《化學反應的方向》教案一、課標解讀《化學反應原理》中主題2化學反應的方向、限度和速率，2.3化學反應的方向1．內(nèi)容要求知道化學反應是有方向的，知道化學反應的方向與反應的焓變和熵變有關(guān)。二、教材分析在人教版新教材中，精簡了文字表述的內(nèi)容，主旨內(nèi)容更加突出，重點介紹了焓變、熵變與化學反應進行方向的關(guān)系。舊版教材中，還強調(diào)了根據(jù)反應的焓判據(jù)和熵判據(jù)，只能判斷反應自發(fā)進行的可能性，不能決定反應是否一定發(fā)生或反應速率的大小。新版教材中刪去了這部分的內(nèi)容，知識難度降低，同時減少了對“熵”的概念的解釋，只要求學生知道“熵”與體系的“混亂度”有關(guān)。教材力圖從學生熟悉的化學反應出發(fā)，介紹化學反應有向能量降低的方向自發(fā)進行的傾向，體會能量最低原理在化學過程中的存在；通過氣體擴散和晶體溶解兩個實例引出反應的自發(fā)性還與體系的混亂度（熵）有關(guān)，說明混亂度（熵）增加是自然界的普遍規(guī)律，也是化學反應自發(fā)進行的一種傾向。發(fā)展學生“變化觀念和平衡思想”的素養(yǎng)。為了加深學生對化學反應進行方向的認識，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。要正確的判斷化學反應的方向，需要綜合考慮焓變和熵變的復合判據(jù)。誘導學生得出：事物的發(fā)展、變化常常受多種因素的制約，發(fā)展學生“證據(jù)推理和模型認知”的素養(yǎng)。在練習與應用中，增加了自發(fā)過程中焓變、熵變判斷的習題。三、學情分析學生已經(jīng)學習了化學反應速率、化學平衡，具備了一些化學反應原理的知識。自發(fā)過程和熵變的概念比較抽象，在教學過程中應充分結(jié)合生活情景和已有化學知識，加以引導，學生就能夠理解、掌握該節(jié)相關(guān)知識。四、素養(yǎng)目標【教學目標】1．能通過教師列舉的例子知道化學反應的進行是有方向的；2．了解熵變的概念，能初步判斷體系變化過程中的熵變；3．能用根據(jù)化學反應的焓變和熵變判斷化學反應進行的方向?！驹u價目標】1．通過學生對自發(fā)反應的舉例，診斷學生對化學反應進行的方向的了解；2．通過對比分析不同自發(fā)反應中焓變和熵變的情況，診斷并發(fā)展學生的辯證思維；3．通過引入科學家研究化學反應進行方向的化學史，發(fā)展學生“科學精神與社會責任”的素養(yǎng)。五、教學重點、難點（1）重點：化學反應的方向與反應的焓變、熵變的關(guān)系。（2）難點：化學反應的方向與反應的焓變、熵變的關(guān)系。六、教學方法講授法、問題推進法七、教學思路落實目標任務問題線設(shè)計意圖教學目標1任務1：自發(fā)過程二氧化碳為什么難以分解成碳和氧氣？從較新奇的角度對常見化學反應提出一個疑問，引起學生思考，激發(fā)學生的探究興趣教學目標1什么是自發(fā)反應？通過類比遷移自然界、生活中的自發(fā)變化，學習自發(fā)反應的定義。教學目標3任務2：焓判據(jù)如何判斷自發(fā)反應？類比遷移自然界、生活中的自發(fā)過程的能量變化特點，引導學生從能量的角度做出判斷，了解放熱反應的自發(fā)性吸熱反應一定不能發(fā)生嗎？引導學生思考能自發(fā)進行的吸熱反應，根據(jù)反例認識到焓判據(jù)的局限性。教學目標2任務3：熵判據(jù)吸熱反應為什么能自發(fā)進行？由自然界、生活中自發(fā)過程的共同特點入手，引導學生從混亂度的角度做出判斷，認識到化學反應趨向于向熵增的方向進行。熵減反應一定不能發(fā)生嗎？通過舉出具體實例說明熵判據(jù)也不是唯一因素從而去尋求更合理的判斷依據(jù)。教學目標3任務4：復合判據(jù)利用焓變、熵變對反應方向的判斷不一致時怎么辦？從學生比較熟悉的四個反應入手，通過運用焓判據(jù)和熵判據(jù)時存在的矛盾，激發(fā)學生尋求更為合適的判據(jù)的探究意識。八、教學過程環(huán)節(jié)教師活動學生活動導入情境【提出問題】碳可以與氧氣燃燒生成二氧化碳，二氧化碳卻不能分解成碳和氧氣，為什么？[引入]上述問題是化學反應的方向問題。反應進行的快慢、限度和方向是化學反應原理的三個重要組成部分。通過前三節(jié)的學習和討論，我們已經(jīng)初步解決了前兩個問題，即反應的快慢和限度問題，這節(jié)課我們來討論反應的方向的問題。[板書]第三節(jié)化學反應進行的方向任務1：自發(fā)反應【展示圖片】水由高處流向低處、紅墨水擴散、花香四溢、鐵生銹【啟發(fā)】自然界中有許多變化是有明顯的方向性的，比如：水會從高處往低處流，紅墨水滴入水中會擴散，花香會擴散四溢，鐵在潮濕空氣中會生銹。這些變化反過來卻不能發(fā)生?！局v述】我們把這些在一定條件下，不需借助外力就能自動進行的過程，叫自發(fā)過程。那么自發(fā)反應也就是在一定條件下，無需外界幫助就能自動進行的反應。【想一想】能自發(fā)進行的化學反應有哪些？在學案上寫出。任務2：焓判據(jù)【提問】如何判斷一個反應能否自發(fā)進行？【展示】水由高處流向低處，電流由高電位流向低電位，熱量由高溫傳向低溫【引導】自然界中體系總是趨向于由不穩(wěn)定的高能量狀態(tài)轉(zhuǎn)化為較穩(wěn)定的低能量狀態(tài)，在化學反應中，也有著與上述自發(fā)過程類似的能量變化。【講述】在放熱反應中，由于反應物總能量高于生成物總能量，反應過程中體系能量降低，因此反應放熱有利于反應自發(fā)進行。這條經(jīng)驗規(guī)律也就是判斷化學反應方向的“焓判據(jù)”。這是19世紀初，貝特羅和湯姆遜提出的。通過對熱化學的研究，他們提出了吸熱和放熱的概念，并用量熱計測量了一些化學反應的熱效應，提出“放熱反應可以自發(fā)進行，而吸熱反應則不能自發(fā)進行”。你同意貝特羅和湯姆遜的觀點嗎？【展示】2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8H2O(s)=NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l)2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g)上述反應?H﹥0【講述】多數(shù)自發(fā)進行的化學反應是放熱反應，但是也有少數(shù)吸熱反應能自發(fā)進行。因此反應是否放熱只是反應能否自發(fā)進行的其中一個因素，不是唯一因素。不能只根據(jù)反應放熱還是吸熱來判斷化學反應的方向?！舅伎肌孔匀唤绲淖园l(fā)過程有什么共同點？能量高到能量低【思考】吸熱反應都不能自發(fā)進行嗎？一般能想到NH4Cl和Ba(OH)2·8H2O的吸熱反應。任務3：熵判據(jù)【提問】吸熱反應為什么能自發(fā)進行？【引導】有序排列的火柴從火柴盒散落變成無序排列，放在包里的耳機線總是會纏繞打結(jié)，整理干凈的房間總是會變亂，兩個純物質(zhì)接觸后總是會自發(fā)混合?；瘜W反應能否自發(fā)進行還與什么因素有關(guān)？【講述】對，也就是說由“有序”變“無序”。生活中司空見慣的小事總會給科學家以靈感和啟發(fā)！1850年克勞修斯首次提出熵（entropy）這一物理量。用來描述體系的混亂的程度。體系越混亂，熵越大。在與外界隔離的體系中，反應自發(fā)地向熵增大（即熵變ΔS＞0）的方向進行。這是判斷化學反應進行方向的熵判據(jù)。【提問】根據(jù)熵的定義，同一物質(zhì)不同狀態(tài)下熵值相等嗎？【總結(jié)】同一物質(zhì)，固態(tài)時熵值最小，氣態(tài)時熵值最大。【提問】下列吸熱反應有什么共同點？為什么能自發(fā)進行？2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8H2O(s)=NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l)2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g)【總結(jié)】通常情況下，產(chǎn)生氣體的反應，氣體的分子數(shù)增大的反應，熵變都為正值，為熵增的反應，因此反應能自發(fā)進行?！咎釂枴孔园l(fā)反應一定是熵增的反應嗎？【結(jié)論】自發(fā)反應的方向與焓變、熵變有關(guān)，放熱、熵增有利于反應自發(fā)進行。判斷反應自發(fā)進行的方向，需綜合考慮體系的焓變和熵變?！揪氁痪殹颗袛嘞铝蟹磻芊褡园l(fā)進行2KClO3(s)==2KCl(s)+3O2(g)?H=-78.03kJ·mol-1?S=+494.4J·mol-1·K-1；CO(g)=C(s，石墨)+1/2O2(g)?H=+110.5kJ·mol-1?S=-89.36J·mol-1·K-1；4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)==4Fe(OH)3(s)?H=-444.3kJ·mol-1?S=-280.1J·mol-1·K-1；CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)?H=+178.2kJ·mol-1?S=+169.6J·mol-1·K-1?！咎釂枴快蕼p并熵增的反應一定是自發(fā)的，相反焓增并熵減得反應一定是非自發(fā)的，那么如果熵變和焓變對自發(fā)反應方向性的判斷不一致時，怎么辦？【思考】上述自發(fā)過程的共同特點是什么？答：體系混亂度增大?！舅伎疾⒒卮稹勘兴肿邮怯行蚺帕械?，氣態(tài)時水分子做無規(guī)則運動，因此固態(tài)時水的熵值最小，氣態(tài)時最大?！就瓿删毩暋?．在下列變化中，體系的熵將發(fā)生怎樣的變化？A.少量的食鹽溶解于水中B.氣態(tài)水變成液態(tài)水C.2Na2SO3(s)＋O2(g)===2Na2SO4(s)D.CaCO3(s)受熱分解為CaO(s)和CO2(g)E.HCl(g)+NH3(g)=NH4Cl(s)2．下列反應中，熵顯著增加的反應是()A．CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g)B．3NO2(g)＋H2O(l)===2HNO3(aq)＋NO(g)C．2C(s)＋O2(g)===2CO(g)D．2Hg(l)＋O2(g)===2HgO(s)【答】生成氣體或氣體分子數(shù)增大【思考】哪些自發(fā)反應不是熵增的反應？2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)?S﹤0【答】熵增有利于反應自發(fā)進行，但自發(fā)反應不一定是熵增的反應。任務4：復合判據(jù)【講解】為了同時考慮能量和混亂度兩方面的因素，1876年美國化學家Gibbs提出用自由能變化ΔG作為化學反應方向的判據(jù)。吉布斯認為化學反應總是向著自由能減小的方向進行，直至達到平衡。我們稱之為復合判據(jù)。在恒溫、恒容的封閉體系中，?G=?H–T?S（Ｔ=t+273.15）【練一練】焓變熵變化學反應能否自發(fā)進行DH＜0DS＞0DH＞0DS＜0DH＜0DS＜0DH＞0DS＞0思考并完成表格【課堂小結(jié)】科學家們?nèi)绻枰O(shè)計一個化學反應應用于科學研究或工業(yè)生產(chǎn)，需要知道在給定條件下該反應能否自發(fā)進行。在一定條件下，不借助外部力量就能自動進行的反應稱為自發(fā)反應。從焓變的角度來看，反應放熱有利于反應自發(fā)進行；從熵變的角度來看，熵增有利于反應自發(fā)進行。這兩種判斷方法都有局限性，要準確判斷一個反應能否自發(fā)進行，需要綜合考慮焓變和熵變，根據(jù)吉布斯自由能變來判斷。九、板書設(shè)計焓判據(jù)化學反應的方向熵判踞復合判據(jù)十、課堂練習（典型性、代表性和覆蓋面）1.下列說法中正確的是（）A.凡是放熱反應都是自發(fā)的，吸熱反應都是非自發(fā)的B.自發(fā)反應一定是熵增大，非自發(fā)反應一定是熵減小或不變C.熵增加且放熱的反應一定是自發(fā)反應D.非自發(fā)反應在任何條件下都不能實現(xiàn)2.能用焓判據(jù)判斷下列過程的方向的是（）A.水總是自發(fā)地由高處往低處流B.室溫下冰融化成水C.有序排列的火柴散落時成為無序排列D.多次洗牌以后，撲克牌毫無規(guī)律混亂排列的幾率大3.下列反應中，熵減小的反應是（）A.(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g)B.2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)C.MgCO3(s)=MgO(s)+CO2(g)D.2CO(g)=2C(s)+O2(g)4.某化學反應其ΔH=-122kJ·mol-1，ΔS=+231kJ·mol-1·K-1，則此反應在下列哪種情況下可自發(fā)進行（）A.在任何溫度下都能自發(fā)進行B.在任何溫度下都不能自發(fā)進行C.僅在高溫下自發(fā)進行D.僅在低溫下自發(fā)進行5.石墨、金剛石燃燒的熱化學方程式分別為C(石墨)+O2(g)=CO2(g)ΔH=-393.51kJ·mol-1C(金剛石)+O2(g)=CO2(g)ΔH=-395.41kJ·mol-1關(guān)于金剛石和石墨的相互轉(zhuǎn)化，下列說法正確的是（）A.石墨轉(zhuǎn)化成金剛石是自發(fā)進行的過程B.金剛石轉(zhuǎn)化成石墨是自發(fā)進行的過程C.金剛石比石墨更穩(wěn)定D.金剛石比石墨能量低《化學反應進行的方向》作業(yè)設(shè)計一、單項選擇題=1\*ROMANI1．下列過程是非自發(fā)的是()A.白磷自燃B.煤氣的燃燒C.鐵在潮濕空氣中生銹D.室溫下水結(jié)成冰【參考答案】D【質(zhì)量水平】考點細化內(nèi)容質(zhì)量水平自發(fā)過程A自發(fā)反應的體系趨向于從高能狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軤顟B(tài)，白磷的自燃、煤氣的燃燒、鐵在潮濕空氣中生銹、室溫下冰的融化，都是自發(fā)過程，其逆反應都是非自發(fā)的。L1BL1CL1DL12．實現(xiàn)“節(jié)能減排”和“低碳經(jīng)濟”的一項重要課題就是如何將CO2轉(zhuǎn)化為可利用的資源。目前工業(yè)上有一種方法是用CO2來生產(chǎn)燃料甲醇。一定條件下發(fā)生反應CO2(g)＋3H2(g)?CH3OH(g)＋H2O(g)，該反應過程中能量的變化如圖，下列關(guān)于該反應的說法正確的是()A.ΔH>0，ΔS>0 B.ΔH>0，ΔS<0C.ΔH<0，ΔS>0 D.ΔH<0，ΔS<0【參考答案】D【質(zhì)量水平】考點細化內(nèi)容質(zhì)量水平焓變、熵變A由方程式可知，該反應的ΔS<0，由圖可知該反應的ΔH<0，D項正確。L1BL1CL1DL13．能用焓判據(jù)判斷下列過程的方向的是（）A.水總是自發(fā)地由高處往低處流B.放熱反應容易自發(fā)進行，吸熱反應不能自發(fā)進行C.有序排列的火柴散落時成為無序排列D.多次洗牌以后，撲克牌毫無規(guī)律混亂排列的幾率大【參考答案】A【質(zhì)量水平】考點細化內(nèi)容質(zhì)量水平化學反應進行方向的判斷A水總是自發(fā)地由高處往低處流，有趨于向最低能量狀態(tài)轉(zhuǎn)變的傾向L1B有些吸熱反應也可以自發(fā)進行L1C有序排列的火柴散落時成為無序排列，有趨于最大混亂度的傾向，屬于熵判據(jù)L1DD項也屬于熵判據(jù)。L14．下列對熵的理解不正確的是()A.同種物質(zhì)氣態(tài)時熵值最大，固態(tài)時熵值最小B.體系越有序，熵值越??；越混亂，熵值越大C.與外界隔離的體系，自發(fā)過程將導致體系的熵減小D.25℃、1.01×105Pa時，2N2O5(g)====4NO2(g)+O2(g)是熵增的反應【參考答案】C【質(zhì)量水平】考點細化內(nèi)容質(zhì)量水平熵判據(jù)A熵指的是混亂程度，越混亂其熵值越大L1B對于同一物質(zhì)，固→液→氣三態(tài)熵值逐漸增大L1C自發(fā)過程是熵增的過程L1D由于反應后分子數(shù)增多，故熵值增大L15．下列反應中，熵減小的反應是（）A.（NH4）2CO3（s）====NH4HCO3（s）+NH3（g）B.2N2O5（g）====4NO2（g）+O2（g）C.MgCO3（s）====MgO（s）+CO2（g）D.2CO（g）====2C（s）+O2（g）【參考答案】D【質(zhì)量水平】考點細化內(nèi)容質(zhì)量水平熵判據(jù)A固體變?yōu)槿芤夯蚍磻蓺怏w的過程都是熵增加的過程，反應過程中氣體物質(zhì)的量增加的過程也是熵增加的過程，故A、B、C為熵增加的反應，D為熵減小的反應。L1BL1CL1DL16．下列說法不正確的是()A.焓變是一個反應能否自發(fā)進行的相關(guān)因素，多數(shù)放熱反應能自發(fā)進行B.自發(fā)進行的反應一定能迅速進行C.在同一條件下不同物質(zhì)有不同的熵值，其體系的混亂程度越大，熵值越大D.一個反應能否自發(fā)進行，由焓變和熵變共同決定【參考答案】B【質(zhì)量水平】考點細化內(nèi)容質(zhì)量水平化學反應進行方向的判斷A反應能否迅速進行是反應速率問題，反應能否自發(fā)進行是化學反應進行的方向問題，二者無必然聯(lián)系。L1BL1CL1DL17．自發(fā)進行的反應不可能是（）A.吸熱反應B.放熱反應C.熵增加反應D.熵減少且吸熱的反應【參考答案】D【質(zhì)量水平】考點細化內(nèi)容質(zhì)量水平自發(fā)反應的判斷A當ΔH＜0，ΔS＞0，反應一定能自發(fā)進行；ΔH＞0，ΔS＞0或ΔH＜0，ΔS＜0，反應可能自發(fā)進行；ΔH＞0，ΔS＜0，反應不能自