2.3 化学反应的方向 教学设计 2024-2025学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

教学设计 课程基本信息 学科 高中化学 年级 高二 学期 (秋季) 课题 (第三节 化学反应的方向) 教科书 书 名：选择性必修1：化学反应原理 教学目标 1.知道化学反应是有方向的；知道化学反应的方向与反应焓变和熵变有关。 2.能结合具体事例说明反应自发进行的方向。 教学内容 教学重点： 化学反应的方向与反应的焓变、熵变的关系。 教学难点： 化学反应的方向与反应的焓变、熵变的关系。 教学过程 提出疑问：1791年，人们在矿物中发现了钛元素，而第一次制得纯净的钛却是在1910年，中间经历了一百多年。为什么？ TiO2(s) + 2Cl2(g) = TiCl4 (l) + O2(g) 失败 TiO2 (s) + 2Cl2(g) + 2C(s,石墨) =TiCl4(l) + 2CO(g) 成功 任务一 自发过程和自发反应 自然界中有一些过程是自发进行的，而且是有方向性的。 自发过程：不需借助外力就可以自动进行的过程称为自发过程。 自发反应：在一定条件（温度、压强）下不需外界帮助，就能自动进行的反应。 比如钠与水的反应、铁与硫酸铜反应，其他放热反应也是自发发应事实。 任务二 反应焓变和自发反应 问题1：为什么这些放热反应能自发进行？ 放热反应反应物能量高，生成物能量低，放热反应使体系能量降低，能量越低越稳定。 即体系趋向于从高能状态转变为低能状态（即更稳定的状态）。 问题2：能自发进行的反应都是放热反应？ 焓判据：△H<0 有利于反应自发进行 回顾一个课堂实验2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8H2O(s)=NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l) 是吸热反应，但在常温下能自发进行 2N2O5(g)=4NO2(g)+O2 (g) ∆ H=+56.7kJ/mol (NH4)2CO3(s) = NH4HCO3(s) +NH3(g) ∆ H=+74.9 kJ/mol 是吸热反应，也是自发反应 得出结论：焓判据并不是判断反应自发进行的唯一因素 任务三 反应熵变和自发反应 问题3：是什么因素“推动”了吸热反应也能自发进行？ 德国科学家克劳修斯（R.Clausius）最早提出了另一个推动体系变化的因素，并称之为“熵”。 熵:用来衡量体系混乱（无序）程度的物理量。用S 表示。体系越混乱（无序）,熵值越大。生活中就有很多有序变无序的过程是自发进行的。如有序的火柴变成无序是自发的，整齐的房间变凌乱也是自发的。 熵增过程！ 熵变（△S）：△S = S(生成物）- S(反应物） 熵判据：△S>0 有利于反应自发进行 问题4：同一物质（H2O）不同状态下熵值相等吗？ 请判断下列反应中的熵变（ △S ）大小： (1) Br2(l)→Br2(g) (2) Ag+(aq) + Cl- (aq) ==AgCl(s) (3) CaCO3(s) == CaO(s) + CO2 (g) (4) N2(g) + 3H2(g) 2 NH3 (g) 结论：有气体生成的体系或气体物质的量增加的体系，熵增大。 问题5：能自发进行的反应都是熵增反应？ 有些熵减(△S<0)的反应也可以自发进行。 乙烯聚合为聚乙烯 2NO(g) + 2CO(g) = N2(g) + 2CO2(g) 4Fe(OH)2(s) + O2(g) + 2H2O(l) = 4Fe(OH)3(s) 结论：自发反应的方向与焓变、熵变有关。 判断反应自发进行的方向，需综合考虑体系的焓变和熵变。 解决问题2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8H2O(s)=NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l) 是吸热反应，是熵增反应，熵增效应大于焓变效应 任务四 自由能和自发反应 判断下列反应能否自发进行： (1) 2O3(g) = 3O2(g) △H＜0 △S >0 自发反应 (2) C（石墨）1070K = C（金刚石） △H > 0 △S＜0 非自发反应 (3) CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) △H > 0 △S >0 (4) N2(g) + 3H2(g) 2 NH3 (g) △H＜0 △S＜0 焓与熵对过程自发性影响不一致时，如何判断？ 举例：冰和水的相互转化：冰变成水：高温自发，水变成冰：低温自发 焓与熵对过程自发性影响不一致时，可能取决于温度。 【资料卡片】 自由能与化学反应的方向 在等温、等压条件下的封闭体系中（不考虑体积变化做功以外的其他功），自由能的变化综合反映了体系的焓变和熵变对自发过程的影响。 复合判据：自由能ΔG＝ΔH－TΔS ，化学反应总是向着自由能减小的方向进行，直到体系达到平衡。 当ΔG<0，反应能自发进行； 当ΔG＝0，反应处于平衡状态； 当ΔG>0，反应不能自发进行。 如何综合焓变和熵变判断化学反应能否自发进行 (3) CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) △H > 0 △S >0 △H = + 178.2kJ•mol-1 △S =+169.6 J•mol-1•K-1 △ G = △ H - T△ S＜0 T > 1051K ( 即778oC) 高温下，△ G < 0，石灰石制备二氧化碳自发进行 (4) N2(g) + 3H2(g) 2 NH3 (g) △H＜0 △S＜0 低温下，△ G < 0，工业合成氨反应自发进行 梳理： 解决问题：从发现元素钛到冶炼出金属钛，为什么经历100多年？ TiO2(s) + 2Cl2(g) = TiCl4 (l) + O2(g) △H > 0，△S < 0 △G > 0，不能自发进行 TiO2 (s) + 2Cl2(g) + 2C(s,石墨) =TiCl4(l) + 2CO(g) △H < 0，△S > 0 △ G < 0，能自发进行 1070K Ar TiCl4+ 2Mg====2MgCl2 + Ti 正确判断反应自发进行的方向对于生产实践具有重要的作用 学以致用：汽车尾气中的一氧化碳和一氧化氮是现代化城市中的重要大气污染物。人们曾花费大量的时间和精力，通过实验的方法利用如下反应消除CO对环境的影响，然而却徒劳无功。你能从焓变和熵变的角度分析原因吗？ 2CO(g) = 2C(s) + O2(g) △ H > 0，△ S < 0 △ G = △ H - T△ S △ G > 0，不能自发进行 后来人们又提出通过如下反应来处理尾气的方法 2NO(g) + 2CO(g) = N2(g) + 2CO2(g) △ H = -746.8 kJ/mol △ H < 0，△ S < 0 根据△ G = △ H - T△ S 低温下，△ G < 0，反应能正向自发进行 反应需要催化剂来加速 利用这个装置人们有效地将汽车尾气中的污染物除去 【课堂总结】焓判据、熵判据、符合判据 学科网（北京）股份有限公司 $$