高中案例化学反应方向

1、PAGE PAGE 9高中化学人教版选修四化学反应原理第二章第四节化学反应进行的方向咸宁市鄂南高中 陈慧 一、教学背景分析1.教材分析本节课位于新课标人教版选修四第二章第四节，在学生学习了化学反应与能量的变化、化学反应速率、化学反应的限度之后一个新加的老教材没有的内容，也是在实际的科学研究和生产实践中极为重要的理论问题。在编排顺序上，位于本章的最后一节，利于学生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，便于主动构建知识体系。本节内容要用到自由能知识，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反应进行的方向”

2、，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、熵判据的理论指导，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【学科视野】中简单介绍了自由能判据的结论性内容。这只是为

3、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。2.学情分析作为高二的理科生，学习了化学反应能量的变化、反应速率和反应限度，已经具备一定的化学反应原理的一些知识和科学方法的认识。但是对于熵及熵增原理的内容比较抽象且很陌生，且教材也没有编排相应的实验，不易利用直观鲜明的实验现象促进相应概念的理解，所以需要不断提供实际生活相应的现象

4、为其提供认知的感性材料。结合已有生活经验，和已经学习和掌握了的一些物理、化学知识，只要加以引导和归纳，学生就能够理解、掌握该节相关知识。同时，当今社会的环境与低碳生活理念也时刻影响着学生，他们已经初步建立环境保护与节约资源的意识。本节课还可以通过交流讨论来发展学生相关认知与情感，强化从基本化学原理角度看待社会问题的意识，促进他们树立正确的人生观和世界观。二、教学目标1.知识与技能：了解反应的自发性与反应过程中能量变化及熵值变化的关系；能用焓变和熵变说明化学反应的方向。2.过程与方法：通过联系日常生活中的见闻以及自然界的普遍变化规律，引导学生理解判断反应自发进行的两个因素，使学生构建化学反应方向

5、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.情感态度价值观：体会事物的发展、变化常常受多种因素的制约，学会全面分析问题。通过“熵增原理”的类比，体验环境保护与低碳生活的重要性和迫切性。三、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：熵及熵变的理解，焓判据和熵判据的综合运用四、教学方法讲授法、讨论法、对比法五、教学过程教学环节教学活动学生活动设计意图课堂引入引入汽车让我们尽享城市生活的快捷便利，然而你是否意识到这一份享受和便利的背后所带来的城市的影响PPT展示：城市中越来越多的汽车、光化学烟雾事件 【提问】为了减轻大气污染，人们提出通过以下反应来

6、处理汽车尾气：2NO+2CO=N2+2CO2你能否判断这一方案是否可行？有何依据？【学生感悟、思考】感受汽车尾气对环境的极大污染，同时思考如何寻找解决污染的办法从生活实际问题出发，树立环境保护意识，引出本节教学内容，激发学生的学习兴趣。【讲述】现代社会从环境保护、可持续发展以及循环经济等角度对化学家们不断提出更高的要求。为了满足人类生存和发展的需要，化学家们需要不断研究和设计新的化学反应。但是一个化学反应在给定条件（通常指温度、压强）下能否自发进行，以及在什么条件下有可能按预期的方向发生，仅仅用实验方法来摸索，可能要付出极大的代价，甚至徒劳无功。因为，有必要寻找一种客观的判据，用来判断一个化学

7、反应能否自发进行。这就是我们本节所讨论的内容。【板书】化学反应进行的方向【倾听】明确本节课的学习任务根据生活经验和所学知识举例说明【提问】举例说说生活中我们见过的一些自发过程【学生讨论总结】如：水由高处往低处流，酸碱中和反应，铁器暴露于潮湿的空气中会生锈，室温下冰块会融化学会关注生活中不被注意的现象，分析总结其中的规律。归纳小结【提问】那怎么给自发过程“定义”一下呢【学生讨论】不需要外力、自动进行的过程培养学生归纳总结的能力和语言组织能力【小结并板书】一、自发过程：一定条件（温度、压强）下，不需要借助外力而自动进行的过程深入理解自发过程【提问】那么自发过程是不是都发生了呢？我们头上的电扇，为什

8、么大家不怕它掉下来呢？【学生回答】自发不一定已经发生，电扇是因为上面有线固定了，所以不怕它掉下来深入理解自发过程的本质，培养对科学的思维的严谨【讲述】自发实现，自发性只是讨论一种可能性或一种潜在的趋势。比如高山流水，如果我用大坝把水拦住，水也不能从高处流向低处。对于化学反应的自发性，我们也只是预测反应能否发生。然而反应实现了没有，反应的限度和发生的速率，我们是不能确定的理解非自发过程【追问】那么自发过程的逆过程就是非自发过程，那是不是就不能实现呢？水是不是不能从低处向高处流？【学生回答】水也可以通过水泵从低处往高处流，所以非自发也可能实现能够科学辩证地看待事物的另一面【归纳并板书】非自发过程：

9、在一定条件（温度、压强）下，需持续借助外力作用才能进行的过程。非自发不能实现分析自发反应的能量变化特点。【提问】从能量的角度分析同学们提到的这些过程有什么共同特点？【讨论交流】【汇报结果】这些过程无论是物理变化还是化学变化，它们都是能量降低的过程，也有少数是能量升高（吸收能量的）。学会用类比分析、归纳总结的方法透过现象追寻本质。引导学生归纳用焓变作为化学反应进行的方向判断依据。【追问】阅读教材中提供的热化学反应方程式，结合前面总结的特点尝试总结规律：判断某一化学反应能否自发进行的依据。【阅读思考、交流】【汇报总结】大多数的释放能量的过程可以自发进行。若H0，正向反应能自发进行；若H0，正向反应

10、不能自发进行，而逆向反应能自发进行。学会读书，从书中获取有用信息。培养学生共同研究问题能力。【归纳并板书】二：判断化学反应方向的依据1、焓判据：H0即放热有利于正向反应自发进行进一步分析讨论焓判据的局限性。【要求学生讨论并举例】结合以前所学内容和课本P34页后两个自然段内容说明，讨论是不是所有能自发进行的化学反应都是放热反应，而吸热反应都不能自发进行。【总结】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。比如物理过程中冰的熔化，Ba(OH)2和NH4Cl晶体的反应，NH4HCO3的分解等等学会理解普遍性和特殊性的关系。学生阅读思考交流建立熵的概念。【思考与交流】那么到底又是哪种因

11、素影响过程或反应的自发性呢。要求学生阅读课本第二段后，相互探讨一下由“有序”变“无序”的自然现象，举例说明。【汇报交流、自主学习成果】上述自发过程与能量状态的高低无关，受体系有从有序自发地转变为无序的倾向培养学生的想象能力。学生讨论交流形成熵的概念【讲述】根据体系存在着力图使自身由“有序”变为“无序”的自然现象，提出了熵判据为反应方向的判断提供了另一个必要的依据。【学生讨论总结】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。学生相互交流总结熵的有关概念。【要求学生阅读并交流】1、如何理解“熵”的含义？符号和单位的表示是怎样的？2、如何用熵来判断反应方向？ 3、熵值的大小判断【学生交

12、流总结】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1、混乱度：表示体系的不规则或无序状态。2、熵：热力学上用来表示混乱度的状态函数。3、熵判椐：在密闭条件下，体系有由有序自发地变为无序的倾向。即S0学会运用已有知识解决实际问题。进一步深刻体会熵的相关概念【讲述并板书】哪些是常见的熵增过程呢？（1）对于同一物质：slg（2）扩散，溶解，稀释（3）对于化学反应，绝大多数气体分子数增大的反应（4）个例：金刚石到石墨【学生理解并记忆】能简单判断熵的变化。要理解，不同物质的熵不同，分子数相同的气体分子，熵也不同。拓展视野，情感升华【PPT展示】熵，一种新的世界观（节选）里夫金、霍

13、华德(见后)【讲述】其中作者指出“污染就是熵的同义词”，即污染环境就是熵增的过程，是自发过程。所以污染的治理就是非自发，特别是水污染、土壤污染，最终受害者也是我们人类自己。请你谈谈对能源危机、环境的看法。【学生阅读、交流】虽然能量守恒，但能量是可以转化为不能再做功的无效能量，好比一块烧掉的煤，不能再重新烧一次来做同样的功。所以要节约能源。我们只有一个地球，污染的治理需要耗费大量的人力、物力、财力也不一定能恢复原状。爱护环境，人人有责；低碳生活，从我做起拓展视野、将熵引申到哲学的高度，增进学生与自然、环境的关系，培养学生正确的世界观以及环境保护的主人翁意识学生进一步分析讨论熵判据的局限性。【要求

14、学生阅读交流】下列过程也能在一定条件下自发进行10的液态水会自动结冰成为固态2Al(s)+Fe2O3(s)=Al2O3(s)+2Fe(s)S=39.35Jmol-1K-1。观察熵的变化，你能从中得到什么启示？【学生讨论总结】反应熵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。要判断反应能否自发进行，应该综合考虑反应的焓变与熵变。通过阅读教材中科学视野，得到运用自由能判别反应自发性的判据。引导学生分析焓变和熵变共同影响化学反应的方向。学生阅读交流得出体系自由能变化（焓变与熵变对反应方向的共同影响）如何影响化学反应的方向？【引导学生完成复合判据的判断】【阅读思考】【讨论交流】【汇报结果】H

15、0,反应自发进行；HO，S0,反应不自发进行；HO，SO， S0,反应能否自发进行要视情况而定。这个环节不仅仅是对本节教学内容的总结和整理，也是学生认知的提升过程，更是学生学习能力的提升过程，提高了综合分析、归纳问题的能力，应当由学生独立完成。呼应引入的问题，学以致用【思考与交流】现在你们能否判断汽车尾气的处理2NO（g）+2CO（g）=N2（g）+2CO2（g）H=-113.0kJ/mol 是否可行了吗？【学生讨论总结】可以，而且还是低温自发的反应将理论运用到实际，体会化学反应方向对实际运用的指导作用课后拓展、布置作业【布置作业】今天这节课，大家可以成为化学的小预言家了吗？在熵，一种新的世界

16、观里提到的谚语“你不可能不劳而获”，“覆水难收”和“天网恢恢，疏而不漏”，请你对其中一个谚语写篇感想将化学知识与谚语联系起来，使学生结合自己的生活体验更形象地理解抽象的化学知识六、板书设计第四节 化学反应进行的方向一、自发过程与非自发过程1、自发过程：一定条件（温度、压强）下，不需要借助外力而自动进行的过程自发实现自发性只是讨论一种可能性或一种潜在的趋势，不能解释限度、速率2、非自发过程：在一定条件（温度、压强）下，需持续借助外力作用才能进行的过程。非自发不能实现二、判断化学反应方向的依据1、焓判据：H0即放热有利于正向反应自发进行2、熵判据：S0即熵增有利于正向反应自发进行（1）熵：热力学上

17、用来表示混乱度的状态函数。熵判椐：在密闭条件下，体系有由有序自发地变为无序的倾向。（2）常见的熵增过程 对于同一物质：slg扩散，溶解，稀释对于化学反应，绝大多数气体分子数增大的反应个例：金刚石到石墨3、复合判据自由能判据G = H TS O ，则正反应在该温度压强下，能自发进行H 0,任何温度下反应都自发；H O， S0,任何温度下，反应不自发进行；H O， S O， S0,反应能否自发进行要视情况而定。七、课后总结与反思1建构主义学习理论和建构主义学习环境强调以学生为中心，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。针对这一要求，本节课对学生已知道的自发反应和非

18、自发反应，以及化学反应中的吸放热情况，引导学生得出焓判据。根据学生已了解的自发反应中混乱度增加的现象，引导学生得出熵判据。充分体现以学生的“学”为中心的教学方式，且有利于学生掌握和理解本节知识。2本节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，对于学生不宜作过多要求，对感兴趣的学生可以让他们自己阅读以加深对化学反应方向判断的理论根据的理解。3本节内容安排上,围绕焓变影响- 熵变影响- 两者共同作用这一主线,能够培养学生形成从简单到复杂的认识方法。特别是在介绍焓变、熵变共同作用的时候,体现了矛盾论的思想。熵：一种新的世界观（节选）里夫金霍华德 节选自熵：一种新的世界观,(上海译文

19、出版社1987年版)。吕明、袁舟译。作者里夫金和霍华德是美国当代著名社会学家。一位名叫麦克斯格拉克曼1的人类学家曾经说：“科学是一门学问，它能使这一代的傻瓜超越上一代的天才。”热力学第一定律与第二定律早已编入物理学基础教程，它们所表达的内容现在看来不过是简单明了的常识而已。然而将它们最终明白无误地表达出来，却经过了一段曲折的路程；许多天才为之呕心沥血，提出过大量复杂的理论。奇怪的是，虽然科学家们多少年来为这两个定律的真正涵义绞尽脑汁，地球上各民族文化的民谚却早已悟出其中三昧2。我们都听说过这些说法：“你不可能不劳而获”，“覆水难收”或者“天网恢恢，疏而不漏”。如果这些谚语对你说来不算陌生，而且

20、在日常生活中你也反复有过这样的亲身体验的话，那么，你就懂得了热力学第一定律和第二定律。热力学概念乍听起来有些深不可测，其实它们是我们所知道的最简单而又给人印象最深的科学概念。热力学的两个定律可以用一句简短的句子来表达：宇宙的能量总和是个常数，总的熵是不断增加的。这也就是说我们既不能创造，也不能消灭能量。宇宙中的能量总和一开始便是固定的，而且永远不会改变。热力学第一定律就是能量守恒定律，它告诉我们能量虽然既不能被创造又不能被消灭，但它可以从一种形式转化为另一种形式。我们应该牢记的最重要的一点，就是我们不能创造能量。从来就没人创造过能量，也永远不会有人能创造。我们力所能及的只是把能量从一种状态转化

21、成另一种状态。要理解这一点不甚容易，特别是考虑到一切都是由能量所生成的。世间万物的形态、结构和运动都不过是能量的不同聚集与转化形式的具体表现而已。一个人、一幢摩天大楼、一辆汽车或一棵青草，都体现了从一种形式转化成为另一种形式的能量。高楼拔地而起，青草的生成，都耗费了在其他地方聚集起来的能量。高楼夷为平地，青草也不复生长，但它们原来所包含的能量并没有消失，而只是被转移到同一环境的其他所在去了。我们都听说过这么一句话：太阳底下没有新鲜东西3。要证实这一点你只需呼吸一下。你刚才吸进了曾经让柏拉图4吸进过的5000万个分子。如果我们需要考虑的仅仅是热力学第一定律，那我们滥用那万世不竭的能源也没有什么奥

22、妙了。然而我们知道世界并非如此。比如我们烧掉一块煤，它的能量虽然并没有消失，但却经过转化随着二氧化碳和其他气体一起散发到空间中去了。虽然燃烧过程中能量并没有消失，但我们却再也不能把同一块煤重新烧一次来做同样的功了。热力学第二定律解释了这个现象。它告诉我们每当能量从一种状态转化到另一种状态时，我们会“得到一定的惩罚”。这个惩罚就是我们损失了能在将来用于做某种功的一定能量。这就是所谓的熵。熵是不能再被转化做功的能量的总和的测定单位。这个名称是由德国物理学家鲁道尔夫克劳修斯5于1868年第一次造出来的。但是年轻的法国军官沙迪迦诺6却比克劳修斯早41年发现了熵的原理。迦诺在研究蒸汽机工作原理时发现，蒸汽机之所以能做功，是因为蒸汽机系统里的一部分很冷，而另一部分却很热。换一句话说，要把能量转化为功，一个系统的不同部分之间就必须有能