高中化学 第2章 化学反应的方向、限度与速率 第1节 化学反应的方向教学设计1 鲁科版选修4

【教学目标】
学问与技能目标：
（1）通过介绍熵的概念，使同学知道化学反应存在熵变。

（2）通过分析反应的熵变与反应的方向，使同学了解反应熵变与反应方向有关，但不是唯一的影响因素。

过程与方法目标：
结合实际现象几相关化学学问理解化学反应进行的方向。

情感态度与价值观目标：
通过对本节内容的学习，初步树立起辨证唯物主义的世界观，激发探求未知学问的爱好。

【教学过程】
3、熵变：
△S=S(反应产物)-S(反应物)。

△S＞0即熵增加，△S＜0即熵减小
情境创设【设疑】
我们下面从反应熵变即混乱度的角度
考虑，熵变对反应方向会有何影响
呢？
【呈现图片】
读图
思考
回答：熵增加是有利于自发进行的。

用图片启发同学，熵
增加是有利于反应自
发进行的。

理论联系实际，培育
同学严谨的科学态
度。

学问深化【讲评】
同学们回答的对！
【讲解】
有很多的△S＞0的反应在常温、常压
下是能够自发进行的，如：
2H2O2(aq)=2H2O(l)+O2(g)
△S=57.2J·mol-1·K-1
有些△S＞0的反应在常温、常压下不
能自发进行，但是在较高温度下就能
自发进行了，如：
CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)
△S=169.6J·mol-1·K-1
事实上，还有一些△S＜0的反应在肯
定条件下也能自发进行，比如：
2Al(s)+Fe2O3(s)=2Fe(s)+Al2O3(s)
△S=-39.4J·mol-1·K-1
【设疑】
请同学们思考，这说明什么？
倾听
思考
了解
思考
小范围争辩
回答：
这说明熵增加有利于反应自发进
行，但是熵减小的反应有时也可以
自发进行，熵变（△S）也只是一个
与反应能否自发进行有关的因素，
介绍熵变对反应方向
的影响，并通过举例
构成思想冲突：并不
是全部的△S＞0的
反应在任何条件下都
能自发进行，也并不
是全部△S＜0的反
应不能自发进行。

意在培育同学辩证的
唯物主义思想。

熬炼同学的思考、分
析问题力量和语言表
达力量。

但不是唯一因素。

板书
二、熵变对反应方向的影响
△S＞0有利于反应自发进行
△S＜0不利于反应自发进行
△S影响反应方向，但不是唯一因素
倾听
笔记
使所学学问系统化。

同学
练习
【针对练习】
下列过程中△S＜0的是（）
A．H2O(l)=H2O(g)
B．C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)
C．N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)
D．2H2O(l)=2H2(g)+O2(g)
读题
解答：C
针对性练习巩固。

课堂
小结
【老师指导】
请同学们回顾本节课，尝试复述所学
内容，并沟通共享你的收获。

思考
争辩、沟通
回答：
这节课学习了一个描述体系混
乱度的物理量——熵。

了解了熵增
加有利于反应自发进行，熵减小不
利于反应自发进行。

但是熵变也不
是打算反应方向的唯一因素。

拓展
延长
【设疑】
通过前两节课的学习，我们已经知道，
焓变和熵变都不是觉得反应方向的唯
一因素。

请同学们思考，既然△H＞0
不利于反应自发进行，为什么还有些
能够自发进行？还有△S＜0不利于
自发进行，为什么有些能够自发进
行？
【讲评】
回答的很好。

化学反应能否在肯定条
思考
小范围争辩
回答：△H＞0（不利于自发）时有
可能△S＞0（有利于自发），△S＜0
（不利于自发）时有可能△H＜0（有
利于自发）。

整合两节课的学习内
容，让同学前后联系，
使学问完整、系统。

通过同学的争辩回
答，让同学知道思考
问题要考虑大局、考
虑全面，培育同学思
考、解决问题的力量。

附：
化学反应方向的推断依据
1．焓判据
(1)焓变(ΔH)只与反应体系的始态和终态有关，与反应进行的途径无关。

(2)焓变(ΔH)是打算反应能否自发进行的一个因素，但不是唯一因素。

(3)ΔH<0时，反应有自发进行的倾向。

2．熵判据
(1)对于确定的化学反应，在肯定条件下，具有确定的熵变。

(2)熵变(ΔS)只与反应体系的始态和终态有关，与反应进行的途径无关。

(3)熵变(ΔS)是打算反应能否自发进行的一个因素，但不是唯一因素。

(4)熵增加(ΔS>0)有利于反应的自发进行。

3．复合判据ΔH－TΔS
(1)放热和熵增加都对ΔH－TΔS<0有所贡献，因此放热的熵增加反应肯定能自发进行，吸热的熵减小反应肯定不能自发进行。

(2)当反应的焓变和熵变的影响相反时，假如二者相差悬殊，某一因素可能占主导地位，若二者相差不大时，温度有可能对反应的方向起打算性作用。

用大爆炸宇宙学来观测事实
大爆炸宇宙学是现代宇宙学中最有影响的一种学说，与其它宇宙模型相比，它能说明较多的观测事实。

它的主要观点是认为我们的宇宙曾有一段从热到冷的演化史。

在这个时期里，宇宙体系并不是静止的，而是在不断地膨胀，使物质密度从密到稀地演化。

这一从冷到热，从密到稀的过程犹如一次规模很大的爆发。

依据大爆炸宇宙学的观点，大爆炸的整个过程是：在宇宙的早期，温度极高，在１００亿度以上。

物质密度也相当大，整个宇宙体系达到平衡。

宇宙间只有中子、质子、电子、光子和中微子等一些基本粒子形态的物质。

但是由于整个体系在不断膨胀，结果温度很快下降。

当温度降到１０亿度左右时，中子开头失去自由存在的条件，它要么发生衰变，要么与质子结合成重氢、氦等元素；化学元素就是从这一时期开头形成的。

温度进一步下降到１００万度后，早期形成化学元素的过程结束。

宇宙间的物质主要是质子、电子、光子和一些比较轻的原子核。

当温度降到几千度时，辐射减退，宇宙间主要是气态物质，气体渐渐分散成气云，再进一步形成各种各样的恒星体系，成为我们今日看到的宇宙。

大爆炸模型能统一说明以下几个观测事实：
１、大爆炸理论主见全部恒星都是在温度下降后产生的，因而任何天体的年龄都应比自温度至今日这一段时间为短，即应小于２００亿年。

各种天体年龄的测量证明白这一点。

２、观测到河外天体有系统性的谱线红移，而且红移与距离大体成正比。

假如用多普勒效应来解释，那么红移就是宇宙膨胀的反映。

３、在各种不同天体上，氦丰度相当大，而且大都是３０％。

用恒星核反应机制不足以说明为什么又如此多的氦。

而依据大爆炸理论，早期温度很高，产生氦的效率也很高，则可以说明这一事实。

４、依据宇宙膨胀速度以及氦丰度等，可以具体计算宇宙每一历史时期的温度。

大爆炸理论的创始人之一伽莫夫曾预言今日的宇宙已经很冷，只有确定温度几度。

１９６５年，果真在微波波段上探测到具有热辐射谱的微波背景辐射，温度大约为３Ｋ。

这一结果无论在定性上或者定量上都与大爆炸理论的预言相符。

但是，在星系的起源和各向同性分布等方面，大爆炸宇宙学还存在一些未解决的困难问题。

检测题
1．下列说法不正确的是( )
A ．铁生锈和氢燃烧均为自发放热过程
B ．冰溶化的过程中，熵值增加
C ．无热效应的自发过程是不存在的
D ．同一物质固态时熵值最小
2．能用能量判据推断下列过程的方向的是( )
A ．水总是自发地由高处往低处流
B ．放热反应简洁自发进行，吸热反应不能自发进行
C ．有序排列的火柴散落时成为无序排列
D ．多次洗牌以后，扑克牌的毫无规律的混乱排列的几率大 3．下列说法中正确的是( )
A ．能自发进行的反应肯定能快速发生反应
B ．非自发进行的反应肯定不行能发生反应
C ．能自发进行的反应实际可能没有发生反应
D ．常温下，2H 2O=====通电
2H 2↑＋O 2↑，即常温下水的分解反应是自发反应 4．已知下列过程都能自发进行，其中不能用“焓判据”解释的是( )
A ．2Na(s)＋Cl 2(g)===2NaCl(s) ΔH <0
B ．
C 3H 8(g)＋5O 2(g)===3CO 2(g)＋4H 2O(l) ΔH <0
C ．2NH 4Cl(s)＋Ca(OH)2(s)===2NH 3(g)＋CaCl 2(s)＋2H 2O(l) ΔH >0
D ．2Mg(s)＋O 2(g)===2MgO ΔH <0 5．对下列过程的熵变的推断不正确的是( )
A ．溶解少量食盐于水中：ΔS ＞0
B ．碳和氧气反应生成CO(g)：ΔS ＞0
C ．H 2O(g)变成液态水：ΔS ＞0
D ．CaCO 3(s)加热分解为CaO(s)和CO 2(g)：ΔS ＞0 6．下列说法中正确的是( )
A ．凡是放热反应都是自发的，吸热反应都是非自发的
B ．自发反应肯定是熵增大，非自发反应肯定是熵减小或不变
C ．熵增加且放热的反应肯定是自发反应
D ．化学反应能否自发进行，与反应焓变和熵变有关。

当ΔH －T ΔS <0时，反应非自发，非自发反应在任何条件下都不能实现
参考答案
1. 【解析】 自发过程是在肯定条件下不需要外力就能进行的过程。

铁生锈和氢燃烧均为混乱度减小、有序性增加、稳定性增加、放出热量的自发反应，A 项正确；冰溶化即有序性减小，混乱度增加，即熵值增加，B
项正确；物质由有序转化为无序时，不肯定发生热效应，如分子的集中现象，C 项错误；同一物质在固态时有序性最高，混乱度最小，熵值最小，D 项正确。

【答案】C
2. 【解析】A 项，水总是自发地由高处往低处流，有趋向于最低能量状态的倾向。

B 项，吸热反应也可以自发进行，例如，在25 ℃和1.01×105
Pa 时，2N 2O 5(g)===4NO 2(g)＋O 2(g) ΔH ＝＋56.7 kJ·mol －1
(NH 4)2CO 3(s)===NH 4HCO 3(s)＋NH 3(g) ΔH ＝＋74.9 kJ·mol －1。

不难看出，上述两个反应都是吸热反应，又都是熵增的反应，明显只依据焓变来推断反应进行的方向是不全面的。

C 项，有序排列的火柴散落时成为无序排列，有趋向于最大混乱度的倾向，属于熵判据。

D 项，扑克牌的无序排列也属于熵判据。

【答案】A
3. 【解析】 ΔH －T ΔS 这个判据指的是在温度、压强肯定的条件下，化学反应自动发生的趋势，即反应发生的可能性，它并不能说明在该条件下一个可能自发进行的化学反应能否实际发生，由于化学反应能否实际发生还涉及到反应速率问题，所以A 不正确；非自发不含有“不行能”之意。

例如：水的分解在常温常压下是非自发的，但在通直流电条件下，电解生成氢气和氧气，只不过消耗了其他能量，所以选项B 错误；水在常温常压下电解才发生分解，即环境对它做电功才能使它发生，所以是非自发反应，所以D 不正确。

【答案】C
4. 【解析】 放热反应过程中，体系能量降低，具有自发进行的倾向，也就是说，ΔH <0的反应一般能自发进行，这就是焓判据。

本题的C 项，ΔH >0，按焓判据反应不能发生，而题给条件是能自发进行，所以，不能用“焓判据”解释。

【答案】C
5. 【解析】 一般来说，同一物质熵的大小关系：气态>液态>固态。

气体越多，熵越大，H 2O(g)变成液态水，ΔS <0。

【答案】C
6. 【解析】放热反应经常是简洁进行的过程，吸热反应有些也是自发反应；自发反应的熵不肯定增加，可能减小，也可能不变；反应能否自发进行取决于ΔH －T ΔS ，当ΔS >0、ΔH <0时，ΔH －T ΔS <0反应肯定能自发进行，非自发的反应在高温下有可能为自发反应。

【答案】C。