人教版选修4 第二章第四节化学反应进行的方向 教案.doc

第四节化学反应进行的方向刘春枝，江苏省淮海中学从容说课认识新知识与旧知识之间的联系，并把新知识纳入自己已有的学科知识结构，使知识成为自己的，是学生主动建构知识体系的必经之路。在学习了化学反应及其能量变化、化学反应速率、化学反应的限度之后，教科书安排了难度较大的化学反应进行的方向的内容。本节内容要用到自由能知识(ghts)，这对高中学生来说有一定难度。根据普通高中化学课程标准只要求学生“能用焓变和熵变说明化学进行的方向”，对自由能知识没有相关要求。从学生的知识基础考虑，教材回避了焓判据、熵判据的理论推导，从学生的已有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。首先，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。其次，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，都是不全面的。第三，要正确的判断化学反应进行的方向，需要综合考虑焓变和熵变的复合判据，这一判据的推导是大学化学的内容，需留待以后学习。第四，在【科学视野】中简单介绍了自由能判据的结论性内容。这只是为特别有兴趣的学生准备的，教学中对此不作要求。为了使学生对化学反应方向判据形成科学的认识，教材利用日常生活中的见闻诱导学生得出：根据反应的焓变和熵变的大小，只能判断反应自发进行的可能性，不能确定反应是否一定发生或反应速率的大小。教学中要通过上述知识的介绍，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。教学中对于化学反应进行方向的问题要充分发挥学生的想象力，在他们的热烈交流中，逐渐得出化学反应总是向着使体系能量降低的方向进行。反应的等压热效应(焓变)与反应热是一致的，不必把焓变与反应的等容热效应联系起来。对熵的教学，建议也只停留在混乱度这个层面上，不必给出严格的熵的定义，以免使问题复杂化。在整个教学活动中要营造一个能让学生展现自我的氛围，充分发展学生的思维，要多向互动，充分交流，为学生主动构建、发展自己的知识体系提供帮助，达到能初步了解焓变和熵变对化学反应方向的影响的教学目的。三维目标知识与技能1理解焓判据、熵判据的概念。2理解焓判据和熵判据对化学反应进行方向的共同影响。3学会利用焓判据和熵判据分析化学反应进行的方向。过程与方法利用已知事实，学生讨论得出焓变与熵变与化学反应进行方向的关系。情感态度与价值观学会从不同的角度去综合分析问题，灵活运用理论依据进行解题。教学重难点教学重点利用焓判据和熵判据判断反应进行的方向。教学难点焓判据和熵判据的综合运用。课时安排1课时。复习在本章的绪言里明确指出了本章我们要学习化学反应原理的三个重要组成部分。展示化学反应进行的快慢化学反应速率化学反应的限度化学平衡化学反应进行的方向？引入前两个问题我们已经研究了，那化学反应进行的方向我们又该如何来研究呢？例如，为什么盐酸和氢氧化钠溶液一混合，就立即反应，而水就不能自发转变成氢气和氧气？这就是本节课要研究的课题。设计意图开门见山，直入本节课题，明确本节课学习任务。情景设置同学们，你是否有过在美丽的风景前思考科学问题的经历？今天我们就一起来体验。展示“高山流水”风景画铺垫你想到了什么？飞流直下的瀑布为何总是从高处落向低处？设计意图利用自然界的美丽景色创设良好情景，以引起学生的注意，激发学生的兴趣。思考与交流(1)高山流水是一个自发进行的自然过程。高处水为何要流到低处？(2)低处水可以流至高处吗？在“低水高流”的过程中一旦外界停止做功，该过程还能继续进行下去吗？(3)说说自发过程与非自发过程的特征。学生活动1.从能量角度分析，低处势能低、稳定，所以水要往低处流。2低处水可以通过外界做功流至高处，如用水车、自来水泵等。若停止作功，该过程不能继续。3自发过程：在一定条件下，不需要外力作用就能自发进行的过程。非自发过程：在一定条件下，需持续借助外力作用才能进行的过程。副板书1.自发过程与非自发过程学生活动列举生活中常见的自发过程。如室温下冰块自动融化；墨水扩散；食盐溶解于水；物体自由落体；铁器在潮湿空气中会生锈等。评价小结同学们所列举的自发过程中有物理过程，也有化学过程，如铁器在潮湿空气中会生锈。(设计意图：简单明了帮助学生建立起自发过程概念的广度)设疑现在就请同学们以高山流水或物理自由落体运动为例，说说物理自发过程中能量变化情况。设计意图引导学生打开知识的近知区，希望能由此及彼，从已知到未知，加强学生获得知识的成就感。学生活动这些不用借助于外力就可以自动进行的自发过程的共同特点是，体系会对外部做功或释放热量，即体系趋向于从高能状态转变为低能状态。副板书2.自发过程中的能量变化：体系趋向于从高能状态转变为低能状态。推进新课像铁器在潮湿空气中会生锈一样，以下几个化学反应也都是自发进行的化学反应，你知道这些反应自发进行的主要原因吗？设计意图自然过渡，引入新知小组活动找出以下几个化学反应自发进行的原因(1)铁生锈：3fe(s)3/2o2(g)fe2o3(s)h824 kjmol1(2)钠与水反应：2na(s)2h2o(l)2naoh(aq)h2(g)h368 kjmol1(3)氢气和氧气反应：2h2(g)o2(g)2h2o(l)h571.6 kjmol1(4)氢氧化钠溶液和盐酸反应：naoh(aq)hcl(aq)nacl(aq)h2o(l)h57.3 kjmol1学生活动分组讨论，获得知识后反馈：它们的h都小于0，也就是说，它们都是放热反应。换句话说，这四个自发的化学反应都是从高能量向低能量转化的反应，体系能量降低。教师评价小结通常，我们把反应的这个能量变化叫做焓变(h)。放热反应过程中体系能量降低，焓变小于零，因此具有自发进行的倾向，科学家由此提出用焓变来判断反应进行的方向，自发过程的体系取向于从高能状态转变为低能状态(这时体系会对外部做功或释放热量，焓变小于0)，这就是焓判据。板书一、焓判据判断化学反应能否自发进行的能量判据h0的反应有自发进行的倾向过渡但是有些吸热反应也可以自发进行，如自发进行的吸热反应：n2o5分解：2n2o5(g)4no2(g)o2(g)h56.7 kjmol1碳酸铵的分解：(nh4)2co3(s)nh4hco3(s)nh3(g)h74.9 kjmol1思考上述两个反应都是吸热反应，显然只根据反应热(焓变)来判断反应进行的方向是不全面的。那么究竟如何来判断反应的自发性呢？讨论1扑克牌经过多次洗牌后，严格按照花色和序号排列的机会和花色序号无规律的机会哪种多？讨论2有序排列的火柴散落成无序排列，那种状态比较“稳定”？讨论3分析刚才两个自发过程中混乱度的变化情况：1冰液态水水蒸气2.氯化钠晶体溶于水设计意图设计问题情景，且问题从熟悉情景入手，逐渐进入理论核心，由此及彼，降低了学生了解较深理论的门槛，学生容易体验获得知识的愉悦，激发了学生的求知欲。小组活动学生分组给出结论：1花色序号无规律的机会多。2火柴散落成无序排列的状态比较“稳定”。3冰液态水水蒸气，分子排列越来越没有规律，状态越来越混乱。氯化钠晶体溶于水后，氯化钠晶体从有序有规则排列，变为无规则无序钠离子和氯离子。混乱度增加。副板书3.自发过程中的混乱度变化：体系趋向于从有序状态转变为无序状态评价小结同样道理，以上两个吸热反应自发进行的原因，一是n2o5分解，由两体积变为有no2和o2共存的五体积，混乱度是增加的；碳酸铵的分解也是一个混乱度增加的反应。为了解释这样一类与能量状态高低无关的过程的自发性，人们提出在密闭条件下，体系有从有序自发转变为无序的倾向。科学家用熵来量度这种混乱的程度。板书二、熵判据判断化学反应能否自发进行的另一判据1熵与混乱度混乱度：表示体系的不规则或无序状态。熵：热力学上用来表示混乱度状态的物理量，符号为s。注：(1)体系的无序性越高，即混乱度越高，熵值就越大。(2)同一物质，在气态时熵最大，液态时次之，固态时最小。2熵变：生成物熵与反应物熵之差。3熵判据：在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵增大，(s0)这一经验规律叫做熵增原理，是判断化学反应方向的另一判据熵判据。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？(见课本35页)学生活动从混乱度增加即熵增的角度给予了解释，并谈论自己对于理论指导作用的看法。设计意图学生能充分展示自我，并体会科学方法的指导意义。思考用所学理论解释以下两种自发现象：室温时冰融化；10 时水结冰。设计意图加强学生的应用能力，加强学生综合思维能力小组活动1.室温时冰融化为吸热过程，但混乱度增加，为熵增过程，所以能自发进行。210 时水结冰为混乱度减小熵减过程，但过程中放热，所以能自发进行。教师小结一个自发的过程、自发的反应就是要符合自发过程的两大变化趋势：(1)能量趋于减小；(2)混乱度趋于增大。焓变和熵变都不能作为判断反应是否自发进行的独立依据。要判断反应进行的方向，必须综合考虑体系的焓变和熵变。练习1.已知金刚石和石墨在氧气中完全燃烧的热化学方程式为：c(金刚石、s)o2(g)co2(g)h1395.41 kjmol1c(石墨、s)o2(g)co2(g)h2393.51 kjmol1关于金刚石与石墨的转化，下列说法正确的是()a金刚石转化成石墨是自发进行的过程b石墨转化成金刚石是自发进行的过程c石墨比金刚石能量低d金刚石比石墨能量低2下列说法正确的是()a石灰石高温分解是自发的过程b涂有防锈漆和未涂防锈漆的钢制管件，其发生腐蚀的自发性是相同的c过程的自发性用于判断方向，也可用于判断过程发生的速率d过程的自发性可判断过程的热效应学生活动给出答案1.ac；2.b，并进行分析：1.根据反应放热情况，确定石墨比金刚石稳定，所以石墨能量低，金刚石转化为石墨可以自发进行。2.在讨论过程的方向时，指的是没有外界干扰时体系的性质；过程的自发性只能用于判断过程的方向。评价小结注意：1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发生的速率。例如金刚石有向石墨转化的倾向，但是能否发生，什么时候发生，多快才能完成，就不是能量判据和熵判据能解决的问题了。2在讨论过程的方向时，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。例如石墨经高温高压还是可以变为金刚石的。教师小结用四个字总结就是“焓减、熵增”。我们把这个叫做复合判据，科学家们总结出了一条公式ghts，g代表的是自由能，用自由能来判断反应进行的方向是最全面最科学的。hts0反应能自发进行hts0反应达到平衡状态hts0反应不能自发进行那现在就请同学们阅读课本36页，根据这公式说明反应是否可自发进行，填在下面这个表上。学生阅读课本36页“科学视野”，完成表格：焓变熵变化学反应能否自发进行h0s0能h0s0不能h0s0不确定h0s0不确定教师总结在温度、压强一定的条件下，焓因素和熵因素共同决定一个化学反应的方向。放热反应的焓变小于零，熵增加反应的熵变大于零，都对hts0有所贡献，因此焓减和熵增加有利于反应自发进行。一、焓判据判断化学反应能否自发进行的能量判据h0的反应有自发进行的倾向二、熵判据判断化学反应能否自发进行另一判据1熵与混乱度2熵变：生成物熵与反应物