2021-2022学年人教版选修4教案 第2章 第四节化学反应进行的方向

二、4 化学反应进行的方向
【教学目标】
一、学问与技能：
1.理解化学反应方向推断的焓判据及熵判据；
2.能用焓变和熵变说明化学反应的方向。

二、过程与方法：通过同学已有学问及日常生活中的见闻，使同学构建化学反应方向的判据。

学会运用比较、归纳、概括等方法对信息进行加工，构建新学问。

三、情感态度与价值观：通过本节内容的学习，使同学体会事物的进展、变化经常受多种因素的制约，要全面分析问题。

【教学重点】焓减与熵增与化学反应方向的关系
【教学难点】焓减与熵增与化学反应方向的关系
【教学方法】
1.应用争辩沟通的方法调动同学的乐观性，充分发挥同学的想象力；
2.启发同学学会归纳、概括，对信息进行加工，得出结论；
3.留意从同学已有学问及日常生活的阅历上构建新学问。

【教学用品】投影仪
【教学课时】1课时
【教学过程】
〖教学流程〗情景设疑→引出课题→争辩与沟通→得出结论→点评强化理解→教学评价。

（情景设疑）汽车尾气中的主要污染物是一氧化氮以及燃料不完全燃烧所产生的一氧化碳，它们是现代城市中的大气污染物，为了减轻大气污染，人们提出通过以下反应来处理汽车尾气：2NO（g）+ 2CO（g）= N2（g）+ 2CO2（g），你能否推断这一方案是否可行？理论依据是什么？
（导入）上述问题是化学反应的方向的问题。

反应进行的方向、快慢和限度是化学反应原理的三个重要组成部分。

通过前三节的学习和争辩，我们已经初步解决了后两个问题，即反应的快慢和限度问题，这节课我们来争辩反应的方向的问题。

〖板书〗第四节化学反应进行的方向
在我们争辩问题之前，先来说两个概念，自发过程和自发反应。

〖板书〗一、自发过程和自发反应
1.自发过程：在肯定条件下，不需要外力作用就能自动进行的过程。

2.自发反应：在给定条件下，能自发地进行到显著程度的反应。

3.非自发反应：不能自发地进行，必需借助某种外力才能进行的反应。

（沟通）依据生活阅历，举例说说我们见过的自发过程。

（总结）生活中的自发过程：①水由高处往低处流；②自由落体；③电流由电位高的地方向电位低的地方流；④铁器暴露于潮湿的空气中会生锈；⑤室温下冰块会溶化；⑥香味的集中；⑦蔗糖溶于水；⑧生石灰投入水中发热生成熟石灰等。

（过渡）科学家依据体系存在着力图使自身能量趋于“最低”和由“有序”变为“无序”的自然现象，提出了相互关联的焓判据和熵判据，为反应方向的推断供应了必要的依据。

（阅读）P34了解焓判据：体系趋向于从高能状态转变为低能状态，这时体系会对外部做功或者释放能量，由此总结而得的阅历规律就是所谓的焾判据。

〖板书〗二、反应方向的焓判据：放热反应过程中体系能量降低，具有自发进行的倾向。

ΔH＜0，即放热反应易于自发进行。

（点评）多数自发进行的化学反应是放热反应，但也有不少吸热反应能自发进行。

而且有一些吸热反应在室温条件下不能自发进行，但在较高温度下则能自发进行，如：N2O5（g）= 4NO2（g）+ O2（g）
NH4HCO3（s）+ CH3COOH（aq）= CO2（g）+CH3COONH4（aq）+ H2O（l）；
CaCO3（s） CaO（s）+CO2（g）
因此，反应焓变是与反应能否自发进行有关的一个因素，但不是唯一因素。

（过渡）在密闭条件下，体系有从有序自发地变为无序的倾向，无序体系更加稳定。

（阅读）P35了解熵判据
〖板书〗三、反应方向的熵判据
1.混乱度：表示体系的不规章或无序状态。

混乱度的增加意味着体系变得更加无序。

2.熵：表示混乱度大小的物理量。

符号：S 单位：J/mol·K。

（1）体系的熵越大，混乱度就越大，体系就越无序。

（2）物质熵大小的规律：①物质的存在状态：S（g）＞S（l）＞S（s）；②气体的物质的量越大，熵越大；③物质组成越简单其熵越大。

一般地，组成物质的原子种类相同时，一个分子中的原子数目越多，熵越大。

3.熵变：△S = S（产物）— S（反应物）
4.熵判据：自发过程的体系趋向于从有序转变为无序，导致体系的熵增大，叫做熵增原理。

△S＞0，熵增大，体系更加稳定，反应趋向于自发进行。

（学与问）由于反应中生成气体是熵增大的原理，所以增大了反应的自发性。

（点评）有些熵减小的反应在肯定条件下也可以自发进行，如：—10℃的液态水会自动结冰成为固态，就是熵减的过程（但它是放热的）；
高温
2Al（s）+ Fe2O3（s）= Al2O3（s）+ 2Fe（s）△S = —39.35J/mol·K。

因此，反应熵变是与反应能否自发进行有关的又一个因素，但也不是唯一因素。

〖板书〗四、复合判据：在肯定条件下，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。

争辩表明，在恒温、恒压下，推断化学反应自发性的判据是：体系自由能（吉布斯自由能）变化（△G、单位：KJ/mol）：△G = △H─T△S
当△H＜0，△S＞0，即△G＜0时反应能自发进行；
当△G =△H─T△S = 0时反应达到平衡状态；
当△H＞0，△S＜0，即△G＞0时反应不能自发进行；
当△H＞0，△S＞0，或△H＜0，△S＜0时，反应是否自发进行与温度有关，一般低温时焓变影响为主，高温时熵变影响为主。

在争辩过程的方向问题时，我们指的是没有外界干扰时体系的性质。

假如允许外界对体系施加某种作用，就可以消灭相反的结果。

（教学评价）1.下列说法正确的是（）
A.凡是放热反应都是自发的，由于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削减或不变
C.自发反应在恰当条件下才能实现
D.自发反应在任何条件下都能实现
2.自发进行的反应肯定是（）
A.吸热反应
B.放热反应
C.熵增加反应
D.熵增加或者放热反应
3.下列说法正确的是（）
A.放热反应肯定是自发进行的反应
B.吸热反应肯定是非自发进行的
C.自发进行的反应肯定简洁发生
D.有些吸热反应也能自发进行
【课堂小结】能量判据和熵判据的应用：
1.由能量判据知∶放热过程（△H＜0）经常是简洁自发进行；
2.由熵判据知∶很多熵增加（△S＞0）的过程是自发的；
3.很多状况下，简洁地只用其中一个判据去推断同一个反应，可能会消灭相反的推断结果，所以我们应两个判据兼顾。

由能量判据（以焓变为基础）和熵判据组合成的复合判据（体系自由能变化：△G = △H - T△S）将更适合于全部的反应过程；
4.过程的自发性只能用于推断过程的方向，不能确定过程是否肯定会发生和过程的速率；
5.在争辩过程的方向时，我们指的是没有外界干扰时体系的性质。

假如允许外界对体系施加某种作用，就可能消灭相反的结果；
6.反应的自发性也受外界条件的影响。

【作业设计】P36 1 2
【板书设计】第四节化学反应进行的方向
一、自发过程（spontaneous process）和自发反应
二、反应方向的焓判据
三、反应方向的熵(entropy)判据
四、焓变与熵变对反应方向的共同影响
【教学感悟】。