學而優(yōu)·教有方PAGEPAGE3第3節(jié)化學反應(yīng)的方向?qū)W習目標1、知道化學反應(yīng)是有方向的。2、知道化學反應(yīng)的方向與反應(yīng)的焓變和熵變有關(guān)。3、能判斷熵的變化（熵增或熵減）4、能判斷簡單反應(yīng)能否自發(fā)進行。重點與難點重點：應(yīng)用復(fù)合判據(jù)判斷簡單反應(yīng)能否自發(fā)進行難點：應(yīng)用復(fù)合判據(jù)判斷簡單反應(yīng)能否自發(fā)進行一、導(dǎo)入新課【展示】瀑布和人工排水【師】在不借助外力的作用下,水總是從高處流向低處。低洼處積水時,我們則需要借助水泵,持續(xù)消耗電能,將低處的水送至高處。通過這兩個現(xiàn)象,我們可以清楚的知道什么是自發(fā)過程。二、新課講授【生】一定的條件下,不需要其它外力作用就能自動進行的反應(yīng)稱為自發(fā)過程?！編煛苛信e生活中的自發(fā)過程。【生】冰融化、墨水擴散等?！編煛繉τ谝粋€化學反應(yīng),在給定條件下,可以自發(fā)進行到顯著程度的化學反應(yīng)稱為自發(fā)反應(yīng)。比如:金屬生銹、酸堿中和反應(yīng)等?！旧钊肜斫?】在一定條件卡,如果一個過程是自發(fā)的,那么它的逆過程通常是非自發(fā)的比如氫氣在點燃的條件下自發(fā)生成水,在點燃條件下,水則不能自發(fā)生成氫氣和氧氣。非自發(fā)過程：必須外界持續(xù)做功，否則，過程就會停止，這樣的過程叫做“非自發(fā)過程”。【深入理解2】“自發(fā)”只是有發(fā)生的趨勢,并不代表實際發(fā)生,更不能確定發(fā)生的速率。非自發(fā)“也不代表不能發(fā)生。比如:處于高水位的水有向低處流動的趨勢但是現(xiàn)在被大攔截,此過程并沒有實際發(fā)生,但是有發(fā)生的趨勢?！編煛孔园l(fā)過程是在一定條件下不需要外力自動進行的過程。【提問】自發(fā)過程有什么特點呢？【學生】討論回答【師】①體系趨向于從高能狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軤顟B(tài)(體系對外部做功或者釋放熱量)。②在密閉條件下，體系有從有序自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序的傾向?！咎釂枴磕銈冋J為什么類型的化學反應(yīng)更容易發(fā)生呢？【學生】討論回答【過渡】對于一個化學反應(yīng),我們?nèi)绾闻袛喾磻?yīng)方向呢?任務(wù)一：分析下列反應(yīng)進行的方向與△H之間的關(guān)系:①2Na(s)+2H2O(l)====2NaOH(aq)+H2(g),該反應(yīng)是___熱反應(yīng),ΔH__0,常溫下___自發(fā)進行。②4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)====4Fe(OH)3(s),在常溫下能自發(fā)進行,該反應(yīng)的ΔH__0?！旧糠治?①該反應(yīng)是放熱反應(yīng)AH<0常溫下能自發(fā)進行。②在常溫下能自發(fā)進行該反應(yīng)的△H<0【總結(jié)】放熱反應(yīng)過程中體系能量降低，因此具有自發(fā)進行的傾向。19世紀，化學家就認為反應(yīng)熱是決定化學反應(yīng)是否自發(fā)進行的因素，即△H<0的放熱反應(yīng)都可以自發(fā)進行，而△H>0的吸熱反應(yīng)則不能自發(fā)進行，提出用焓變來判斷反應(yīng)進行的方向，這就是所謂的焓判據(jù)。能量趨于降低，△H<0,有自發(fā)進行傾向?！舅伎肌恐挥蟹艧岱磻?yīng)才能自發(fā)進行嗎?【生】常溫下,氫氧化鋇品體和氯化銨品體反應(yīng)吸收熱量?！狙a充】因此,大部分的放熱反應(yīng)是自發(fā)反應(yīng),通過焓判據(jù)判斷反應(yīng)方向是存在局限的?！練w納小結(jié)】放熱反應(yīng)過程中體系能量降低，因此具有自發(fā)進行的傾向，科學家由此提出用焓變來判斷反應(yīng)進行的方向。多數(shù)能自發(fā)進行的化學反應(yīng)是放熱反應(yīng)，但有些吸熱反應(yīng)也能自發(fā)進行，因此，反應(yīng)的焓變是與反應(yīng)進行方向有關(guān)的因素之一，但不是決定反應(yīng)能否自發(fā)進行的唯一因素?！具^渡】為什么有些吸熱反應(yīng),也能自發(fā)進行?其他自發(fā)過程：①放在同一密閉容器中的不同種氣態(tài)物質(zhì)（包括液態(tài)物質(zhì)或能夠揮發(fā)的固態(tài)物質(zhì)的蒸汽），不需要外界的任何作用，氣態(tài)物質(zhì)會通過分子的擴散自發(fā)地形成均勻混合物。②相互接觸的固體物質(zhì)體系，長期放置后，通過擴散發(fā)現(xiàn)進入到另一種固體中的分子或原子。③硝酸銨溶于水要吸熱，它卻能夠自發(fā)地向水中擴散。④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。【PPT】展示二氧化氮的擴散實驗【師】二氧化氮的擴散是自發(fā)地從混亂度小向混亂度大的方向進行?！綪PT】介紹兩位科學家：德國科學家克勞修斯(R.Clausius)最早提出了另一個推動體系變化的因素，并稱之為“熵”（符號S）的概念，用熵表示體系混亂度，S=Q/T。玻爾茲曼通過數(shù)學模型的建立得出微觀狀態(tài)數(shù)與熵有數(shù)學關(guān)系，具體解釋了熵的物理意義：S=klogW，建立了熵與概率的關(guān)系，被譽為最美的三個公式之一。其他兩個公式分別為牛頓運動定律F=ma，愛因斯坦質(zhì)能關(guān)系E=mc2?！編煛咳蝿?wù)二化學反應(yīng)方向的熵判據(jù)【師】(1)熵:用來度量體系混亂度的物理量。熵值越大，混亂度越大，無序體系更加穩(wěn)定。符號:S。單位:J·mol-1·K-1。(2)熵增原理。在與外界隔絕的體系中，自發(fā)過程將導(dǎo)致體系的熵增大，即熵變(符號ΔS)大于零。熵變(ΔS)=生成物總熵-反應(yīng)物總熵。(3)熵判據(jù)。體系有自發(fā)地向混亂度增加(即熵增)的方向轉(zhuǎn)變的傾向,因此可用熵變來判斷反應(yīng)進行的方向。【提問】1.同一物質(zhì)固、液、氣態(tài)，哪狀態(tài)的熵最大？2.體系熵變與生成氣體量有何關(guān)系？【師】1.同一物質(zhì)：S(g)>S(l)>S(s)2.化學反應(yīng)中，固態(tài)物質(zhì)或液態(tài)物質(zhì)生成氣態(tài)物質(zhì)，體系的混亂度增大；從較少的氣態(tài)物質(zhì)生成較多的氣態(tài)物質(zhì)，體系的混亂度也增大【歸納小結(jié)】熵的大小規(guī)律(1)與物質(zhì)的存在狀態(tài)有關(guān)：對于同一種物質(zhì)，等物質(zhì)的量的該物質(zhì)其熵值（混亂度）大小與物質(zhì)的存在狀態(tài)有關(guān)。由于氣態(tài)分子比液態(tài)的分子中的間隔要大，而液態(tài)分子比固態(tài)分子的間隔要大，所以，S(g)>S(l)>S(s)，即氣態(tài)>液態(tài)>固態(tài)。(2)與物質(zhì)的量有關(guān)：物質(zhì)的量越大，分子數(shù)越多，熵值越大。(3)不同物質(zhì)熵值間的關(guān)系：物質(zhì)的組成越復(fù)雜，其熵值越大，一般組成物質(zhì)的原子種類相同時，一個分子中的原子數(shù)目越多，其混亂度越大，熵值也越大。【提問】請說說下列吸熱反應(yīng)能夠自發(fā)進行的原因。2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)?H=+56.7kJ/mol②(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g)?H=+74.9kJ/mol【提問】熵減的反應(yīng)一定不能自發(fā)進行嗎？【學生】不一定【師】有些熵值減小的反應(yīng)，在一定條件下也能自發(fā)進行。例如：乙烯聚合為聚乙烯的反應(yīng)，就是熵減的過程，即△S<0，再如：2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)4Fe(OH)2(s)+O2(g)+2H2O(l)=4Fe(OH)3(s)【總結(jié)】自發(fā)反應(yīng)的方向與焓變和熵變有關(guān)，但焓變和熵變又都不能單獨作為判斷反應(yīng)自發(fā)進行方向的依據(jù)。要判斷反應(yīng)自發(fā)進行的方向，必須綜合考慮體系的焓變和熵變。任務(wù)三化學反應(yīng)方向的復(fù)合判據(jù)【展示】吉布斯確立了定量描述焓變和熵變在判斷反應(yīng)的自發(fā)性過程中的地位。吉布斯自由能的出現(xiàn)，完美地從定量角度揭示了變化過程中焓變與熵變之間的協(xié)調(diào)與抗衡。體系自由能變化（符號為△G，單位為kJ/mol）綜合考慮了焓變和熵變對體系的影響，用來定量評價焓變和熵變在反應(yīng)過程中作用的關(guān)系稱之為吉布斯公式：△G=△H-T△S，G為吉布斯自由能?！編煛坷眉妓棺杂赡艿拇笮?，可以判斷反應(yīng)的自發(fā)性：△G=△H-T△<0，反應(yīng)能自發(fā)進行；△G=△H-T△S>0，反應(yīng)不能自發(fā)進行；△G=△H-T△S=0，反應(yīng)達到平衡狀態(tài)。也可以這樣描述：