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2019-2020年高中化學(xué)《化學(xué)反應(yīng)的方向和限度》教案3 蘇教版選修4 [教學(xué)目標(biāo)] 1、知識與技能：（1）理解熵的概念 （2）能初步利用焓變和熵變說明化學(xué)反應(yīng)進行的方向 2、過程與方法：通過聯(lián)系生活以及自然界的普遍變化規(guī)律引導(dǎo)學(xué)生理解判斷自發(fā)反應(yīng)進行的兩個因素。 3、情感態(tài)度與價值觀：通過從現(xiàn)象分析到理論探究，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的研究方法。 [教學(xué)重點] 自發(fā)反應(yīng)與反應(yīng)方向的判斷。 [教學(xué)難點] 熵變與焓變的理解。 [教學(xué)過程] 創(chuàng)設(shè)問題情景：汽車尾氣的主要污染物是一氧化氮以及燃燒不完全所產(chǎn)生的一氧化碳，它們是現(xiàn)代化城市的重要大氣污染物，為了減輕汽車尾氣造成的大氣污染，人們提出通過2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)來處理，這一方案是否可行？你的依據(jù)是什么？ 學(xué)生討論 （學(xué)生均是憑自己感覺或猜測認為這一方案可行） 引入主題：化學(xué)反應(yīng)的方向 展示圖片 高山流水 思考與交流： ⑴高山流水是一個自動進行的自然過程。高處水一定會流到低處嗎？ ⑵低處水可以流至高處么？可采取什么措施？ ⑶在“低水高流”的過程中一旦外界停止做功，該過程還能繼續(xù)進行下去嗎？ 板書：一、化學(xué)反應(yīng)的方向 自發(fā)過程：在一定條件下，不借助外部力量就能自動進行的過程 討論 請盡可能多地列舉你熟知的自發(fā)過程。 板書：自發(fā)過程的特征：都有方向性，且不能自動恢復(fù)原狀，若要恢復(fù)必須借助外力。 敘述：與自然界中的許多變化一樣，化學(xué)反應(yīng)也具有方向性。 板書：自發(fā)反應(yīng)：這種在一定條件下不需外界幫助，就能自動進行的反應(yīng)，稱為自發(fā)自發(fā)反應(yīng)。 交流與討論：討論下列反應(yīng)在室溫下能否自發(fā)進行。如能自發(fā)進行，請寫出相應(yīng)的化學(xué)方程式。 1、水分解成氫氣和氧氣的反應(yīng)。 2、氯氣與溴化鉀溶液的反應(yīng)。 3、乙烯與溴單質(zhì)的反應(yīng)。 4、綠色植物的光合作用。 過渡：究竟如何判斷某個反應(yīng)進行的方向或者說反應(yīng)是否自動進行？ 板書：二、判斷化學(xué)反應(yīng)方向的依據(jù) 分析與討論： 下列反應(yīng)都能自發(fā)進行，分析其可能的原因 3Fe(s) + 2O2(g) = Fe3O4(s)　　　 △H　 = -1118.4 kJmol-1 C(s) + O2(g) = CO2(g)　　　　　 △H　 = -393.509 kJmol-1 CH4(g) + 2O2(g) = CO2(g) + 2H2O(l) △H　 = -890.36 kJmol-1 學(xué)生尋找規(guī)律 得出結(jié)論：自發(fā)過程取向于最低能量狀態(tài)的傾向。 板書：<結(jié)論>1、 判斷化學(xué)反應(yīng)方向的依據(jù)一（焓判據(jù)）：DH＜0 的反應(yīng)有自發(fā) 進行的傾向。 提出問題： “放熱反應(yīng)可以自發(fā)進行，吸熱反應(yīng)不能自發(fā)進行”，你同意這種觀點嗎？ 探究實驗：學(xué)生觀察現(xiàn)象并得出結(jié)論 1、硝酸銨溶于水 現(xiàn)象: 固體擴散到水中，溫度降低 2、墨水滴入水中 現(xiàn)象: 墨水在水中擴散 3、NH4Cl晶體+消石灰 現(xiàn)象: 溫度降低，錐型瓶和木板間結(jié)冰。 得出結(jié)論: 有些吸熱過程或沒有熱效應(yīng)的過程也可能自發(fā)進行，所以DH＜0 不是判斷反應(yīng)是否自發(fā)的唯一依據(jù)。 追問：是什么因素促使吸熱反應(yīng)也能自發(fā)進行呢？ 繼續(xù)探究： 學(xué)生動手實驗 1、有序的火柴棒散落；2、有序的撲克牌多次被洗。 得出結(jié)論: 自發(fā)過程取向于最大混亂度的傾向。 板書：<結(jié)論>2、判斷化學(xué)反應(yīng)方向的依據(jù)二（熵判據(jù)） ：大多數(shù)自發(fā)進行的反應(yīng)趨向于使體系的混亂度增加的傾向 引入新概念：（1）熵 衡量一個體系混亂度的物理量。 符號： S 構(gòu)成物質(zhì)的微粒之間無規(guī)則排列的程度越大，體系的混亂度越大，熵越大。 熵變：反應(yīng)前后體系熵的變化，符號：ΔS ΔS>0體系的混亂度增大，有利于反應(yīng)自發(fā)進行； ΔS<0 體系的混亂度減小，不利于反應(yīng)自發(fā)進行。 分析與討論：判斷下列過程的熵變大于零還是小于零 ① H2O(s)→H2O(l)→H2O(g) ② NaOH（s）==Na+(aq)+OH-(aq) 高溫 ③ N2(g)+3H2（g）2NH3(g) ④ CaCO3(s) == CaO3(s) + CO2(g) 歸納：（2）導(dǎo)致混亂度增加的因素 1、 同一物質(zhì)在氣態(tài)時熵值 最大 ，液態(tài) 較小 ，固態(tài)時 最小 。 2、 固體的溶解過程、墨水 擴散 過程和氣體的 擴散 過程。 3、 產(chǎn)生氣體的反應(yīng)和氣體的物質(zhì)的量 增加 的反應(yīng)。 小結(jié)：綜上所述,體系能量減小和混亂度增加都能促使反應(yīng)自發(fā)進行,焓變和熵變共同制約著化學(xué)反應(yīng)進行的方向。 跟蹤練習(xí)： 根據(jù)你已有的知識和經(jīng)驗,分析下列過程的焓變、熵變與反應(yīng)方向 焓變 熵變 反應(yīng)方向 加熱 ①NH3（g）+ HCl（g）= NH4Cl（s） ② NH4Cl（s）===NH3（g）+HCl（g） 得出結(jié)論： 反應(yīng)是否自發(fā)還與溫度有關(guān) 知識的歸納：要正確判斷一個化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進行,必須綜合考慮反 應(yīng)的焓變△H和熵變△S 1、物質(zhì)具有的能量趨于降低　　　焓(H)判據(jù)：DH(焓變)<0，放熱反應(yīng) 2、物質(zhì)的混亂度趨于增加　　　熵(S)判據(jù)：DS(熵變)>0，熵增原理 恒T恒P 焓變 熵變 化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進行 DH＜0 DS＞0 一定自發(fā) DH＞0 DS＜0 一定非自發(fā) DH＜0 DS＜0 低溫自發(fā) DH＞0 DS＞0 高溫自發(fā) 知識的運用： [拓展視野]對于一個化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進行，可用體系自由能的變化（△G）來判斷。 ＜ 0 ，一定能自發(fā)進行 △G = △H－T△S ＝ 0 ，達到平衡狀態(tài) ＞ 0 ，一定不能自發(fā)進行 1、解決提出的問題：已知在298K、100Pa下反應(yīng)2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)的△H = —113.0 kJmol-1，△S= —145.3Jmol-1K-1。請同學(xué)們經(jīng)過計算判斷人們提出的用上述反應(yīng)治理汽車尾氣是否可行？ 2、解釋以下兩種自發(fā)現(xiàn)象：　①室溫時冰融化　　?、冢?0℃時水結(jié)冰 知識的鞏固： 1、下列說法正確的是：（ B ） A．凡是放熱反應(yīng)都是自發(fā)的。 B．鐵在潮濕空氣中生銹是自發(fā)過程 C．自發(fā)反應(yīng)都是熵增大的反應(yīng)。 D．電解池的反應(yīng)是屬于自發(fā)反應(yīng) 2、下列反應(yīng)一定能自發(fā)進行的是（ D ） A、放熱反應(yīng) B、熵增加的反應(yīng)C、熵增加的吸熱反應(yīng)D、熵增加的放熱反應(yīng) 3、下列說法中正確的是（ D ） A．某反應(yīng)低溫條件下能自發(fā)進行，那么高溫條件下也一定能自發(fā)進行 B．某反應(yīng)高溫條件下不能自發(fā)進行，那么低溫條件下也不能自發(fā)進行 C．反應(yīng)方向是由焓變和熵變共同決定的，與反應(yīng)溫度無關(guān) D．溫度有可能對反應(yīng)的方向起決定性的作用 板書： 化學(xué)反應(yīng)的方向 一、化學(xué)反應(yīng)的方向 自發(fā)反應(yīng)：這種在一定條件下不需外界幫助，就能自動進行的反應(yīng)，稱為自發(fā)自發(fā)反應(yīng)。 二、判斷化學(xué)反應(yīng)方向的依據(jù) 綜合 1、 依據(jù)一（焓判據(jù)）：DH＜0 的反應(yīng)有自發(fā)進行的傾向。 考慮 2、依據(jù)二（熵判據(jù)）：大多數(shù)自發(fā)進行的反應(yīng)趨向于使體系的混亂度增加的傾向