化學反應進行的方向教案
時間：2022-09-15 12:35:00
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課時安排:一課時課型:講授型
教材版本:人教版章節:第二章第四節
主講人:吳海燕
●學生情況
學生的基礎知識不是很扎實,不宜就教材里的內容作太多的延伸和拓展,注重把書本里最基本的知識講解透徹。
●教學目標
知識與技能:
1、理解焓判據、熵的概念;
2、理解焓判據和熵判據對化學反應進行方向的共同影響;
3、學會利用焓判據和熵判據分析化學反應進行的方向。
過程與方法:
1、利用已知事實,學生討論得出焓變與熵變與化學反應進行方向的關系
情感態度與價值觀:
1、學會從不同的角度去綜合的分析問題,靈活運用理論依據進行解題。
●教學重點
利用焓判據和熵判據判斷反應進行的方向
●教學難點
焓判據和熵判據的綜合運用
●教學方法
設疑引導、實驗探究、點撥探討
●教學媒體
ppt、電腦、投影、實驗裝置、黑板等
●教學過程
【老師】
在本章的緒言里明確指出了本章書我們要學習關于化學反應的三個問題,它們分別是:
【PPT】
化學反應進行的快慢
——化學反應速率
化學反應進行的限度
——化學平衡
化學反應進行的方向
——?
【老師】
現面兩個問題我們已經學習完了,那化學反應進行的方向我們又該如何來判斷呢?我們怎么知道一個反應自發進行的是哪一個方向呢?
現在,先請同學們看這一組自發過程。
【PPT】
自發過程:
自然界中水總是從高處往地處流;
電流總是從電位高的地方向電位低的地方流動;
室溫下冰塊自動融化;
墨水擴散;
食鹽溶解于水。
【老師】
水往地處流、食鹽溶解等過程是我們日常生活中很常見的現象。這是不用依靠任何外力的幫助就可以自發進行的過程。
我們再來看一組自發反應,看看有什么不同。
【PPT】
自發反應:
鎂條燃燒:Mg(s)+O2(g)=MgO(s)
酸堿中和:H++OH-=H2O
鐵器暴露在潮濕空氣中會生銹:3Fe(s)+3/2O2(g)=Fe2O3(s)
甲烷和氧氣的混合氣體遇明火就燃燒:CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)
【老師】
這四個反應同樣是在一定的條件下,不用借助外力就可以自發進行的反應。那現在就有兩個概念了,自發過程和自發反應,我們該怎樣給它們下一個定義呢?
是自發過程的范圍大還是自發反應的范圍大?(自發過程)自發反應是從屬于自發過程的,是屬于自發過程的一部分。
那我們現在就來給它們下一個定義。
【PPT】
自發過程:
在一定條件下,不借助外部力量就能自動進行的過程。
自發反應:
在給定的一組條件下,一個反應可以自發地進行到顯著程度,就稱為自發反應。
【老師】
那么我們該如何判斷一個過程,一個反應能否自發進行呢?一個過程或者一個反應要自發的進行是否要符合什么條件呢?
尋找這個能令反應自發進行的判據就是我們今天的重點內容。
首先請同學們觀察下列幾個自發進行的反應,找出它們的共同之處。
【PPT】
2Na(s)+2H2O(l)=2NaOH(aq)+H2(g)△H=-368kJ/mol
3Fe(s)+3/2O2(g)=Fe2O3(s)△H=-824kJ/mol
2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)△H=-571.6kJ/mol
【老師】
它們的△H都是小于0的,也就是說,它們都是放熱反應。那么,是反應物所具有的能量高還是生成物所具有的能量高呢?(反應物)換句話說,這三個反應都是從高能量向低能量轉化的反應。現在我們可以把它們的共同點總結為:
【PPT】
共同點:△H<0,放熱反應,高能向低能轉化。
【老師】
通常,我們把反應的這個能量變化叫做焓變(△H)。那么我們的焓判據就可以表述為:
【PPT】
焓(H)判據:
自發過程的體系取向于從高能狀態轉變為低能狀態(這時體系會對外部做功或釋放熱量,焓變小于0),這一經驗規律就是焓判據,是判斷化學反應進行方向的判據之一。
【老師】
由這個焓判據,我們是不是可以得到這么一個規律:
【PPT】
規律:
一般情況下,△H<0的反應容易自發進行。
【老師】
一般情況下,焓減的反應都是容易自發進行的。這里有幾點是大家要注意的:
【PPT】
注意:
(1)焓變(△H)只決定于體系的始態和終態,與變化的途徑無關;
(2)焓判據只能用于判斷過程的方向,能否實現要看具體條件;
(3)焓判據只判斷一定條件化學反應能否自發進行,與化學反應速率無關。
【練習】
知道了某過程有自發性之后,則(A)
A、可判斷出過程的方向
B、可確定過程是否一定會發生
C、可預測過程發生完成的快慢
D、可判斷過程的熱效應
【老師】
在這個焓判據里,有幾個字是很值得我們斟酌的“一般情況下”,那是不是說,會存在例外呢?我這里有幾個例外的例子,大家一起來看一下。
【PPT】
例:
C(s)+H2O(l)=CO(g)+H2(g)△H>0
CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)△H>0
NH4HCO3(s)+CH3COOH(l)=CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l)△H>0
【老師】
這幾個都是△H>0,也就是焓增加的吸熱反應,但是它們都是可以自發進行的。那是不是說焓判據是錯誤的呢?不是,這只是說明了焓變不能作為判斷反應是否自發進行的獨立依據。除了焓變,書本上還提到一個什么可以用來作為判據?(熵變)
什么是熵呢?大家對這個概念挺陌生的是不是,不要緊我們一起來看一下什么是熵。
【PPT】
熵(S):
在密閉條件下,體系由有序自發地轉變為無序的傾向,這種推動體系變化的因素稱作熵。
【老師】
由有序自發地轉變為無序,體系的混亂度是增加的,那我們可以這樣來理解,熵其實就是一個可以反應體系混亂程度的值。體系越混亂,熵值越大。
那熵變就是反應前后混亂度之差了。那我們怎么用這個差值來判斷反應是否自發進行呢?大家來看下面的這幾個例子:
【PPT】
1、冰→液態水→水蒸氣
2、氯化鈉晶體溶于水
3、自發進行的吸熱反應:
N2O5分解:2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)△H=+56.7kJ/mol
碳酸銨的分解:(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g)△H=+74.9kJ/mol
【老師】
水固態變為氣態,是不是水分子由有序排列變為無序排列的過程呢?那這個時候,體系的混亂度會怎么樣?也就是熵增加的過程。所以,物質由固態到液態再到氣態的這個變化的過程就是一個熵增加的過程,S(固)<S(液)<S(氣)。
同樣的道理,晶體的溶解也是熵增的過程。那這兩條反應呢?N2O5分解,由兩體積變為有NO2和O2共存的五體積,混亂度是增加的,那熵值也增加。同樣的,碳酸銨的分解也是一個熵值增加的反應,那現在我們就可以總結出這幾個反應的共同點是:
【PPT】
共同點:熵(S)增加
【老師】
同時也可以總結得出兩個規定:
【PPT】
規定:
(1)體系混亂度越大,熵值越大;體系混亂度越小,熵值越小。
(2)同一物質,在氣態時熵最大,液態時次之,固態時最小。
【老師】
那我們的熵判據就可以表述為:
【PPT】
熵(S)判據:
在與外界隔離的體系中,自發過程將導致體系的熵增大,這一經驗規律叫做熵增原理。是在用來判斷化學反應方向時就稱為熵判據。
【老師】
同樣的,我們可以得到這么一個規律:
【PPT】
規律:
一般情況下,熵增的反應容易自發進行。
【老師】
這里要注意的幾點和剛才的焓判據差不多:
【PPT】
注意:
(1)熵變只是反應能否自發進行的一種因素;
(2)熵變(△S)只決定于體系的始態和終態,與變化的途徑無關;
(3)熵判據只判斷一定條件化學反應能否自發進行,與化學反應速率無關。
【老師】
那我們是不是就終于找到了一個可以判斷反應是否自發進行的判據呢?不是的,在熵判據里也有這么幾個字“一般情況下”。而且大家看這個例子:
【PPT】
例:-10。C的水會自動結冰
【老師】
看來熵變也不能作為判斷反應是否自發進行的獨立依據。那現在怎么辦?我們可以把兩個判據合起來是不是。
那一個自發過程、自發反應就是要符合:
【PPT】
自發過程的兩大變化趨勢:
(1)能量趨于減小
(2)混亂度趨于增大
【老師】
用四個字總結就是“焓減、熵增”。我們把這個叫做符合判據,科學家們總結出了一條公式△G=△H-T△S,△G代表的是自由能,用自由能來判斷反應進行的方向是最全面最科學的,當△G<0時,反應就可以自發進行,那現在就請同學們根據這個公式合和△H、△S的符號判斷一下△G的符號,再利用△G來說明反應是否可以自發進行,填在這個表上面。
【PPT】
焓變△H熵變△S自由能△G反應在該狀況下能否自發進行
△H<0
-△S>0
+△G<0能
△H>0
+△S<0
-△G>0不能
△H<0
-△S<0
-——視乎T的取值
△H>0
+△S>0
+——視乎T的取值
【老師】
從這個表上,大家要記住兩條,1、△H<0,△S>0的反應是可以自發進行的;2、△H>0,△S<0的反應是不可以自發進行的。
【練習】
1、下列過程是非自發的是∶(D)
A、水由高處向低處流;
B、天然氣的燃燒;
C、鐵在潮濕空氣中生銹;
D、室溫下水結成冰。
2、下列說法正確的是∶(C)
A、凡是放熱反應都是自發的,由于吸熱反應都是非自發的;
B、自發反應一定是熵增大,非自發反應一定是熵減少或不變;
C、自發反應在恰當條件下才能實現;
D、自發反應在任何條件下都能實現。
3、自發進行的反應一定是(D)
A、吸熱反應
B、放熱反應
C、熵增加反應
D、熵增加或者放熱反應
4、下列說法正確的是(D)
A、放熱反應一定是自發進行的反應
B、吸熱反應一定是非自發進行的反應
C、自發進行的反應一定容易發生
D、有些吸熱反應也能自發進行
5、水的三態的熵值大寫關系正確的是(C)
A、Sm(s)>Sm(l)>Sm(g)
B、Sm(l)>Sm(s)>Sm(g)
C、Sm(g)>Sm(l)>Sm(s)
D、Sm(g)>Sm(s)>Sm(l)
6、下列過程屬于熵增加的是(C)
A、一定條件下水由氣態變為液態
B、高溫高壓條件下使石墨轉化為金剛石
C、散落的火柴的無序排列
D、CO點燃時生成CO2
7、碳酸銨〔(NH4)2CO3〕在室溫下就能自發地分解產生氨氣,對其說法中正確的是∶(A)
A、其分解是因為生成了易揮發的氣體,使體系的熵增大;
B、其分解是因為外界給予了能量;
C、其分解是吸熱反應,據能量判據不能自發分解;
D、碳酸鹽都不穩定,都能自發分解。