化学反应进行的方向及判断依据

课题：化学反应进行的方向及判断依据

设计者：浙江省磐安中学周岚岚 2010年6月1日

设计意图：让学生先从生活中的自发过程实例出发，展示有关情境图片，指出自发过程是“在一定条件下无需外界帮助就能自动进行的过程。”从中得出自发过程能发生的规律：1、能量趋于“最低”的趋势2、“有序”变为“无序”的规律。然后请学生找能自发进行的反应，同时介绍几个吸热反应，从所举的例子中找到影响化学反应自发进行因素：1、能量降低-

放热反应（焓变△H<0）2、混乱度增大（熵变△S

教学目标：

1、知识与技能：（1）理解化学反应方向判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。

2、过程与方法：通过学生已有知识及日常生活中的见闻，使学生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，构建新知识。

3、情感态度与价值观：通过本节内容的学习，使学生体会事物的发展、变化常常受多种因素的制约，要全面分析问题。

教学重点、难点：

焓减和熵增与化学反应方向的关系。

教学过程

【课的引入】展示黄河壶口瀑布图片，引出水从高处流往低处，

【设问】水能从低处流往高处吗？可以，用抽水机。但是如果抽水机停止工作水就不能从低处流往高处。

【设问】水在任何时候都能从高处流往低处吗？展示黄河壶口瀑布2003年01月08日

遇的“冷冬”冻成一片“安静”的冰瀑图片.说明水自发的从高处流向低处也得在一定的条件下，从而引出自发过程的定义。

【学生归纳】自发过程：在一定条件下，不需要外界作功就能自动进行的过程。

【收集实例】生活中你接触的自发过程有哪些？

1、室温下开水变凉

2、冰室温时溶解

3、蹦极

4、学生下课使得无序场面……

【探究】这些自发过程为什么能进行，有什么规律？

【学生讨论】1、能量趋于“最低”的趋势（自发过程取向于最低能量状态的倾向）

2、“有序”变为“无序”的规律（自发过程取向于最大混乱度的倾向）

【探究】我们的化学反应中也有这类自发过程，叫自发反应。你觉得自发反应的定义如何？【板书】一、化学反应的方向

1、自发反应：在一定条件下，无需外界帮助就能自动进行的反应。

【学生讨论】找一找我们接触过的自发反应有哪些？

1、白磷自然。

2、铁器暴露在潮湿空气中会生锈。。。。。。

【实验探究】1、锌和稀硫酸反应。

2、镁带燃烧。

3、NH4Cl与Ba(OH)2·8H2O的反应。

【交流讨论】如何理解该定义？

(1)一定条件指：一定的温度和压强，

(2)外界帮助可以是如通电、光照等，但点燃不是外界帮助。

【交流讨论】下列反应在一定条件下能够自发进行，它们有哪些共同特征？

1、C3H8(g)+5O2(g)=3CO2(g)+4H2O（l）△H=-2217.5 kJ/mol

2、2Na(s)+Cl2=2NaCl(s) △H=- kJ/mol

3、4Fe(s)+3O2(g)=2Fe2O3(s) △H=-1648.4kJ/mol

4、2Mg（s）+O2（g） =2MgO（s）

5、Ba(OH)2·8H2O(s)＋2NH4Cl(s)==BaCl2(s)＋2NH3(g)＋10H2O (l)

6、NH4HCO3(s)== NH3(g) + H2O(l) + CO2(g)

【交流讨论】也应该符合自发过程的规律：

1、能量趋于“最低”的趋势

2、“有序”变为“无序”的规律。

则自发反应的规律是：

1、能量趋于“最低”的趋势——反应热角度分析：放热反应易自发。

2、“有序”变为“无序”的规律——混乱度角度分析：反应后变得混乱的反应易自发。【总结、板书】二、自发反应判断依据：1、反应热（焓变△H<0）

【教师释疑】科学研究表明，对于化学反应，⊿H＜０有利于反应自发进行。且放出热量越多，体系降低能量越多，反应越完全。⊿H＜０是决定一个反应能否自发的重要因素。

【总结、板书】2、混乱度（熵变）

熵变：△S

混乱度增加：△S＞0

混乱度减小：△S <0

【概念提升】思考：判断下列过程的熵变是大于零还是小于零？

1.H2O(s)→H2O(l)→H2O(g) △S>0

2.CaCO3(s) ==CaO(s)+CO2(g) △S>0

3.NaOH(s)=Na+(aq)+OH-(aq) △S>0

4.N2(g)+3H2(g)==2NH3(g) △S<0

【规律总结】导致△S＞0的因素

1、同一物质:固态液态气态

2、固体物质电离成离子。

3、产生气体的反应和气体的物质的量增加的反应。

【规律应用】解释下列反应为什么能够自发进行？

2Mg（s）+O2（g） =2MgO（s）△H>0 △S<0

2Na（s）+ 2H2O（l）= 2NaOH（aq） + H2（g）△H>0 △S>0

Zn（s） + H2SO4（aq） = ZnSO4（aq） + H2（g）△H>0 △S>0

CH4(g) + 2O2(g) = CO2(g) + 2H2O(l) △H>0 △S<0

Ba(OH)2·8H2O(s)＋2NH4Cl(s)==BaCl2(s)＋2NH3(g)＋10H2O (l) △H<0 △S>0

NH4HCO3(s)== NH3(g) + H2O(l) + CO2(g) △H<0 △S>0

一个反应能否自发是由△H、△S共同作用的结果。

【板书】二、判断化学反应方向的依据

【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】吉布斯自由能：△G = △H - T△S

【指出】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】△G < 0 反应能自发进行；

△G > 0 反应不能自发进行。

【知识应用】1、判断下列反应能否自发进行

（1）Mg(s) + 2HCl(aq) = MgCl2(aq) + H2(g)

△H <0，△H >0 该反应一定能自发进行；

（2）CO2(g)+H2O(l)+CaCl2(l)=CaCO3(s)+2HCl(l)

△H >0，△S<0 该反应一定不能自发进行；

（3）NH3(g)+HCl(g)=NH4Cl(s)

△H <0，△S<0 该反应在较低温度下能自发进行

（4）2H2O=2H2+O2

△H >0,△H >0 该反应在较高温度下能自发进行

【学以致用】汽车尾气的主要污染物是一氧化氮以及燃烧不完全所产生的一氧化碳，它们是现代化城市的重要大气污染物，为了减轻汽车尾气造成的大气污染,有人提出通过

2NO(g) + 2CO(g) = N2(g) + 2CO2(g) 来处理汽车尾气。已知：

室温（298K、101kPa）下：△H = －113.0 kJ·mol－1△S = －143.5 J·mol－1·K－1 回答：1、该反应室温能自发进行吗？要通过此途径处理尾气，应该采取什么方法？

【问题解决】△G=△H－T△S =－69.68 kJ·mol－1 < 0,因此，室温下反应能自发进行。但该反应速率极慢，应该努力寻找合适的催化剂来加快该反应的速率。

【总结】能量判据和熵判据的应用：

1、由能量判据知∶放热过程（△H﹤0）常常是容易自发进行；

2、由熵判据知∶许多熵增加（△S﹥0）的过程是自发的；

3、很多情况下，简单地只用其中一个判据去判断同一个反应，可能会出现相反的判断结果，所以我们应两个判据兼顾。

【课堂练习】

1．250C和1.01×105Pa时，反应2N2O5（g）=4NO2（g）+ O2（g）△H=＋56.76kJ/mol，自发进行的原因是（）

A．是吸热反应； B．是放热反应；

C．是熵减少的反应； D．熵增大效应大于能量效应。

2．下列过程属于熵增过程的是（）

A．硝酸钾溶解在水里面； B．氨气和氯化氢反应生成氯化铵晶体；

C．水蒸气凝结为液态的水； D．(NH4)2CO3分解生成二氧化碳、氨气和水。

3．以下自发反应可用能量判据来解释的是( )

A．硝酸铵自发地溶于水； B．2N2O5(g) = 4NO2(g)+ O2(g) △H=+56.7kJ/mol；

C．(NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g) △H=+74.9 kJ/mol；

D．2H2(g)+ O2(g)=2H2O(l) △H=-571.6 kJ/mol。

板书设计：化学反应进行的方向及判断依据

一、自发过程

规律：1、能量趋于“最低”的趋势

2、“有序”变为“无序”的规律

二、自发反应

判断依据：△H △S

△G =△H-T△S △G < 0 反应能自发进行，△G > 0 反应不能自发进行。

资料卡片：

1、宇宙最低温度：目前为止，因为宇宙大爆炸的“余热”，在宇宙的每一个角落都遍布着一种叫做3K微波的电磁波（在下面给楼主了一个介绍3K微波的网站）。就是说，在不接受其他任何能量的情况下，目前宇宙中最低温度为3K左右，并且能会随着宇宙的膨胀继续降低。

2、为什么要引入“焓变”，而不直接使用等压过程反应热

高盘良教授：等压过程的反应热（Qp)是可以通过实验测量的，但每一个反应的Qp都必须通过实验测量；引入焓变后，可以利用盖斯定律通过焓变的计算得到没有经过实验测定的反应的反应热，因此焓是比实验测得的反应热（Qp）更高层次的能量，用途更广。

3、如何理解“焓变”与“生成物总能量和反应物总能量的差”、“旧化学键断裂和新化学键生成所需能量差”的关系？

高盘良教授：首先，“总能量”的提法很含糊，无法对总能量进行界定，而“焓”只是其中的一部分，不能把“焓变”与“总能量差”等同起来。