新蘇教版高中化學(xué)選擇性必修1教學(xué)設(shè)計2：2.2.1 化學(xué)反應(yīng)的方向

新蘇教版高中化學(xué)選擇性必修1《化學(xué)反應(yīng)原理》PAGEPAGE1第1課時化學(xué)反應(yīng)的方向教學(xué)目標(biāo)：1．使學(xué)生了解自發(fā)反應(yīng)及判斷依據(jù)。2．使學(xué)生理解焓變、熵變的概念。教學(xué)重點(diǎn)：自發(fā)反應(yīng)與反應(yīng)方向的判斷。教學(xué)難點(diǎn)：熵變與焓變的理解。教學(xué)方法：閱讀討論法教學(xué)過程：[啟發(fā)]自然界發(fā)生的過程都有一定的方向性。例如水總是自動地從高處向低處流，而不會自動地反方向流動。又如鐵在潮濕的空氣中易生銹，而鐵銹決不會自發(fā)地還原為金屬鐵。[交流討論]列舉諸類自發(fā)進(jìn)行的例子[板書]化學(xué)反應(yīng)的方向1.自發(fā)反應(yīng)：這種在一定條件下不需外界幫助，（一經(jīng)引發(fā)）就能自動進(jìn)行的反應(yīng)，稱為自發(fā)自發(fā)反應(yīng)。[交流討論]室溫下能否自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)課本55頁[分析與討論]下列投影中的反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行，分析其原因3Fe(s)+2O2(g)─→Fe3O4(s)ΔH=－1118.4kJ·mol-1C(s)+O2(g)─→CO2(g)ΔH=－393.509kJ·mol-1CH4(g)+2O2(g)─→CO2(g)+2H2O(l)ΔH=－890.36kJ·mol-1[小結(jié)]在研究各種體系的變化過程時，人們發(fā)現(xiàn)自然界的自發(fā)過程一般都朝著能量降低的方向進(jìn)行。顯然，能量越低，體系的狀態(tài)就越穩(wěn)定。化學(xué)反應(yīng)一般亦符合上述能量最低原理。的確，很多放熱反應(yīng)(ΔH<0)在298.15K、標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下是自發(fā)的。而且反應(yīng)放出熱量越多，體系能量降低得也越多，反應(yīng)也越完全。[板書]2.判斷化學(xué)反應(yīng)方向的依據(jù)（1）化學(xué)反應(yīng)的焓變是制約化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的因素之一[舉例]3Fe(s)+2O2(g)─→Fe3O4(s)ΔH=－1118.4kJ·mol-1C(s)+O2(g)─→CO2(g)ΔH=－393.509kJ·mol-1CH4(g)+2O2(g)─→CO2(g)+2H2O(l)ΔH=－890.36kJ·mol-1[分析]有人曾試圖以反應(yīng)的焓變(ΔH)作為反應(yīng)自發(fā)性的判據(jù)。認(rèn)為在等溫等壓條件下，當(dāng)ΔH<0時：化學(xué)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，ΔH>0時：化學(xué)反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。但是，實踐表明：有些吸熱過程(ΔH>0)亦能自發(fā)進(jìn)行。例如，水的蒸發(fā)，NH4Cl溶于水以及Ag2O的分解等都是吸熱過程，但在298.15K、標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下均能自發(fā)進(jìn)行：NH4Cl(s)─→(aq)+Cl－(aq)ΔH=14.7kJ·mol-1Ag2O(s)─→2Ag(s)+O2(g)ΔH=31.05kJ·mol-1

又如，CaCO3的分解反應(yīng)是吸熱反應(yīng)(ΔH>0)CaCO3(s)─→CaO(s)+CO2(g)ΔH=178.32kJ·mol-1在298.15K、標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下反應(yīng)是非自發(fā)的。但當(dāng)溫度升高到約1123K時，CaCO3的分解反應(yīng)就變成自發(fā)過程，而此時反應(yīng)的焓變?nèi)越频扔?78.32kJ·mol-1(溫度對焓變影響甚小)。由此可見，把焓變作為反應(yīng)自發(fā)性的普遍判據(jù)是不準(zhǔn)確、不全面的。因此除了反應(yīng)焓變以外，肯定有其它因素的制約。[分析]為什么有些吸熱過程亦能自發(fā)進(jìn)行呢?下面以NH4C1的溶解和Ag2O的分解為例說明之。例如，NH4Cl晶體中的和Cl－，在晶體中的排列是整齊、有序的。NH4C1晶體投入水中后，形成水合離子(以aq表示)并在水中擴(kuò)散。在NH4Cl溶液中，無論是(aq)、Cl－(aq)還是水分子，它們的分布情況比NH4C1溶解前要混亂得多。[結(jié)論]體系混亂度的增加和溫度的改變，也是許多化學(xué)和物理過程自發(fā)進(jìn)行的影響因素。由此可見，自然界中的物理和化學(xué)的自發(fā)過程一般都朝著混亂程度(簡稱混亂度)增大的方向進(jìn)行。體系內(nèi)組成物質(zhì)粒子運(yùn)動的混亂程度，在熱力學(xué)中用另一個物理量──“熵”來表示(其符號為“S”)。[板書]（2）化學(xué)反應(yīng)的熵變[分析]一定條件下處于一定狀態(tài)的物質(zhì)及整個體系都有其各自確定的熵值。因此，熵是描述物質(zhì)混亂度大小的物理量，物質(zhì)(或體系)的混亂度越大，對應(yīng)的熵值就越大，反應(yīng)前后體系熵的變化叫做反應(yīng)的熵變，用ΔS表示。[拓展]物質(zhì)的聚集狀態(tài)不同其熵值不同，同種物質(zhì)的(g)>(1)>(s)。物質(zhì)的熵值隨溫度的升高而增大。氣態(tài)物質(zhì)的熵值隨壓力的增大而減小。[分析]熵與焓一樣，化學(xué)反應(yīng)的熵變(ΔS)與反應(yīng)焓變(ΔH)的計算原則相同，只取決于反應(yīng)的始態(tài)和終態(tài)，而與變化的途徑無關(guān)。[板書]變化前后體系的混亂度增大，此過程ΔS>0，ΔS越大，越有利于反應(yīng)的自發(fā)進(jìn)行；變化前后體系的混亂度減少，此過程ΔS<0，ΔS越小，不利于反應(yīng)的自發(fā)進(jìn)行。[舉例]如Ag2O的分解過程，從其分解反應(yīng)式表明，反應(yīng)前后對比，不但物質(zhì)的種類和“物質(zhì)的量”增多，更重要的是產(chǎn)生了熱運(yùn)動自由度很大的氣體，整個物質(zhì)體系的混亂程度增大了，此時ΔS>0。[講述分析]下列情況的熵是增大的還是減小的：A.物質(zhì)從氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，再變?yōu)楣虘B(tài)；B.反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量增加的反應(yīng)；C.反應(yīng)前后氣體的種類增加的反應(yīng)；D.晶體溶于水；E.氣體的壓強(qiáng)變大的變化。由此可見，判斷反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行，必須從焓變與熵變兩個角度進(jìn)行分析。[板書]（3）判斷反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行恒溫恒壓時：各種情況ΔH的符號ΔS的符號反應(yīng)情況1

（－）

（+）

任何溫度下均為自發(fā)反應(yīng)2

（+）

（－）

任何溫度下均為非自發(fā)反應(yīng)3

（+）

（+）

常溫下