判断化学反应方向的依据教学探微教案式.doc

发表于中教参2010年11月第11期总第327期判断化学反应方向的依据教学探微浙江省衢州高级中学 吴晓妮 一、 课题提出苏教版化学反应原理中“判断化学反应方向的依据”，涉及到吉布斯自由能变化、焓变、熵变知识，要求学生全面了解决定化学反应方向的因素不是单一的焓判据或熵判据，而需将两者有机结合。本课内容的教学设计以能源问题切入，设疑（电解水获得氢能源有无现实意义？），由浅入深，分三层次向学生介绍主体知识：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；第二，以常温下存在自发的吸热反应为例，说明熵增是自然界的普遍规律，是化学反应自发进行的另一种倾向熵判据；第三，用实例说明单独运用上述判据中的任一种都不是全面的，需综合考虑焓变和熵变的复合判据自由能公式；最后用本课所学知识证明电解水获取氢能源的可行性及前景。以“解决一个问题”为主线将本课知识点串起来，前后呼应，充分体现“从生活中学习化学，从化学走向社会”的新课程理念。引入 在煤、石油日益枯竭的今天，21世纪最有前途的新能源可能是什么？生 氢能。问 很好，目前氢气的主要来源是什么？生 电解水。副板书2H2O(l)=2H2(g)+O2(g)(设计意图：以能源问题导入新课，激发学生的兴趣，为所学知识的应用作好铺垫 )讲解 实际上该法所耗能量比燃烧所得氢气放出的更多，故该法只在专门途径使用，如推进太空火箭或航天器维持燃料电池。设疑 水占地球表面71%，是极丰富资源。有无不耗电能生产氢气的方法？争先恐后答 催化剂！引导 不错！但在着手寻找催化剂或其他有效方法之前，须清楚：撤去电解这个外界帮助，该反应有无自动向右进行的可能性，也即有无向右自发反应的能力。设疑 何为自发反应？PPT如图1所示的一些常见现象即为自发过程。（依次呈现图片）(设计意图：在学生已有知识及生活经验上构建新知识,引导学生从旧知识中寻找新的生长点，培养学生类比归纳的能力。)讲解若这些过程为化学反应，则称自发反应。 二、 教学设计板书一、自发反应定义：一定条件下，无需外界帮助就能自动进行的反应。问请例举学过的自发反应？学生 2Na+2H2O=2NaOH+H2 Fe+CuSO4=FeSO4+CuNaOH+HCl=NaCl+H2O CaO+H2O=Ca(OH)2讲解以其中Fe+CuSO4=FeSO4+Cu为例，若将铁直接浸入硫酸铜，自发反应过程中会有热能散出；而若将其设计成原电池，则在自发反应过程中会对外输出电能。PPT1 讲解自发反应的这种本领正是我们对它感兴趣的原因。（设计意图：传递给学生第一印象，自发反应的特征-对外做功) PPT2与大家所举例子一样，下列反应一定条件下也能自发进行，请从能量变化角度分析它们的共同特征2Na(S)+Cl2(g)=2NaCl(s) ； H=-822KJ.mol-1H2(g)+F2(g)=2HF(g)； H =-546.6KJ.mol-14Fe(S)+3O2(g)=2Fe2O3(S)； H =-1648.4KJ.mol-1C3H8(g)+5O2(g)=3CO2(g)+4H2O(l)； H =-2217.5KJ.mol-1思考、回答 H0，是放热反应，体系能量降低。(设计意图：激活学生原有知识，并将问题引向深入，引导学生总结出自发反应的第一个特征：反应倾向于朝着放热的方向进行）讲解 19世纪，化学家就发现绝大多数自发反应都是放热反应，且放出热量越多，体系能量降得越低，反应越完全。能量降低是自发反应的一个特征，故可用焓变作为判断反应是否自发的依据，即焓变判据。板书二、自发反应的特征1、焓变判据（H0) ；反应倾向于朝着放热的方向进行。设疑H0的反应就一定不能自发进行吗？ 实验探究取适量Ba(OH)2.8H2O(S)和NH4Cl(S)在锥形瓶中混合并振荡，置于附有水的木板上。现象有刺激性气体产生，锥形瓶与木板间结冰，牢牢粘在一起。问在常温下列两反应也能自发进行，它们也是吸热反应，说明了什么？PPT3资料常温下能自发进行的吸热反应：2NH4Cl(S)+Ba(OH)2(s)=2NH3(g)+CaCl2(S)+2H2O(l)；H02N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)；H0（设计意图：制造矛盾，引发质疑和探究，激发学习的热情）生 焓判据不够全面，还存在其他因素。演示一盒火柴散落后呈无序状态；一滴墨水在水中慢慢扩散；浓溴水滴在试管底部，红棕色蒸汽慢慢升起设问这些变化的共同特征是什么？生物质粒子排布从集中趋向分散，从有序过渡为无序继续设问固体氢氧化钠、硝酸钾、氯化钠、蔗糖都能自动溶解于水。已知溶解过程有吸热也有放热，那么它们溶解后微粒排布有何变化？学生思考、交流得出结论。溶于水后微粒排布也是从有序过渡到无序状态。讲解从微粒排布角度是从集中趋向分散，体系混乱度增加，这个因素叫熵。是1850年德国物理学家克劳修斯提出的一个概念。PPT4 克劳修斯肖像。熵：用来衡量一个体系混乱度的物理量（符号S）讲解 与焓一样，熵也是一个状态函数，与过程无关，只与反应的始态与终态有关。PPT5 熵变：反应前后体系熵的变化（符号S） S = S生成物总熵S反应物总熵讲解 自然界中的孤立体系均有朝着混乱度增大方向进行的倾向。如书本图2-15，右边的房间就是左边房间朝着混乱度增大方向自由发展的结果。同样，人的混乱度增大方向发展即朝“自由化”发展，所以社会上须有法律和道德规范，道路上须有交通规则，学校须有规章制度。板书 2、熵变判据（S0 ）； 反应倾向于朝着熵增的方向进行。PPT6 判断哪些变化是熵增 (S 0 )哪些变化是熵减 (S 0 )。1、H2O(S) H2O(l) H2O(g) 2 、NH4Cl(S) =NH3(g)+HCl(g)3、Ag+(aq)+Cl-(aq)=AgCl(s) 4、2NO(g)+O2(g)=2NO2(g)思考、回答小结出熵增情况：1、有气体生成的反应。2、规则排列的固体离散成离子的反应。（设计意图：引导学生类比归类，从自然现象到化学现象，再到具体的联系实际问题，为学生搭建起对混乱度-熵这个新物理量的认识。）过渡 结合影响反应自发性的两个因素分析以下反应的自发性。PPT依次给出1、212K(s)+2H2O=2K+（aq）+2OH-(aq)+H2(g) 22CO(g)=2C(s)+O2(g)思考、回答1 H0，S 0 。 两个判据都有利，能自发反应2 H0 ，S 0。两个判据都不利，不能自发反应评价 很好。象第2 种情况，两个判据都不利于反应自发进行。除非石墨转化为金刚石（H0 ，S 0），产出高于投入，否则就不具备使用“外界帮助”让其向右反应的必要性。PPT8再给出：3、CaCO3(S)=CaO(g)+CO2(g) 4、2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) 学生 一个判据有利，另一判据不利。陷入迷茫。(设计意图：以学生为主体，注重探索发现，考虑学生的思维特点，在矛盾冲突中让第三个判据的给出水到渠成)引导当两判据发生冲突无法判断时，为同时考虑能量和混乱度两方面的因素，1876年美国化学家吉布斯提出一个新状态函数G(自由能)，作为等温等压下化学反应方向的判据。PPT9吉布斯肖像板书3、复合判据：吉布斯自由能公式 G=H-TS公式认为：当G0，反应能自发进行引导请根据公式分析3、4中如何调节温度让反应符合自发要求？讨论，快速解答第3个反应升高温度，可让G变负值，即提供高温。第4个反应降低温度，可让G变负值，即提供低温。（设计意图：让学生利用新知识解决问题，体验成功的喜悦，并认识到可通过温度的的调节让反应向自发转化）有学生举手提问为什么氢气和氧气反应的条件是低温？平时不是点燃才能反应的吗？(课堂中的生成让课变得更精彩)解释的确，在常温下让氢气和氧气在密闭容器中混合生成一滴水也需等上千年，但实际上在常温下我们能看到该反应的进行(被一学生兴奋的声音打断-燃料电池！)评价很好！若将其设计成原电池即可观察到现象。PPT10若在常温下加入铂绒，甚至可发生剧烈的爆炸性反应（如下图）讲解故判断一个反应能自发进行并不意味着该反应一定发生，只是表明了一个趋势（就如同高处的水有往下流的趋势，但不一定就能流下。G0只是说该反应如果发生，可向外界做功）。PPT11 5、H2O(S)H2O(l) 6、 H2O(l) H2O(S) 思考快速得出答案：5、H0，S 0 ，高温可自发进行； 6、H0，S 0，低温可自发进行。评价、引导 很好。但我们应明确以上两个变化只是一个物理变化过程，而非化学反应。吉布斯自由能变只对化学反应而言，像5、6就不能用G来判别。能否总结出当两判据冲突时通过调节温度让反应自发的规律？讨论，气氛活跃，举手回答大大高，小小低 ； 大大大，小小小 ； 增增高，减减低（设计意图：让学生通过归纳法得出高效解题的方法，有成功的自豪感）总结很好！我们用自己的方法记忆当H和S冲突时让反应自发的方式，如增增高，减减低都很不错。可见，一个反应能否自发，与提供的温度密切相关。调整温度，能让反应在自发和非自发之间转换。学以致用 现在我们回到开始的问题（副板书），请大家从H和S两个角度分析该反应是否具备向右自发的可能性。快速分析，回答 可自发，且为高温自发。介绍 实际上催化剂的寻找，科学家们已经取得了一定的成就PPT 知识拓展：2H2O(l)=2H2(g)+O2(g)途径一、太阳能光电化学电池分解水途径二、生物制氢（模仿植物光合作用分解水）途径三、微生物利用阳光产生氢气流依次给出途径，并讲解途径一、日本科学家们利用太阳能在半导体氧化钛表面产生电流，将水分解成氢气，该法转化率达12%途径二、美国和英国科学家模仿植物光合作用分解水，目前1g叶绿素能产生1L氢气，转化率高达75%途径三、科学家已发现很多种微生物具有这种本领，能利用太阳光分解水产生氢气其他的途径,等着我们的同学去发现、完善（设计意图：以“解决一个问题”为主线将串起本课知识点，前后呼应；介绍国外科学家所取得的成就，开阔学生的视野，唤起学生的责任感、使命感）板书 三、判断自发反应的意义PPT12 知识应用 有A、B、C、D4个反应:则:1)在任何温度下都能自发进行的反应是_ 。 2)在任何温度下都不能自发进行的反应是_。3)在温度升高到一定时可自发的反应是_。 4)在温度降低到一定时可自发的反应是_。思考，快速给出答案 C ； B ； A ； D。讲解实际上如果需要，我们甚至能根据自由能公式计算出让反应自发所需的临界温度，高三时会有这个要求（设计意图：以解题巩固课堂知识，是学以致用的另一种形式）课后作业 登陆百度网站，键入“熵”字，认识熵在其他领域的应用。 三、教学反思1以学生为主体建构主义学习理论强调以学生为中心，不仅要求学生由外部刺激的被动接受者转变为信息加工的主体，而且要求教师要由知识的传授者转变为学生主动建构意义的帮助者、促进者。本课设计力图在这方面有所体现。2探究式教学思考性问题的设置是上好课的关键，本课问题设置层层深入，学生在不断发生矛盾的冲突中提高认识，在“解决问题、出现矛盾、给出新知识、解决问题”流程中教学，让知识的生成“水到渠成”。3教材处理苏教版教材中未出现吉布斯自由能公式，但我们认为将公式引入，让学生找到理论依据，不仅不会成为负担