渡]究竟如何判断某个反应进行的方向或者说反应是否自动进行？
[分析与讨论]下列反应都能自发进行，分析其可能的原因
3Fe(s) + 2O2(g) = Fe3O4(s)　　 △H　 = -1118.4 kJ·mol-1
C(s) + O2(g) = CO2(g)　　　　　 △H　 = -393.509 kJ·mol-1
CH4(g) + 2O2(g) = CO2(g) + 2H2O(l) △H　 = -890.36 kJ·mol-1
[讲述]在研究各种体系的变化过程时，人们发现自然界的自发过程一般都朝着能量降低的方向进行。显然，能量越低，体系的状态就越稳定。化学反应一般亦符合上述能量最低原理。的确，很多放热反应，(ΔrHm<0) 在298.15K、标准态下是自发的。而且反应放出热量越多，体系能量降低得也越多，反应也越完全
结论：自发过程都由能量较高状态向能量较低状态转化的倾向，反应的焓变是制约化学反应能否自发进行的因素之一。
[板书]判断化学反应方向的依据一（焓判据）：DH＜0 的反应有自发进行的倾向。
[分析]有人曾试图以反应的焓变(ΔH)作为反应自发性的判据。认为在等温等压条件下，当ΔH < 0时：化学反应自发进行，ΔH> 0时：化学反应不能自发进行，但是，实践表明：有些吸热过程(ΔH>0)亦能自发进行。例如，NH4NO3溶于水是吸热过程，但在标准态下能自发进行：
NH4NO3(s) =NH4++(aq) + NO3-(aq)；　 △H = 14.7 kJ·mol-1
又如，CaCO3的分解反应是吸热反应(ΔH >0)
CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g)；　　 △H = 178.32 kJ·mol-1
在298.15K、标准态下反应是非自发的。但当温度升高到约1123K时，CaCO3的分解反应就变成自发过程，而此时反应的焓变仍近似等于178.32kJ·mol-1,(温度对焓变影响甚小)。由此可见，把焓变作为反应自发性的普遍判据是不准确、不全面的。因此除了反应焓变以外，肯定有其它因素的的制约。
[设问]为什么有些吸热过程能自发进行呢？
[解释]下面以NH4NO3的溶解为例说明之。例如，NH4NO3晶体中的NH4+和NO3-，在晶体中的排列是整齐、有序的。NH4NO3晶体投入水中后，形成水合离子(以aq表示)并在水中扩散。在NH4NO3溶液中，无论是NH4+(aq)、NO3-(aq)还是水分子，它们的分布情况比NH4NO3溶解前要混乱得多。
[结论]体系混乱度的增加和温度的改变，也是许多化学和物理过程自发进行的影响因素。
由此可见，自然界中的物理和化学的自发过程一般都朝着混乱程度(简称混乱度)增大的方向进行。体系内组成物质粒子运动的混乱程度，在热力学中用另一个物理量──“熵”来表示(其符号为“S”)。
[板书] 判断化学反应方向的依据二（熵判据）：大多数自发进行的反应趋向于使体系的混乱度增加的倾向
[分析]一定条件下处于一定状态的物质及整个体系都有其各自确定的熵值。因此，熵是描述物质混乱度大小的物理量，物质(或体系)的混乱度越大，对应的熵值就越大，反应前后体系熵的变化叫做反应的熵变，用△S表示。
[拓展]物质的聚集状态不同其熵值不同，同种物质的(g)>(1)>(s)。物质的熵值随温度的升高而增大。气态物质的熵值随压力的增大而减小。[分析]熵与焓一样，化学反应的熵变(ΔS)与反应焓变(ΔH)的计算原则相同，只取决于反应的始态和终态，而与变化的途径无关。
[板书]变化前后体系的混乱度增大，此过程△S >0, △S越大，越有利于反应的自发进行；变化前后体系的混乱度减少，此过程△S<0，△S越小，不利于反应的自发进行。
[问题解决]下列情况的熵变是增大的还是降低的：
1、H2O(S)→H2O(l)→H2O（g）；
2、2NaHCO3（S）= Na2CO3(S)+H2O(g)+CO2（g）；
3、NaOH=Na+（aq）+OH-（aq）
4、N2(g) + 3H2(g) ⇌ 2NH3(g)
由此可见，判断反应能否自发进行，必须从焓变与熵变两个角度进行分析
[板书]三、焓变与熵变对反应方向的共同影响。
[讲述]在一定条件下，一个化学反应能否自发进行，既与反应焓变有关，又与反应熵变有关。研究表明，在恒温、恒压下，判断化学反应自发性的判据是：
[板书]体系自由能变化（△H - T△S）
[强调] 体系自由能变化综合考虑了焓变和熵变对体系的影响。
[板书]在一定温度和压强下：
△H - T△S < 0 反应能自发进行；
△H - T△S = 0 反应达到平衡状态；
△H - T△S > 0 反应不能自发进行。
△S
[展示]
△H

五、板书设计
化学反应的方向
1、自发反应：在一定温度和压强下不需外界帮助，就能自动进行的反应，称为自发反应。
2、判断化学反应方向的依据：
（1）依据一（焓判据）：DH＜0 的反应有自发进行的倾向
（2）依据二（熵判据）：大多数自发进行的反应趋向于使体系的混乱度增加倾向
3、焓变与熵变对反应方向的共同影响
在一定温度和压强下：
△H - T△S < 0 反应能自发进行；
△H - T△S = 0 反应达到平衡状态；
△H - T△S > 0 反应不能自发进行。
25 x 20 = 500