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1、2022年高二化學(xué) 化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向及判斷依據(jù)教學(xué)案
教學(xué)目標(biāo):
1、了解熵的基本涵義及能量判椐和熵判椐的基本內(nèi)容。
2、能說出化學(xué)反應(yīng)的焓變與熵變對(duì)反應(yīng)進(jìn)行方向的影響。
教學(xué)難點(diǎn)、重點(diǎn):能說出化學(xué)反應(yīng)的焓變與熵變對(duì)反應(yīng)進(jìn)行方向的影響。
教學(xué)方法:查閱資料、討論、探究。
課時(shí)安排:1課時(shí)
教學(xué)過程:
[導(dǎo)課]化學(xué)反應(yīng)原理有三個(gè)重要組成部分,反應(yīng)進(jìn)行的方向、快慢(反應(yīng)速率)、反應(yīng)限度(化學(xué)平衡),后兩個(gè)我們已經(jīng)初步解決,今天我們解決,我們現(xiàn)在來學(xué)習(xí)第一個(gè)問題:反應(yīng)進(jìn)行的方向。
[板書]第四節(jié) 化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向
[問題]科學(xué)家是怎樣根據(jù)什么原理來判斷一個(gè)化學(xué)反應(yīng)能否發(fā)生?
2、(學(xué)生閱讀相關(guān)內(nèi)容后回答)
[回答]科學(xué)家根據(jù)體系存在著力圖使自身能量“最低”和由“有序”變“無序”的自然現(xiàn)象,提出了相關(guān)聯(lián)的能量判椐和熵判椐,為最終解決上述問題提供了依據(jù)。
[小組探討]不借助外力自發(fā)進(jìn)行的自發(fā)過程的特點(diǎn)。
[匯報(bào)1]體系趨于從高能態(tài)變?yōu)榈湍軕B(tài)(對(duì)外做功或釋放熱量)。
[講解]同學(xué)們所回答的就是所謂的能量判椐:體系趨于從高能態(tài)變?yōu)榈湍軕B(tài)(對(duì)外做功或釋放熱量)。
[板書]1、能量判椐:體系趨于從高能態(tài)變?yōu)榈湍軕B(tài)。
[問題]同學(xué)們?cè)谙嗷ヌ接懸幌掠伞坝行颉弊儭盁o序”的自然現(xiàn)象,舉例說明。
[匯報(bào)2]密閉容器中的氣態(tài)物質(zhì)或液態(tài)物質(zhì)蒸汽(包括揮發(fā)性固體),會(huì)通過分子擴(kuò)散
3、自發(fā)形成均勻混合物。物質(zhì)溶于水自發(fā)地向水中擴(kuò)散,形成均勻的溶液等。
[講解]為解釋這一類與能量無關(guān)的過程的自發(fā)性,科學(xué)家提出了另一推動(dòng)體系變化的因素:在密閉條件下,體系有由有序自發(fā)地變?yōu)闊o序的傾向。
[板書]2、熵判椐:在密閉條件下,體系有由有序自發(fā)地變?yōu)闊o序的傾向。
[講解] “熵”是德國物理學(xué)家克勞修斯在1850年創(chuàng)造的一個(gè)術(shù)語,他用它來表示任何一種能量在空間中分布的均勻程度。能量分布得越均勻,熵就越大。如果對(duì)于我們所考慮的那個(gè)系統(tǒng)來說,能量完全均勻地分布,那么,這個(gè)系統(tǒng)的熵就達(dá)到最大值。
熱力學(xué)第二定律告訴我們,能量轉(zhuǎn)換只能沿著一個(gè)方向進(jìn)行,總是從高能量向低能量轉(zhuǎn)換,從有序
4、到無序,人類利用這個(gè)過程讓能量做功,同時(shí)系統(tǒng)的熵增加,熵是一個(gè)描述系統(tǒng)狀態(tài)的函數(shù)。熵增加的過程,就意味著能量耗散了,從有用的能量轉(zhuǎn)化向?qū)θ祟悷o用的能量。
[思考]氣態(tài)、固態(tài)、液態(tài)三者熵值大小。
[板書] 熵值:氣態(tài)>液態(tài)>固態(tài)。
[學(xué)與問]發(fā)生離子反應(yīng)條件之一是產(chǎn)生氣體,利用熵判椐進(jìn)行解釋?
[回答] 根據(jù)熵判椐,在密閉條件下,體系有由有序自發(fā)地變?yōu)闊o序的傾向。氣態(tài)熵值大,反應(yīng)沿著從有序到無序方向進(jìn)行。
[講解] 早在一個(gè)世紀(jì)之前,在無數(shù)化學(xué)家的辛勤努力下,發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)放熱的化學(xué)反應(yīng)都能自發(fā)地進(jìn)行。因此提出用反應(yīng)的焓變(ΔH)作為判斷反應(yīng)自發(fā)性的依據(jù)。這樣就得出:若ΔH<0,正向反應(yīng)
5、能自發(fā)進(jìn)行;若ΔH>0,正向反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行,而逆向反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。并進(jìn)一步提出,ΔH的負(fù)值越大,放熱越多,則反應(yīng)越完全。因?yàn)榉磻?yīng)進(jìn)行時(shí)若放熱,則體系的能量必然降低。放出的熱量越多,則體系的能量降低得越多。因此,反應(yīng)體系有趨向于最低能量狀態(tài)的傾向。
[板書]3、焓變(ΔH)作為判斷反應(yīng)自發(fā)性的依據(jù):若ΔH<0,正向反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行;若ΔH>0,正向反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行,而逆向反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。
[講解]但有些吸熱反應(yīng)在室溫下也能自發(fā)進(jìn)行,且熵值增大。如:
2N2O5(g)= 4NO2(g)+O2(g);△H=56.7kJ/mol
(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g);△
6、H=74.9kJ/mol
有些吸熱反應(yīng)在室溫下雖不能自發(fā)進(jìn)行,但當(dāng)溫度升高時(shí)卻能自發(fā)進(jìn)行。
另如298 K(25 ℃)時(shí),CaCO3能長期穩(wěn)定存在,若升溫至1 106 K(833 ℃)時(shí),反應(yīng)立即自發(fā)地正向進(jìn)行。碳酸鈣的受熱分解,是因?yàn)樗墚a(chǎn)生氣體狀態(tài)的二氧化碳分子,使體系的熵值增大。但該反應(yīng)因外界輸入能量,不屬于自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)。
[板書] 熵值作為判斷反應(yīng)自發(fā)性的依據(jù):在化學(xué)變化中,體系趨向于最大無序的方向進(jìn)行。
[強(qiáng)調(diào)]過程的自發(fā)性只能用于判斷過程的方向,不能確定過程一定會(huì)發(fā)生和過程發(fā)生的速率。在實(shí)際的化學(xué)變化中,體系趨向于最低能量狀態(tài)的傾向與體系趨向于最大無序的傾向有時(shí)會(huì)出現(xiàn)矛盾
7、。判斷某種變化是否能夠自發(fā)進(jìn)行,要權(quán)衡這兩種傾向,有時(shí)可能是最低能量為主要因素,有時(shí)可能是最大無序起了主導(dǎo)作用,因此必須根據(jù)具體情況進(jìn)行具體分
析,做出切合實(shí)際的結(jié)論。下表列入了反應(yīng)的自發(fā)性的一些情況。
反應(yīng)熱
熵值
所屬反應(yīng)的自發(fā)性
反應(yīng)舉例
放熱
放熱
吸熱
吸熱
增大
減小
增大
減小
任何溫度都自發(fā)進(jìn)行
較低溫時(shí)自發(fā)進(jìn)行
高溫時(shí)自發(fā)進(jìn)行
任何溫度都不能自發(fā)進(jìn)行
2H2O2(l)=2H2O(l)+O2(g)
N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)
CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)
[板書]注意:判斷某種變化是否能夠自發(fā)進(jìn)行,必須根據(jù)
8、具體情況進(jìn)行具體分
析,做出切合實(shí)際的結(jié)論。
[結(jié)束語]由能量判椐和熵判椐做出的復(fù)合判椐更適合于所有過程,這些內(nèi)容已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出初等化學(xué)的要求,無法用有限的篇幅來闡述、說明,只能給同學(xué)們留下言猶未盡的遺憾,希望同學(xué)們通過大學(xué)課程進(jìn)一步學(xué)習(xí)。
[作業(yè)]P47 1
[板書計(jì)劃] 化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向
1、能量判椐:體系趨于從高能態(tài)變?yōu)榈湍軕B(tài)。
2、熵判椐:在密閉條件下,體系有由有序自發(fā)地變?yōu)闊o序的傾向。
3、能量判椐與焓變關(guān)系:一般情況下,若ΔH<0,正向反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行;若ΔH>0,正向反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行,而逆向反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。
注意:判斷某種變化是否能夠自發(fā)進(jìn)行,必須根據(jù)具體情況進(jìn)行具體分析,做出切合實(shí)際的結(jié)論。