第二章第三节 化学反应的方向 教案 高中化学人教版（2019）选择性必修1
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| 名称 | 第二章第三节 化学反应的方向 教案 高中化学人教版（2019）选择性必修1 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 723.5KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2024-06-10 12:11:29 | ||
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文档简介
第三节 化学反应的方向
教学目标
1、结合学过的化学反应实例，了解自发过程和化学反应的自发性。
2、通过“有序”和“无序”的对比，了解熵和熵变的意义。
3、初步了解焓变和熵变对化学反应方向的影响，能用焓变和熵变解释化学反应的方向，培养证据推理与模型认知能力。
教学重难点
焓变和熵变与化学反应方向的关系，综合判据的理解与应用。
教学过程
【新课导入】
生活中很对自然现象，如高山流水、熟透的苹果落地，其势能减少，状态趋向于稳定，能量趋向于最低，扑克、玩具散落时，“乱七八糟”，混乱度趋向于最大。其实化学反应也有类似现象，如室温下，冰块会融化；铁器暴露在潮湿的空气中会生锈；甲烷和氧气的混合气体遇明火就燃烧等。，这些化学变化都是自发进行的反应，它们都有内能变化或混乱度的变化。那么，它们的变化过程又有哪些规律呢？本节课我们将进行一些探讨。
【新知讲解】
【阅读理解】阅读教材p41、42的内容。
一、用焓判据判断反应进行的方向
【交流讨论】
1.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主要原因吗？它们有何共同特点？
C3H8(g) + 5O2(g) = 3CO2(g) + 4H2O(l) △H = -2217.5kJ·mol-1
2Na(s) + Cl2(g) = 2NaCl(s) △H = -822 kJ·mol-1
4Fe(s) + 3O2(g) = Fe2O3(s) △H = -1648.4 kJ·mol-1
H2(g) + F2(g) = 2HF(g) △H = -546.6 kJ·mol-1
2.从能量角度分析它们为什么可以自发进行？
【分析1】共同特点：△H < 0 即放热反应
【分析2】放热反应使体系能量降低，能量越低越稳定
△H < 0 有利于反应自发进行
【讲解】研究表明，对于化学反应而言，绝大多数放热（体系能量降低）反应都能自发进行，且反应放出的热量越多，体系能量降低得也越多，反应越完全。
能量判据（焓判据）∶
自发过程的体系趋向于从高能状态转变为低能状态（△H ﹤0），即△H＜0的反应有自发进行的倾向
二、用熵判据判断反应进行的方向
【交流讨论】
是不是所有自发进行的化学反应都是放热的？观察以下自发进行的反应，分析为何能自发进行。
2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8H2O(s)=2NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l)
2N2O5(g)=4NO2(g)+O2 (g)
(NH4) 2CO3(s) = NH4HCO3(s)+NH3(g)
【分析】三者都是吸热反应，说明△H <0有利于反应自发进行，但自发反应不一定要△H<0
焓变只是反应能否自发进行的一个因素,但不是唯一因素。只根据焓变来判断反应方向是不全面的。
【过渡】那么还有那些因素决定了反应的自发性呢 我们来看一下过程。
火柴的散落，扑克牌多次洗牌，墨水的扩散，固体的溶解，气体的扩散这些都是自发的过程。
【交流讨论】这些看似不相干的事件有哪些规律
【分析】这些过程都是由整齐到散乱，由有序到无序，过程的发展总是自发的由混乱度大向混乱度小的方向进行。
【讲解】科学家用熵来度量这种混乱度的程度，符号S，单位J/(mol·K)。
定义：熵是衡量体系混乱度大小的物理量
符号和单位：S，常用单位：J/(mol·K)
影响熵大小的因素：混乱度越大→体系越无序→熵值越大
①与物质的量的关系：物质的量越大→粒子数越多→熵值越大
②对于同一物质，当物质的量相同时，S(g)>S(l)>S(s)
③不同物质熵值的关系：
I、物质组成越复杂→熵值越大
II、对于原子种类相同的物质：分子中原子数越多→熵值越大
熵变：发生化学反应时物质熵的变化成为熵变，符号为ΔS，计算方法：ΔS=生成物总熵-反应物总熵
用熵判据判断反应进行的方向：体系有自发向混乱度增加的方向变化的倾向。(即熵增△S＞0)
【课堂练习】
1.根据熵的定义判断下列过程中体系的熵变大于零还是小于零。
(1)水蒸气冷凝成水
(2)硫酸铜溶于水
(3)CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)
(4) 2N2O5(g)＝4NO2(g)+O2(g)
(5)2H2(g) + O2(g) ＝2H2O (l)
【答案】(1) (5)△S<0；(2) (3) (4) △S>0
三、用综合判据判断反应进行的方向
【交流讨论】
判断以下自发进行的反应的熵变
Zn(s) + H2SO4(aq) = Zn SO4(aq) + H2(g)
2KClO3(s) = 2KCl(s) + 3O2(g)
2NO(g) + 2CO(g) = N2(g) + 2CO2(g)
4Fe(OH)2(s) + O2(g) + 2H2O(l) = 4Fe(OH)3(s)
【分析】①②反应为熵增的反应，即△S>0，可以自发进行；③④为熵减的反应，△S<0，也可以自发进行。
【讲解】熵减的反应为什么能够自发进行呢？说明熵变是反应能否自发进行的一个因素, 但不是唯一因素。化学反应是否能够自发进行的最终判断依据是什么呢？
正确判断一个化学反应是否能够自发进行必须综合考虑体系的焓变和熵变
【阅读理解】阅读课本P43，了解自由能与化学反应的方向
复合判据（自由能判据）
研究表明：在温度、压强一定的条件下，化学反应自发进行方向的判据是△G = △H - T△S
2. 反应进行方向的判断方法：
△G = △H - T△S ＜ 0 反应能自发进行
△G = △H - T△S ＞0 反应不能自发进行
△G = △H - T△S ＝0 反应达到平衡状态
3.总结
1、物质具有的能量趋于降低，H(焓变) <0，放热反应，焓判据。
2、物质的混乱度趋于增加，S(熵变)>0，熵(S)判据
【交流讨论】1.填写下表
H Ｓ Ｇ 反应在该状况下能否自发进行
＜０ ＞０ ＜０ 自发进行
＞０ ＜０ ＞０ 不自发进行
＞０ ＞０ 低温时＞０,高温时＜０ 低温不自发,高温自发
＞０ ＜０ 低温时＜０,高温时＞０ 低温自发,高温不自发
2.思考，我们可利用数学上的象限表示不同情况下的反应自发情况。找出四个象限，反应的自发情况。
Ｓ
自发进行 高温自发
H
低温自发 非自发进行
【总结】应用判据时的注意事项
（1）在讨论过程的方向问题时，我们指的是没有外界干扰时体系的性质。如果允许外界对体系施加某种作用，就可能出现相反的结果。
（2）过程的自发性只能用于判断过程的方向，不能确定过程是 否一定会发生和过程发生的速率。
（3）一般来说，如果一个过程是自发的，则其逆过程往往是非自发的。
【课堂练习】
2.反应CH3OH(l)＋NH3(g)===CH3NH2(g)＋H2O(g)在某温度下自发向右进行，若反应的|ΔH|＝17 kJ·mol－1，|ΔH－TΔS|＝17 kJ·mol－1，则下列正确的是( )
A．ΔH＞0，ΔH－TΔS＜0 B．ΔH＜0，ΔH－TΔS＞0
C．ΔH＞0，ΔH－TΔS＞0 D．ΔH＜0，ΔH－TΔS＜0
【答案】 A
【解析】 某温度下反应自发向右进行，说明ΔH－TΔS＜0，即ΔH－TΔS＝－17 kJ·mol－1，若ΔH＝－17 kJ·mol－1，则ΔS＝0，不符合事实，故ΔH＝＋17 kJ·mol－1＞0，所以选A项。
3.在如图所示图1中A、B两容器里，分别收集着两种互不作用的气体。若将中间活塞打开，两种气体分子立即都分布在两个容器中(见图2)。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中不正确的是( )
A．此过程为混乱程度小的向混乱程度大的方向的变化过程，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
【答案】 D
【解析】 由题意知ΔH＝0、ΔS＞0，由ΔH－TΔS知该过程的逆过程不能自发进行，所以D错。
【课堂小结】
【课堂检测】
1.下列说法正确的是( )
A．ΔH<0，ΔS>0，所有温度下反应能自发进行
B．化合反应都是放热反应，分解反应都是吸热反应
C．凡是放热反应都是自发的，吸热反应都是非自发的
D．自发反应一定不需要任何条件就容易发生
【答案】 A
【解析】 ΔH<0，ΔS>0，则ΔH－TΔS<0，反应在所有温度下均能自发进行，A正确；大部分化合反应是放热反应，分解反应是吸热反应，B错误；判断反应是否自发进行的依据是ΔH－TΔS<0反应自发进行，C错误；自发反应也可能需要一定的条件，D错误。
2.下列对于化学反应方向说法正确的是( )
A．反应3NO2(g)＋H2O(l)===2HNO3(aq)＋NO(g)在一定条件下能自发进行，说明该反应的ΔH＞0
B．常温下反应2Na2SO3(s)＋O2(g)===2Na2SO4(s)能自发进行，则ΔH＜0
C．反应2Na2O2(s)＋2CO2(g)===2Na2CO3(s)＋O2(g)能自发进行，则该反应的ΔH＞0
D．一定温度下，反应2NaCl(s)===2Na(s)＋Cl2(g)的ΔH＜0
【答案】 B
【解析】 ΔH－TΔS＜0反应能自发进行。若反应的ΔS＜0，反应能自发进行，则ΔH＜0，A、C错误，B正确；2NaCl(s)===2Na(s)＋Cl2(g)属于分解反应，为吸热反应，ΔH＞0，D错误。
3．已知：△G＝△H﹣T△S，当△G＜0，反应能自发进行，△G＞0反应不能自发进行。生产合成气的反应：C（s）+H2O（g）═CO（g）+H2（g）在高温时才能自发进行。下列对该反应过程的△H、△S判断正确的是（ ）
A．△H＞0，△S＜0 B．△H＜0，△S＜0 C．△H＞0，△S＞0 D．△H＜0，△S＞0
【答案】C
【解析】由反应C（s）+H2O（g）═CO（g）+H2（g）可知，反应中气体的体积增大，则△S＞0，△G＝△H﹣T△S，当△G＜0反应可自发进行，该反应在高温度时才能自发进行，△H＞0，故选：C。
4.金属锡的冶炼常用焦炭作还原剂：SnO2（s）+2C（s）═Sn（s）+2CO（g）↑，
反应过程中能量的变化如图所示．下列有关该反应的△H、△S的说法中正确的是（ ）
A．△H＜0，△S＜0 B．△H＞0，△S＜0 C．△H＜0，△S＞0 D．△H＞0，△S＞0
【答案】D
【解析】SnO2（s）+2C（s）═Sn（s）+2CO（g）↑，该反应生成物气体系数大，混乱度大，所以是熵增加的反应，故：△S＞0；
从图中可知，反应物能量低，生成物能量高，该反应是吸热反应，故：△H＞0；故选：D。
5．下列反应不可能自发进行的是（ ）
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
【答案】B
【解析】A．△H＜0，△S＞0，可满足△H﹣T △S＜0，反应能自发进行，故A不选；
B．△H＞0，△S＜0，一般情况下△G＝△H﹣T △S＞0，不能自发进行，故B选；
C．△H＜0，△S＜0，温度较高时即可满足△H﹣T △S＜0，能自发进行，故C不选；
D．△H＞0，△S＞0，温度较高时即可满足△H﹣T △S＜0，反应能自发进行，故D不选。故选：B。
教学目标
1、结合学过的化学反应实例，了解自发过程和化学反应的自发性。
2、通过“有序”和“无序”的对比，了解熵和熵变的意义。
3、初步了解焓变和熵变对化学反应方向的影响，能用焓变和熵变解释化学反应的方向，培养证据推理与模型认知能力。
教学重难点
焓变和熵变与化学反应方向的关系，综合判据的理解与应用。
教学过程
【新课导入】
生活中很对自然现象，如高山流水、熟透的苹果落地，其势能减少，状态趋向于稳定，能量趋向于最低，扑克、玩具散落时，“乱七八糟”，混乱度趋向于最大。其实化学反应也有类似现象，如室温下，冰块会融化；铁器暴露在潮湿的空气中会生锈；甲烷和氧气的混合气体遇明火就燃烧等。，这些化学变化都是自发进行的反应，它们都有内能变化或混乱度的变化。那么，它们的变化过程又有哪些规律呢？本节课我们将进行一些探讨。
【新知讲解】
【阅读理解】阅读教材p41、42的内容。
一、用焓判据判断反应进行的方向
【交流讨论】
1.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主要原因吗？它们有何共同特点？
C3H8(g) + 5O2(g) = 3CO2(g) + 4H2O(l) △H = -2217.5kJ·mol-1
2Na(s) + Cl2(g) = 2NaCl(s) △H = -822 kJ·mol-1
4Fe(s) + 3O2(g) = Fe2O3(s) △H = -1648.4 kJ·mol-1
H2(g) + F2(g) = 2HF(g) △H = -546.6 kJ·mol-1
2.从能量角度分析它们为什么可以自发进行？
【分析1】共同特点：△H < 0 即放热反应
【分析2】放热反应使体系能量降低，能量越低越稳定
△H < 0 有利于反应自发进行
【讲解】研究表明，对于化学反应而言，绝大多数放热（体系能量降低）反应都能自发进行，且反应放出的热量越多，体系能量降低得也越多，反应越完全。
能量判据（焓判据）∶
自发过程的体系趋向于从高能状态转变为低能状态（△H ﹤0），即△H＜0的反应有自发进行的倾向
二、用熵判据判断反应进行的方向
【交流讨论】
是不是所有自发进行的化学反应都是放热的？观察以下自发进行的反应，分析为何能自发进行。
2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8H2O(s)=2NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l)
2N2O5(g)=4NO2(g)+O2 (g)
(NH4) 2CO3(s) = NH4HCO3(s)+NH3(g)
【分析】三者都是吸热反应，说明△H <0有利于反应自发进行，但自发反应不一定要△H<0
焓变只是反应能否自发进行的一个因素,但不是唯一因素。只根据焓变来判断反应方向是不全面的。
【过渡】那么还有那些因素决定了反应的自发性呢 我们来看一下过程。
火柴的散落，扑克牌多次洗牌，墨水的扩散，固体的溶解，气体的扩散这些都是自发的过程。
【交流讨论】这些看似不相干的事件有哪些规律
【分析】这些过程都是由整齐到散乱，由有序到无序，过程的发展总是自发的由混乱度大向混乱度小的方向进行。
【讲解】科学家用熵来度量这种混乱度的程度，符号S，单位J/(mol·K)。
定义：熵是衡量体系混乱度大小的物理量
符号和单位：S，常用单位：J/(mol·K)
影响熵大小的因素：混乱度越大→体系越无序→熵值越大
①与物质的量的关系：物质的量越大→粒子数越多→熵值越大
②对于同一物质，当物质的量相同时，S(g)>S(l)>S(s)
③不同物质熵值的关系：
I、物质组成越复杂→熵值越大
II、对于原子种类相同的物质：分子中原子数越多→熵值越大
熵变：发生化学反应时物质熵的变化成为熵变，符号为ΔS，计算方法：ΔS=生成物总熵-反应物总熵
用熵判据判断反应进行的方向：体系有自发向混乱度增加的方向变化的倾向。(即熵增△S＞0)
【课堂练习】
1.根据熵的定义判断下列过程中体系的熵变大于零还是小于零。
(1)水蒸气冷凝成水
(2)硫酸铜溶于水
(3)CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)
(4) 2N2O5(g)＝4NO2(g)+O2(g)
(5)2H2(g) + O2(g) ＝2H2O (l)
【答案】(1) (5)△S<0；(2) (3) (4) △S>0
三、用综合判据判断反应进行的方向
【交流讨论】
判断以下自发进行的反应的熵变
Zn(s) + H2SO4(aq) = Zn SO4(aq) + H2(g)
2KClO3(s) = 2KCl(s) + 3O2(g)
2NO(g) + 2CO(g) = N2(g) + 2CO2(g)
4Fe(OH)2(s) + O2(g) + 2H2O(l) = 4Fe(OH)3(s)
【分析】①②反应为熵增的反应，即△S>0，可以自发进行；③④为熵减的反应，△S<0，也可以自发进行。
【讲解】熵减的反应为什么能够自发进行呢？说明熵变是反应能否自发进行的一个因素, 但不是唯一因素。化学反应是否能够自发进行的最终判断依据是什么呢？
正确判断一个化学反应是否能够自发进行必须综合考虑体系的焓变和熵变
【阅读理解】阅读课本P43，了解自由能与化学反应的方向
复合判据（自由能判据）
研究表明：在温度、压强一定的条件下，化学反应自发进行方向的判据是△G = △H - T△S
2. 反应进行方向的判断方法：
△G = △H - T△S ＜ 0 反应能自发进行
△G = △H - T△S ＞0 反应不能自发进行
△G = △H - T△S ＝0 反应达到平衡状态
3.总结
1、物质具有的能量趋于降低，H(焓变) <0，放热反应，焓判据。
2、物质的混乱度趋于增加，S(熵变)>0，熵(S)判据
【交流讨论】1.填写下表
H Ｓ Ｇ 反应在该状况下能否自发进行
＜０ ＞０ ＜０ 自发进行
＞０ ＜０ ＞０ 不自发进行
＞０ ＞０ 低温时＞０,高温时＜０ 低温不自发,高温自发
＞０ ＜０ 低温时＜０,高温时＞０ 低温自发,高温不自发
2.思考，我们可利用数学上的象限表示不同情况下的反应自发情况。找出四个象限，反应的自发情况。
Ｓ
自发进行 高温自发
H
低温自发 非自发进行
【总结】应用判据时的注意事项
（1）在讨论过程的方向问题时，我们指的是没有外界干扰时体系的性质。如果允许外界对体系施加某种作用，就可能出现相反的结果。
（2）过程的自发性只能用于判断过程的方向，不能确定过程是 否一定会发生和过程发生的速率。
（3）一般来说，如果一个过程是自发的，则其逆过程往往是非自发的。
【课堂练习】
2.反应CH3OH(l)＋NH3(g)===CH3NH2(g)＋H2O(g)在某温度下自发向右进行，若反应的|ΔH|＝17 kJ·mol－1，|ΔH－TΔS|＝17 kJ·mol－1，则下列正确的是( )
A．ΔH＞0，ΔH－TΔS＜0 B．ΔH＜0，ΔH－TΔS＞0
C．ΔH＞0，ΔH－TΔS＞0 D．ΔH＜0，ΔH－TΔS＜0
【答案】 A
【解析】 某温度下反应自发向右进行，说明ΔH－TΔS＜0，即ΔH－TΔS＝－17 kJ·mol－1，若ΔH＝－17 kJ·mol－1，则ΔS＝0，不符合事实，故ΔH＝＋17 kJ·mol－1＞0，所以选A项。
3.在如图所示图1中A、B两容器里，分别收集着两种互不作用的气体。若将中间活塞打开，两种气体分子立即都分布在两个容器中(见图2)。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中不正确的是( )
A．此过程为混乱程度小的向混乱程度大的方向的变化过程，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
【答案】 D
【解析】 由题意知ΔH＝0、ΔS＞0，由ΔH－TΔS知该过程的逆过程不能自发进行，所以D错。
【课堂小结】
【课堂检测】
1.下列说法正确的是( )
A．ΔH<0，ΔS>0，所有温度下反应能自发进行
B．化合反应都是放热反应，分解反应都是吸热反应
C．凡是放热反应都是自发的，吸热反应都是非自发的
D．自发反应一定不需要任何条件就容易发生
【答案】 A
【解析】 ΔH<0，ΔS>0，则ΔH－TΔS<0，反应在所有温度下均能自发进行，A正确；大部分化合反应是放热反应，分解反应是吸热反应，B错误；判断反应是否自发进行的依据是ΔH－TΔS<0反应自发进行，C错误；自发反应也可能需要一定的条件，D错误。
2.下列对于化学反应方向说法正确的是( )
A．反应3NO2(g)＋H2O(l)===2HNO3(aq)＋NO(g)在一定条件下能自发进行，说明该反应的ΔH＞0
B．常温下反应2Na2SO3(s)＋O2(g)===2Na2SO4(s)能自发进行，则ΔH＜0
C．反应2Na2O2(s)＋2CO2(g)===2Na2CO3(s)＋O2(g)能自发进行，则该反应的ΔH＞0
D．一定温度下，反应2NaCl(s)===2Na(s)＋Cl2(g)的ΔH＜0
【答案】 B
【解析】 ΔH－TΔS＜0反应能自发进行。若反应的ΔS＜0，反应能自发进行，则ΔH＜0，A、C错误，B正确；2NaCl(s)===2Na(s)＋Cl2(g)属于分解反应，为吸热反应，ΔH＞0，D错误。
3．已知：△G＝△H﹣T△S，当△G＜0，反应能自发进行，△G＞0反应不能自发进行。生产合成气的反应：C（s）+H2O（g）═CO（g）+H2（g）在高温时才能自发进行。下列对该反应过程的△H、△S判断正确的是（ ）
A．△H＞0，△S＜0 B．△H＜0，△S＜0 C．△H＞0，△S＞0 D．△H＜0，△S＞0
【答案】C
【解析】由反应C（s）+H2O（g）═CO（g）+H2（g）可知，反应中气体的体积增大，则△S＞0，△G＝△H﹣T△S，当△G＜0反应可自发进行，该反应在高温度时才能自发进行，△H＞0，故选：C。
4.金属锡的冶炼常用焦炭作还原剂：SnO2（s）+2C（s）═Sn（s）+2CO（g）↑，
反应过程中能量的变化如图所示．下列有关该反应的△H、△S的说法中正确的是（ ）
A．△H＜0，△S＜0 B．△H＞0，△S＜0 C．△H＜0，△S＞0 D．△H＞0，△S＞0
【答案】D
【解析】SnO2（s）+2C（s）═Sn（s）+2CO（g）↑，该反应生成物气体系数大，混乱度大，所以是熵增加的反应，故：△S＞0；
从图中可知，反应物能量低，生成物能量高，该反应是吸热反应，故：△H＞0；故选：D。
5．下列反应不可能自发进行的是（ ）
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
【答案】B
【解析】A．△H＜0，△S＞0，可满足△H﹣T △S＜0，反应能自发进行，故A不选；
B．△H＞0，△S＜0，一般情况下△G＝△H﹣T △S＞0，不能自发进行，故B选；
C．△H＜0，△S＜0，温度较高时即可满足△H﹣T △S＜0，能自发进行，故C不选；
D．△H＞0，△S＞0，温度较高时即可满足△H﹣T △S＜0，反应能自发进行，故D不选。故选：B。