第三節(jié) 化學(xué)反應(yīng)的方向 【教學(xué)目標(biāo)】1.知道自發(fā)過(guò)程和化學(xué)反應(yīng)的自發(fā)性。2.通過(guò)“有序”和“無(wú)序”的對(duì)比,能說(shuō)出熵和熵變的概念。3.能說(shuō)出焓變和熵變對(duì)化學(xué)反應(yīng)方向的影響,能用焓變和熵變判斷化學(xué)反應(yīng)的方向。【教學(xué)重難點(diǎn)】1.重點(diǎn)：從焓變和熵變角度，認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)的“內(nèi)因”，了解化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向判斷。2.難點(diǎn)：能用焓變和熵變說(shuō)明化學(xué)反應(yīng)的方向。【教學(xué)過(guò)程】1.新課導(dǎo)入[投影]展示汽車排放尾氣的圖片。[設(shè)問(wèn)]汽車尾氣中的主要污染物是一氧化氮以及燃料不完全燃燒所產(chǎn)生的一氧化碳，它們是現(xiàn)代城市中的大氣污染物，為了減輕大氣污染，人們提出通過(guò)以下反應(yīng)來(lái)處理汽車尾氣：2NO（g）+ 2CO（g）N2（g）+ 2CO2（g），你能否判斷這一方案是否可行？理論依據(jù)是什么？[引入]上述問(wèn)題是化學(xué)反應(yīng)的方向的問(wèn)題。反應(yīng)進(jìn)行的方向、快慢和限度是化學(xué)反應(yīng)原理的三個(gè)重要組成部分。通過(guò)前兩節(jié)的學(xué)習(xí)和討論，我們已經(jīng)初步解決了后兩個(gè)問(wèn)題，即反應(yīng)的快慢和限度問(wèn)題，這節(jié)課我們來(lái)討論反應(yīng)的方向的問(wèn)題。2.新課講授[設(shè)問(wèn)]根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)，舉例說(shuō)說(shuō)我們見過(guò)的自發(fā)過(guò)程（在一定條件下不需要外力作用就能自動(dòng)進(jìn)行的過(guò)程）。[板書]一、自發(fā)過(guò)程與自發(fā)反應(yīng)[學(xué)生活動(dòng)]學(xué)生思考、討論并作出回答[投影]生活中的自發(fā)過(guò)程[講解]生活中的自發(fā)過(guò)程很多，如：水由高處往低處流，高空跳傘，自由落體，電流由電位高的地方向電位低的地方流，鐵器暴露于潮濕的空氣中會(huì)生銹，室溫下冰塊會(huì)融化，……這些都是自發(fā)過(guò)程，它們的逆過(guò)程是非自發(fā)的。[提問(wèn)]這些生活中的現(xiàn)象有明顯的自發(fā)性，其中是否蘊(yùn)藏了一定的科學(xué)原理？[生]能量由高到低。[過(guò)渡]科學(xué)家根據(jù)體系存在著力圖使自身能量趨于“最低”和由“有序”變?yōu)椤盁o(wú)序”的自然現(xiàn)象，提出了互相關(guān)聯(lián)的焓判據(jù)和熵判據(jù)，為反應(yīng)方向的判斷提供了必要的依據(jù)。[板書]一、反應(yīng)方向的焓判據(jù)。我們知道的反應(yīng)中下列反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)行：[追問(wèn)]上述反應(yīng)是吸熱還是放熱？[生]是放熱反應(yīng)。[板書]焓判據(jù)：放熱反應(yīng)過(guò)程中體系能量降低,具有自發(fā)進(jìn)行的傾向,因此可用焓變來(lái)判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向。[講解]多數(shù)自發(fā)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)是放熱反應(yīng)，但也有不少吸熱反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。如：2N2O5（g）= 4NO2（g）+ O2（g）   △H = ＋109.8KJ/mol；NaHCO3（s）+ HCl（aq）= CO2（g）+NaCl（aq）+ H2O（l） △H = ＋31.4KJ/mol；[小結(jié)]反應(yīng)焓變是與反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行有關(guān)的一個(gè)因素，但不是唯一因素。[板書]二、反應(yīng)方向的熵判據(jù)。[學(xué)生活動(dòng)]閱讀課本P42相關(guān)內(nèi)容。[提問(wèn)]如何理解“熵”的含義？[板書]混亂度：表示體系的不規(guī)則或無(wú)序狀態(tài)。[講解]混亂度的增加意味著體系變得更加無(wú)序。[板書]熵：熱力學(xué)上用來(lái)表示混亂度的狀態(tài)函數(shù)。上述自發(fā)過(guò)程與能量狀態(tài)的高低無(wú)關(guān)，受另一種能夠推動(dòng)體系變化的因素的影響，即體系有從有序自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)序的傾向。[板書]熵判據(jù)：體系有自發(fā)地向混亂度增加（即熵增）方向轉(zhuǎn)變的傾向，因此可用熵變來(lái)判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向。。[講解]體系的有序性越高，即混亂度越低，熵值就越小。有序變?yōu)闊o(wú)序——熵增的過(guò)程。[板書]熵值的大小判斷： （1）氣態(tài) > 液態(tài) > 固態(tài)（2）與氣態(tài)物質(zhì)的量成正比[板書]反應(yīng)熵變△S=生成物總熵-反應(yīng)物總熵[學(xué)與問(wèn)]發(fā)生離子反應(yīng)的條件之一是生成氣體。試?yán)蒙厦嬷v的熵判據(jù)加以解釋，由此你對(duì)于理論的指導(dǎo)作用是否有新的體會(huì)。[講解]產(chǎn)生氣體的反應(yīng)，氣體物質(zhì)的量增大的反應(yīng)，△S通常為正值，為熵增加反應(yīng)，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行。[舉例說(shuō)明]再如：[講解]這些自發(fā)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)都是熵增的過(guò)程，即△S>0，但是，有些熵減小的反應(yīng)在一定條件下也可以自發(fā)進(jìn)行，如：乙烯聚合為聚乙烯的反應(yīng)，就是熵減的過(guò)程，即△S < 0，再如：[小結(jié)]反應(yīng)熵變是與反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行有關(guān)的又一個(gè)因素，但也不是唯一因素。[板書]3.復(fù)合判據(jù)[講述]在一定條件下，一個(gè)化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行，既與反應(yīng)焓變有關(guān)，又與反應(yīng)熵變有關(guān)。研究表明，在恒溫、恒壓下，判斷化學(xué)反應(yīng)自發(fā)性的判據(jù)是：[板書]體系自由能變化（△G）：△G = △H - T△S[指出] 在恒溫恒壓下,自由能變化(ΔG)的正負(fù)決定著化學(xué)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的方向。體系自由能變化綜合考慮了焓變和熵變對(duì)體系的影響。[板書] △H - T△S < 0  反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行；△H - T△S = 0  反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；△H - T△S > 0  反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。[投影][舉例]對(duì)反應(yīng)CaCO3（s）= CaO（s）+ CO2（g）△H = + 178.2 KJ·mol-1       △S = +169.6 J·mol-1·K-1室溫下，△G =△H-T△S =178.2KJ·mol-1–298K×169.6×10-3KJ·mol-1·K-1 =128 KJ·mol-1>0因此，室溫下反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行；如要使反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，則應(yīng)使△H - T△S < 0，則T>△H/△S=178.2 KJ·mol-1/0.1696 KJ·mol-1·K-1 = 1051K。[知識(shí)應(yīng)用]本節(jié)課一開始提出處理汽車尾氣的反應(yīng)：2NO（g） + 2CO（g） N2（g） + 2CO2（g），已知，298K、101KPa下，該反應(yīng)△H = - 113.0 KJ·mol-1 ，△S = -143.5 J·mol-1·K-1則△G =△H-T△S = - 69.68 KJ·mol-1 < 0因此，室溫下反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。[提示]但該反應(yīng)速率極慢，需要使用催化劑來(lái)加速反應(yīng)。【課堂小結(jié)】能量判據(jù)和熵判據(jù)的應(yīng)用：1、由能量判據(jù)知∶放熱過(guò)程（△H﹤0）常常是容易自發(fā)進(jìn)行；2、由熵判據(jù)知∶許多熵增加（△S﹥0）的過(guò)程是自發(fā)的；3、很多情況下，簡(jiǎn)單地只用其中一個(gè)判據(jù)去判斷同一個(gè)反應(yīng)，可能會(huì)出現(xiàn)相反的判斷結(jié)果，所以我們應(yīng)兩個(gè)判據(jù)兼顧。由能量判據(jù)（以焓變?yōu)榛A(chǔ)）和熵判據(jù)組合成的復(fù)合判據(jù)（體系自由能變化：△G = △H - T△S）將更適合于所有的反應(yīng)過(guò)程；4、過(guò)程的自發(fā)性只能用于判斷過(guò)程的方向，不能確定過(guò)程是否一定會(huì)發(fā)生和過(guò)程的速率；5、在討論過(guò)程的方向時(shí)，我們指的是沒(méi)有外界干擾時(shí)體系的性質(zhì)。如果允許外界對(duì)體系施加某種作用，就可能出現(xiàn)相反的結(jié)果；6、反應(yīng)的自發(fā)性也受外界條件的影響。【板書】2.3 化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向一、反應(yīng)方向的焓判據(jù)。二、反應(yīng)方向的熵判據(jù)熵判據(jù)：體系有自發(fā)地向混亂度增加（即熵增）方向轉(zhuǎn)變的傾向。熵值的大小判斷： （1）氣態(tài) > 液態(tài) > 固態(tài)（2）與物質(zhì)的量成正比三、焓變與熵變對(duì)反應(yīng)方向的共同影響。△H - T△S < 0  反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行；△H - T△S = 0  反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；△H - T△S > 0  反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。  

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第三節(jié) 化學(xué)反應(yīng)的方向

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