化学反应的方向
知识目标
1.使学生了解自发反应及判断依据。 2.使学生理解焓变、熵变的的概念。情感目标 通过从现象分析到理论探究,培养学生科学的研究方法。能力目标 培养学生综合运用知识分析解决问题的能力,培养学生的思维能力,阅读与表达能力。重点 自发反应与反应方向的判断。难点 熵变与焓变的理解。教学方法 阅读讨论法教学过程
[启发] 自然界发生的过程都有一定的方向性。例如水总是自动地从高处向低处流,而不会自动地反方向流动。又如铁在潮湿的空气中易生锈,而铁锈决不会自发地还原为金属铁;
[你知道吗]列举诸类自发进行的例子
[板书]一、化学反应的方向
1、自发反应_ 这种在一定条件下不需外界帮助,(一经引发)就能自动进行的反应,称为自发自发反应。
[交流与讨论]室温下能否自发进行的反应课本39页
[分析与讨论]下列投影中的反应能否自发进行,分析其原因
3Fe(s) + 2O2(g)─→Fe3O4(s); △H = -1118.4 kJ·mol-1C(s) + O2(g)─→CO2(g); △H = -393.509 kJ·mol-1CH4(g) + 2O2(g)─→CO2(g) + 2H2O(l);△H = -890.36 kJ·mol-1[小结] 在研究各种体系的变化过程时,人们发现自然界的自发过程一般都朝着能量降低的方向进行。显然,能量越低,体系的状态就越稳定。化学反应一般亦符合上述能量最低原理。的确,很多放热反应,(ΔrHm<0) 在298.15K、标准态下是自发的。而且反应放出热量越多,体系能量降低得也越多,反应也越完全
[板书]
2、判断化学反应方向的依据
(1)化学反应的焓变是制约化学反应能否自发进行的因素之一,
[举例] 3Fe(s) + 2O2(g)─→Fe3O4(s); △H = -1118.4 kJ·mol-1C(s) + O2(g)─→CO2(g); △H = -393.509 kJ·mol-1CH4(g) + 2O2(g)─→CO2(g) + 2H2O(l); △H = -890.36 kJ·mol-1[分析]此有人曾试图以反应的焓变(ΔH)作为反应自发性的判据。认为在等温等压条件下,当 ΔH < 0时:化学反应自发进行, ΔH> 0时:化学反应不能自发进行 但是,实践表明:有些吸热过程(ΔH>0)亦能自发进行。例如,水的蒸发,NH4Cl溶于水以及Ag2O的分解等都是吸热过程,但在298.15K、标准态下均能自发进行:
NH4Cl(s) ─→ NH4+(aq) + Cl-(aq); △H = 14.7 kJ·mol-1Ag2O(s) ─→ 2Ag(s) + 1/2O2(g); △H = 31.05 kJ·mol-1 又如,CaCO3的分解反应是吸热反应(ΔH >0)
CaCO3(s) ─→ CaO(s) + CO2(g); △H = 178.32 kJ·mol-1 在298.15K、标准态下反应是非自发的。但当温度升高到约1123K时,CaCO3的分解反应就变成自发过程,而此时反应的焓变仍近似等于178.32kJ·mol-1,(温度对焓变影响甚小)。由此可见,把焓变作为反应自发性的普遍判据是不准确、不全面的。因此除了反应焓变以外,肯定有其它因素的的制约。
[分析]为什么有些吸热过程亦能自发进行呢?下面以NH4C1的溶解和Ag2O的分解为例说明之。例如,NH4Cl晶体中的NH4+和Cl-,在晶体中的排列是整齐、有序的。NH4C1晶体投入水中后,形成水合离子(以aq表示)并在水中扩散。在NH4Cl溶液中,无论是NH4+(aq)、Cl-(aq)还是水分子,它们的分布情况比NH4C1溶解前要混乱得多。[结论]体系混乱度的增加和温度的改变,也是许多化学和物理过程自发进行的影响因素。
由此可见,自然界中的物理和化学的自发过程一般都朝着混乱程度(简称混乱度)增大的方向进行。体系内组成物质粒子运动的混乱程度,在热力学中用另一个物理量──“熵”来表示(其符号为“S”)。[板书](2)化学反应的熵变 [分析] 一定条件下处于一定状态的物质及整个体系都有其各自确定的熵值。因此,熵是描述物质混乱度大小的物理量,物质(或体系)的混乱度越大,对应的熵值就越大,反应前后体系熵的变化叫做反应的熵变,用△S表示。
[拓展]物质的聚集状态不同其熵值不同, 同种物质的(g)>(1)>(s)。物质的熵值随温度的升高而增大。气态物质的熵值随压力的增大而减小。[分析]熵与焓一样,化学反应的熵变(ΔS)与反应焓变(ΔH)的计算原则相同,只取决于反应的始态和终态,而与变化的途径无关。