1、普通高中课程标准实验教科书化学选修4人教版 第四节 化学反应进行的方向教学目标：1、了解熵的基本涵义及能量判椐和熵判椐的基本内容。2、能说出化学反应的焓变与熵变对反应进行方向的影响。教学难点、重点：能说出化学反应的焓变与熵变对反应进行方向的影响。教学方法：查阅资料、讨论、探究。课时划分：一课时教学过程：导课化学反应原理有三个重要组成部分，反应进行的方向、快慢（反应速率）、反应限度（化学平衡），后两个我们已经初步解决，今天我们解决，我们现在来学习第一个问题：反应进行的方向。板书第四节 化学反应进行的方向问题科学家是怎样根据什么原理来判断一个化学反应能否发生？（学生阅读相关内容后回答）回答科学家根
2、据体系存在着力图使自身能量“最低”和由“有序”变“无序”的自然现象，提出了相关联的能量判椐和熵判椐，为最终解决上述问题提供了依据。小组探讨不借助外力自发进行的自发过程的特点。汇报1体系趋于从高能态变为低能态（对外做功或释放热量）。投影 讲解同学们所回答的就是所谓的能量判椐：体系趋于从高能态变为低能态（对外做功或释放热量）。板书1、能量判椐：体系趋于从高能态变为低能态。问题同学们在相互探讨一下由“有序”变“无序”的自然现象，举例说明。汇报2密闭容器中的气态物质或液态物质蒸汽（包括挥发性固体），会通过分子扩散自发形成均匀混合物。物质溶于水自发地向水中扩散，形成均匀的溶液等。讲解为解释这一类与能量无
3、关的过程的自发性，科学家提出了另一推动体系变化的因素：在密闭条件下，体系有由有序自发地变为无序的倾向。投影板书2、熵判椐：在密闭条件下，体系有由有序自发地变为无序的倾向。讲解 “熵”是德国物理学家克劳修斯在年创造的一个术语，他用它来表示任何一种能量在空间中分布的均匀程度。能量分布得越均匀，熵就越大。如果对于我们所考虑的那个系统来说，能量完全均匀地分布，那么，这个系统的熵就达到最大值。热力学第二定律告诉我们，能量转换只能沿着一个方向进行，总是从高能量向低能量转换，从有序到无序，人类利用这个过程让能量做功，同时系统的熵增加，熵是一个描述系统状态的函数。熵增加的过程，就意味着能量耗散了，从有用的能量
4、转化向对人类无用的能量。思考气态、固态、液态三者熵值大小。板书 熵值：气态液态固态。学与问发生离子反应条件之一是产生气体，利用熵判椐进行解释？回答 根据熵判椐，在密闭条件下，体系有由有序自发地变为无序的倾向。气态熵值大，反应沿着从有序到无序方向进行。讲解 早在一个世纪之前，在无数化学家的辛勤努力下，发现绝大多数放热的化学反应都能自发地进行。因此提出用反应的焓变（H）作为判断反应自发性的依据。这样就得出：若H0，正向反应能自发进行；若H0，正向反应不能自发进行，而逆向反应能自发进行。并进一步提出，H的负值越大，放热越多，则反应越完全。因为反应进行时若放热，则体系的能量必然降低。放出的热量越多，则
5、体系的能量降低得越多。因此，反应体系有趋向于最低能量状态的倾向。板书3、焓变（H）作为判断反应自发性的依据：若H0，正向反应能自发进行；若H0，正向反应不能自发进行，而逆向反应能自发进行。讲解但有些吸热反应在室温下也能自发进行，且熵值增大。如：2N2O5（g）= 4NO2（g）+O2（g）；H=56.7kJ/mol（NH4）2CO3（s）=NH4HCO3（s）+NH3（g）；H=74.9kJ/mol有些吸热反应在室温下虽不能自发进行，但当温度升高时却能自发进行。另如298 K（25 ）时，CaCO3能长期稳定存在，若升温至1 106 K（833 ）时，反应立即自发地正向进行。碳酸钙的受热分解，
6、是因为它能产生气体状态的二氧化碳分子，使体系的熵值增大。但该反应因外界输入能量，不属于自发进行的反应。板书 熵值作为判断反应自发性的依据：在化学变化中，体系趋向于最大无序的方向进行。强调过程的自发性只能用于判断过程的方向，不能确定过程一定会发生和过程发生的速率。在实际的化学变化中，体系趋向于最低能量状态的倾向与体系趋向于最大无序的倾向有时会出现矛盾。判断某种变化是否能够自发进行，要权衡这两种倾向，有时可能是最低能量为主要因素，有时可能是最大无序起了主导作用，因此必须根据具体情况进行具体分析，做出切合实际的结论。下表列入了反应的自发性的一些情况。反应热熵值所属反应的自发性反应举例放热放热吸热吸热
7、增大减小增大减小任何温度都自发进行较低温时自发进行高温时自发进行任何温度都不能自发进行2H2O2（l）=2H2O（l）+O2（g）N2（g）+3H2（g）=2NH3（g）CaCO3（s）=CaO（s）+CO2（g）板书注意：判断某种变化是否能够自发进行，必须根据具体情况进行具体分析，做出切合实际的结论。结束语由能量判椐和熵判椐做出的复合判椐更适合于所有过程，这些内容已远远超出初等化学的要求，无法用有限的篇幅来阐述、说明，只能给同学们留下言犹未尽的遗憾，希望同学们通过大学课程进一步学习。作业P36 1、2板书计划 第四节 化学反应进行的方向1、能量判椐：体系趋于从高能态变为低能态。2、熵判椐：在
8、密闭条件下，体系有由有序自发地变为无序的倾向。3、能量判椐与焓变关系：一般情况下，若H0，正向反应能自发进行；若H0，正向反应不能自发进行，而逆向反应能自发进行。注意：判断某种变化是否能够自发进行，必须根据具体情况进行具体分析，做出切合实际的结论。知识拓展熵与热力学第二定律只有当你所使用的那个特定系统中的能量密度参差不齐的时候，能量才能够转化为功，这时，能量倾向于从密度较高的地方流向密度较低的地方，直到一切都达到均匀为止。正是依靠能量的这种流动，你才能从能量得到功。江河发源地的水位比较高，那里的水的势能也比河口的水的势能来得大。由于这个原因，水就沿着江河向下流入海洋。要不是下雨的话，大陆上所有
9、的水就会全部流入海洋，而海平面将稍稍升高。总势能这时保持不变。但分布得比较均匀。正是在水往下流的时候，可以使水轮转动起来，因而水就能够做功。处在同一个水平面上的水是无法做功的，即使这些水是处在很高的高原上，因而具有异常高的势能，也同样做不了功。在这里起决定性作用的是能量密度的差异和朝着均匀化方向的流动。不管对哪一种能量来说，情况都是如此。在蒸汽机中，有一个热库把水变成蒸汽，还有一个冷库把蒸汽冷凝成水。起决定性作用的正是这个温度差。在任何单一的、毫无差别的温度下不管这个温度有多高是不可能得到任何功的。“熵”是德国物理学家克劳修斯在年创造的一个术语，他用它来表示任何一种能量在空间中分布的均匀程度。
10、能量分布得越均匀，熵就越大。如果对于我们所考虑的那个系统来说，能量完全均匀地分布，那么，这个系统的熵就达到最大值。在克劳修斯看来，在一个系统中，如果听任它自然发展，那么，能量差总是倾向于消除的。让一个热物体同一个冷物体相接触，热就会以下面所说的方式流动：热物体将冷却，冷物体将变热，直到两个物体达到相同的温度为止。如果把两个水库连接起来，并且其中一个水库的水平面高于另一个水库，那么，万有引力就会使一个水库的水面降低，而使另一个水面升高，直到两个水库的水面均等，而势能也取平为止。因此，克劳修斯说，自然界中的一个普遍规律是：能量密度的差异倾向于变成均等。换句话说，“熵将随着时间而增大”。对于能量从密
11、度较高的地方向密度较低的地方流动的研究，过去主要是对于热这种能量形态进行的。因此，关于能量流动和功能转换的科学就被称为“热力学”，这是从希腊文“热运动”一词变来的。人们早已断定，能量既不能创造，也不能消灭。这是一条最基本的定律；所以人们把它称为“热力学第一定律”。克劳修斯所提出的熵随时间而增大的说法，看来差不多也是非常基本的一条普遍规律，所以它被称为“热力学第二定律”。熵的含义熵与能量一样，是一个真实的物理量，它使不同形式的转变可以相互比较。1 熵的热力学意义 热量Q从高温热源传递到低温热源，高温热源的熵变为（这里设不变，类似设不变），低温热源的熵变为，其中负号表示放出热量，则系统的熵变为系统
12、的熵增加了，其意义是什么呢？我们从做功的角度来考虑，设另有一低温热源，满足 。分别从高温热源 、 取出热量Q（如下图所示），利用效率最大的卡诺循环将其尽可能多地转变为功，则有两次做功的差别为可见，对于同样热量Q，转变为功的可能性是不一样的，有 的热量不能转变为功，这部分热量正比于，所以，我们说熵的增加表示系统热量转变为功的可能性减少，即系统能量的品质变坏了。 2. 熵的统计物理意义 熵作为一个热力学量，它的微观意义是什么呢？ 玻尔兹曼从分子运动论的角度考察了熵。在系统总能量、总分子数一定的情况下，证明了表征系统宏观状态的熵与该宏观状态对应的微观态数W有如下关系,这就是著名的玻尔兹曼公式，它把熵与系统微观状态数联系起来，系统的熵越大，其微观状态数越多，分子运动越混乱。它揭示了熵的统计意义：熵是系统微观状态数或热力学概率的量度。 普朗克从熵的基本性质出发，也分析得到了玻尔兹曼公式。假定熵S与热力学概率W之间的关系用一般函数关系表示为由于S广延量，系统总熵等于系统两部分的熵之和，即有根据几率的运算法则，系统两部分中特定状态同时出现的几率是这两部分特定状态各具有的几率的乘积，即有要使上述两种运算关系都能满足，f(W)应该是对数函数，即- 5 -
