2.1.2 用焓变和熵变综合判断反应方向教学设计-【完美导学】2022-2023学年鲁科版高中化学选择性必修1

化学反应的方向、限度与速率化学反应的方向第2课时用焓变和熵变综合判断反应方向通过上一节的学习，学生已经知道化学反应是有方向的，并且反应焓变和反应熵变都对反应的方向产生影响，但是不知道具体是如何影响的，也不知道他们之间的影响关系。在此基础上，让学生形成一个完整的思想：在等温、等压条件下，反应焓变与反应熵变共同决定反应的方向，并且服从于一个定量关系式：ΔH-TΔS。通过本节内容的学习，初步接触热力学理论，从而初步了解热力学理论研究的重要意义。证据推理与模型认知：通过分析焓变与熵变对反应方向的共同影响，初步了解这两个因素的影响不是孤立的而是相互关联的，并通过分析关系式△H-T△S，能根据反应焓变的吸热或放热、反应熵变的熵增或熵减来定性分析反应焓变和反应熵变对反应方向的影响。理解焓变与熵变对反应方向的共同影响，根据定量关系△H-T△S及给定数据判断反应方向。学生复习上一节的反应焓变和反应熵变对反应方向的影响的知识，预习本课内容；教师准备多媒体课件。【联想质疑】为了减轻大气污染，人们提出通过以下反应来处理汽车尾气的想法。该反应在298K、100KPa下，ΔH=-746.8KJ•mol—1，ΔS=-197.5J·mol—1·K—1。通过上节课的学习，我们知道反应焓变和反应熵变共同影响了反应方向。那么我们应该如何去判断反应能否进行？【过渡】反应方向除了受反应焓变、反应熵变的影响以外，还会受什么因素影响呢？【交流研讨】分析下列过程的焓变、熵变与反应方向，你能得出什么结论？①NH3(g)+HCl(g)=NH4Cl(s)②NH4Cl(s)=NH3(g)+HCl(g)③NH4Cl(s)=△=NH3(g)+HCl(g)【讲解】反应方向不仅受反应焓变、反应熵变的影响，还要受温度的影响。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。【板书】三、用焓变与熵变综合判断反应方向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。【归纳小结】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，直到达到平衡状态。【拓展视野】约西亚·威拉德·吉布斯（JosiahWillardGibbs，1839年2月11日－1903年4月28日），美国物理化学家、数学物理学家。他奠定了化学热力学的基础，提出了吉布斯自由能与吉布斯相律。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。△G为反应的吉布斯自由能变△G＝△H－T△S，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△G来判断。【板书】△G<0，反应正向能自发进行△G=0，反应到达平衡状态△G>0，反应正向不能自发进行【讲解】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。【练习】请阅读所给信息，回答问题△H△S△G能否自发进行＜０ ＞０ ＜０＞０＞０＜０＞０＞０＜０＜０【学生活动】完成上述表格。【归纳小结】【讲解】利用ΔH－TΔS判据，只能用于判断在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下反应正向自发进行的趋势，即反应发生的可能性，但它并不能说明在该条件下可能正向自发进行的反应能否实际发生，这个反应到底能不能反应，那还要看反应进行的限度和反应进行的速率。【强调】利用ΔH－TΔS判据，只能用于判断在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下反应正向自发进行的趋势，即反应发生的可能性，但它并不能说明在该条件下可能正向自发进行的反应能否实际发生，这个反应到底能不能反应，那还要看反应进行的限度和反应进行的速率。例如：金刚石有向石墨转化的倾向。但是这种转化能否发生，什么条件下才能发生，反应的快慢程度，反应的程度如何，就不是能量判据和熵判据能解决的问题了。【牛刀小试】化学反应△H △S 能否正向自发进行△S能否正向自发进行2KClO3(s)=2KCl(s)+3O2(g)-78.3kJ/mol 494.4J/mol/K494.4J/mol/K 494.4J/mol/KCO(g)=C(s,石墨)+1/2O2(g)110.5kJ/mol-89.4J/mol/K4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)=4Fe(OH)3(s)-444.3kJ/mol-280.1J/mol/KCaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)37.30kJ/mol184.0J/mol/K【学生活动】完成上述表格。【牛刀小试】汽车尾气(含烃类、CO、NO和SO2等)是城市主要污染源之一，治理的办法之一是在汽车排气管上装催化转化器，它使NO与CO反应生成可参与大气生态循环的无毒气体，反应原理：2NO(g)＋2CO(g)=N2(g)＋2CO2(g)，在298K、100kPa下，ΔH＝－746.8kJ·mol－1，ΔS＝－197.5J·mol－1·K－1。下列说法中错误的是()。A．该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量B．该反应常温下不能自发进行，因此需要高温和催化剂C．该反应常温下能自发进行，高温和催化剂只是加快反应的速率D．汽车尾气中的这两种气体会与血红蛋白结合而使人中毒【身边的化学】该反应在室温下正向能自发进行。不过，该反应需要使用催化剂来加速。通常使用贵金属作为催化剂，将其装入汽车尾气净化器中，并将净化器与汽车尾气排放管道连接在一起。利用这个装置，人们可以有效地将汽车尾气中的污染物NO（g）和CO（g）同时除去。【课堂小结】★焓变、熵变共同影响化学反应的方向。化学反应向ΔH-TΔS<0的方向自发进行。★ΔH、ΔS的作用相反，且相差不大时，温度可能对化学反应的方向起决定作用。【化学与生活】用熵增定律来理解人生熵与环境：熵增就是污染熵与社会：熵增就是社会混乱。社会是一个系统，如果不对个体加以引导和规范，这个系统必将趋向于混乱。熵与生命：早在1947年薛定鄂就曾高瞻远瞩地指出了熵增过程也必然体现在生命体系之中。人体是一个巨大的化学反应库，生命的代谢过程建立在生物化学反应的基础上。从某种角度来讲，生命的意义就在于具有抵抗自身熵增的能力，即具有熵减的能力。在人体的生命化学活动中，自发和非自发过程同时存在，相互依存，因为熵增的必然性，生命体不断地由有序走回无序，最终不可逆地走向老化死亡。【随堂练习】1.下列说法中错误的是A.2CaCO3(s)+2SO2(g)+O2(g)＝2CaSO4(s)+2CO2(g)在低温下能自发进行，则该反应的△H<0B.NH4Cl(s)＝NH3(g)+HCl(g)室温下不能自发进行，说明该反应的△H>0C.若△H<0，△S>0，化学反应在任何温度下都能自发进行D.加入合适的催化剂能降低反应活化能，从而改变反应的焓变2.下列关于能量判据和熵判据的说法中，不正确的是A.放热的自发过程可能是熵减小的过程，吸热的自发过程一定为熵增加的过程B.放热过程(ΔH＜0)或熵增加(ΔS＞0)的过程一定是自发的C.在室温下碳酸钙的分解反应不能自发进行，但同样是这个吸热反应在较高温度(1200K)下则能自发进行D.由能量判据(以焓变为基础)和熵判据组合成的复合判据，将