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化學反應進行的方向教學設計教學目標知識與技能:了解反應的自發(fā)性與反應過程中能量變化及熵值變化的關系;能用焓變和熵變說明化學反應的方向。過程與方法:通過聯(lián)系日常生活中的見聞以及自然界的普遍變化規(guī)律,引導學生理解判斷反應自發(fā)進行的兩個因素,使學生構建化學反應方向的判據(jù),學會從現(xiàn)象分析到理論探究的科學方法,學會運用比較、歸納、概括等方法對信息進行加工,構建新知識。情感態(tài)度與價值觀:體會事物的發(fā)展、變化常常受多種因素的制約,學會全面分析問題。教學重點 焓變和熵變與化學反應方向的關系教學難點 焓變和熵變與化學反應方向的關系教學方法 討論交流、分析、概括、歸納教學過程教 師 活 動學 生 活 動設 計 意 圖【課的引入】汽車尾氣中的主要污染物是NO和CO,是大氣污染物。人們提出通過以下反應來處理汽車尾氣以減輕污染。2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g),這個方案是否可行?【講述】上述問題是化學反應的方向的問題。反應進行的快慢、限度和方向是化學反應原理的三個重要組成部分。通過前三節(jié)的學習和討論,我們已經(jīng)初步解決了反應的快慢和限度問題,這節(jié)課我們來討論化學反應進行的方向問題。【提問】舉例說說生活中我們見過的一些自發(fā)過程,就是在一定條件下不需外力作用就能自動進行的過程?!咎釂枴繌哪芰康慕嵌确治鐾瑢W們提到的這些過程有什么共同特點?【追問】閱讀教材中提供的熱化學反應方程式,結合前面總結的特點嘗試總結規(guī)律:判斷某一過程能能否自發(fā)進行的依據(jù)?!局v述】科學家根據(jù)體系存在著力圖使自身能量趨于“最低”的自然現(xiàn)象,提出了焓判據(jù)為反應方向的判斷提供了必要的依據(jù)?!景鍟恳弧⒎磻较虻撵逝袚?jù)【指出】多數(shù)自發(fā)進行的化學反應是放熱反應,但也有不少吸熱反應能自發(fā)進行。如:硝酸銨溶于水要吸熱,室溫下冰塊的溶解要吸熱閱讀教材中提供的熱化學反應方程式,努力分析這些吸熱反應能夠自發(fā)進行的共同特點,你能得到什么結論?【講述】科學家根據(jù)體系存在著力圖使自身由“有序”變?yōu)椤盁o序”的自然現(xiàn)象,提出了熵判據(jù)為反應方向的判斷提供了另一個必要的依據(jù)?!景鍟慷?、反應方向的熵判據(jù)【提問】如何理解“熵”的含義?【講述】體系的有序性越高,即混亂度越低,熵值就越小。有序變?yōu)闊o序熵增的過程?!景鍟快刂档拇笮∨袛啵簹鈶B(tài)>液態(tài)>固態(tài)與物質的量成正比【板書】反應熵變:S=∑S(產(chǎn)物)∑S(反應物)【提問】反應的熵變S的正、負與反應體系中各物質的狀態(tài)有何關系?【討論】完成教材中的學與問?!咎釂枴坑行╈販p小的反應在一定條件下也可以自發(fā)進行,例如:–10的液態(tài)水會自動結冰成為固態(tài),就是熵減的過程(但它是放熱的);再如:2Al(s)+Fe2O3(s)=Al2O3(s)+2Fe(s)S=–39.35J·mol-1·K-1。你能從中得到什么啟示?【板書】三、焓變與熵變對反應方向的共同影響恒溫、恒壓下,判斷化學反應自發(fā)性的判據(jù)是體系自由能變化(G)定義:GHTS單位:kJ/mol【總結】體系自由能變化綜合考慮了焓變和熵變對體系的影響。【提問】G的大小與反應能否自發(fā)進行的關系。【引領學生完成課堂總結】焓判據(jù)和熵判據(jù)的應用:如何應用焓判據(jù)判斷過程的自發(fā)性?如何應用熵判據(jù)判斷過程的自發(fā)性?很多情況下,簡單地只用其中一個判據(jù)去判斷某過程,可能會出現(xiàn)相反的判斷結果,該如何解決這個問題?能自發(fā)進行的過程,速率就一定很快嗎?就一定不可逆嗎?反應的自發(fā)性也受外界條件的影響嗎?【知識應用】本節(jié)課一開始提出的處理汽車尾氣的反應:298K、101KPa下,以下反應2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g),H –113.0 kJ·mol-1S –143.5 J·mol-1·K-1判斷此反應的自發(fā)性,說明利用此反應能否解決汽車尾氣污染的問題?!净卮稹窟@個問題同學們提的非常好。這個反應是否可逆,以及速率問題,實際應用中是如何解決的,可以作為我們課后研究的一個課題,大家可以通過其他途徑查找有關信息, 完成一篇研究報告?!舅伎?、討論】【總結】生活中的自發(fā)過程很多,如:水由高處往低處流,自由落體,鐵器暴露于潮濕的空氣中會生銹,室溫下冰塊會融化【討論交流】【匯報結果】這些過程無論是物理變化還是化學變化,它們大多數(shù)是能量降低的過程,也有少數(shù)是能量升高(吸收能量)的?!鹃喿x思考】【討論交流】【匯報結果】大多數(shù)的釋放能量的過程可以自發(fā)進行?!究偨Y】焓判據(jù):放熱反應過程中體系能量降低,因此具有自發(fā)進行的傾向。【閱讀思考】【討論交流】【匯報結果】上述自發(fā)過程如果從能量角度分析均為吸熱反應,應該是不能自發(fā)進行的。但是這些變化過程中,還存在著另一種能夠推動體系變化的因素體系有從有序自發(fā)地轉變?yōu)闊o序的傾向?!究偨Y】反應焓變是與反應能否自發(fā)進行有關的一個因素,但不是唯一因素。【閱讀、總結】混亂度表示體系的不規(guī)則或無序狀態(tài)。混亂度的增加意味著體系變得更加無序。【回答】熵熱力學上用來表示混亂度的狀態(tài)函數(shù)。【總結】熵判據(jù):體系有自發(fā)地向混亂度增加(即熵增)方向轉變的傾向。傾聽教師的分析,思考并理解其中的涵義。整理筆記?!究偨Y】對于氣體物質的量增大的反應,S通常為正值,為熵增加反應,大多可以自發(fā)進行。【學與問】反應中有氣體產(chǎn)生,會使體系熵增大,反應容易自發(fā)進行?!究偨Y】反應熵變是與反應能否自發(fā)進行有關的一個因素,但不是唯一因素。要判斷反應能否自發(fā)進行,應該綜合考慮反應的焓變與熵變。【閱讀思考】【討論交流】【匯報結果】HTS<0 自發(fā)進行;HTS=0 達到平衡狀態(tài);HTS>0 不能自發(fā)進行。放熱過程(H<0)常常是容易自發(fā)進行的;許多熵增加(S>0)的過程是自發(fā)的;由焓判據(jù)和熵判據(jù)組合成的復合判據(jù)(G)將更適合于所有的反應過程;過程的自發(fā)性只能用于判斷過程的方向,其速率不一定會很快,也許很慢;進行的程度也不一定很大,很可能是可逆過程。反應的自發(fā)性也受外界條件(特別是溫度)的影響?!竞献魍瓿删毩暋縂H-TS代入數(shù)據(jù)求得:G< 0因此,室溫下反應能自發(fā)進行,可以用此反應解決汽車尾氣污染的問題。【質疑】這個反應的速率快嗎?反應是可逆反應嗎?有沒有實際應用價值?從生活實際問題出發(fā),引出本節(jié)教學內容,激發(fā)學生的學習興趣。明確本節(jié)教學內容與前面所學知識的聯(lián)系以及在本章教學內容中的地位和作用。調動學生學習興趣,活躍思維尋找生活中的化學;學會關注生活中不被注意的現(xiàn)象,分析總結其中的規(guī)律;學會讀書,從書中獲取有用信息;學會用類比分析、歸納總結的方法透過現(xiàn)象追尋本質。體會與人合作的樂趣。理解自然科學中的一般與特殊,體會在尋求真理的道路上的螺旋式上升。學會關注生活中不被注意的現(xiàn)象,分析總結其中的規(guī)律;學會讀書,從書中獲取有用信息;學會用類比分析、歸納總結的方法透過現(xiàn)象追尋本質。體會與人合作的樂趣。學會歸納總結的方法在化學學習中的應用。學會知識的聯(lián)想和遷移,運用已有知識解決實際問題;進一步深刻體會離子反應發(fā)生的條件(有氣體生成)設計問題自然的引出后面的教學內容。通過閱讀教材中的科學視野,得到運用自由能判別反應自發(fā)性的判據(jù)。“總結”這個環(huán)節(jié)不僅僅是對本節(jié)教學內容的總結和整理,也是學生認知的提升過程,更是學生學習能力的提升過程,應當由學生獨立完成。教師最多只能充當引領的角色,決不能代替學生完成。對于基礎較好的學生或者經(jīng)過長期培養(yǎng)訓練過的學生,教師可以嘗試不

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