2.1.1 反应焓变、熵变与反应方向教学设计-【完美导学】2022-2023学年鲁科版高中化学选择性必修1

第2章化学反应的方向、限度与速率第1节第1课时反应焓变、熵变与反应方向通过前面的学习，学生已经积累了一些关于化学反应存在方向问题的感性认识，知道在常温、常压条件下有些反应容易进行而有些反应不能进行；有些在常温、常压条件下不能进行的反应在加热或者加压条件下则可以进行。在此基础上，提出化学反应的方向问题，通过分析最常见的等温、等压条件下决定反应方向的因素，介绍理论判断反应在一定条件下能否发生，以及在什么条件下可以发生的意义、思路和方法，使学生进一步感受热力学在化学研究中的重要地位和重要意义。本节以化学反应的方向问题为主线索，以学生熟悉的汽车尾气治理反应为切入点，开门见山地提出化学反应存在方向问题。首先由上一章的热化学知识出发，引导学生分析并建立起反应焓变与反应方向有关的概念；然后从学生熟悉的几种化合物的溶解现象着手引入熵这一新的物理量，引导学生建立起反应熵变与反应方向有关的概念；最后归纳为一个思想：化学反应的方向既与反应焓变有关，也与反应熵变有关，两者共同影响着反应方向。证据推理与模型认知：通过分析反应的焓变与反应的方向，了解反应焓变与反应方向有关，但不是唯一的影响因素；通过分析反应的熵变与反应的方向，了解反应熵变与反应方向有关，但也不是唯一的影响因素。理解焓变和熵变对反应方向的影响学生复习上一章的热化学知识，预习本课内容；教师准备多媒体课件。【联想质疑】汽车尾气中的主要污染物是一氧化氮和一氧化碳，它们是现代化城市中的重要大气污染物。一氧化碳与血液中的血红蛋白结合的速度比氧气快250倍。一氧化碳经呼吸道进入血液循环，与血红蛋白亲合后生成碳氧血红蛋白，从而削弱血液向各组织输送氧的功能，危害中枢神经系统，造成人的感觉、反应、理解、记忆力等机能障碍，重者危害血液循环系统，导致生命危险。一氧化氮对人体特别是对呼吸系统有危害。【投影】播放视频——了解机动车尾气污染。【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。请判断该想法是否可行，并说明理论依据。【学生活动】思考并交流。【过渡】一个化学反应在给定条件下（温度、压强）下能否自发进行以及在什么条件下有可能按照预期的方向发生，仅用实验方法是不可行的，所以要寻求一种客观的判据，用它来判断一个化学反应能否自发进行。【思考交流】请结合生活经验或者学过的化学反应举例说明哪些反应是能自发进行的。【学生活动】思考并交流。【思考交流】观察以下能自发进行的化学反应的热化学方程式，体会并总结这些自发反应的共同点是什么?(1)甲烷燃烧：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)ΔH=－802.3kJ/mol(2)氢氧化亚铁被O2氧化：4Fe(OH)2(s)+O2(g)+2H2O(l)=4Fe(OH)3(s)ΔH=－444.3kJ/mol(3)氢气和氧气反应：2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)ΔH=－571.6kJ/mol【学生活动】都是放热反应，ΔH＜0。【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。【讲解】有不少吸热反应也能自发进行。有一些焓变不大的吸热反应，在室温下不能自发进行，但是在高温条件下其焓变并没有显著减小，但反应却能自发进行。【归纳小结】一、反应焓变与反应方向ΔH＜0的反应多数能自发进行，但不绝对，吸热反应也有能自发进行的。反应焓变是制约化学反应能否自发进行的因素之一，但不是唯一的因素。【交流研讨】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？【学生活动】思考并交流。【讲解】固体硝酸铵的溶解时吸热过程，氢氧化钠写溶解时放热过程，而氯化钠和蔗糖溶解过程的焓变微乎其微，但这些过程都能自发进行。再比如：同温同压条件下氢气和氧气的混合，过程中没有任何热效应，但是过程仍能自发进行。显然，热效应不是这些过程自发进行的决定因素。分析可知，不论是固体的溶解过程（固体中排列整齐的离子或分子进入溶剂，溶质的离子或分子由有序变得无序）还是气体的自由扩散，都是体系的有序程度降低，无序程度增大。【过渡】为了描述体系的无序程度，定义了一个物理量——熵。【板书】熵：描述体系混乱度的物理量符号：S单位：J•mol-1•K-1（1）物质的混乱度：体系混乱度越大，熵值越大；（2）同一条件：不同物质的熵值不同；（3）同一物质：S(g)>S(l)>S(s)。【讲解】固体的溶解、水的汽化、墨水在水中的扩散以及气体的扩散过程，都是体系无序程度增大的过程，即熵增加的过程。【思考交流】化学反应包含化学键的断裂和形成，有热效应，存在着焓变（ΔH），同样化学反应有物质种类的变化，是不是也存在着熵变（ΔS）？【讲解】化学反应存在着熵变（ΔS）。对于确定的化学反应，在一定条件下具有确定的熵变。【板书】ΔS=反应产物的总熵—反应物的总熵①气体体积增大的反应，△S>0,熵增加反应②气体体积减小的反应，△S<0,熵减小反应【牛刀小试】练习：判断下列过程的熵变是大于零还是小于零？（1）H2O(s)→H2O(l)→H2O(g)（2）CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)（3）NaOH(s)=Na+(aq)+OH-(aq)（4）N2(g)+3H2(g)2NH3(g)【学生活动】完成试题。ΔS＞0ΔS＞0ΔS＞0ΔS＜0【过渡】反应焓变与反应方向有关，但不是唯一决定因素，那反应方向的判断还与什么因素有关呢？【思考交流】思考下述过程的方向性，体会熵变与反应的自发性有何关系?【学生活动】思考并交流。前两者：熵增加的反应，在常温、常压下可以自发进行后两者：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【思考交流】是不是只有熵增加的反应才能自发进行呢？【讲解】事实上，有些熵减小的反应