化学反应进行的方向

欢迎来到论文参考中心,在您阅读前,与您分享:路是脚踏出来的，历史是人写出来的。人的每一步行动都在书写自己的历史。 —— 吉鸿昌
  

化学反应进行的方向

    课    题:化学反应进行的方向
    课时安排:一课时                           课  型:讲授型
    教材版本:人教版                           章  节:第二章第四节
    主 讲 人:吴海燕
    ●     学生情况
    学生的基础知识不是很扎实,不宜就教材里的内容作太多的延伸和拓展,注重把书本里最基本的知识讲解透彻。
    ●     教学目标
    知识与技能:
    1、理解焓判据、熵的概念;
    2、理解焓判据和熵判据对化学反应进行方向的共同影响;
    3、学会利用焓判据和熵判据分析化学反应进行的方向。
    过程与方法:
    1、利用已知事实,学生讨论得出焓变与熵变与化学反应进行方向的关系
    情感态度与价值观:
    1、学会从不同的角度去综合的分析问题,灵活运用理论依据进行解题。
    ●  教学重点
    利用焓判据和熵判据判断反应进行的方向
    ●     教学难点
    焓判据和熵判据的综合运用
    ●     教学方法
    设疑引导、实验探究、点拨探讨
    ●  教学媒体
    ppt、电脑、投影、实验装置、黑板等
    ●  教学过程
    【老师】
    在本章的绪言里明确指出了本章书我们要学习关于化学反应的三个问题,它们分别是:
    【PPT】
    化学反应进行的快慢
    ——化学反应速率
    化学反应进行的限度
    ——化学平衡
    化学反应进行的方向
    —— ?
    【老师】
    现面两个问题我们已经学习完了,那化学反应进行的方向我们又该如何来判断呢?我们怎么知道一个反应自发进行的是哪一个方向呢?
    现在,先请同学们看这一组自发过程。
    【PPT】
    自发过程:
    自然界中水总是从高处往地处流;
    电流总是从电位高的地方向电位低的地方流动;
    室温下冰块自动融化;
    墨水扩散;
    食盐溶解于水。
    【老师】
    水往地处流、食盐溶解等过程是我们日常生活中很常见的现象。这是不用依靠任何外力的帮助就可以自发进行的过程。
    我们再来看一组自发反应,看看有什么不同。
    【PPT】
    自发反应:
    镁条燃烧:Mg(s)+O2(g)=MgO(s)
    酸碱中和:H++OH-=H2O
    铁器暴露在潮湿空气中会生锈:3Fe(s)+3/2O2(g)=Fe2O3(s)
    甲烷和氧气的混合气体遇明火就燃烧:CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)
    【老师】
    这四个反应同样是在一定的条件下,不用借助外力就可以自发进行的反应。那现在就有两个概念了,自发过程和自发反应,我们该怎样给它们下一个定义呢?
    是自发过程的范围大还是自发反应的范围大?(自发过程)自发反应是从属于自发过程的,是属于自发过程的一部分。
    那我们现在就来给它们下一个定义。
    【PPT】
    自发过程:
    在一定条件下,不借助外部力量就能自动进行的过程。
    自发反应:
    在给定的一组条件下,一个反应可以自发地进行到显着程度,就称为自发反应。
    【老师】
    那么我们该如何判断一个过程,一个反应能否自发进行呢?一个过程或者一个反应要自发的进行是否要符合什么条件呢?
    寻找这个能令反应自发进行的判据就是我们今天的重点内容。
    首先请同学们观察下列几个自发进行的反应,找出它们的共同之处。
    【PPT】
    2Na(s)+2H2O(l)=2NaOH(aq)+H2(g)    △H=-368 kJ/mol
    3Fe(s)+3/2O2(g)=Fe2O3(s)            △H=-824 kJ/mol
    2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)               △H=-571.6 kJ/mol
    【老师】
    它们的△H都是小于0的,也就是说,它们都是放热反应。那么,是反应物所具有的能量高还是生成物所具有的能量高呢?(反应物)换句话说,这三个反应都是从高能量向低能量转化的反应。现在我们可以把它们的共同点总结为:
    【PPT】
    共同点:△H<0,放热反应,高能向低能转化。
    【老师】
    通常,我们把反应的这个能量变化叫做焓变(△H)。那么我们的焓判据就可以表述为:
    【PPT】
    焓(H)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,焓变小于0),这一经验规律就是焓判据,是判断化学反应进行方向的判据之一。
    【老师】
    由这个焓判据,我们是不是可以得到这么一个规律:
    【PPT】
    规律:
    一般情况下,△H<0 的反应容易自发进行。
    【老师】
    一般情况下,焓减的反应都是容易自发进行的。这里有几点是大家要注意的:
    【PPT】
    注意:
    (1)焓变(△H)只决定于体系的始态和终态,与变化的途径无关;
    (2)焓判据只能用于判断过程的方向,能否实现要看具体条件;
    (3)焓判据只判断一定条件化学反应能否自发进行,与化学反应速率无关。
    【练习】
    知道了某过程有自发性之后,则(  A  )
    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
    【老师】
    在这个焓判据里,有几个字是很值得我们斟酌的“一般情况下”,那是不是说,会存在例外呢?我这里有几个例外的例子,大家一起来看一下。
    【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
    【老师】
    这几个都是△H>0,也就是焓增加的吸热反应,但是它们都是可以自发进行的。那是不是说焓判据是错误的呢?不是,这只是说明了焓变不能作为判断反应是否自发进行的独立依据。除了焓变,书本上还提到一个什么可以用来作为判据?(熵变)
    什么是熵呢?大家对这个概念挺陌生的是不是,不要紧我们一起来看一下什么是熵。
    【PPT】
    熵(S):
    在密闭条件下,体系由有序自发地转变为无序的倾向,这种推动体系变化的因素称作熵。
    【老师】
    由有序自发地转变为无序,体系的混乱度是增加的,那我们可以这样来理解,熵其实就是一个可以反应体系混乱程度的值。体系越混乱,熵值越大。
    那熵变就是反应前后混乱度之差了。那我们怎么用这个差值来判断反应是否自发进行呢?大家来看下面的这几个例子:
    【PPT】
    1、冰→ 液态水 → 水蒸气
    2、氯化钠晶体溶于水
    3、自发进行的吸热反应:
    N2O5分解: 2N2O5(g) =4NO2(g)+O2(g)    △H=+56.7kJ/mol
    碳酸铵的分解:(NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g)    △H=+74.9 kJ/mol
    【老师】
    水固态变为气态,是不是水分子由有序排列变为无序排列的过程呢?那这个时候,体系的混乱度会怎么样?也就是熵增加的过程。所以,物质由固态到液态再到气态的这个变化的过程就是一个熵增加的过程,S(固)<S(液)<S(气)。
    同样的道理,晶体的溶解也是熵增的过程。那这两条反应呢?N2O5分解,由两体积变为有NO2和O2共存的五体积,混乱度是增加的,那熵值也增加。同样的,碳酸铵的分解也是一个熵值增加的反应,那现在我们就可以总结出这几个反应的共同点是:
    【PPT】
    共同点:熵(S)增加
    【老师】
    同时也可以总结得出两个规定:
    【PPT】
    规定:
    (1)体系混乱度越大,熵值越大;体系混乱度越小,熵值越小。
    (2)同一物质,在气态时熵最大,液态时次之,固态时最小。
    【老师】
    那我们的熵判据就可以表述为:
    【PPT】
    熵(S)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。是在用来判断化学反应方向时就称为熵判据。
    【老师】
    同样的,我们可以得到这么一个规律:
    【PPT】
    规律:
    一般情况下,熵增的反应容易自发进行。
    【老师】
    这里要注意的几点和刚才的焓判据差不多:
    【PPT】
    注意:
    (1)熵变只是反应能否自发进行的一种因素;
    (2)熵变(△S)只决定于体系的始态和终态,与变化的途径无关;
    (3)熵判据只判断一定条件化学反应能否自发进行,与化学反应速率无关。
    【老师】
    那我们是不是就终于找到了一个可以判断反应是否自发进行的判据呢?不是的,在熵判据里也有这么几个字“一般情况下”。而且大家看这个例子:
    【PPT】
    例:-10。C的水会自动结冰
    【老师】
    看来熵变也不能作为判断反应是否自发进行的独立依据。那现在怎么办?我们可以把两个判据合起来是不是。
    那一个自发过程、自发反应就是要符合:
    【PPT】
    自发过程的两大变化趋势:
    (1)能量趋于减小
    (2)混乱度趋于增大
    【老师】
    用四个字总结就是“焓减、熵增”。我们把这个叫做符合判据,科学家们总结出了一条公式△G= △H-T △S,△G代表的是自由能,用自由能来判断反应进行的方向是最全面最科学的,当△G<0时,反应就可以自发进行,那现在就请同学们根据这个公式合和△H、△S的符号判断一下△G的符号,再利用△G来说明反应是否可以自发进行,填在这个表上面。
    【PPT】
    焓变△H 熵变△S 自由能△G 反应在该状况下能否自发进行
    △H<0
    - △S>0
    + △G<0 能
    △H>0
    + △S<0
    - △G>0 不能
    △H<0
    - △S<0
    - —— 视乎T的取值
    △H>0
    + △S>0
    + —— 视乎T的取值
    【老师】
    从这个表上,大家要记住两条,1、△H<0,△S>0的反应是可以自发进行的;2、△H>0,△S<0的反应是不可以自发进行的。
    【练习】
    1、下列过程是非自发的是∶(   D    )
    A、水由高处向低处流;    
    B、天然气的燃烧;
    C、铁在潮湿空气中生锈;
    D、室温下水结成冰。
    2、下列说法正确的是∶(   C   )
    A、凡是放热反应都是自发的,由于吸热反应都是非自发的;
    B、自发反应一定是熵增大,非自发反应一定是熵减少或不变;
    C、自发反应在恰当条件下才能实现;
    D、自发反应在任何条件下都能实现。
    3、自发进行的反应一定是(   D    )
    A、吸热反应
    B、放热反应
    C、熵增加反应
    D、熵增加或者放热反应
    4、下列说法正确的是(  D   )
    A、放热反应一定是自发进行的反应
    B、吸热反应一定是非自发进行的反应
    C、自发进行的反应一定容易发生
    D、有些吸热反应也能自发进行
    5、水的三态的熵值大写关系正确的是(  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、下列过程属于熵增加的是(   C   )
    A、一定条件下水由气态变为液态
    B、高温高压条件下使石墨转化为金刚石
    C、散落的火柴的无序排列
    D、CO点燃时生成CO2
    7、碳酸铵〔(NH4)2CO3〕在室温下就能自发地分解产生氨气,对其说法中正确的是∶(   A   )
    A、其分解是因为生成了易挥发的气体,使体系的熵增大;
    B、其分解是因为外界给予了能量;
    C、其分解是吸热反应,据能量判据不能自发分解;
    D、碳酸盐都不稳定,都能自发分解。