选修4 第二章 学反应速率和化学平衡
第4节 化学反应进行的方向
一、教材分析
1、课标中的内容
《化学反应原理》主题2 化学反应速率和化学平衡，第 5点：能用焓变和熵变说明化学反应的方向。
2、教材中的内容
本节内容介绍了“焓判据、熵判据及自由能（△G=△H-T △S ）”知识，有一定难度。人教版教材将本节内容安排在学生学习了化学反应及其能量变化、化学反应速率、化学平衡之后以知识介绍的方式呈现出来，让学生了解决定反应进行方向的因素不是单一的焓变，熵变也是决定因素之一。
教材从学生已有的知识和生活经验出发，分四个层次就化学反应的方向进行了介绍。第一，以学生熟悉的自发进行的放热反应为例，介绍化学反应有向能量降低的方向自发进行的倾向——焓判据；以生活现象为例，说明混乱度（熵）增加是自然界的普遍规律，也是化学反应自发进行的一种倾向——熵判据。第二，用实例说明单独运用上述判据中的任一种，都可能出现错误，都不是全面的。第三，要正确的判断化学反应的方向，需要综合考虑焓变和熵变的复合判据。第四，简单介绍了自由能判据的结论性内容。
二、教学目标
1、知识与技能：
（1）理解化学反应方向判断的焓判据及熵判据；
（2）能用焓变和熵变说明化学反应的方向。
2、过程与方法：
通过学生已有知识及日常生活中的见闻，使学生构建化学反应方向的判据。学会运用比较、归纳、概括等方法对信息进行加工，构建新知识。
3、情感态度与价值观：
通过本节内容的学习，使学生体会事物的发展、变化常常受多种因素的制约，要全面分析问题。
三、教学的重点和难点
焓减和熵增与化学反应方向的关系
四、教学方法
1、应用讨论交流的方法调动学生的积极性，充分发挥学生的想象力；
2、启发学生学会归纳、概括，对信息进行加工，得出结论；
3、注重从学生已有知识及日常生活的经验上构建新知识。
五、学情分析
本节内容第一次出现在新教材中，主要介绍了“自发反应、焓判据、熵判据”的知识，对高中学生来说，有一定难度。对于熵及“熵增原理”内容较抽象、学生学习时陌生感较 强。因此在教学中通过引入实际生活中相应的现象，为学生提供认知的感性材料，以利于 学生对熵变和熵增原理进行探讨。在科学方法上，作为高二理科生对常见的科学方法有一 定程度的认识，对科学探究的一般过程也有一定的体验。本课题通过在科学探究中交替使 用“证明法”与“证伪法”，以及对探究结果作出科学合理的解释，延伸学生对科学本质的
六、教学过程
【设疑】汽车尾气中的主要污染物是一氧化氮以及燃料不完全燃烧所产生的一氧化碳，它们
是现代城市中的大气污染物，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：2NO （g ） + 2CO （g ） = N 2（g ） + 2CO 2（g ），你能否判断这一方案是否可行？理论依据是什么？
【引入】上述问题是化学反应的方向的问题。反应进行的方向、快慢和限度是化学反应原理
的三个重要组成部分。通过前三节的学习和讨论，我们已经初步解决了后两个问题，即反应的快慢和限度问题，这节课我们来讨论反应的方向的问题。
【设问】根据生活经验，举例说说我们见过的自发过程（在一定条件下不需外力作用就能自
动进行的过程）。
【学生讨论】„„
【总结】生活中的自发过程很多，如：水由高处往低处流，自由落体，电流由电位高的地方
向电位低的地方流，铁器暴露于潮湿的空气中会生锈，室温下冰块会融化，„„这些都是自发过程，它们的逆过程是非自发的。
科学家根据体系存在着力图使自身能量趋于“最低”和由“有序”变为“无序”
的自然现象，提出互相关联的焓判据和熵判据，为反应方向的判断提供了必要的依据。
【板书】一、反应方向的焓判据。
【交流讨论】19世纪的化学家们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？结合曾经学习的反应举例说明。
【讨论】„„
【结果】我们知道的反应中下列反应可以自发进行：
NaOH （aq ） + HCl（aq ）= NaCl（aq ） + H2O （aq ） △H = -56KJ/m
2Na （s ）+ 2H2O （l ）= 2NaOH（aq ） + H2（g ）；
Al （s ） + HCl（aq ） = AlCl3（aq ） + H2（g ）；
CaO （s ） + H2O （l ）= Ca（OH ）2（aq ）
【追问】上述反应是吸热还是放热？
【板书】焓判据：放热反应过程中体系能量降低，因此具有自发进行的倾向。
【指出】多数自发进行的化学反应是放热反应，但也有不少吸热反应能自发进行。如：
N 2O 5（g ）= 4NO2（g ）+ O2（g ） △H = ＋56.7KJ/mol；
NH 4HCO 3（s ）+ CH 3COOH （aq ）= CO 2（g ）+CH3COONH 4（aq ）+ H 2O （l ） △H = ＋37.3KJ/mol； 因此，反应焓变是与反应能否自发进行有关的一个因素，但不是唯一因素。
【板书】二、反应方向的熵判据。
【讨论】我们知道，固体硝酸铵溶于水要吸热，室温下冰块的溶解要吸热，两种或两种以上
互不反应的气体通入一密闭容器中，最终会混合均匀，这些过程都是自发的，与焓变有关吗？是什么因素决定它们的溶解过程能自发进行？
【阅读】课本P37相关内容。
【汇报】上述自发过程与能量状态的高低无关，受另一种能够推动体系变化的因素的影响，
即体系有从有序自发地转变为无序的倾向。
【板书】熵判据：体系有自发地向混乱度增加（即熵增）方向转变的倾向。
【释疑】如何理解“熵”的含义？
【板书】混乱度：表示体系的不规则或无序状态。
【指出】混乱度的增加意味着体系变得更加无序。
【板书】熵：热力学上用来表示混乱度的状态函数。
【指出】体系的有序性越高，即混乱度越低，熵值就越小。有序变为无序——熵增的过程。
【板书】熵值的大小判断：
（1）气态 > 液态 > 固态
（2）与物质的量成正比
【板书】反应熵变△S=反应产物总熵-反应物总熵
【讲述】产生气体的反应，气体物质的量增大的反应，△S 通常为正值，为熵增加反应，反
应自发进行。
【学与问】发生离子反应的条件之一是生成气体。试利用上面讲的熵判据加以解释，由此你
对于理论的指导作用是否有新的体会。
【指出】有些熵减小的反应在一定条件下也可以自发进行，如：-10℃的液态水会自动结冰
成为固态，就是熵减的过程（但它是放热的）；
-1-12Al （s ）+ Fe2O 3（s ）= Al2O 3（s ）+ 2Fe（s ） △S = -39.35J·mol ·K 。
因此，反应熵变是与反应能否自发进行有关的又一个因素，但也不是唯一因素。
【板书】三、焓变与熵变对反应方向的共同影响。
【讲述】在一定条件下，一个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、恒压下，判断化学反应自发性的判据是：
【板书】体系自由能变化（△G 、单位：KJ/mol）：△G = △H - T△S
【指出】 体系自由能变化综合考虑了焓变和熵变对体系的影响。
【板书】△H - T△S
△H - T△S = 0 反应达到平衡状态；
△H - T△S > 0 反应不能自发进行。
【展示】
【举例】对反应CaCO 3（s ）= CaO（s ）+ CO2（g ）
-1-1-1△H = + 178.2 KJ·mol △S = +169.6 J·mol ·K
-1-3-1-1室温下，△G =△H-T △S =178.2KJ·mol –298K ×169.6×10KJ ·mol ·K =128
-1KJ ·mol >0因此，室温下反应不能自发进行；如要使反应自发进行，则应使△H - T
-1-1-1 △S △H/△S=178.2 KJ·mol /0.1696 KJ·mol ·K = 1051K。
【知识应用】本节课一开始提出处理汽车尾气的反应：
2NO （g ） + 2CO（g ） = N2（g ） + 2CO2（g ），
-1-1-1已知，298K 、101KPa 下，该反应△H = - 113.0 KJ ·mol ，△S = -143.5 J ·mol ·K
-1 则△G =△H-T △S = - 69.68 KJ·mol
【指出】但该反应速率极慢，需要使用催化剂来加速反应。
【总结】能量判据和熵判据的应用：
1、由能量判据知∶放热过程（△H ﹤0）常常是容易自发进行；
2、由熵判据知∶许多熵增加（△S ﹥0）的过程是自发的；
3、很多情况下，简单地只用其中一个判据去判断同一个反应，可能会出现相反的判断结果，所以我们应两个判据兼顾。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 ）将更适合于所有的反应过程；
4、过程的自发性只能用于判断过程的方向，不能确定过程是否一定会发生和过程的速率；
5、在讨论过程的方向时，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，就可能出现相反的结果；
6、反应的自发性也受外界条件的影响。
【课堂练习】
1．下列说法正确的是（ ）
A ．凡是放热反应都是自发的，由于吸热反应都是非自发的；
B ．自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是熵减少或不变；
C ．自发反应在恰当条件下才能实现；
D ．自发反应在任何条件下都能实现。
2．自发进行的反应一定是（ ）
A ．吸热反应； B．放热反应； C．熵增加反应； D．熵增加或者放热反应。
3．下列说法正确的是（ ）
A ．放热反应一定是自发进行的反应； B．吸热反应一定是非自发进行的；
C ．自发进行的反应一定容易发生； D．有些吸热反应也能自发进行。
054．25C 和1.01×10Pa 时，反应2N 2O 5（g ）=4NO2（g ）+ O2（g ） △H=＋56.76kJ/mol，自发进行的原因是（ ）
A ．是吸热反应； B．是放热反应；
C ．是熵减少的反应； D．熵增大效应大于能量效应。
5．下列过程属于熵增过程的是（ ）
A ．硝酸钾溶解在水里面； B．氨气和氯化氢反应生成氯化铵晶体；
C ．水蒸气凝结为液态的水； D．(NH4) 2CO 3分解生成二氧化碳、氨气和水。
6．以下自发反应可用能量判据来解释的是( )
A ．硝酸铵自发地溶于水；
B ．2N 2O 5(g) = 4NO2(g)+ O2(g) △H=+56.7kJ/mol；
C ．(NH4 ) 2CO 3(s)=NH4HCO 3(s)+NH3(g) △H=+74.9 kJ/mol；
D ．2H 2(g)+ O2(g)=2H2O(l) △H=-571.6 kJ/mol。
【布置作业】练习册相关习题
【教学反思】
强调以学生为中心 不仅要求学生由外部刺激的被动接受者和知识的灌输对象转变为信息加工的主体、知识意义的主动建构者 而且要求教师要由知识的传授者、灌输者转变为学生主动建构意义的帮助者、促进者。本节课的授课应对这种思想有所体现 学生已知道很多化学反应并了解反应的吸放热情况 运用这些已知的知识 引导学生得出焓判据。这种以学生的“学”为中心的教学方式对有利于学生掌握和理解本节知识。相对于上一年的教材 这本书对能量判据通过例子进行了说明 且后面通过科学视野对综合考虑了焓变和熵变的自由能变化作了介绍 有利于学生对化学反应方向判断的理论根据的理解。在授课中如能对熵的概念作简单介绍 利用简单例子应用自由能变化判断反应的方向将更能加深学生对化学反应方向判断的理论根据的理解。
选修4 第二章 学反应速率和化学平衡
第4节 化学反应进行的方向
一、教材分析
1、课标中的内容
《化学反应原理》主题2 化学反应速率和化学平衡，第 5点：能用焓变和熵变说明化学反应的方向。
2、教材中的内容
本节内容介绍了“焓判据、熵判据及自由能（△G=△H-T △S ）”知识，有一定难度。人教版教材将本节内容安排在学生学习了化学反应及其能量变化、化学反应速率、化学平衡之后以知识介绍的方式呈现出来，让学生了解决定反应进行方向的因素不是单一的焓变，熵变也是决定因素之一。
教材从学生已有的知识和生活经验出发，分四个层次就化学反应的方向进行了介绍。第一，以学生熟悉的自发进行的放热反应为例，介绍化学反应有向能量降低的方向自发进行的倾向——焓判据；以生活现象为例，说明混乱度（熵）增加是自然界的普遍规律，也是化学反应自发进行的一种倾向——熵判据。第二，用实例说明单独运用上述判据中的任一种，都可能出现错误，都不是全面的。第三，要正确的判断化学反应的方向，需要综合考虑焓变和熵变的复合判据。第四，简单介绍了自由能判据的结论性内容。
二、教学目标
1、知识与技能：
（1）理解化学反应方向判断的焓判据及熵判据；
（2）能用焓变和熵变说明化学反应的方向。
2、过程与方法：
通过学生已有知识及日常生活中的见闻，使学生构建化学反应方向的判据。学会运用比较、归纳、概括等方法对信息进行加工，构建新知识。
3、情感态度与价值观：
通过本节内容的学习，使学生体会事物的发展、变化常常受多种因素的制约，要全面分析问题。
三、教学的重点和难点
焓减和熵增与化学反应方向的关系
四、教学方法
1、应用讨论交流的方法调动学生的积极性，充分发挥学生的想象力；
2、启发学生学会归纳、概括，对信息进行加工，得出结论；
3、注重从学生已有知识及日常生活的经验上构建新知识。
五、学情分析
本节内容第一次出现在新教材中，主要介绍了“自发反应、焓判据、熵判据”的知识，对高中学生来说，有一定难度。对于熵及“熵增原理”内容较抽象、学生学习时陌生感较 强。因此在教学中通过引入实际生活中相应的现象，为学生提供认知的感性材料，以利于 学生对熵变和熵增原理进行探讨。在科学方法上，作为高二理科生对常见的科学方法有一 定程度的认识，对科学探究的一般过程也有一定的体验。本课题通过在科学探究中交替使 用“证明法”与“证伪法”，以及对探究结果作出科学合理的解释，延伸学生对科学本质的
六、教学过程
【设疑】汽车尾气中的主要污染物是一氧化氮以及燃料不完全燃烧所产生的一氧化碳，它们
是现代城市中的大气污染物，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：2NO （g ） + 2CO （g ） = N 2（g ） + 2CO 2（g ），你能否判断这一方案是否可行？理论依据是什么？
【引入】上述问题是化学反应的方向的问题。反应进行的方向、快慢和限度是化学反应原理
的三个重要组成部分。通过前三节的学习和讨论，我们已经初步解决了后两个问题，即反应的快慢和限度问题，这节课我们来讨论反应的方向的问题。
【设问】根据生活经验，举例说说我们见过的自发过程（在一定条件下不需外力作用就能自
动进行的过程）。
【学生讨论】„„
【总结】生活中的自发过程很多，如：水由高处往低处流，自由落体，电流由电位高的地方
向电位低的地方流，铁器暴露于潮湿的空气中会生锈，室温下冰块会融化，„„这些都是自发过程，它们的逆过程是非自发的。
科学家根据体系存在着力图使自身能量趋于“最低”和由“有序”变为“无序”
的自然现象，提出互相关联的焓判据和熵判据，为反应方向的判断提供了必要的依据。
【板书】一、反应方向的焓判据。
【交流讨论】19世纪的化学家们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？结合曾经学习的反应举例说明。
【讨论】„„
【结果】我们知道的反应中下列反应可以自发进行：
NaOH （aq ） + HCl（aq ）= NaCl（aq ） + H2O （aq ） △H = -56KJ/m
2Na （s ）+ 2H2O （l ）= 2NaOH（aq ） + H2（g ）；
Al （s ） + HCl（aq ） = AlCl3（aq ） + H2（g ）；
CaO （s ） + H2O （l ）= Ca（OH ）2（aq ）
【追问】上述反应是吸热还是放热？
【板书】焓判据：放热反应过程中体系能量降低，因此具有自发进行的倾向。
【指出】多数自发进行的化学反应是放热反应，但也有不少吸热反应能自发进行。如：
N 2O 5（g ）= 4NO2（g ）+ O2（g ） △H = ＋56.7KJ/mol；
NH 4HCO 3（s ）+ CH 3COOH （aq ）= CO 2（g ）+CH3COONH 4（aq ）+ H 2O （l ） △H = ＋37.3KJ/mol； 因此，反应焓变是与反应能否自发进行有关的一个因素，但不是唯一因素。
【板书】二、反应方向的熵判据。
【讨论】我们知道，固体硝酸铵溶于水要吸热，室温下冰块的溶解要吸热，两种或两种以上
互不反应的气体通入一密闭容器中，最终会混合均匀，这些过程都是自发的，与焓变有关吗？是什么因素决定它们的溶解过程能自发进行？
【阅读】课本P37相关内容。
【汇报】上述自发过程与能量状态的高低无关，受另一种能够推动体系变化的因素的影响，
即体系有从有序自发地转变为无序的倾向。
【板书】熵判据：体系有自发地向混乱度增加（即熵增）方向转变的倾向。
【释疑】如何理解“熵”的含义？
【板书】混乱度：表示体系的不规则或无序状态。
【指出】混乱度的增加意味着体系变得更加无序。
【板书】熵：热力学上用来表示混乱度的状态函数。
【指出】体系的有序性越高，即混乱度越低，熵值就越小。有序变为无序——熵增的过程。
【板书】熵值的大小判断：
（1）气态 > 液态 > 固态
（2）与物质的量成正比
【板书】反应熵变△S=反应产物总熵-反应物总熵
【讲述】产生气体的反应，气体物质的量增大的反应，△S 通常为正值，为熵增加反应，反
应自发进行。
【学与问】发生离子反应的条件之一是生成气体。试利用上面讲的熵判据加以解释，由此你
对于理论的指导作用是否有新的体会。
【指出】有些熵减小的反应在一定条件下也可以自发进行，如：-10℃的液态水会自动结冰
成为固态，就是熵减的过程（但它是放热的）；
-1-12Al （s ）+ Fe2O 3（s ）= Al2O 3（s ）+ 2Fe（s ） △S = -39.35J·mol ·K 。
因此，反应熵变是与反应能否自发进行有关的又一个因素，但也不是唯一因素。
【板书】三、焓变与熵变对反应方向的共同影响。
【讲述】在一定条件下，一个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、恒压下，判断化学反应自发性的判据是：
【板书】体系自由能变化（△G 、单位：KJ/mol）：△G = △H - T△S
【指出】 体系自由能变化综合考虑了焓变和熵变对体系的影响。
【板书】△H - T△S
△H - T△S = 0 反应达到平衡状态；
△H - T△S > 0 反应不能自发进行。
【展示】
【举例】对反应CaCO 3（s ）= CaO（s ）+ CO2（g ）
-1-1-1△H = + 178.2 KJ·mol △S = +169.6 J·mol ·K
-1-3-1-1室温下，△G =△H-T △S =178.2KJ·mol –298K ×169.6×10KJ ·mol ·K =128
-1KJ ·mol >0因此，室温下反应不能自发进行；如要使反应自发进行，则应使△H - T
-1-1-1 △S △H/△S=178.2 KJ·mol /0.1696 KJ·mol ·K = 1051K。
【知识应用】本节课一开始提出处理汽车尾气的反应：
2NO （g ） + 2CO（g ） = N2（g ） + 2CO2（g ），
-1-1-1已知，298K 、101KPa 下，该反应△H = - 113.0 KJ ·mol ，△S = -143.5 J ·mol ·K
-1 则△G =△H-T △S = - 69.68 KJ·mol
【指出】但该反应速率极慢，需要使用催化剂来加速反应。
【总结】能量判据和熵判据的应用：
1、由能量判据知∶放热过程（△H ﹤0）常常是容易自发进行；
2、由熵判据知∶许多熵增加（△S ﹥0）的过程是自发的；
3、很多情况下，简单地只用其中一个判据去判断同一个反应，可能会出现相反的判断结果，所以我们应两个判据兼顾。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 ）将更适合于所有的反应过程；
4、过程的自发性只能用于判断过程的方向，不能确定过程是否一定会发生和过程的速率；
5、在讨论过程的方向时，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，就可能出现相反的结果；
6、反应的自发性也受外界条件的影响。
【课堂练习】
1．下列说法正确的是（ ）
A ．凡是放热反应都是自发的，由于吸热反应都是非自发的；
B ．自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是熵减少或不变；
C ．自发反应在恰当条件下才能实现；
D ．自发反应在任何条件下都能实现。
2．自发进行的反应一定是（ ）
A ．吸热反应； B．放热反应； C．熵增加反应； D．熵增加或者放热反应。
3．下列说法正确的是（ ）
A ．放热反应一定是自发进行的反应； B．吸热反应一定是非自发进行的；
C ．自发进行的反应一定容易发生； D．有些吸热反应也能自发进行。
054．25C 和1.01×10Pa 时，反应2N 2O 5（g ）=4NO2（g ）+ O2（g ） △H=＋56.76kJ/mol，自发进行的原因是（ ）
A ．是吸热反应； B．是放热反应；
C ．是熵减少的反应； D．熵增大效应大于能量效应。
5．下列过程属于熵增过程的是（ ）
A ．硝酸钾溶解在水里面； B．氨气和氯化氢反应生成氯化铵晶体；
C ．水蒸气凝结为液态的水； D．(NH4) 2CO 3分解生成二氧化碳、氨气和水。
6．以下自发反应可用能量判据来解释的是( )
A ．硝酸铵自发地溶于水；
B ．2N 2O 5(g) = 4NO2(g)+ O2(g) △H=+56.7kJ/mol；
C ．(NH4 ) 2CO 3(s)=NH4HCO 3(s)+NH3(g) △H=+74.9 kJ/mol；
D ．2H 2(g)+ O2(g)=2H2O(l) △H=-571.6 kJ/mol。
【布置作业】练习册相关习题
【教学反思】
强调以学生为中心 不仅要求学生由外部刺激的被动接受者和知识的灌输对象转变为信息加工的主体、知识意义的主动建构者 而且要求教师要由知识的传授者、灌输者转变为学生主动建构意义的帮助者、促进者。本节课的授课应对这种思想有所体现 学生已知道很多化学反应并了解反应的吸放热情况 运用这些已知的知识 引导学生得出焓判据。这种以学生的“学”为中心的教学方式对有利于学生掌握和理解本节知识。相对于上一年的教材 这本书对能量判据通过例子进行了说明 且后面通过科学视野对综合考虑了焓变和熵变的自由能变化作了介绍 有利于学生对化学反应方向判断的理论根据的理解。在授课中如能对熵的概念作简单介绍 利用简单例子应用自由能变化判断反应的方向将更能加深学生对化学反应方向判断的理论根据的理解。