(共17张PPT)
【情境导入】
汽车尾气中的主要污染物是NO以及燃料不完全燃烧所产生的CO，它们是现代城市中的大气污染物。为了减轻大气污染，人们提出通过以下反应来处理汽车尾气：
2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)
你能否判断这一方案是否可行？理论依据是什么？
需要考虑：
（1）该反应能否进行？(即该反应能不能朝N2(g)+2CO2(g)的方向自发进行？)
（2）该反应是否能及时(反应速率快)、更多(反应限度大)降低尾气中NO和CO的量？
第二章 化学反应速率与化学平衡
§1.2-3 化学反应方向
授课人：邱日兵
【课前引入】
飞流直下：不借助外力
抽水上山：
借助水泵，持续消耗电能
生活中的自发过程
高处(高势能)
低处(低势能)
自发
非自发
自然界中有一些过程是自发进行的，而且是有方向性的。
100℃的沸水
<100℃的温水
一段时间后热量传递给周围空气
=室温的凉水
最终
高能
低能
自发
非自发
【课前引入】
自然界中有一些过程是自发进行的，而且是有方向性的。
生活中的自发过程
春天冰融水
冬天水结冰
钢铁生锈
自发过程不一定很快；自发过程是有条件的。
处于高水位的水有向低处流动的趋势，自发过程并没有实际发生，但是有发生的趋势。
自发过程不一定能发生，可以是一种自发的趋势。
【知识精讲】
1．自发过程：
在一定条件(T、P)下，不需要外力作用就能自动进行的过程。
外力作用一般指的是：光照、通电等；而加热、点燃、高温都是为了达到某一反应温度，属于一定温度范畴，不属于外力作用。
2．自发反应：
在一定条件（T、P）下，不需要外力作用（光能，电能等）就能自动进行的化学反应。
与自然界中的许多变化一样，化学反应也具是自发性和方向性。
铁生锈
天然气燃烧
铁和硫酸铜反应
如何判断化学反应自发进行的方向呢？？？
【思考与讨论】
下列反应在一定条件下都能自发进行，你知道这些反应能自发进行的原因吗？
①H2(g)+1/2O2(g)= H2O(l)
②Zn(s) +CuSO4(aq)=ZnSO4 (aq)+Cu(s)
③Na(s)+H2O(l)=NaOH(aq)+1/2H2(g)
④铁生锈：2Fe(s)+3/2O2(g)= Fe2O3(s)
⑤NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l)
H= -286kJ/mol
H= -184kJ/mol
H= -824kJ/mol
H= -57.3kJ/mol
H= -216.8kJ/mol
这些反应都有什么共同点？
很多常见自发的化学反应都是由能量高的物质生成能量低的物质！
放热反应
【知识精讲】
3．焓判据（能量判据）
内容：
体系趋向于从能量高的状态转变为能量低的状态，因此反应放热有利于反应自发进行。
很多自发的化学反应都是焓减的过程，即ΔH＜0
放热
反应物
生成物
焓
反应过程
△H＜0
【驱动性问题】
自发进行的反应总是放热反应吗？？？
【知识精讲】
Ea很小，常温即能自发。
Ea稍大，但Ea＜△H，给予外界条件一经引发后即能自发。
Ea稍大，且Ea＞△H，需持续给予外界条件才能自发。
反应物
Ea
△H
生成物
反应进程
能量
反应物
Ea
△H
生成物
反应进程
能量
反应物
Ea
△H
生成物
反应进程
能量
0
小结：自然之法如此神奇，正是很多燃烧反应会遇到“活化能”的壁垒。才使得富含有机物的生命体在富含氧气的大气中没有“自燃”。
有气体生成(气体数增多)，
即体系混乱程度增大。
【思考与讨论】
2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8 H2O(s)=NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l) H ﹥0
在19世纪，一些化学家认为，决定反应能否自发进行的因素是反应热，放热反应可以自发进行，而吸热反应不能自发进行。吸热反应都不能自发进行吗？
这些反应是吸热反应，但在常温下能自发进行。
【结论】焓减(放热)有利于反应自发进行，但不是唯一的因素。
2N2O5(g)=4NO2(g)+O2 (g) △H=+109.8kJ/mol
NaHCO3(s)+HCl(aq)=NaCl(aq)+CO2(g)+ H2O(l) △H=+31.4kJ/mol
(NH4) 2CO3(s)＝NH4HCO3(s)＋NH3(g) △H>0
不能只根据反应热(放热或吸热)来判断化学反应自发进行的方向。
还有什么因素决定化学反应自发进行的方向呢？？？
这些反应都有什么共同点？
生活中的自发过程
【问题过渡】
不需要外界的任何作用，气体通过分子的扩散，自发地混合均匀。
有序
无序
自发
非自发
混乱度低
混乱度高
冰融化
花香四溢
墨水扩散
火柴掉地
硝酸铵晶体溶于水吸热
新买的牌洗牌前后、学生上下课状态。
很多常见自发过程都是由有序(混乱度低)变成无序(混乱度高)的状态！
【知识精讲】
（1）熵：描述体系混乱度的物理量。符号：S。
△S=S生成物总熵－S反应物总熵
4．熵判据（混乱度判据）
体系混乱度越大，熵值越大；体系混乱度越小，熵值越小。
（2）同种物质的熵值与其存在状态有关：
S(g) ____ S(l) ____ S(s)
＞
＞
固态
液态
气态
熵增
熵增
（3）内容：
体系趋向于从有序(混乱度低)转变成无序(混乱度高)的状态，
因此熵增(混乱度增大)有利于自发进行。
很多自发的化学反应都是熵增的过程，即ΔS＞0。
Zn(s) + H2SO4(aq) = ZnSO4(aq) + H2 (g)
2KClO3(s) = 2KCl(s) + 3O2 (g)
例如：
【P45 Ex2、3】
判断下列反应熵变大小
① N2 + 3H2 = 2NH3
② 2C + O2 = 2CO
③ CaCO3 = CaO + CO2
△S＜0
△S＞0
△S＞0
【方法】化学反应中，生成气体越多混乱度越大(熵增)，即△S＞0。
【对点练习】
【思考与讨论】
4Fe(OH)2(s)+O2(g)+H2O(l) ＝ 4Fe(OH)3(s)
2NO(g)+2CO(g) == N2(g)+2CO2(g)
CaO(s)+CO2(g) == CaCO3(s)
CaCO3(s) CaO(s)+CO2(g)
CaCO3(s) == CaO(s)+CO2(g)
下列反应中，体系的熵将发生怎样的变化？
熵增的反应都能自发进行吗？熵减的反应都不能自发进行吗？
△S＜0
△S＞0
△S＜0
△S＜0
△S＞0
能自发
能自发
能自发
不能自发(室温下)
能自发(加热后)
有些熵减(ΔS＜0)的过程也可自发进行。
【结论】
熵增(ΔS＜0)有利于反应自发进行，但不是唯一的因素。
不能只根据熵增来判断化学反应自发进行的方向。
化学反应自发进行的方向与反应温度有关。
到底如何判断化学反应自发进行的方向呢？
【知识精讲】
5．综合判据：自由能(G)与化学反应的方向(P45”资料卡片”)
美国物理化学家
吉布斯
1876年，吉布斯（美）提出自由能变化 ΔG，并认为化学反应总是向着自由能减小（ ΔG < 0）的方向进行，直至达到平衡。
（1）自由能变化(符号：ΔG)
(单位：kJ·mol－1)
公式：△G = △H - T△S
①当ΔG＜0时，反应能自发进行；
②当ΔG＝0时，反应处于平衡状态；
③当ΔG＞0时，反应不能自发进行。
（2）反应进行方向的判断方法
△H
△S
H>0
S>0
高温下
反应自发进行
H>0
S<0
所有温度下反应
都不能自发进行
H<0
S>0
所有温度下
反应自发进行
H<0
S<0
低温下
反应自发进行
【课堂小结】
1.车尾气中的主要污染物是NO以及CO，它们是现代城市中的大气污染物。治理汽车尾气原理：2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)。已知室温(298K、101KPa)下，反应中的ΔH = -746.8 KJ·mol-1，ΔS = -197.5 J·mol-1·K-1。判断这一方案是否可行？
【对点练习】
根据ΔG = ΔH – TΔS
= (-746.8KJ·mol-1) - 298K×(-197.5J·mol-1·K-1)×10-3
= - 687.945KJ·mol-1
<0
在室温下，该反应能够自发进行。
但事实上反应的速率很慢！
加入
催化剂
2.以下判断正确的是（ ）
A．C(s)+CO2(g)=2CO(g) △H＞0，该反应常温下不能自发
B．2Mg(s)+O2(g)=2MgO(s) △H＜0，该反应高温才能自发
C．自发反应的熵一定增大，非自发反应的熵一定减小
D．放热反应都可以自发进行，而吸热反应不能自发进行
A
3.下列关于判断过程的方向的说法正确的是（ ）
A．所有自发进行的化学反应都是放热反应
B．自发反应在任何条件下都能发生
C．由焓判据和熵判据组合而成的复合判据，更适合于所有的过程
D．同一物质的固，液、气三种状态的熵值相同
C
4.对于化学反应能否自发进行，下列说法中错误的是（ ）
A．非自发过程在一定条件下可能变成自发过程
B．若△H>0，△S＜0，任何温度下都不能自发进行
C．若△H＜0，△S>0，任何温度下都能自发进行
D．需要加热才能够进行的过程肯定不是自发过程
D
5.已知“凡气体分子总数增大的反应一定是熵增加的反应”。下列反应一定能自发进行的是（ ）
A．2O3(g)=3O2(g) H<0 B．2CO(g)=2C(s)+O2 (g) H>0
C．N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) H<0 D．CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) H>0
A选择性必修一 §1－2.3 《化学反应进行的方向》教案
科 目 化学 高二 年 级 备课时间 2022年12月7日
课 题 《化学反应进行的方向》 授课时间 2022年12月9日
备课组 化学科组 主备人 邱日兵
课标要求 知道化学反应是有方向的，知道化学反应的方向与反应的熵变和焓变有关，要求学生能用焓变和熵变说明化学进行的方向，对自由能知识没有相关要求。
教材分析 在学生学习了化学反应及其能量变化、化学反应速率、化学反应的限度之后，教材安排了化学反应进行的方向的内容。教材回避了焓判据、熵判据的理论推导，利用日常生活中的见闻有道学生得出：根据反应的焓变和熵变的大小，只能判断反应自发进行的可能性，不能确定反应是否一定发生。通过上述只是的介绍，使学生体会事物的发展、变化常常受多种因素的制约，要全面分析问题。
学情分析 从学生的知识基础考虑，回避焓判据、熵判据的理论推导。首先，学生熟悉自发进行的放热反应；以生活现象为例，说明混乱度增加也是化学反应自发进行的倾向。其次，用实例说明单独运用这两种判据都是不全面的，需要考虑复合判据，在这个过程中培养学生勇于探索未知的精神。
教学目标 1.通过直观体验认识自然界中的自发过程，了解自发过程的含义，知道化学反应存在方向问题； 2.了解熵的含义，会判断化学反应前后熵的变化； 3.初步了解焓变和熵变对化学反应方向的影响，建构起判断反应方向的模型； 4.了解化学反应方向的研究历程，培养严谨求实、崇尚真理、勇于探索未知的意识。
教学 重难点 焓减和熵增与化学反应方向的关系。
课时设计 1课时
教学过程
教师活动 学生活动 效果期待
教师讲授20分钟 教师讲授20分钟 师生讨论 和总结10分钟 师生总结 【情境导入】 1.汽车尾气中的主要污染物是一氧化氮以及燃料不完全燃烧所产生的一氧化碳，它们是现代城市中的大气污染物，为了减轻大气污染，人们提出通过以下反应来处理汽车尾气： 2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)，你能否判断这一方案是否可行？理论依据是什么？ 2.石墨和金刚石都是碳单质，C(石墨)=C(金刚石)这个反应能否实现？ 反应进行的方向、快慢和限度是化学反应原理的三个重要组成部分。通过前三节的学习和讨论，我们已经初步解决了后两个问题，即反应的快慢和限度问题，这节课我们来讨论反应的方向的问题。 生活中常见的自发过程都有哪些？ 【图片】高山流水、沸水放置一段时间后、成熟果实会从树上往下掉落 分析自然界中水总是自发从高处流向低处、热总是自发从高温物体传到低温物体。 【举例】常见的自发的化学反应： 2H2(g)+O2(g)=2H2O(l ) △H=－571.6kJ/mol 2Na(s)+2H2O(l)=2NaOH(aq)+H2↑ △H=－368 kJ/mol Zn(s)+CuSO4(aq)=ZnSO4(aq)+Cu △H=－216.8 kJ/mol NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l) H= -57.3kJ/mol 铁生锈：6Fe(s)+3O2(g)=2Fe2O3(s) △H=-824 kJ/mol 很多常见自发的化学反应都是由能量高的物质生成能量低的物质，这些过程有什么共同点？ 焓判据：ΔH＜0，即放热的化学反应能自发 【驱动性问题】自发进行的反应总是放热反应吗？ 【规律探索】吸热的化学反应为什么能自发？观察以上反应的共同点 2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g) △H=+109.8 kJ/mol NaHCO3(s)+HCl(aq)=NaCl(aq)+CO2(g)+H2O(l) △H=+31.4kJ/mol 2NH4Cl(s)＋Ba(OH)2·8H2O(s)＝2NH3(g)＋BaCl2(s)＋10H2O(l) △H>0 (NH4) 2CO3(s)＝NH4HCO3(s)＋NH3(g) △H>0 结论：焓判据不全面 【举例】氯气和氢气的混合、硝酸铵固体溶于水、新买的牌洗牌后、学生上下课状态、香水扩散等等。这类自发过程趋向于有序变得无序的倾向。 国际上规定使用熵(S)来描述体系的混乱度；混乱度越大，熵值越大；混乱度增大，叫熵增即△S>0。 【提问】一定温度和压强下，判断上述反应的体系混乱程度如何变化？ 2.熵判据：ΔS＞0，即熵增的化学反应能自发 【驱动性问题】自发进行的反应总是熵增的吗？ 4Fe(OH)2(s)+O2(g)+H2O(l)＝4Fe(OH)3(s) △S<0但自发 2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g) △S<0 但自发 CaCO3(s) = CaO(s)+CO2(g) △S>0 但室温下不能自发 结论：焓判据和熵判据都不全面。 【驱动性问题】若焓判据和熵判据相冲突，如何判断反应是否自发？判断这下列反应是否能自发？分析原因。 CaO(s)+CO2(g) = CaCO3(s) 能自发 CaCO3(s) = CaO(s)+CO2(g) 不能自发 CaCO3(s) = CaO(s)+CO2(g) 能自发 3.综合判据：吉布斯自由能 ΔG = ΔH – TΔS ΔG＜0，反应能自发； ΔG＞0，反应不能自发； ΔG=0，反应达到平衡状态。 结合坐标系，分析ΔH、ΔS、T不同的情况下，反应是否能自发。 需要考虑：该反应能否进行？该反应速率有多快，是否能及时降低尾气中NO和CO的量？ 学生总结： 1.自然界中有一些过程是自发进行的，而且是有方向性的。 2.自发过程： 3.自发反应： 对于化学反应，放热反应(焓减小的反应)容易自发进行。 不是。举例 4.焓判据：ΔH＜0，放热的化学反应倾向于自发 都是气体分子数增多 S(g)＞S(l)＞S(s) 以上反应都是熵增大的反应，都是自发反应 不是。举例 5.熵判据：△S>0，熵增大的反应倾向于自发 化学反应能否自发还与温度有关。 6.综合判据： ΔG =ΔH – TΔS 以真实的问题情景，激发学生内在的学习兴趣和学习动机，为高效学习奠定基础。 通过分析学生列举的是否是自发变化，一方面加深学生对自发反应的认识，另一方面为接下来分析影响反应自发进行的因素提供素材。引导学生“自发反应具有趋向体系能量降低的倾向” 引导学生认识到体系具有由有序变得无序的共性，归纳出“自发反应具有趋向混乱度最大的倾向”。 焓判据和熵判据判断相反的情况，引导学生认识到两个判据不一致的反应是可能自发进行的，关键在于温度的高低，建构焓变和熵变共同决定化学反应方向的观点。 使学生体会事物的发展、变化常常受多种因素的制约，要全面分析问题。培养严谨求实、崇尚真理、勇于探索未知的意识。
师生总结10分钟 结合真实情境，判断下列反应是否能自发： 1.治理汽车尾气：已知室温(298K、101KPa)下，反应2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g) ΔH=-746.8 KJ·mol-1 ΔS=-197.5 J·mol-1·K-1 根据ΔG =ΔH – TΔS<0 （ 能自发 ） 2.石墨转化为金刚石：C(石墨)=C(金刚石) ΔH=+1.9 KJ·mol-1 ΔS=-3.3 J·mol-1·K-1 根据ΔG =ΔH – TΔS>0 （ 不能自发 ） 室温下能够自发。 但速率慢，需要催化剂。 巩固学习成果；引导学生关注化学在生产生活中的应用。
课堂小结 本节课首先了解自发过程和自发反应的概念进行，之后学习了判断反应能否自发进行的三个判据，其中焓判据和熵判据是不全面的，进而引导学生综合考虑体系的焓变和熵变，从而提出吉布斯自由能判据，可以判断不同温度下，不同焓变和熵变的反应是否能够自发进行。使学生认识到，在遇到现有理论无法解决的问题时，我们需要考虑创新理论以解决问题，培养勇于创新、追求真理的精神。同时通过真实问题情景，引导学生关注化学在生产生活中的应用，引导学生建立社会责任感。
学生作业
板书设计
整改与反思
一定条件下，下列反应不能自发进行的是( )
A. 2O3(g)＝3O2(g) ΔH＜0 B. (NH4)2CO3(s)＝NH4HCO3(s) + NH3(g) ΔH＞0
C. 2CO(g)＝2C(s) + O2(g) ΔH＞0 D. 3Fe(s)+2O2(g)＝Fe3O4(s) ΔH＜0
