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化學反應(yīng)進行的方向 教學設(shè)計 一 教材分析與學情分析 本節(jié)課內(nèi)容介紹了 焓判據(jù) 熵判據(jù)及自由能判據(jù) G H T S 知識 有一定難 度 人教版教材將本節(jié)內(nèi)容安排在學生學習了化學反應(yīng)及其能量變化 化學反應(yīng)速率 化學 平衡之后以知識介紹的方式呈現(xiàn)出來 讓學生了解焓變只與初末狀態(tài)有關(guān)而與途徑無關(guān) 決 定反應(yīng)進行方向的因素不是單一的焓變 熵變也是決定因素之一 教材從學生已有的知識和生活經(jīng)驗出發(fā) 分四個層次就化學反應(yīng)的方向進行了介紹 第 一 以學生熟悉的爬山方式 介紹焓變與途徑無關(guān) 再以自發(fā)進行的放熱反應(yīng)為例 介紹化 學反應(yīng)有向能量降低的方向自發(fā)進行的傾向 焓判據(jù) 以生活現(xiàn)象為例 說明混亂度 熵 增加是自然界的普遍規(guī)律 也是化學反應(yīng)自發(fā)進行的一種傾向 熵判據(jù) 第二 用實例說 明單獨運用上述判據(jù)中的任一種 都可能出現(xiàn)錯誤 都不是全面的 第三 要正確的判斷化 學反應(yīng)的方向 需要綜合考慮焓變和熵變的復(fù)合判據(jù) 第四 簡單介紹了自由能判據(jù)的結(jié)論 性內(nèi)容 二 教學目標 1 知識與技能 1 理解判斷化學反應(yīng)方向的焓判據(jù)及熵判據(jù) 2 能用焓變和熵變說明化學反應(yīng)的方向 2 過程與方法 通過學生已有知識及日常生活中的見聞 構(gòu)建化學反應(yīng)方向的判據(jù) 學會運用比較 歸納 概括等方法對信息進行加工 構(gòu)建新知識 3 情感態(tài)度與價值觀 1 激發(fā)學生的學習興趣 培養(yǎng)學生從微觀的角度理解化學反應(yīng) 培養(yǎng)學生尊重科學 嚴 謹求學 勤于思考的態(tài)度 樹立透過現(xiàn)象看本質(zhì)的唯物主義觀點 2 通過本節(jié)內(nèi)容的學習 體會事物的發(fā)展 變化常常受多種因素的制約 要全面分析問 題 三 教學的重點和難點 焓判據(jù) 熵判據(jù) 自由能判據(jù)與化學反應(yīng)方向的關(guān)系 四 教學方法 1 應(yīng)用討論交流的方法調(diào)動學生的積極性 充分發(fā)揮學生的想象力 2 啟發(fā)學生學會歸納 概括 對信息進行加工 得出結(jié)論 3 注重從學生已有知識及日常生活的經(jīng)驗上構(gòu)建新知識 五 教學過程 師 課程引入 美麗化學視頻播放 從剛剛的視頻 再結(jié)合我們的生活常識 我們可以知道 水由高處往低處流 自由落體 室溫下冰塊會融化 將蜂蜜加入到水中會溶解 生石灰投入 水中放熱生成熟石灰 這些都是可以自發(fā)進行的 而它們的逆過程是非自發(fā)的 運用到我 們化學學習中就是看化學反應(yīng)能不能自發(fā)進行 這便是我們今天所要學習的內(nèi)容 化學反應(yīng) 進行的方向 首先 我們來明確剛剛提到的幾個概念 自發(fā)過程 在一定條件下 不借助外力就可以自動進行的過程 自發(fā)反應(yīng) 在給定條件下 能自發(fā)進行到顯著程度的化學反應(yīng) 非自發(fā)反應(yīng) 不能自發(fā)地進行 必須借助某種外力才能進行的反應(yīng) 那同學們能否大膽猜測一下 我們學過的化學反應(yīng)中有哪些反應(yīng)是自發(fā)反應(yīng) 生 放熱反應(yīng) 燃燒反應(yīng) 師 那你們猜測 判斷的依據(jù)是什么 生 能量變化 師 同學們猜的有一定道理 剛剛的反應(yīng)都是和能量有關(guān) 我們稱能量變化為判斷反應(yīng)進行方向的焓判據(jù) 能量判據(jù) 焓判據(jù) 能量判據(jù) 利用能量變化來判斷反應(yīng)進行方向 這個體系的能量變化 就好像我們口袋里的錢 花出去容易 賺回來難 錢會趨向于由多到 少 同樣 自發(fā)過程的體系能量總會趨向于由高能量狀態(tài)轉(zhuǎn)化為低能量狀態(tài) 此時 體系會 釋放能量 表現(xiàn)為焓減 H 0 NaOH aq HCl aq NaCl aq H 2O aq H 56KJ mol H2 g 1 2O 2 g H 2O l H 285 8kJ mol CH4 g 2O 2 g CO 2 g 2H 2O l H 89 3kJ mol 以上三個反應(yīng)都是什么反應(yīng) 生 放熱反應(yīng) 師 放熱反應(yīng) 過程中體系能量降低 H0 沒有自發(fā)進行的傾向 指出 多數(shù)自發(fā)進行的化學反應(yīng)是放熱反應(yīng) 但也有不少吸熱反應(yīng)能自發(fā)進行 如 N2O5 g 4NO 2 g O 2 g H 56 7KJ mol Ba OH 2 8H2O s 2NH 4Cl s BaCl 2 aq 2NH 3 2H 2O H 0 這又是為什么呢 交流討論 我們知道 固體硝酸銨溶于水要吸熱 室溫下冰塊的溶解要吸熱 兩種或兩種以 上互不反應(yīng)的氣體通入一密閉容器中 最終會混合均勻 這些過程都是自發(fā)的 與焓變有關(guān) 嗎 生 與焓變有關(guān) 但與前面結(jié)論好像不太符合 師 這說明 焓判據(jù)不是判斷化學反應(yīng)能否自發(fā)進行的唯一因素 大家在生活中會有這樣的 一個體驗 我們收拾整齊的房間 過幾天就變亂了 混亂度增大 這其實也是一個自發(fā)的過 程 所以這另一因素與體系混亂度有關(guān) 我們稱其熵判據(jù) 混亂度 混亂的程度 表示體系的不規(guī)則或無序狀態(tài) 混亂度的增加意味著體系變得更加 無序 熵 衡量一個體系混亂度的物理量 符號 S 關(guān)系 混亂度越低 熵值就越小 混亂度越高 熵值就越大 指出 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序 熵增的過程 板書 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 板書 反應(yīng)熵變 S 生成物總熵 反應(yīng)物總熵 注意將其和焓變的計算進行區(qū)分 H 反應(yīng)物總鍵能 生成物總鍵能 講述 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 為熵增反應(yīng) 反應(yīng)有 自發(fā)進行的趨勢 就像我們整齊的房間 過幾天就變亂了 混亂度增大 是一個自發(fā)的過程 熵判據(jù) 利用熵增原理來判斷反應(yīng)進行的方向 請同學們判斷 以下反應(yīng)熵的變化 1 2Na s 2H 2O l 2NaOH aq H 2 g 2 Al s HCl aq AlCl3 aq H 2 g 3 2SO 2 g O2 g 2SO3 g 4 H 2O g H 2O l 生 1 2 熵增 3 4 熵減 師 通過前面的學習 我們知道焓減和熵增都有自發(fā)進行的趨勢 焓增和熵減就不能自發(fā)進 行 那如果一個反應(yīng)焓和熵都同時變化 我們怎么判斷反應(yīng)能否自發(fā)進行 因此 反應(yīng)熵變 是與反應(yīng)能否自發(fā)進行有關(guān)的又一個因素 但也不是唯一因素 我們就將這兩者結(jié)合起來判 斷 這便引出了一個新的判據(jù) 自由能判據(jù) 復(fù)合判據(jù) G H T S 體系自由能變化 G 封閉體系在等溫等壓條件下向環(huán)境可能做的最大有用功的能力 稱為 吉布斯自由能 指出 體系自由能變化綜合考慮了焓變和熵變對體系的影響 G 0 正反應(yīng)不能自發(fā)進行 逆反逆應(yīng)可自發(fā)進行 H0 H 0 S 0 T0 S 0 T H S T 較高 正反應(yīng)能 自發(fā)進行 G 0 因此 室溫下反應(yīng)不能自發(fā)進行 如要使反應(yīng)自發(fā)進行 則應(yīng)使 H T S H S 178 2 KJ mol 1 0 1696 KJ mol 1 K 1 1051K 注意 1 過程的自發(fā)性只能用于判斷過程的方向 不能確定過程是否一定會發(fā)生和過程的速率 2 在討論過程的方向時 我們指的是沒有外界干擾時體系的性質(zhì) 如果允許外界對體系施加 某種作用 就可能出現(xiàn)相反的結(jié)果 3 反應(yīng)的自發(fā)性也受外界條件的影響 T H 0 S 0 H 0 S H S T 較高 H 0 S 0 T 0 課堂練習 1 下列說法正確的是 A 凡是放熱反應(yīng)都是自發(fā)的 由于吸熱反應(yīng)都是非自發(fā)的 B 自發(fā)反應(yīng)一定是熵增大 非自發(fā)反應(yīng)一定是熵減少或不變 C 自發(fā)反應(yīng)在恰當條件下才能實現(xiàn) D 自發(fā)反應(yīng)在任何條件下都能實現(xiàn) 2 自發(fā)進行的反應(yīng)一定是 A 吸熱反應(yīng) B 放熱反應(yīng) C 熵增加反應(yīng) D 熵增加或者放熱反應(yīng) 3 下列說法正確的是 A 放熱反應(yīng)一定是自發(fā)進行的反應(yīng) B 吸熱反應(yīng)一定是非自發(fā)進行的 C 自發(fā)進行的反應(yīng)一定容易發(fā)生 D 有些吸熱反應(yīng)也能自發(fā)進行 4 25 0C 和 1 01 105Pa 時 反應(yīng) 2N2O5 g 4NO 2 g O2 g H 56 76kJ mol 自 發(fā)進行的原因是 A 是吸熱反應(yīng) B 是放熱反應(yīng) C 是熵減少的反應(yīng) D 熵增大效應(yīng)大于能量效應(yīng) 5 下列過程屬于熵增過程的是 A 硝酸鉀溶解在水里面 B 氨氣和氯化氫反應(yīng)生成氯化銨晶體 C 水蒸氣凝結(jié)為液態(tài)的水 D NH 4 2CO3分解生成二氧化碳 氨氣和水 6 以下自發(fā)反應(yīng)可用能量判據(jù)來解釋的是 A 硝酸銨自發(fā)地溶于水 B 2N 2O5 g 4NO2 g O2 g H 56 7kJ mol C NH 4 2CO3 s NH4HCO3 s NH3 g H 74 9 kJ mol D 2H 2 g O2 g 2H2O l H 571 6 kJ mol 7 近年來 城市污染越發(fā)嚴重 汽車尾氣便是原因之一 為保護環(huán)境 現(xiàn)都會對汽車尾氣進 行處理將其轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì) 具體反應(yīng)如下 2NO g 2CO g N 2 g 2CO 2 g 已知 298K 101KPa 下 該反應(yīng) H 113 0 KJ mol 1 S 143 5 J mol 1 K 1 請問 該反應(yīng)在室溫下能否進行 解 G H T S 69 68 KJ mol 1 0 因此 室溫下反應(yīng)能自發(fā)進行 指出 但該反應(yīng)速率極慢 需要使用催化劑來加速反應(yīng) 六 板書設(shè)計 一 反應(yīng)進行的方向 1 焓判據(jù) H 0 有自發(fā)進行的趨勢 2 熵判據(jù) 熵變 S 生成物總熵 反應(yīng)物總熵 3 自由能判據(jù) G H T S 七 教學反思 本節(jié)課的知識容量較大 涉及多個知識點 學生的理解與吸收可能會比較困難 尤其是利用 吉布斯自由能綜合判斷反應(yīng)進行的方向時 學生易混淆出錯