2.4 探究化学反应的进行趋势
【学习目标】
知识要点：
1. 掌握判断化学反应趋势的焓变标准和熵变标准；
2. 能够运用焓变和熵变原理阐释化学反应的进行趋势。
方法培养：通过联系已有知识与日常生活现象，引导学生构建化学反应趋势的判断依据。培养学生运用比较、归纳、总结等方法处理信息，形成新知识的能力。
价值观念：通过本节内容的学习，使学生认识到事物的发展变化往往受到多种因素制约，培养全面分析问题的能力。
【教学重点】焓变与熵变对化学反应趋势的影响关系
【教学难点】焓变与熵变对化学反应趋势的影响关系
【教学策略】
1. 采用讨论交流的方式激发学生的参与热情，充分调动学生的想象力；
2. 引导学生学会归纳、概括，对信息进行深度加工，得出科学结论；
3. 注重从学生已有知识和生活经验出发，构建新的知识体系。
【教学资源】多媒体投影设备
【课时安排】1课时
【教学环节】
〖教学步骤〗
情境创设 → 课题引入 → 讨论互动 → 结论形成 → 理解强化 → 教学评估。
（情境创设）现代城市中，汽车尾气排放的一氧化氮和一氧化碳是主要大气污染物。为减少环境污染，科研人员提出通过以下反应处理尾气：2NO（g）+ 2CO（g）= N2（g）+ 2CO2（g），请问这一方案是否具有可行性？其理论依据是什么？
（课题引入）上述问题涉及化学反应的进行趋势问题。反应进行的趋势、速率和平衡状态是化学反应原理的三个核心要素。通过前几节的学习，我们已经初步探讨了反应速率和平衡状态的问题，本节课将重点讨论反应的进行趋势。
〖板书〗第四节 化学反应的进行趋势
在探讨具体问题前，我们先明确两个重要概念：自发过程和自发反应。
〖板书〗自发过程与自发反应
1.自发过程：在特定条件下，无需外力作用即可自动进行的过程。
2.自发反应：在给定条件下，能够自发进行到显著程度的反应。
3.非自发反应：无法自发进行，必须借助外力才能进行的反应。
（互动交流）结合生活经验，举例说明我们常见的自发过程。
（归纳总结）生活中的自发过程包括：①水从高处流向低处；②自由落体运动；③电流从高电位流向低电位；④铁器在潮湿空气中生锈；⑤室温下冰块融化；⑥香味的扩散；⑦蔗糖溶解于水；⑧生石灰遇水发热生成熟石灰等。
（过渡）科学家基于体系倾向于降低能量和从有序向无序转变的自然现象，提出了相互关联的焓判据和熵判据，为判断反应趋势提供了科学依据。
（阅读学习）P34 了解焓判据：体系倾向于从高能状态向低能状态转变，在此过程中体系对外做功或释放能量，这一经验规律即为焓判据。
〖板书〗反应趋势的焓判据：放热反应过程中体系能量降低，具有自发进行的倾向。ΔH＜0，即放热反应更易自发进行。
（点评）多数自发进行的化学反应是放热反应，但也有一些吸热反应能够自发进行。例如：在-10℃条件下，液态水会自发结冰（熵减过程，但放热）；2Al（s）+ Fe2O3（s）= Al2O3（s）+ 2Fe（s） ΔS＝—39.35J/mol·K。因此，反应焓变是影响反应自发性的因素之一，但并非唯一因素。
（过渡）在密闭条件下，体系倾向于从有序向无序转变，无序体系更稳定。
（阅读学习）P35 了解熵判据
〖板书〗反应趋势的熵判据
1.混乱度：表示体系的无序程度。混乱度的增加意味着体系变得更加无序。
2.熵：表示混乱度大小的物理量。符号：S 单位：J/mol·K。
（1）体系熵值越大，混乱度越大，体系越无序。
（2）物质熵值大小的规律：①物质状态：S（g）＞S（l）＞S（s）；②气体物质的量越大，熵值越大；③物质组成越复杂，熵值越大。通常情况下，相同原子种类组成的物质中，分子中原子数量越多，熵值越大。
3.熵变：△S＝S（产物）— S（反应物）
4.熵判据：自发过程中体系倾向于从有序向无序转变，导致体系熵增大，称为熵增原理。△S＞0，熵增大，体系更稳定，反应更易自发进行。
（思考探究）由于反应中生成气体通常伴随熵增大，因此会增强反应的自发性。
（点评）某些熵减小的反应在特定条件下也能自发进行，如：—10℃的液态水自发结冰（熵减过程，但放热）；2Al（s）+ Fe2O3（s）= Al2O3（s）+ 2Fe（s） △S＝—39.35J/mol·K。因此，反应熵变是影响反应自发性的另一个因素，但同样不是唯一因素。
〖板书〗综合判据：在一定条件下，化学反应能否自发进行，既与反应焓变有关，又与反应熵变有关。
研究表明，在恒温、恒压条件下，判断化学反应自发性的判据是：体系自由能（吉布斯自由能）变化（△G、单位：KJ/mol）：△G＝ △H─T△S
当△H＜0，△S＞0，即△G＜0时反应能自发进行；
当△G＝△H─T△S＝0时反应达到平衡状态；
当△H＞0，△S＜0，即△G＞0时反应不能自发进行；
当△H＞0，△S＞0，或△H＜0，△S＜0时，反应是否自发进行与温度有关，一般低温时焓变影响为主，高温时熵变影响为主。
△H
△S
△G及反应趋势
反应实例
－焓减
+熵增
－任何温度下均自发，自由能减少
2H2O2（l）═2H2O(l) +O2(l)
+焓增
－熵减
+任何温度均不自发，自由能增加
3O2(g) == 2O3(g)
+焓增
+熵增
+常温不自发，－高温自发
N2O4 (g) == 2NO2 (g)
－焓减
－熵减
－常温自发，+高温不自发
N2(g) + 3H2 (g) == 2NH3 (g)
在讨论过程趋势时，我们指的是没有外界干扰时体系的性质。如果允许外界对体系施加某种作用，就可能出现相反的结果。
（教学评估）
1．（2020·浙江金华模拟）下列变化过程中，ΔS＜0的是（ B ）
A．氯化钠溶于水中
B．NH3(g)与HCl(g)反应生成NH4Cl(s)
C．干冰(CO2)的升华
D．CaCO3(s)分解为CaO(s)和CO2(g)
2．（2020·江苏扬州月考）某反应2AB(g)C(g)＋3D(g)在高温时能自发进行，其逆反应在低温下能自发进行，则该反应的正反应的ΔH、ΔS应为（ C ）
A．ΔH＜0，ΔS＞0 B．ΔH＜0，ΔS＜0
C．ΔH＞0，ΔS＞0 D．ΔH＞0，ΔS＜0
3．（2019·南阳一中模拟）下列有关合成氨工业的说法正确的是（ D ）
A．N2的量越多，H2的转化率越大，因此，充入的N2越多越有利于NH3的合成
B．恒容条件下充入稀有气体有利于NH3的合成
C．工业合成氨的反应是熵增加的放热反应，在任何温度下都可自发进行
D．工业合成氨的反应是熵减小的放热反应，在低温时可自发进行
【课堂总结】能量判据和熵判据的应用要点：
1.由能量判据可知∶放热过程（△H＜0）通常更易自发进行；
2.由熵判据可知∶许多熵增加（△S＞0）的过程是自发的；
3.在许多情况下，单独使用其中一个判据判断同一反应可能会得出相反结论，因此应综合考虑两个判据。由能量判据（以焓变为基础）和熵判据组合成的复合判据（体系自由能变化：△G = △H – T△S）更适合于所有反应过程；
4.过程的自发性仅用于判断过程方向，不能确定过程是否一定会发生或过程的速率；
5.在讨论过程方向时，我们指的是没有外界干扰时体系的性质。如果允许外界对体系施加某种作用，就可能出现相反结果；
6.反应的自发性也受外界条件影响。
【课后任务】P36 1 2
【板书设计】第四节 化学反应的进行趋势
自发过程（spontaneous process）与自发反应
反应趋势的焓判据
反应趋势的熵(entropy)判据
焓变与熵变对反应趋势的综合影响
【教学反思】