《化学反应进行的方向》教学设计
一、教材分析与学情分析
本节课内容介绍了“焓判据、熵判据及自由能判据（△G=△H-T△S）”知识，有一定难度。人教版教材将本节内容安排在学生学习了化学反应及其能量变化、化学反应速率、化学平衡之后以知识介绍的方式呈现出来，让学生了解焓变只与初末状态有关而与途径无关，决定反应进行方向的因素不是单一的焓变，熵变也是决定因素之一。
教材从学生已有的知识和生活经验出发，分四个层次就化学反应的方向进行了介绍。第一，以学生熟悉的爬山方式，介绍焓变与途径无关，再以自发进行的放热反应为例，介绍化学反应有向能量降低的方向自发进行的倾向——焓判据；以生活现象为例，说明混乱度（熵）增加是自然界的普遍规律，也是化学反应自发进行的一种倾向——熵判据。第二，用实例说明单独运用上述判据中的任一种，都可能出现错误，都不是全面的。第三，要正确的判断化学反应的方向，需要综合考虑焓变和熵变的复合判据。第四，简单介绍了自由能判据的结论性内容。
二、教学目标
1、知识与技能：
（1）理解判断化学反应方向的焓判据及熵判据；
（2）能用焓变和熵变说明化学反应的方向； 2、过程与方法：
通过学生已有知识及日常生活中的见闻，构建化学反应方向的判据。学会运用比较、归纳、概括等方法对信息进行加工，构建新知识。 3、情感态度与价值观：
（1）激发学生的学习兴趣，培养学生从微观的角度理解化学反应，培养学生尊重科学、严谨求学、勤于思考的态度，树立透过现象看本质的唯物主义观点。
（2）通过本节内容的学习，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。
三、教学的重点和难点
焓判据、熵判据、自由能判据与化学反应方向的关系
四、教学方法
1、应用讨论交流的方法调动学生的积极性，充分发挥学生的想象力； 2、启发学生学会归纳、概括，对信息进行加工，得出结论； 3、注重从学生已有知识及日常生活的经验上构建新知识。
五、教学过程
[师]课程引入：美丽化学视频播放
从刚刚的视频，再结合我们的生活常识，我们可以知道
水由高处往低处流，自由落体，室温下冰块会融化，将蜂蜜加入到水中会溶解，生石灰投入水中放热生成熟石灰……这些都是可以自发进行的，而它们的逆过程是非自发的。运用到我们化学学习中就是看化学反应能不能自发进行，这便是我们今天所要学习的内容—化学反应进行的方向。首先，我们来明确刚刚提到的几个概念。
自发过程：在一定条件下，不借助外力就可以自动进行的过程 自发反应：在给定条件下，能自发进行到显著程度的化学反应。 非自发反应：不能自发地进行，必须借助某种外力才能进行的反应。 那同学们能否大胆猜测一下，我们学过的化学反应中有哪些反应是自发反应。 [生]放热反应，燃烧反应... [师]那你们猜测、判断的依据是什么 [生]能量变化
[师]同学们猜的有一定道理，刚刚的反应都是和能量有关。 我们称能量变化为判断反应进行方向的焓判据(能量判据) 焓判据(能量判据)：利用能量变化来判断反应进行方向
这个体系的能量变化，就好像我们口袋里的钱，花出去容易，赚回来难，钱会趋向于由多到少。同样，自发过程的体系能量总会趋向于由高能量状态转化为低能量状态。（此时，体系会释放能量）表现为焓减△H<0。
NaOH（aq） + HCl（aq）= NaCl（aq） + H2O（aq） △H = -56KJ/mol； H2(g)＋1/2O2(g)＝H2O(l) △H＝－285.8kJ/mol； CH4(g)＋2O2(g)＝CO2(g)＋2H2O(l) △H＝－89.3kJ/mol； 以上三个反应都是什么反应 [生]放热反应
[师]放热反应，过程中体系能量降低 △H<0，具有自发进行的倾向；
吸热反应，过程中体系能量升高 △H>0，没有自发进行的倾向。
[指出]多数自发进行的化学反应是放热反应，但也有不少吸热反应能自发进行。如： N2O5（g）= 4NO2（g）+ O2（g） △H = ＋56.7KJ/mol；
Ba(OH)2.8H2O（s）+2NH4Cl（s）=BaCl2（aq）+2NH3↑+2H2O △H>0 这又是为什么呢？
[交流讨论]我们知道，固体硝酸铵溶于水要吸热，室温下冰块的溶解要吸热，两种或两种以上互不反应的气体通入一密闭容器中，最终会混合均匀，这些过程都是自发的，与焓变有关吗？[生]与焓变有关，但与前面结论好像不太符合。
[师]这说明，焓判据不是判断化学反应能否自发进行的唯一因素。大家在生活中会有这样的一个体验，我们收拾整齐的房间，过几天就变乱了，混乱度增大，这其实也是一个自发的过程。所以这另一因素与体系混乱度有关，我们称其熵判据。
混乱度（混乱的程度）：表示体系的不规则或无序状态，混乱度的增加意味着体系变得更加无
序。
熵：衡量一个体系混乱度的物理量，符号S。
关系：混乱度越低，熵值就越小；混乱度越高，熵值就越大。
[指出]体系的有序性越高，即混乱度越低，熵值就越小。有序变为无序——熵增的过程。 [板书]熵值的大小判断： （1）气态 > 液态 > 固态 （2）与物质的量成正比
[板书]反应熵变△S=生成物总熵-反应物总熵
注意将其和焓变的计算进行区分ΔH=反应物总键能—生成物总键能
[讲述]产生气体的反应，气体物质的量增大的反应，△S通常为正值，为熵增反应，反应有自发进行的趋势。就像我们整齐的房间，过几天就变乱了，混乱度增大，是一个自发的过程。 熵判据：利用熵增原理来判断反应进行的方向 请同学们判断，以下反应熵的变化
（1）2Na（s）+ 2H2O（l）= 2NaOH（aq） + H2（g）； （2）Al（s） + HCl（aq） = AlCl3（aq） + H2（g）； （3）2SO2(g)+O2(g)=2SO3(g) （4）H2O（g）=H2O（l）
[生]（1）（2）熵增，（3）（4）熵减
[师]通过前面的学习，我们知道焓减和熵增都有自发进行的趋势，焓增和熵减就不能自发进行。那如果一个反应焓和熵都同时变化，我们怎么判断反应能否自发进行？因此，反应熵变是与反应能否自发进行有关的又一个因素，但也不是唯一因素。我们就将这两者结合起来判断，这便引出了一个新的判据—自由能判据。 复合判据:△G = △H - T△S
体系自由能变化(△G ):封闭体系在等温等压条件下向环境可能做的最大有用功的能力，称为吉布斯自由能。
[指出] 体系自由能变化综合考虑了焓变和熵变对体系的影响。 △G < 0 正反应能自发进行； △G = 0 反应达到平衡状态；
△G > 0 正反应不能自发进行，逆反逆应可自发进行。
正反应能自发进行 △G < 0
△H<0 △S>0 △H<0 △S<0 T<△H/△S (T较低) △H>0 △S>0 T>△H/△S（T较高） 逆反应能自发进行△G > 0
△H>0 △S<0 △H<0 △S<0 T>△H/△S (T较高) △H>0 △S>0 T<△H/△S（T较低）
为方便大家的理解与记忆，我们可以将这归纳为以下图示。以△H为横坐标，△S为纵坐标建立平面直角坐标。
接下来，我们就通过一个习题来检验一下同学们的学习成果 例3：对反应CaCO3（s）= CaO（s）+ CO2（g）
△H = + 178.2 KJ·mol △S = +169.6 J·mol·K
请问室温下（298K）该反应能否自发进行，若不能，请计算该反应能够自发进行所需的临界温度。
解：室温下，△G =△H-T△S =178.2KJ·mol–298K×169.6×10KJ·mol·K =128 KJ·mol>0 因此，室温下反应不能自发进行；
如要使反应自发进行，则应使△H - T△S < 0，
则T>△H/△S=178.2 KJ·mol/0.1696 KJ·mol·K= 1051K。 [注意]
1、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的速率； 2、在讨论过程的方向时，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； 3、反应的自发性也受外界条件的影响（T）。
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[课堂练习]
1．下列说法正确的是（ ）
A．凡是放热反应都是自发的，由于吸热反应都是非自发的。 B．自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是熵减少或不变。
C．自发反应在恰当条件下才能实现。 D．自发反应在任何条件下都能实现。 2．自发进行的反应一定是（ ）
A．吸热反应 B．放热反应 C．熵增加反应 D．熵增加或者放热反应 3．下列说法正确的是（ ）
A．放热反应一定是自发进行的反应 B．吸热反应一定是非自发进行的 C．自发进行的反应一定容易发生 D．有些吸热反应也能自发进行
4．25C和1.01×10Pa时，反应2N2O5（g）=4NO2（g）+ O2（g） △H=＋56.76kJ/mol，自发进行的原因是（ ）
A．是吸热反应 B．是放热反应
C．是熵减少的反应 D．熵增大效应大于能量效应 5．下列过程属于熵增过程的是（ ）
A．硝酸钾溶解在水里面 B．氨气和氯化氢反应生成氯化铵晶体 C．水蒸气凝结为液态的水 D．(NH4)2CO3分解生成二氧化碳、氨气和水 6．以下自发反应可用能量判据来解释的是( ) A．硝酸铵自发地溶于水
B．2N2O5(g) = 4NO2(g)+ O2(g) △H=+56.7kJ/mol C．(NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g) △H=+74.9 kJ/mol D．2H2(g)+ O2(g)=2H2O(l) △H=-571.6 kJ/mol
7、近年来，城市污染越发严重，汽车尾气便是原因之一。为保护环境，现都会对汽车尾气进行处理将其转化为无毒物质。具体反应如下：
2NO（g） + 2CO（g） = N2（g） + 2CO2（g），
已知，298K、101KPa下，该反应△H = - 113.0 KJ·mol ，△S = -143.5 J·mol·K 请问：该反应在室温下能否进行
解：△G =△H-T△S = - 69.68 KJ·mol< 0 因此，室温下反应能自发进行。
[指出]但该反应速率极慢，需要使用催化剂来加速反应。
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六、板书设计：
一、反应进行的方向 1、焓判据：△H<0 有自发进行的趋势 2、熵判据：熵变△S=生成物总熵-反应物总熵 3、自由能判据：△G = △H - T△S
《化学反应进行的方向》教学设计
