2.1 化学反应的方向 课件-2026-2027学年高二上学期化学鲁科版选择性必修1

该高中化学课件聚焦化学反应方向的判断，以汽车尾气处理反应为导入案例，通过生活自发过程实例引入概念，逐步分析焓变、熵变对反应方向的影响，最终构建吉布斯自由能复合判据，形成“现象-数据-模型”的学习支架。 其特色在于融合宏观辨识与微观探析，通过“交流·研讨”引导学生从NH₄Cl与Ba(OH)₂·8H₂O等反应实例中提炼规律，培养科学思维。结合汽车尾气净化等真实应用，渗透科学态度与社会责任，帮助学生建立系统化化学思维，也为教师提供了结构化的教学资源。

第2章 化学反应的方向、限度与速率 第1节 化学反应的方向 从生活中的自发现象出发，探究化学反应能否自发进行的判断依据，深入理解熵增原理与焓变对反应方向的共同影响，构建科学的化学思维模型。 自发过程 在一定条件下，无需外界持续做功就能自动进行的过程。 焓判据 体系倾向于从高能状态转变为低能状态，即ΔH < 0。 熵判据 体系倾向于从有序状态转变为无序状态，即ΔS > 0。 复合判据 综合考虑焓变与熵变，通过吉布斯自由能ΔG判断方向。 鲁科版 · 高中化学选择性必修1 | 核心素养：变化观念与平衡思想 1.7.2013 同学们好，今天我们来学习第二章的第一节——化学反应的方向。在开始新内容之前，大家思考一个问题：我们如何判断一个化学反应在给定条件下能否自发进行？这节课，我们将一起探索决定化学反应方向的奥秘。 ‹#› 学习目标 01 宏观辨识与微观探析 了解自发过程的特征，从能量变化（焓变）和混乱度变化（熵变）的微观视角分析化学反应方向，建立宏观现象与微观本质的内在联系。 02 变化观念与平衡思想 理解焓判据与熵判据的适用范围，掌握吉布斯自由能（ΔG）复合判据的核心公式，能运用其科学判断化学反应进行的方向与限度。 03 证据推理与模型认知 构建“现象-数据-模型”的推理路径，梳理ΔH、ΔS及温度对反应方向的影响规律，形成系统化、结构化的化学思维模型。 04 科学态度与社会责任 结合汽车尾气处理、新能源开发等真实案例，体会化学原理在解决环境污染、能源危机中的应用价值，树立绿色化学与可持续发展的理念。 1.7.2013 本节课我们的学习目标主要有四个方面。首先，我们要能从宏观和微观层面理解什么是自发过程。其次，我们将学习两个重要的判断依据——焓判据和熵判据，并最终掌握综合判断反应方向的复合判据。同时，我们会建立一个清晰的思维模型来解决这类问题。最后，我们将看到这些理论在实际生活中的应用，比如如何处理汽车尾气。 ‹#› 学习重难点 01 焓变、熵变与化学反应方向的关系。 02 吉布斯自由能（ΔG）复合判断化学反应的方向。 1.7.2013 本节课我们的学习目标主要有四个方面。首先，我们要能从宏观和微观层面理解什么是自发过程。其次，我们将学习两个重要的判断依据——焓判据和熵判据，并最终掌握综合判断反应方向的复合判据。同时，我们会建立一个清晰的思维模型来解决这类问题。最后，我们将看到这些理论在实际生活中的应用，比如如何处理汽车尾气。 ‹#› 联想 · 质疑 汽车尾气是城市大气污染的主要来源，核心污染物为一氧化氮(NO)与一氧化碳(CO)。这些气体不仅危害人体健康，还会引发光化学烟雾等环境问题。为解决此问题，科学家提出利用催化技术将其转化为无毒无害的物质。 2NO(g) + 2CO(g) === N₂(g) + 2CO₂(g) （反应物：有毒气体 → 生成物：无毒气体） 请判断该想法是否可行，并说明理论依据。 新课导入 KE TANG DAO RU 新课导入| 探究新知| 课堂例题| 知识总结| 课堂演练 1、定义： 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。 一、自发过程 2、特征： 具有单向性，一旦发生便不可逆，直至达到平衡状态。 3、实例： 水往低处流、冰块融化、气体扩散。 探究新知 TAN JIU XIN ZHI 新课导入| 探究新知| 课堂例题| 知识总结| 课堂演练 1、定义： 在一定条件（T、P）下，不需要外力作用（光能，电能）就能自动进行的化学反应。 二、自发反应 2、实例： H2(g)+1/2O2(g)= H2O(l) ∆H= -286kJ/mol Zn(s) +CuSO4(aq)=ZnSO4 (aq)+Cu(s) ∆H= -216.8kJ/mol 探究新知 TAN JIU XIN ZHI 新课导入| 探究新知| 课堂例题| 知识总结| 课堂演练 ①Na(s)+H2O(l)=NaOH(aq)+1/2H2(g) ②铁生锈：2Fe(s)+3/2O2(g)= Fe2O3(s) ③NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l) ④C(s)+O2 (g)=CO2(g) ⑤CH4(g)+2O2 (g)=CO2(g)+2H2O(l) ∆H= -184kJ/mol ∆H= -824kJ/mol ∆H= -57.3kJ/mol ∆H= -393.5kJ/mol ∆H= -890.3kJ/mol 大多数自发反应为放热反应。 交流 · 研讨 19 世纪，一些化学家曾认为决定化学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，而吸热反应则不能自发进行。你同意这种观点吗？请举例说明。 探究新知 TAN JIU XIN ZHI 新课导入| 探究新知| 课堂例题| 知识总结| 课堂演练 部分吸热反应也可以自发进行。 交流 · 研讨 思考：那么所有吸热反应（ΔH > 0）都不能自发进行吗？ 01 常温下自发的吸热反应 反应：NH₄Cl(s) + Ba(OH)₂·8H₂O(s) = BaCl₂(aq) + 2NH₃(g) + 10H₂O(l) 现象：剧烈吸热，烧杯温度骤降至0℃以下，外壁结霜，在常温下即可自发进行。 02 高温下自发的吸热反应 反应：CaCO₃(s) = CaO(s) + CO₂(g) ΔH = +178.2 kJ·mol⁻¹ 现象：室温下几乎不发生；但在高温（约1200K）条件下，反应能自发进行，是工业制生石灰的原理。 探究新知 TAN JIU XIN ZHI 新课导入| 探究新知| 课堂例题| 知识总结| 课堂演练 体系倾向于从高能态向低能态转化，能量越低越稳定。 因此反应放热有利于反应自发进行。 焓减有利于反应自发进行，但不是唯一的因素。 三、反应焓变与反应方向 探究新知 TAN JIU XIN ZHI 新课导入| 探究新知| 课堂例题| 知识总结| 课堂演练 固体硝酸铵、氢氧化钠、氯化钠和蔗糖都能溶于水，是什么因素决定它们的溶解过程能自发进行？ NaCl晶胞 Cl- Na+ 有序 无序 自发 无序程度低 无序程度高 交流 · 研讨 探究新知 TAN JIU XIN ZHI 新课导入| 探究新知| 课堂例题| 知识总结| 课堂演练 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 无序程度低 无序程度高 交流 · 研讨 探究新知 TAN JIU XIN ZHI 新课导入| 探究新知| 课堂例题| 知识总结| 课堂演练 （1）定义：描述体系无序程度的物理量。符号：S。体系无序程度越大，熵值越大。 四、反应熵变与反应方向 ②同一物质的熵值与其存在状态有关。 S（g）____ S（l）____ S（s） ＞ ＞ ①物质的种类：同一条件下，不同物质的熵值不同。 1、熵（S）：体系混乱度的度量 （2）影响熵值大小的因素： ③物质的量：同一状态的同一物质，物质的量越大，分子数越多，熵值越大。 探究新知 TAN JIU XIN ZHI 新课导入| 探究新知| 课堂例题| 知识总结| 课堂演练 （1）定义：化学反应存在着熵变。反应的熵变（entropy change）ΔS 为反应产物的总熵与反应物的总熵之差。对于确定的化学反应，在一定条件下具有确定的熵变。 四、反应熵变与反应方向 2、熵变 （2）规律：产生气体的反应和气体物质的量增大的反应，反应熵变的数值通常都是正值，为熵增反应。生成气体越多混乱度越大。 △S=S生成物总熵－S反应物总熵 判断反应 熵变大小 △S＜0 △S＞0 △S＞0 1、N2 + 3H2 = 2NH3 2、2C + O2 = 2CO 3、CaCO3 = CaO + CO2 探究新知 TAN JIU XIN ZHI 新课导入| 探究新知| 课堂例题| 知识总结| 课堂演练 体系趋向于从无序程度低的状态转变为无序程度高的状态，因此反应无序程度增大有利于反应自发进行。 很多自发的化学反应都是熵增的过程，即ΔS＞0。 四、反应熵变与反应方向 生活中的熵增自发过程实例 固体溶解 如NaCl溶于水，离子从规则晶格分散到溶液中，体系混乱度显著增大。 液体汽化 水蒸发为水蒸气，分子间距大幅增加，运动自由度提升，熵值显著增加。 溶液扩散 墨水在水中自发扩散，粒子从高浓度向低浓度均匀分布，无序度增加。 气体扩散 不同气体相互混合，自发趋向于均匀分布，是典型的熵增自发过程。 探究新知 TAN JIU XIN ZHI 新课导入| 探究新知| 课堂例题| 知识总结| 课堂演练 2H2O2(aq) = 2H2O(l) + O2(g) ΔS = +57.2 J·mol-1·K-1 NH4HCO3(s) + CH3COOH(aq) = CO2(g) + CH3COONH4(aq) + H2O(l) ΔS = +184.0 J·mol-1·K-1 CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g) ΔS = +169.6 J·mol-1·K-1 C(s，石墨) + H2O(g) = CO(g) + H2(g) ΔS = +133.8 J·mol-1·K-1 思考 · 讨论 许多熵增加的反应在常温、常压下可以自发进行；有些熵增加的反应在常温、常压下不能自发进行，但在较高温度下可以自发进行。 那么，是不是只有熵增加的反应才能自发进行呢？ 探究新知 TAN JIU XIN ZHI 新课导入| 探究新知| 课堂例题| 知识总结| 课堂演练 所有的自发反应一定是熵增加的反应吗？ 4Fe(OH)2(s) + O2(g) + H2O (l) ＝ 4Fe(OH)3(s) ΔH = -444.3 kJ·mol-1 有些熵减的过程也可自发进行，即ΔS＜0 【结论】熵增有利于反应自发进行，但不是唯一的因素。 自发反应的方向 与 焓变 和 熵变 有关。 思考 · 讨论 探究新知 TAN JIU XIN ZHI 新课导入| 探究新知| 课堂例题| 知识总结| 课堂演练 五、用焓变和熵变综合判断化学反应的方向 研究表明，在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下，化学反应的方向可以用反应的焓变和熵变来综合判断，判据为ΔH - TΔS。 ΔH - TΔS < 0 反应正向能自发进行 ΔH - TΔS = 0 反应达到平衡状态 ΔH - TΔS > 0 反应正向不能自发进行 上述判据可表述为：在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下，自发反应总是向着ΔH - TΔS < 0的方向进行，直至达到平衡状态。 探究新知 TAN JIU XIN ZHI 新课导入| 探究新知| 课堂例题| 知识总结| 课堂演练 资 料 在 线 反应方向的吉布斯自由能判据 吉布斯自由能（ 符号G）的定义式为G ＝ H －TS。ΔG 为反应的吉布斯自由能变：ΔG ＝ ΔH - TΔS，表示的是一个封闭体系在等温、等压条件下做最大非体积功的能力。在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下，反应的方向可依据ΔG 来判断： ΔG ＜ 0　反应正向能自发进行 ΔG ＝ 0　反应达到平衡状态 ΔG ＞ 0　反应正向不能自发进行 在以上条件下，自发反应总是朝着吉布斯自由能减小的方向进行，直至达到平衡状态。 探究新知 TAN JIU XIN ZHI 新课导入| 探究新知| 课堂例题| 知识总结| 课堂演练 五、用自由能判断化学反应的方向 △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 △G = △H - T△S 自由能判据 探究新知 TAN JIU XIN ZHI 新课导入| 探究新知| 课堂例题| 知识总结| 课堂演练 身边的化学：汽车尾气净化 反应方程式：2NO(g) + 2CO(g) ⇌ N₂(g) + 2CO₂(g) 焓变 (ΔH) 分析 ΔH = -746.9 kJ·mol⁻¹，属于放热反应，体系能量降低，是反应自发的有利因素。 熵变 (ΔS) 分析 ΔS = -197.5 J·mol⁻¹·K⁻¹，属于熵减过程，不利于自发，需低温条件补偿熵减带来的影响。 热力学判据：自发可行 常温下 ΔG = ΔH - TΔS < 0，反应在热力学上具备自发趋势，理论上可以正向进行。 动力学条件：需催化剂 反应活化能高，常温下速率极慢。需加入铂、钯等催化剂降低能垒，实现快速转化。 核心结论： 该反应是热力学自发但动力学受限的典型案例。催化剂不改变反应的自发性，仅改变反应速率，是实现尾气净化的关键技术。 探究新知 TAN JIU XIN ZHI 新课导入| 探究新知| 课堂例题| 知识总结| 课堂演练 01 核心判据 焓判据 (ΔH)： 放热有利于自发，但并非唯一决定因素，需结合熵变判断。 熵判据 (ΔS)： 熵增有利于自发，单独使用不充分，需结合焓变分析。 复合判据 (ΔG)： 判断反应方向的根本依据，公式为： ΔG = ΔH - TΔS 02 判断规则 ● ΔG < 0：正向自发 在给定条件下，反应能自发正向进行，体系能量降低。 ● ΔG = 0：达到平衡 正逆反应速率相等，体系处于动态平衡状态。 ● ΔG > 0：正向非自发 反应正向不能自发进行，需外界做功（如加热）才能发生。 03 关键注意 1. 趋势 ≠ 速率 自发仅说明反应的可能性，与反应快慢无关。例如：铁生锈是自发反应，但速率缓慢。 2. 适用条件限制 ΔG的计算与判据仅适用于等温、等压且不做非体积功的条件。 知识总结 ZHI SHI ZONG JIE 新课导入| 探究新知| 课堂例题| 知识总结| 课堂演练 练习1、下列过程是非自发的是（ ） A、水由高处向低处流 B、氯气和溴化钾溶液的反应 C、铁在潮湿空气中生锈 D、室温下水结成冰 D 练习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 课堂演练 KE HOU YAN LIAN 新课导入| 探究新知| 课堂例题| 知识总结| 课堂演练 练习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 练习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 课堂演练 KE HOU YAN LIAN 新课导入| 探究新知| 课堂例题| 知识总结| 课堂演练 练习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 练习6、下列关于化学反应方向及其判据的说法中正确的是（ ） A、1molSO3在不同状态时的熵值：S[SO3(s)]>S[SO3(1)]>S[SO3(g)] B、常温下，反应C(s)+CO2(g)=2CO(g)不能自发进行，则该反应的ΔH>0 C、放热反应都可以自发进行，而吸热反应不能自发进行 D、2KClO3(s)=2KCl(s)+3CO2(g) ΔH>0能否自发进行与温度无关 B 课堂演练 KE HOU YAN LIAN 新课导入| 探究新知| 课堂例题| 知识总结| 课堂演练 感谢聆听 下课 愿你保持对知识的好奇，在探索中不断成长，我们下次课见！ 1.7.2013 本节课我们的学习目标主要有四个方面。首先，我们要能从宏观和微观层面理解什么是自发过程。其次，我们将学习两个重要的判断依据——焓判据和熵判据，并最终掌握综合判断反应方向的复合判据。同时，我们会建立一个清晰的思维模型来解决这类问题。最后，我们将看到这些理论在实际生活中的应用，比如如何处理汽车尾气。 ‹#› Lavf59.16.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf59.16.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $