高中化学 21《化学反应的方向》教学设计 鲁科版选修4.docx

高中化学 21《化学反应的方向》教学设计 鲁科版选修4.docx

《高中化学 21《化学反应的方向》教学设计 鲁科版选修4.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中化学 21《化学反应的方向》教学设计 鲁科版选修4.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

高中化学21《化学反应的方向》教学设计鲁科版选修4

2019-2020年高中化学2.1《化学反应的方向》教学设计鲁科版选修4

【教学目标】1、理解能量判据、熵的概念

2、理解能量判据和熵判据对化学反应进行方向的共同影响

3、学会利用能量判据和熵判据分析化学反应进行的方向

【教学重点】利用焓判据与熵判据判断反应进行的方向

【教学难点】综合利用焓判据与熵判据判断反应进行的方向

【教学过程】

【引导】在地球这个环境中，高山流水和低水高流现象能否自动发生？

低水高流要实现采取什么办法？

在低水高流过程中外界停止做功，过程还能否实现？

归纳自发和非自发过程的定义。

自发过程是在一定条件下，不需外力能自动发生的过程。

而非自发过程必须外界持续做功，否则，过程就会停止，这样的过程才叫做“非自发过程”。

根据定义判断以下过程的自发性。

1、盐酸滴加到石灰石上2、二氧化碳气体通入氯化钙溶液中

【思考与交流】

⑴、高山流水是一个自动进行的自然过程。

高处水一定会流到低处吗？

流动的速率如何?

⑵、低处水可以流至高处么？

可采取什么措施？

⑶、在“低水高流”的过程中一旦外界停止做功，该过程还能继续进行下去吗？

一、自发过程与非自发过程

自发过程：

在一定条件下，的过程；

非自发过程：

在通常状况下，的过程。

【讨论】请尽可能多地列举你熟知的自发过程。

【探究】以“物体由高处自由下落”为代表，探究自发过程中有哪些变化趋势。

观察下列几个自发进行的化学反应，找出它们的共同之处

（1）钠与水反应：

2Na（s）+2H2O（l）=2NaOH（aq）+H2（g）△H=－368kJ/mol

（2）铁生锈：

3Fe（s）+3/2O2（g）=Fe2O3（s）　△H=－824kJ/mol

（3）氢气和氧气反应：

2H2（g）+O2（g）=2H2O（l）△H=－571.6kJ/mol

共同点：

二、自发过程的能量判据

能量判据：

自发过程的体系取向于从高能状态转变为低能状态（这时体系会对外部做功或释放热量），这一经验规律就是能量判据。

注：

能量判据又称焓判据，即△H0的反应有自发进行的倾向，焓判据是判断化学反应进行方向的判据之一。

〖练习〗

1、已知金刚石和石墨在氧气中完全燃烧的热化学方程式为：

①C（金刚石、s）+O2（g）＝CO2（g）△H1＝－395.41kJ/mol

②C（石墨、s）+O2（g）＝CO2（g）△H2＝－393.51kJ/mol

关于金刚石与石墨的转化，下列说法正确的是

A、金刚石转化成石墨是自发进行的过程B、石墨转化成金刚石是自发进行的过程

C、石墨比金刚石能量低D、金刚石比石墨能量低

2、知道了某过程有自发性之后，则

A、可判断出过程的方向B、可确定过程是否一定会发生

C、可预测过程发生完成的快慢D、可判断过程的热效应

【思考】判断下列过程中能量的变化情况：

1、冰→液态水→水蒸气　　　　　　　　

2、氯化钠晶体溶于水　　　　　　　　　　

【展示】自发进行的吸热反应：

N2O5分解：

2N2O5（g）＝4NO2（g）+O2（g）△H=+56.7kJ/mol

碳铵的分解：

（NH4）2CO3（s）＝NH4HCO3（s）+NH3（g）△H=+74.9kJ/mol

【思考】分析刚才两个自发过程中混乱度的变化情况：

1、冰→液态水→水蒸气　　　　　　　　

2、氯化钠晶体溶于水　　　　　　　　

三、自发过程的熵判据

1、混乱度与熵

混乱度：

表示体系的不规则或无序状态。

　　　　　——混乱度的增加意味着体系变得更加无序

熵：

热力学上用来表示混乱度的状态函数，符号为S

　　——体系的无序性越高，即混乱度越高，熵值就越大

注：

同一物质，在气态时熵最　　　，液态时　　　　，固态时最　　　。

2、熵变：

化学反应中要发生物质的变化或物质状态的变化，因此存在混乱度的变化，叫做熵变，符号：

△S△S=S产物－S反应物

注：

在密闭条件下，体系有由有序自发地转变为无序的倾向－－熵增

自发过程的熵判据：

在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵增大，这一经验规律叫做熵增原理，是判断化学反应方向的另一判据——熵判据。

【小结】自发过程的两大变化趋势：

1、能量趋于　　　　

2、混乱度趋于　　　　

【思考】解释以下两种自发现象：

　①室温时冰融化　　　②－10℃时水结冰

四、化学反应自发进行的方向

1、物质具有的能量趋于降低　　　焓（H）判据：

∆H（焓变）<0，放热反应

2、物质的混乱度趋于增加　　　熵（S）判据：

∆S（熵变）>0，熵增原理

焓变

熵变

化学反应能否自发进行

∆H＜0

∆S＞0

∆H＞0

∆S＜0

∆H＜0

∆S＜0

∆H＞0

∆S＞0

五、自主小结

1、自发和非自发过程

2、焓变和熵变是影响化学反应进行的两个因素

3、焓减小有利于反应自发进行，熵增大有利于反应自发进行

4、当这两个因素的方向相反时，反应是否自发呢？

2019-2020年高中化学2.1《化学反应的方向》教案鲁科版选修4

知识与技能：

1.了解焓变、熵变与反应方向的关系；

2.能通过△H-T△S及给定的△S数据定量判断反应的方向

过程与方法：

分别通过分析反应焓变与反应熵变与反应的方向，从而进一步了解影响因素以及各因素间的相互关联。

情感态度与价值观：

在分析问题中能够体会到研究的乐趣，学会如何看待事物的多面性，并最终了解热力学理论研究的重要意义。

教学重难点：

理解焓变与熵变对反应方向的共同影响，根据定量关系△H-T△S及给定数据判断反应方向。

课型：

新课及练习讲评课

课时安排：

1课时新课2课时练习讲评

教学过程：

【导入】为了减轻汽车尾气造成的大气污染，人们提出通过2NO（g）+2CO（g）=N2（g）+2CO2（g）来处理，这一方案是否可行，反应物之间是否可以发生反应？

你的依据是什么？

【板书】第一节化学反应的方向

自发反应：

【教师】大家预习P35—P39，看看反应的自发性与哪些因素有关？

【学生】预习P35—P39（10分钟）

【教师】科学家根据自然界中能量有由高到低的自发性和混乱的程度有有序到无序的规律来研究化学反应……

【板书】一、反应焓变与反应方向

反应焓变是反应能否自发进行的一个因素，但不是唯一因素。

一般的讲，放热反应容易自发进行。

【讲解】阅读P36并思考：

NH4NO3（s）、NaOH（s）、NaC1（s）和蔗糖都能溶于水，它们的溶解过程与焓变有关吗？

是什么因素决定它们的溶解能自发进行？

固体溶解过程中的共同特点是：

【板书】二、反应熵变与反应方向

1.熵：

描述体系混乱度的物理量

2.符号：

S单位：

J•mol-1•K-1

3.大小判据：

（1）物质的混乱度：

体系混乱度越大，熵值越大；

（2）同一条件：

不同物质的熵值不同；

（3）物质的存在状态：

S（g）>S（l）>S（s）。

4.反应熵变

（1）符号：

△S

（2）表达式:

△S=S总和（生成物）–S总和（反应物）

（3）正负判断：

①气体体积增大的反应，△S>0,熵增加反应

②气体体积减小的反应，△S<0,熵减小反应

【过渡】那么决定反应方向的因素是什么呢？

经许多化学家在研究大量的化学反应后得出化学反应的方向与反应的焓变及熵变都由关系。

【板书】三、焓变与熵变对反应方向的共同影响

【板书】1.判据：

△H-T△S

2.判据与反应的自发性：

<0反应自发

△H-T△S=0达平衡状态

>0反应不能自发

3.适用判据应注意的问题：

（1）判断反应的自发性要结合△H和△S，利用△H-T△S

（2）条件是温度、压强一定条件下

（3）反应具有自发性，只能说明这个反应有进行的趋势，但这个反应到底能不能反应，那还要看反应进行的限度和反应进行的速率。

【练习】阅读P38内容，填写：

化学反应变化

△H-T△S

能否自发

2KClO3（s）==2KCl（s）＋3O2（g）

CO（g）==C（s,石墨）＋1/2O2（g）

4Fe（OH）2（s）＋2H2O（l）＋O2（g）==4Fe（OH）3（s）

NH4HCO3（s）＋CH3COOH（aq）==CO2（g）＋CH3COONH4（aq）＋H2O（l）

【板书】恒T恒P下

△H

△S

△H-T△S

反应的自发性

—

+

—

一定自发

+

—

+

一定不能自发

—

—

低温—，高温+

低温自发

+

+

高温—，低温+

高温自发

【小结】

△S

△H

【作业】P402、3

【板书设计】

一、反应焓变与反应方向

反应焓变是反应能否自发进行的一个因素，但不是唯一因素。

一般的讲，放热反应容易自发进行。

二、反应熵变与反应方向

1.熵：

2.符号：

单位：

3.大小判据：

（1）物质的混乱度：

（2）同一条件：

不同物质的熵值不同

（3）物质的存在状态：

S（g）>S（l）>S（s）

4.反应熵变

（1）符号：

（2）表达式:

（3）正负判断：

三、焓变与熵变对反应方向的共同影响

1.判据：

△H-T△S

2.判据与反应的自发性：

<0反应自发

△H-T△S=0达平衡状态

>0反应不能自发

3.适用判据应注意的问题：

（1）判断反应的自发性要结合△H和△S，利用△H-T△S

（2）条件是温度、压强一定条件下

（3）反应具有自发性，只能说明这个反应有进行的趋势，但这个反应到底能不能反应，那还要看反应进行的限度和反应进行的速率。

【作业】P402、3

（第二课时）

【题1】下列说法完全正确的是（D）

A.放热反应均是自发反应B.ΔS为正值的反应均是自发反应

C.物质的量增加的反应，ΔS为正值

D.如果ΔH和ΔS均为正值，当温度升高时，反应可能自发进行

【解析】大多数放热反应可自发进行，但有些放热反应需在一定条件下才能引发反应，如炭的燃烧等，故A错。

ΔS为正值，即熵值增加的变化，不一定是自发反应，如碳酸钙分解为氧化钙和二氧化碳，故B错。

反应前后物质的量是否改变与熵值增加与否无必然关系，故C错。

而对D选项，当ΔH和ΔS均为正值时，温度越高则TΔS越大，故ΔH－TΔS可能小于零，所以反应可能自发进行。

【题2】反应CH3OH（l）+NH3（g）＝CH3NH2（g）+H2O（g）在某温度自发向右进行，若其

|ΔH|=17kJ•mol–1，|ΔH－TΔS|=17kJ•mol–1，则下列正确的是（A）

A.ΔH>0，ΔH－TΔS<0B.ΔH<0，ΔH－TΔS>0

C.ΔH>0，ΔH－TΔS>0D.ΔH<0，ΔH－TΔS<0

【解析】当此反应在某温度下自发向右进行时，ΔH－TΔS<0，即ΔH－TΔS<－17kJ•mol–1，因此排除B、C，由于正反应方向是熵增加的反应，即ΔS>0，故只有ΔH>0时，才可能满足条件。

【题3】下列反应中，ΔS最大的是（A）

A.CaCO3（s）＝CaO（s）+CO2（g）B.2SO2（g）+O2（g）＝2SO3（g）

C.N2（g）+3H2（g）＝2NH3（g）D.CuSO4（s）+5H2O（l）＝CuSO4•5H2O（s）

【解析】对同一物质来说，S（g）>S（l）>S（s），B、C、D均为熵减少的反应，即ΔS均小于零；只有A是熵增加的反应，故选A。

【题4】已知下列反应在常温下均为非自发反应，则在高温下仍为非自发的是（D）

A.Ag2O（s）＝2Ag（s）+O2（g）B.Fe2O3（s）+C（s）＝2Fe（s）+CO2（g）

C.N2O4（g）＝2NO2（g）D.６C（s）+6H2O（l）＝C6H12O6（s）

【解析】在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵增大，这个原理叫做熵增原理。

在用来判断过程的方向时，称为熵判断依据。

对于同一种物质而言，S（g）>S（l）>S（s）。

A、C都是分解反应，都是吸热反应，即ΔH>０，又是熵增反应，即ΔS>0，因此当高温时可能有ΔH－TΔS<0，故在高温下可自发进行，而B也是熵增反应，也是吸热反应，同A、C一样在高温下可自发进行。

D是熵减小反应，温度越高，则ΔH－TΔS的值越大，因此在高温下不能自发进行。

【题5】某反应２AB（g）C（g）+3D（g）在高温时能自发进行，其逆反应在低温下能自发进行，则该反应的ΔH、ΔS应为（C）

A.ΔH<0，ΔS>0B.ΔH<0，ΔS<0

C.ΔH>0，ΔS>0D.ΔH>0，ΔS<0

【解析】反应自发进行的前提是反应的ΔH－TΔS<０，与温度有关，反应温度的变化可能使ΔH－TΔS的符号发生变化。

ΔH>0，ΔS<0，在任何温度下，ΔH－TΔS>０，反应都不能自发进行。

ΔH>0，ΔS<0，在较低温度下，ΔH－TΔS<０，即反应在降低温度时才能发生。

ΔH<0，ΔS<0，若使反应自发进行，即ΔH－TΔS<０，必须提高温度，即反应只有在较高温度时自发进行。

ΔH<0，ΔS>0，在任何温度时，ΔH－TΔS<０，即在任何温度下反应均能自发进行。

【题6】水的三态的熵值的大小关系正确的是（C）

A.S（s）>S（l）>S（g）B.S（l）>S（s）>S（g）C.S（g）>S（l）>S（s）D.S（g）>S（s）>S（l）

【解析】按H2O（g）→H2O（l）→H2O（s），水分子的排列越来越有序，水分子的运动范围越来越小，故混乱度越来越小，其熵越来越小。

【题8】已知2CO（g）CO2（g）+C（s），T＝980K时，ΔH－TΔS＝０。

当体系温度低于980K时，估计ΔH－TΔS的正负号为　　　　　，所以CO将发生

　　　　反应，当体系温度高于980K时，ΔH－TΔS的正负号为　　　。

在冶金工业中，以C作为还原剂温度高于980K时的氧化产物是以　　　为主，低于980K时以　　为主。

【解析】由CO气体反应生成CO2气体和C的反应是一个熵增反应，即ΔS>0。

因此由T＝980K时ΔH－TΔS＝０知，当T<980K时，ΔH－TΔS<０；当T>980K时，ΔH－TΔS>０。

【题9】有A、B、C、D四个反应：

反应

A

B

C

D

ΔH／kJ•mol–1

10.5

1.80

－126

－11.7

ΔS／J•mol–1•K–1

30.0

－113.0

84.0

－105.0

则在任何温度都能自发进行的反应是　　　；任何温度都不能自发进行的反应是　　　；另两个反应中，在温度高于　　　℃时可自发进行的反应是　　　；在温度低于　　　　℃时自发进行的反应是　　　　。

【解析】对反应B，则在任何温度下，ΔH－TΔS<０，故在任何温度下都不能自发进行；同理可分析反应C在任何温度下都能自发进行。

对A、D两反应可代入数据计算，可知A温度必须高于350K时，可自发进行，D温度必须低于111.4K时可自发进行。

【题10】下列反应：

①C（s）+O2（g）＝CO2（g）②2CO（g）+O2（g）＝2CO2（g）

③NH4Cl（s）＝NH3（g）+HCl（g）④CaCO3（s）＝CaO+CO2（g）

按ΔS减小的顺序排列为　③④①②　　。

（填写序号）

【解析】我们知道同种物质S（g）>S（l）>S（s）。

③是１种固体变成２种气体的反应，ΔS很大；④是１种固体变成１种气体和１种固体的反应，ΔS>０，但增加值比③小；①是一种固体和一种气体生成一种气体的反应，属于熵减小反应；②是两种气体生成一种气体的反应，属于熵减小反应，且减小程度比①大。

【题11】已知温度为298K时，氨的分解反应：

　２NH3（g）＝N2（g）+3H2（g）

ΔH＝92.38kJ•mol–1ΔS＝198.26J•mol–1•K–1

（1）在298K时，能否自发进行？

（2）欲使上述反应方向逆转，对温度条件有何要求？

【解析】通过ΔH－TΔS计算可知，ΔH－TΔS＝33.3kJ•mol–1，不能自发进行；设在温度为x时可自发进行，则有T>

＝466K。

【题12】已知温度为298K时，反应：

CH4（g）+4CuO（s）＝CO2（g）+2H2O（l）+4Cu（s）ΔH＝－261.11kJ•mol–1

ΔS＝129.27J•mol–1•K–1

（1）常温、常压下，反应能否自发进行？

（2）500K时反应能否自发进行？

【解析】ΔH－TΔS＝－299.65kJ•mol–1，能自发进行。

因为ΔH<0，ΔS>0，在任何温度时，ΔH－TΔS<０，即在任何温度下反应均能自发进行。

所以在500K时也可自发进行。

【题13】已知数据：

Sn（白）Sn（灰），ΔH＝12.94kJ•mol–1

ΔS＝44.36J•mol–1•K–1，求反应Sn（白）Sn（灰）的转化温度。

【解析】ΔH－TΔS可计算得到T>291.7K。

【题14】铁锈的主要成分为Fe2O3，298K时，由单质生成Fe2O3的

ΔH＝－824kJ•mol–1，且ΔH－TΔS＝－742.2kJ•mol–1，用计算说明在－150℃的空气中铁是否可能发生锈蚀？

【解析】常温下，T＝298K，ΔH－TΔS＝－824kJ•mol–1－298KΔS＝－742.2kJ•mol–1，解得ΔS＝－274.5J•mol–1•K–1。

在－150℃时，ΔH－TΔS＝－790.2kJ•mol–1，故反应能自发进行。

【题15】汽车尾气的净化反应：

２NO（g）+2CO（g）＝N2（g）+2CO2（g）

在298K，100kPa时，ΔH＝－113.0kJ•mol–1ΔS＝－145.3J•mol–1•K–1

通过计算说明该反应在室温下能不能自发进行？

【解析】T＝298K，ΔH－TΔS＝－69.7kJ•mol–1，故常温下能自发进行。

（第三课时）

【题1】吸热反应一定是（C）

A.非自发的化学反应　　B.释放能量　　C.贮存能量　　D.反应需要加热

【解析】吸热反应是一个把热能等转化为物质内部能量而被“贮存”起来的过程，B错误，C正确；吸热的自发反应是熵增加的过程，A错误；有些吸热反应在常温或低温下也可自发进行，D错误。

【题２】下列说法中正确的是（AC）

A.物质发生化学反应都伴随着能量变化

B.伴随着能量变化的物质变化都是化学变化

C.在一个确定的化学反应关系中，反应物的总能量与生成物的总能量一定不同

D.在一个确定的化学反应关系中，反应物的总能量总是高于生成物的总能量

【解析】物质发生化学反应都伴随着能量的变化，伴有能量变化的物质变化不一定是化学变化，物质发生物理变化、核变化也伴有能量变化。

在一个确定的化学反应关系中，反应物的总焓（x）与反应物的总焓（y）之间的关系为x>y，化学反应为放热反应；x

【题３】ΔH－TΔS作为化学反应方向的判据，它适用的条件是（A）

A.温度、压强一定　B.压强一定　C.温度、体积一定　　D.体系中物质的状态一定

【解析】ΔH－TΔS只能用于温度、压强一定的条件下的化学反应的判断，不能用于其他条件下的反应判断。

【题４】下列反应都是吸热反应，在高温下不能自发进行的是（A）

A.CO（g）＝C（s）+O2（g）B.2CuO（s）＝Cu2O+O2（g）

C.MgCO3（s）＝MgO（s）+CO2（g）D.SnO2（s）+C（s）＝Sn（s）+CO2（g）

【解析】A反应既是吸热反应，又是熵减小的反应，所以温度越高，ΔH－TΔS的值越大，不能自发进行。

B、C、D的反应是吸热反应，但都是熵增加反应，温度越高。

ΔH－TΔS的值越小，可能自发进行。

【题5】对于反应：

４Fe（OH）2（s）＋2H2O（l）＋O2（g）＝4Fe（OH）3（s）

ΔH＝－444.3kJ•mol–1ΔS＝－280.1J•mol–1•K–1在常温、常压下反应能自发进行。

对反应的方向起决定性作用的是（D）

A.熵变　　　　　　B.温度　　　　　　C.压强　　　　　　　D.焓变

【解析】ΔH－TΔS<0时反应可自发进行，由于常温、常压下，TΔS是较小的确定的值，由ΔH－TΔS≥0时，

T≤

反应才可能逆转，故焓变对反应方向起决定性作用。

【题６】如图所示，在图１中A、B两容器里分别收集着两种互不作用的理想气体。

若将中间活塞打开，两种气体分子立即都占有了两个容器。

这是一个不伴随能量变化的自发过程。

关于此过程的下列说法不正确的是（D）

A.此过程是从混乱度小的向混乱度大的变化过程，即熵增大的过程

B.此过程为自发过程，而且没有热量的吸收或放出

C.此过程从有序到无序，混乱度增大

D.此过程是自发可逆的

【解析】两种互不作用的理想气体的等压混合，是一个不伴随能量变化的过程，但是一个熵增加的过程，即ΔH=0，ΔS>0，故ΔH－TΔS<0，所以在任何温度下都是自发的过程。

【题７】25℃时，饱和KNO3溶液物质的量浓度是６mol•L–1，若将１mol固体置于１L水中，则变成盐溶液过程的的取值为（A）

A.<０　　　　　B.＝０　　　　　C.>０　　　　　D.不能确定

【解析】

【题８】观察下列自然界的一些自发变化，可发现它们有一些共同的特点。

下列说法不正确的是（C）

A.都有一定的方向性，按某一物理量标度由高到低自发进行

B.都可以用来做功，自发过程一旦发生后体系做功的本领就会降低

C.有一定的进行限度，自发过程总是单向地趋向于非平衡状态

D.有一定的数据差来判断自发变化能否发生

【解析】有一定的进行限度是对的，但最终趋向于平衡状态。

【题９】向平底烧瓶中放入氢氧化钡晶体［Ba（OH）2•8H2O］和氯化铵晶体，塞紧瓶塞。

在木板上滴少量水，如图所示。

一会儿，就会发现瓶内固态物质变成液体，瓶壁变冷，小木板上因少量水冻结而被烧瓶粘住，这时打开瓶塞，出来的气体有氨味。

这是自发地发生了反应：

Ba（OH）2•8H2O（s）+2NH4Cl（s）＝BaCl2（s）+2NH3（g）+10H2O（l）

下列结论中正确的是（C）

A.自发反应一定是放热反应　　　　B.自发反应一定是吸热反应

C.有的吸热反应也能自发进行　　　D.吸热反应不能自发进行

【解析】本反应的ΔH>0，ΔS>0，故在一定温度下可自发进行。

【题10】当铁加热后放入氧气中可观察到的现象是　　　　　　　，说明这个反应是　　　　　　　（填“吸热”或“放热”）反应，说明单质铁的稳定性　　　（填“强”或“弱”）于产物。

【解析】燃烧必然是放热反应，放热反应的反应物总能量大于生成物总能量，能量越高，物质越不稳定。

【题11】对反应：

CaCO3（s）＝CaO（s）+CO2（g），ΔH（298K）＝178.3kJ•mol–1

ΔS（298K）＝169.6J•mol–1•K–1，分析此反应在室温下能不能自发进行？

假定反应焓变与熵变不随温度变化，求CaCO3的分解温度。

【解析】设在温度为x时可自发进行，则有

ΔH－TΔS＝178.3kJ•mol–1－x169