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視頻簡(jiǎn)介：

視頻標(biāo)簽：化學(xué)反應(yīng),進(jìn)行的方向

所屬欄目：高中化學(xué)優(yōu)質(zhì)課視頻

視頻課題：高中化學(xué)人教版選修4化學(xué)反應(yīng)原理第四節(jié)《化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向》江蘇省省級(jí)優(yōu)課

教學(xué)設(shè)計(jì)、課堂實(shí)錄及教案：高中化學(xué)人教版選修4化學(xué)反應(yīng)原理第四節(jié)《化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向》江蘇省省級(jí)優(yōu)課

化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向教學(xué)設(shè)計(jì)
一、教材、學(xué)情分析
“化學(xué)反應(yīng)的方向”是高中化學(xué)選修模塊《化學(xué)反應(yīng)原理》中比較難教難學(xué)的內(nèi)容，即使在大學(xué)，這一內(nèi)容的教學(xué)往往也不輕松。本屆內(nèi)容概念和生疏的名詞術(shù)語(yǔ)多，“自發(fā)反應(yīng)”、“化學(xué)反應(yīng)的方向”、“判據(jù)”、“熵”、 “熵變”、“焓判據(jù)”和“熵判據(jù)”以及“自由能”等，學(xué)生都是第一次接觸，并且內(nèi)容抽象，不易理解；學(xué)生有關(guān)化學(xué)反應(yīng)方向及其判斷的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)比較隱蔽、分散，難以“喚醒”；雖然學(xué)生已經(jīng)學(xué)過(guò)焓變，但對(duì)其理解不深，可能對(duì)焓變的物理和化學(xué)意義，不太理解；對(duì)討論焓變和熵變的前提條件也難理解，其方法論意義往往被教師和學(xué)生忽視。
學(xué)習(xí)“化學(xué)反應(yīng)的方向”，有利于拓展學(xué)生的眼界，為他們了解化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控原理、了解現(xiàn)代化學(xué)及其特點(diǎn)打下基礎(chǔ)，從而有利于未來(lái)公民將來(lái)的發(fā)展。而且，熵的概念已經(jīng)在社會(huì)科學(xué)領(lǐng)域廣泛使用，適當(dāng)?shù)仄占坝嘘P(guān)的知識(shí)是有必要的。學(xué)習(xí)本節(jié)還可以滲透科學(xué)方法教育：讓學(xué)生初步接觸、感受科學(xué)研究要重視條件和判斷依據(jù)；體驗(yàn)人的科學(xué)認(rèn)識(shí)是逐步發(fā)展、進(jìn)化并且是有其核心的，不是簡(jiǎn)單的證實(shí)、證偽過(guò)程，為他們將來(lái)理解科學(xué)的發(fā)展模式提供生動(dòng)的實(shí)例；以及感受建立適當(dāng)?shù)某橄蟾拍钍强茖W(xué)的重要方法。
根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的特點(diǎn)，本節(jié)課宜定位為拓展性質(zhì)、科普性質(zhì)，重視聯(lián)系實(shí)際，又適當(dāng)注意中學(xué)教學(xué)特點(diǎn)，不能照搬大學(xué)教學(xué)的那一套。當(dāng)初在制定課程標(biāo)準(zhǔn)時(shí)把熵變寫(xiě)進(jìn)來(lái)，要求“能用焓變和熵變說(shuō)明化學(xué)反應(yīng)的方向”，本意也是做一些科普性質(zhì)的滲透。二、教學(xué)目標(biāo)
1、通過(guò)歸納的方法，知道△H<0有利于化學(xué)反應(yīng)的自發(fā)進(jìn)行，并通過(guò)“證實(shí)和證偽”的方法，認(rèn)識(shí)焓變不是判斷反應(yīng)自發(fā)的惟一因素
2、通過(guò)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)和體驗(yàn)，知道“熵”可用來(lái)描述體系的混亂程度，認(rèn)識(shí)△s>0有利于化學(xué)反應(yīng)的自發(fā)進(jìn)行，但不是判斷反應(yīng)自發(fā)的惟一因素。 3、通過(guò)分析和概括焓變與熵變對(duì)反應(yīng)方向的共同影響，初步認(rèn)識(shí)這兩個(gè)因素不是孤立而不相互關(guān)聯(lián)的，形成對(duì)事物發(fā)展或變化整體認(rèn)識(shí)的觀念和全面分析的方法。




                            2

三、教學(xué)重難點(diǎn)：焓減與熵增與化學(xué)反應(yīng)方向的關(guān)系四、教學(xué)策略方法：實(shí)驗(yàn)、設(shè)疑啟發(fā)、歸納、遷移等根據(jù)上述分析，本節(jié)教學(xué)宜主要采用下列教學(xué)策略：
（1）以“通過(guò)實(shí)例體現(xiàn)判斷反應(yīng)方向的必要性→簡(jiǎn)介焓判據(jù)及其局限性→簡(jiǎn)介熵判據(jù)及其局限性→形成綜合判斷規(guī)則及其實(shí)際應(yīng)用”為邏輯主線。（2）通過(guò)通俗解釋和類(lèi)比舉例，使學(xué)生了解抽象概念的物理和化學(xué)意義，通過(guò)簡(jiǎn)介“自由能”概念，促進(jìn)對(duì)綜合判斷規(guī)則意義的理解。
（3）盡量由學(xué)生自主地閱讀教科書(shū)和參考材料，避免由教師枯燥、乏味地講述抽象的理論內(nèi)容。注意介紹思想方法，用閱讀材料彌補(bǔ)教科書(shū)不夠通俗之不足。（4）提出一些問(wèn)題，補(bǔ)充一些實(shí)驗(yàn)，例如酚酞試液在氫氧化鈉溶液中擴(kuò)散，碳酸氫鈉與鹽酸反應(yīng)，啟發(fā)學(xué)生思考。
（5）通過(guò)練習(xí)提供學(xué)習(xí)“支架”促進(jìn)學(xué)生對(duì)熵變的理解、讓學(xué)生初步學(xué)會(huì)判據(jù)的應(yīng)用。通過(guò)學(xué)生的交流討論，促進(jìn)并及時(shí)了解學(xué)生的理解情況。五、教學(xué)過(guò)程
課前觀看微視頻并思考：
1、俗話說(shuō)水往低處流，為什么呢？(從能量的角度解釋)
2、CH4的空間構(gòu)型正四面體，而不是平面正方形，為什么呢?
3、化學(xué)反應(yīng)也有向著能量降低方向進(jìn)行的傾向，所以，放熱反應(yīng)常常是容易發(fā)生的。請(qǐng)大家列舉常見(jiàn)的放熱反應(yīng)。
4、有些吸熱反應(yīng)也能自發(fā)進(jìn)行，列舉一下我們學(xué)過(guò)的吸熱反應(yīng)；思考它們能夠進(jìn)行的原因。
5、如何全面地判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向？                          3

重難點(diǎn)點(diǎn)撥：
1.能量判據(jù)（焓判據(jù)）
對(duì)于有能量變化的自發(fā)過(guò)程共同特點(diǎn)：
體系的能量趨向于從       狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)?nbsp;      狀態(tài)。因?yàn)槟芰吭降驮椒€(wěn)定。經(jīng)驗(yàn)表明，放熱的化學(xué)反應(yīng)容易自發(fā)進(jìn)行，這就是所謂的能量判據(jù)。（但是較片面，不科學(xué)）
能量
反應(yīng)過(guò)程
反應(yīng)物
生成物能量
反應(yīng)過(guò)程
反應(yīng)物
生成物反應(yīng)物
能量
反應(yīng)過(guò)程
生成物

圖像1所示的反應(yīng)活化能很小，常溫下就可以克服，反應(yīng)很流暢，無(wú)需加熱。例如    H+ + OH- = H2O   Ag+ + Cl- =  AgCl↓
圖像2所示的反應(yīng)放出的熱，足以產(chǎn)生維持反應(yīng)所需要的推動(dòng)力，這類(lèi)反應(yīng)只需給點(diǎn)能量啟動(dòng)反應(yīng)，后續(xù)可以不加熱。例如
圖像3所示的反應(yīng)放出的熱，不足以產(chǎn)生維持反應(yīng)所需要的推動(dòng)力，這種反應(yīng)必須持續(xù)加熱。
例如
[逆向思維]那么吸熱反應(yīng)就一定不能自發(fā)進(jìn)行嗎？          。
請(qǐng)舉例：                 ，顯然只根據(jù)焓變來(lái)判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向是不全面的。
多數(shù)自發(fā)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)是放熱反應(yīng)，但也有不少吸熱反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。甚至在室溫下也能進(jìn)行。
思考：是什么拉動(dòng)了這些反應(yīng)？自然引入熵判據(jù)
圖像1                       圖像2                      圖像3
C + O2 = CO2
點(diǎn)燃
Fe + S = FeS
△
Cu + 2H2SO4（濃） = CuSO4 + SO2↑+2H2 △




                            4

生成物
能量
反應(yīng)過(guò)程
反應(yīng)物
能量
反應(yīng)過(guò)程
反應(yīng)物
生成物

圖像4 所示的反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，當(dāng)環(huán)境提供能量時(shí)，反應(yīng)也能發(fā)生能夠發(fā)生。例如：
圖像5所示的反應(yīng)在室溫下也能流暢地進(jìn)行，如：
Ba(OH)2·8H2O(s）+ 2NH4Cl(s）= BaCl2（s）+ 2NH3·（g）+10 H2O（l）   演示實(shí)驗(yàn)：NaHCO3（s）+ HCl（aq）= NaCl（aq）+ CO2（g）+ H2O（l） 2.熵判據(jù)
對(duì)于與能量狀態(tài)的高低無(wú)關(guān)的自發(fā)過(guò)程還存在著另一種能夠推動(dòng)體系變化的因素：
密閉條件下，體系有從      自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)?nbsp;           的傾向。因?yàn)榕c有序體系相比，無(wú)序體系“更加穩(wěn)定”，可以采取更多的存在方式�？茖W(xué)家用熵（符號(hào)                ，單位J·mol—1·K—1）來(lái)量度體系的混亂（或無(wú)序）的程度。
一般情況  S（氣體）＞ S（液體）  ＞S（固體體）演示實(shí)驗(yàn)：酚酞滴入氫氧化鈉溶液中的現(xiàn)象。
在與外界隔離的體系中，自發(fā)過(guò)程將導(dǎo)致體系的熵      ，即熵變（符號(hào)           ）。這個(gè)原理叫熵增原理。
熵增加的化學(xué)反應(yīng)容易自發(fā)進(jìn)行。這就是所謂的熵判據(jù)判據(jù)。熵拉動(dòng)反應(yīng)的實(shí)例：
金屬鉀的生產(chǎn)方法采用金屬鈉與氯化鉀的反應(yīng)： Na （l）  +    KCl （l）  =   K(g)   +   NaCl（l）
圖像4                        圖像5
CO2 + C = 2CO2
△




                            5

從沙灘到用戶(hù)——粗硅的制備

為什么不生成二氧化碳？
   總結(jié)：類(lèi)型 △H △S 反應(yīng)能否進(jìn)行 1 < 0 ＞0 能 2 ＞0 < 0 不能 3 < 0 < 0  4
＞0
＞0

思考：對(duì)于3和4兩種情況，如何判斷反應(yīng)是否能自發(fā)進(jìn)行？
綜合以上，要判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向，必須綜合考慮體系的               和     ，也就是綜合考慮焓判據(jù)和熵判據(jù)的復(fù)合判據(jù)，即考慮體系的自由能變化。
3.自由能判據(jù)（全面，科學(xué)）
體系自由能變化：符號(hào)為△G，單位kJ/mol 數(shù)學(xué)表達(dá)式：△G=△H—T△S 在溫度、壓強(qiáng)一定的條件下， △G< 0     反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行 △G＞0     反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行 △G=0      反應(yīng)處于平衡狀態(tài) 類(lèi)型 △H △S △G 反應(yīng)能否進(jìn)行 1 < 0 ＞0 < 0 能 2 ＞0 < 0 ＞0
不能 3 < 0 < 0 計(jì)算低溫易進(jìn)行 4
＞0
＞0
計(jì)算
高溫易進(jìn)行
學(xué)以致用：




                            6

思考：為什么實(shí)驗(yàn)室不能用NH4Cl(s）分解制氨氣？ NH4Cl(s） = NH3（g）+ HCl（g ） NH3（g）+ HCl（g） =  NH4Cl(s）說(shuō)明：
第一，在討論過(guò)程的方向問(wèn)題時(shí)，我們指的是沒(méi)有外界干擾時(shí)體系的性質(zhì)。第二，大量事實(shí)告訴我們，過(guò)程的自發(fā)性只能用于判斷過(guò)程的方向，不能確定過(guò)程是否一定會(huì)發(fā)生和過(guò)程發(fā)生的速率。課后拓展
汽車(chē)尾氣中的污染物主要是CO和NO，它們是現(xiàn)代城市中的主要大氣污染物。為了減輕大氣污染。人們提出能否通過(guò)以下反應(yīng)來(lái)處理汽車(chē)尾氣：298K 100kPa時(shí)， 2NO(g) +2CO(g)=N2(g)+2C02(g)     △H  =  -746.8kJ·mol-l   △S = -0.2kJ·mol-l·K-l  的設(shè)想。當(dāng)堂檢測(cè)：
1、下列說(shuō)法正確的是（      ）
A．凡是放熱反應(yīng)都是自發(fā)的，凡是吸熱反應(yīng)都是非自發(fā)的 B．自發(fā)反應(yīng)一定是熵增大，非自發(fā)反應(yīng)一定是熵減少或不變 C．自發(fā)反應(yīng)在恰當(dāng)條件下才能實(shí)現(xiàn)         D．自發(fā)反應(yīng)在任何條件下都能實(shí)現(xiàn)
2、判斷過(guò)程的自發(fā)性的作用是                                                A.判斷過(guò)程的方向                       B.確定過(guò)程是否一定會(huì)發(fā)生  C.判斷過(guò)程發(fā)生的速率                   D.判斷過(guò)程的熱效應(yīng) 3、下列有關(guān)說(shuō)法正確的是
A. 一個(gè)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行，與焓變和熵變的共同影響有關(guān)               (     )
B.反應(yīng)NH3(g)+HCl(g)=== NH4Cl(s)在室溫下可自發(fā)進(jìn)行，則該反應(yīng)的△H<0 C.CaCO3(s)=CaO(s)＋CO2(g)室溫下不能自發(fā)進(jìn)行，說(shuō)明該反應(yīng)的△H ＜0  D.一定溫度下，反應(yīng)MgCl2(1) === Mg(1)＋ Cl2(g)的 △H＞0 △S＞0 E.2NO(g)＋2CO(g)=N2(g)＋2CO2(g)在常溫下能自發(fā)進(jìn)行，則該反應(yīng)的△H＞0
六、課后反思




                            7

要利用化學(xué)反應(yīng)、使之更好地為人類(lèi)服務(wù)，需要研究化學(xué)反應(yīng)的方向、限度和快慢（速率）問(wèn)題。本節(jié)討論化學(xué)反應(yīng)方向的判斷，會(huì)涉及到一些抽象的、不熟悉的概念。為減小學(xué)生學(xué)習(xí)的困難，課前建議了學(xué)生閱讀了物理選修3-3中關(guān)于熵的內(nèi)容，為這節(jié)課做好知識(shí)準(zhǔn)備。在課上我引入了通俗解釋和類(lèi)比舉例，充分發(fā)揮了學(xué)生的想象力，在他們的熱烈交流中，逐步得出化學(xué)反應(yīng)向著使體系能量降低的方向進(jìn)行對(duì)于熵的教學(xué)，我只停留在混亂度這個(gè)層面上，沒(méi)有給出熵的定義，以免使問(wèn)題復(fù)雜化。在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，營(yíng)造了一個(gè)能讓學(xué)生展現(xiàn)自我的氛圍，多項(xiàng)互動(dòng)，充分交流，為學(xué)生主動(dòng)構(gòu)建自己的知識(shí)體系提供幫助，達(dá)到了初步了解焓變和熵變對(duì)化學(xué)反應(yīng)方向的影響的教學(xué)目標(biāo)。在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，我引入了學(xué)生必修一階段學(xué)過(guò)的一些具體的化學(xué)反應(yīng)，從這節(jié)課內(nèi)容的角度重新來(lái)理解這些反應(yīng)。最后通過(guò)練習(xí)加深和檢驗(yàn)理解，就習(xí)題中出現(xiàn)的問(wèn)題一起討論、交流。

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