1、廉江市实验学校高中部教学设计 班级高二科目 化学上课时间 执教者高二备课组 课题第四节 化学反应进行的方向教学目标知识与技能：1.知道H0有利于化学反应的自发进行，但H0不是判断反应方向的唯一标志。2.知道S0有利于化学反应的自发进行，但不是判断反应方向的唯一标志。3.初步形成对化学反应自发过程的基本认识，知道化学反应是否自发同时取决于H和S两个因素的影响。过程与方法：1.通过学生已有知识及日常生活中的实例，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。2.让学生体会科学探究方法中的重要手段“证伪”和“证明”，从而进一步认识科学本质特征。情感态度与价值观：通过本节
2、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，要学会客观地、全面地分析问题。教学重难点焓减和熵增与化学反应方向的关系教学过程一自发过程和自发反应1.根据是否有外力作用，过程可分为自发过程和非自发过程。自发过程是在一定条件下，不借助外力而自发进行的过程。回答下列问题：(1)下列现象的发生，你认为是自发过程的是_(填字母)。A.水由高处往低处流 B.气温升高冰雪融化C.室温下，水自动结成冰 D.生锈的铁变光亮答案AB(2)自发过程具有的特点能量角度体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或者释放热量)。混乱度角度体系趋向于从有序状态转变为无序状态。2.有下列化学反应：白磷自
3、燃、氯化氢分解、煤燃烧、钠与水反应、酸碱中和反应，其中属于能自发进行的化学反应(简称自发反应)的是，属于放热反应的是。归纳总结关于自发反应的理解二化学反应进行的方向与焓变、熵变的关系1.化学反应进行的方向与焓变的关系(1)分析下列反应进行的方向与H之间的关系：NaOH(aq)HCl(aq)=NaCl(aq)H2O(l)，酸碱中和反应是放热反应，H0，常温下能自发进行。2Na(s)2H2O(l)=2NaOH(aq)H2(g)，该反应是放热反应，H0，该反应在常温下能自发进行。CaCO3(s)=CaO(s)CO2(g)H0，该反应在常温下不能自发进行，但在较高温度下能自发进行。(2)自发反应与焓变
4、的关系多数自发进行的化学反应是放热反应，但也有很多吸热反应能自发进行，因此，反应焓变是与反应进行的方向有关的因素之一，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素。2.化学反应进行的方向与熵变的关系(1)熵的概念自发过程的体系趋向于由有序转变为无序，体系的混乱度增大。体系的混乱度常用熵来描述，熵的概念是表示体系的混乱或无序程度的物理量，其符号为S。熵值越大，体系的混乱度越大。(2)影响熵大小的因素同一条件下，不同的物质熵值不同。同一物质的熵与其聚集状态及外界条件有关，如对同一种物质不同状态时熵值大小为S(g)S(l)S(s)。物质的量越大，分子数越多，熵值越大。(3)熵判据在与外界隔离的体系中，自发过
5、程将导致体系的熵增大，即熵变(符号S)大于零，这个原理叫做熵增原理。在用熵变来判断过程的方向时，就称为熵判据。当S0时，反应为熵增反应，在一定条件下能自发进行。当S0时，反应为熵减反应，在一定条件下不能自发进行。(4)反应熵变是与反应进行的方向有关的因素之一，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素。如：2Al(s)Fe2O3(s)=Al2O3(s)2Fe(s)S39.35 Jmol1K1，上述反应为熵减少的反应，但在一定条件下，该反应也能自发进行。说明“熵判据”也具有一定的局限性。归纳总结化学反应进行的方向与焓变、熵变的关系(1)从焓变(能量)角度：H0，有利于反应自发进行。(3)在实际的化学反
6、应中，若H与S符号相同时，对化学反应的方向的影响作用出现矛盾，因此，在分析一个具体化学反应自发进行的方向时，不能孤立地使用焓判据或熵判据来分析，否则，可能会得出错误的结论。1.下列自发反应可用焓判据来解释的是()A.2N2O5(g)=4NO2(g)O2(g)H56.7 kJmol1B.(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)NH3(g)H74.9 kJmol1C.2H2(g)O2(g)=2H2O(l)H571.6 kJmol1D.CaCO3(s)=CaO(s)CO2(g)H178.2 kJmol1答案C解析从焓变的角度分析，化学反应由高能状态向低能状态转化，使体系能量降低的趋势，表现为放
7、热反应较易进行。2.碳铵(NH4HCO3)在室温下就能自发地分解产生氨气，下列有关说法中正确的是()A.碳铵分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增大B.碳铵分解是因为外界给予了能量C.碳铵分解是吸热反应，根据焓判据，不能自发分解D.碳酸盐都不稳定，都能自发分解答案A解析本题考查化学反应进行方向的判据，放热反应常常是容易进行的过程，吸热反应有些也是自发反应；自发反应的熵不一定增大，可能减小，也可能不变。过程的自发性只能用于判断过程的方向，是否能实现还要看具体的条件。故选A。三化学反应进行的方向与自由能变化的关系1.用焓变和熵变的复合判据判断反应的方向(1)由焓判据知放热反应是易进行的；由熵判
8、据知熵值增加是自发的。很多情况下用不同的判据判定同一个反应，可能会出现相反的判断结果。(2)体系的自由能变化(符号为G，单位为kJmol1)综合考虑了焓变和熵变对体系的影响，可用于化学反应自发进行的方向的判断，GHTS。(3)在温度、压强一定的条件下，自发反应总是向GHTS0的方向进行，直到达平衡状态。HTS0反应不能自发进行2.已知反应：2NO(g)2CO(g)=N2(g)2CO2(g)在298 K、101 kPa的条件下，其H113.0 kJmol1，S145.3 Jmol1K1。该反应_(填“能”或“不能”)用于消除汽车尾气中的NO，理由为_。答案能该反应的HTS69.7 kJmol10
9、，说明该反应在理论上是可行的，所以能用于消除汽车尾气中的NO解析GHTS113.0 kJmol1298 K(145.3103 kJmol1K1)69.7 kJmol10，故理论上该反应能自发进行。归纳总结化学反应进行的方向与自由能变化的关系1.复合判据判断反应方向的有关规律(1)当H0，则G0，S0，反应一定不能自发进行。(3)当H0，S0或H0，S”、“”、“”、“0，S0，则：该反应常温下_(填“能”或“不能”)自发进行。据本题反应数据分析，温度_(填“能”或“不能”)成为反应方向的决定因素。(4)已知CaSO4(s)CO(g)CaO(s)SO2(g)CO2(g)H218 kJmol1，该
10、反应能够自发进行的反应条件是_。(5)某吸热反应能自发进行，则该反应的S_(填“”或“不能(2)解析(1)该反应为吸热反应，化学反应后气体的化学计量数之和增加，所以H0，故GHTS0，反应不能自发进行。(2)因为S0，且GHTS0，故H0，S0，属于熵增加的吸热反应，故在高温下该反应能够自发进行。(4)自发反应的条件是HTS0，即H0，故T，即T值较大，该反应应在高温下进行。(5)吸热反应能自发进行，即H0，HTS0，故S0。1.下列关于焓变与反应方向的叙述中正确的是()A.化学反应的焓变与其反应的方向无关B.化学反应的焓变直接决定了反应的方向C.反应焓变为正值时不利于反应自发进行D.焓变为负
11、值的反应都能自发进行答案C解析可逆反应的两个反应其焓变的数值相等，但是符号(变化趋势)相反，故A项错误；焓变对反应方向有直接影响，但不能决定反应进行的方向，B项错误；焓变为负值的反应多数能自发进行，但有的也不是自发反应，D项错误；焓变为正值，吸收热量，体系能量升高，不利于反应自发进行，C项正确。2.下列说法完全正确的是()A.自发进行的反应均是放热反应B.S为正值的反应均能自发进行C.物质的量增加的反应，S为正值D.CaCO3(s)受热分解为CaO(s)和CO2(g)：S0答案D解析有些吸热反应也可以自发进行，如(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)NH3(g)，故A错；熵变与反应的自
12、发性有关，但不能独立地作为反应是否自发的判据，故B错；物质的量增加的反应，其混乱度不一定增加，即S不一定为正值，如2H2S(g)O2(g)=2H2O(l)2S(s)，故C错；CaCO3(s)的分解产生了气体，为熵增加反应，故D正确。3.已知在等温等压条件下，化学反应方向的判据为HTS0反应不能自发进行设反应A=DEHTS(4 50011T) Jmol1，要防止反应发生，温度必须()A.高于409 KB.低于136 KC.高于136 K而低于409 KD.低于409 K答案A解析要防止反应发生需满足HTS0的条件，解不等式得T409 K，故A正确。4.在25 、1.01105 Pa下，反应2N2
13、O5(g)4NO2(g)O2(g)H56.7 kJmol1能自发进行的合理解释是()A.该反应是分解反应B.该反应的熵增效应大于焓变效应C.该反应是熵减反应D.该反应是放热反应答案B解析该反应是吸热反应，不能只用焓判据来判断反应进行的方向，该反应过程中熵增大，是熵增反应。该反应能够自发进行，说明该反应的熵增效应大于焓变效应。5.回答下列问题：(1)汽车燃油不完全燃烧时产生CO，有人设想按下列反应除去CO：2CO(g)=2C(s)O2(g)。已知该反应的H0，简述该设想能否实现的依据：_。(2)下列反应中，在高温下不能自发进行的是_(填字母)。a.CO(g)=C(s)O2(g)b.2N2O5(g
14、)=4NO2(g)O2(g)c.(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)NH3(g)d.MgCO3(s)=MgO(s)CO2(g)(3)运用化学反应原理研究合成氨反应有重要意义，请完成下列探究。生产氢气：将水蒸气通过红热的炭即产生水煤气。C(s)H2O(g)H2(g)CO(g)H131.3 kJmol1，S133.7 Jmol1K1，该反应在低温下_(填“能”或“不能”)自发进行。答案(1)该反应是H0、S0、S0，故不能实现该反应。(2)a、b、c、d的H0，b、c、d反应的S0，HTS0时，反应才能自发进行。a项S0，所以在高温时该反应不能自发进行。(3)根据GHTS0为自发反应知，现H131.3 kJmol1，S133.7 Jmol1K10.133 7 kJmol1K1，解得在T982.0 K时该反应能自发进行，由此可知该反应在低温下不能自发进行。