《第四節(jié)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向》教學(xué)設(shè)計(jì)(河北省縣級(jí)優(yōu)課)-化學(xué)教案

《化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向》教學(xué)設(shè)計(jì)

一、教學(xué)內(nèi)容分析

本節(jié)內(nèi)容介紹了"焓判據(jù)、熵判據(jù)及自由能（△G=△H-T△S）"知識(shí)，有一定難度。人教版教材將本節(jié)內(nèi)容安排在學(xué)生學(xué)習(xí)了化學(xué)反應(yīng)及其能量變化、化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡之后以知識(shí)介紹的方式呈現(xiàn)出來(lái)，讓學(xué)生了解決定反應(yīng)進(jìn)行方向的因素不是單一的焓變，熵變也是決定因素之一。

教材從學(xué)生已有的知識(shí)和生活經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，分四個(gè)層次就化學(xué)反應(yīng)的方向進(jìn)行了介紹。第一，以學(xué)生熟悉的自發(fā)進(jìn)行的放熱反應(yīng)為例，介紹化學(xué)反應(yīng)有向能量降低的方向自發(fā)進(jìn)行的傾向--焓判據(jù)；以生活現(xiàn)象為例，說(shuō)明混亂度（熵）增加是自然界的普遍規(guī)律，也是化學(xué)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的一種傾向--熵判據(jù)。第二，用實(shí)例說(shuō)明單獨(dú)運(yùn)用上述判據(jù)中的任一種，都可能出現(xiàn)錯(cuò)誤，都不是全面的。第三，要正確的判斷化學(xué)反應(yīng)的方向，需要綜合考慮焓變和熵變的復(fù)合判據(jù)。第四，簡(jiǎn)單介紹了自由能判據(jù)的結(jié)論性內(nèi)容。

二、教學(xué)目標(biāo)

1、知識(shí)與技能：

（1）理解化學(xué)反應(yīng)方向判斷的焓判據(jù)及熵判據(jù)；

（2）能用焓變和熵變說(shuō)明化學(xué)反應(yīng)的方向。

2、過(guò)程與方法：

通過(guò)學(xué)生已有知識(shí)及日常生活中的見(jiàn)聞，使學(xué)生構(gòu)建化學(xué)反應(yīng)方向的判據(jù)。學(xué)會(huì)運(yùn)用比較、歸納、概括等方法對(duì)信息進(jìn)行加工，構(gòu)建新知識(shí)。

3、情感態(tài)度與價(jià)值觀：

通過(guò)本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，使學(xué)生體會(huì)事物的發(fā)展、變化常常受多種因素的制約，要全面分析問(wèn)題。

三、教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)

焓減和熵增與化學(xué)反應(yīng)方向的關(guān)系

四、教學(xué)方法

1、應(yīng)用討論交流的方法調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，充分發(fā)揮學(xué)生的想象力；

2、啟發(fā)學(xué)生學(xué)會(huì)歸納、概括，對(duì)信息進(jìn)行加工，得出結(jié)論；

3、注重從學(xué)生已有知識(shí)及日常生活的經(jīng)驗(yàn)上構(gòu)建新知識(shí)。

五、教學(xué)過(guò)程

[引入]反應(yīng)進(jìn)行的方向、快慢和限度是化學(xué)反應(yīng)原理的三個(gè)重要組成部分。通過(guò)前三節(jié)的學(xué)習(xí)和討論，我們已經(jīng)初步解決了后兩個(gè)問(wèn)題，即反應(yīng)的快慢和限度問(wèn)題，這節(jié)課我們來(lái)討論反應(yīng)的方向的問(wèn)題。

[設(shè)問(wèn)]根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)，舉例說(shuō)說(shuō)我們見(jiàn)過(guò)的自發(fā)過(guò)程（在一定條件下不需外力作用就能自動(dòng)進(jìn)行的過(guò)程）。

[學(xué)生討論]......

[總結(jié)]生活中的自發(fā)過(guò)程很多，如：水由高處往低處流，自由落體，電流由電位高的地方向電位低的地方流，鐵器暴露于潮濕的空氣中會(huì)生銹，室溫下冰塊會(huì)融化，......這些都是自發(fā)過(guò)程。[板書(shū)]自發(fā)過(guò)程（在一定條件下不需外力作用就能自動(dòng)進(jìn)行的過(guò)程）。

它們的逆過(guò)程是非自發(fā)的。[引入]有一些化學(xué)反應(yīng)也是自發(fā)的，稱為自發(fā)反應(yīng)[板書(shū)]自發(fā)反應(yīng)[追問(wèn)]那些反應(yīng)是自發(fā)反應(yīng)呢[學(xué)生討論交流]......

[匯報(bào)交流結(jié)果]我們知道的反應(yīng)中下列反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)行：

NaOH（aq）+HCl（aq）=NaCl（aq）+H2O（aq）△H=-56KJ/mol；

2Na（s）+2H2O（l）=2NaOH（aq）+H2（g）；

Al（s）+HCl（aq）=AlCl3（aq）+H2（g）；

CaO（s）+H2O（l）=Ca（OH）2（aq）

......

[追問(wèn)]上述反應(yīng)能發(fā)生的原因是什么？

[學(xué)生回答]都是放熱反應(yīng)，放熱反應(yīng)是體系的能量降低，具有自發(fā)進(jìn)行的傾向總結(jié)科學(xué)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，提出了互相關(guān)聯(lián)的焓判據(jù)。

[板書(shū)]一、反應(yīng)方向的焓判據(jù)。焓判據(jù)：放熱反應(yīng)過(guò)程中體系能量降低，因此具有自發(fā)進(jìn)行的傾向。即放熱反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)行，而吸熱反應(yīng)則不能自發(fā)進(jìn)行。

[指出]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。如：

N2O5（g）=4NO2（g）+O2（g）△H=＋56.7KJ/mol；

NH4HCO3（s）+CH3COOH（aq）=CO2（g）+CH3COONH4（aq）+H2O（l）△H=＋37.3KJ/mol；

因此，反應(yīng)焓變是與反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行有關(guān)的一個(gè)因素，但不是唯一因素。

[交流討論]我們知道，固體硝酸銨溶于水要吸熱，室溫下冰塊的溶解要吸熱，兩種或兩種以上互不反應(yīng)的氣體通入一密閉容器中，最終會(huì)混合均勻，這些過(guò)程都是自發(fā)的，與焓變有關(guān)嗎？是什么因素決定它們的溶解過(guò)程能自發(fā)進(jìn)行？

[閱讀思考]課本P37相關(guān)內(nèi)容。

[匯報(bào)交流、自主學(xué)習(xí)成果]上述自發(fā)過(guò)程與能量狀態(tài)的高低無(wú)關(guān)，受另一種能夠推動(dòng)體系變化的因素的影響，即體系有從有序自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)序的傾向。由此提出了熵的概念[釋疑]如何理解"熵"的含義？

[板書(shū)]熵：熱力學(xué)上用來(lái)表示混亂度的狀態(tài)函數(shù)。

[指出]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(wú)序--熵增的過(guò)程。[板書(shū)]熵值的大小判斷：

（1）氣態(tài)>液態(tài)>固態(tài)

（2）與物質(zhì)的量成正比

[板書(shū)]反應(yīng)熵變△S=反應(yīng)產(chǎn)物總熵-反應(yīng)物總熵

[講述]產(chǎn)生氣體的反應(yīng)，氣體物質(zhì)的量增大的反應(yīng)，△S通常為正值，為熵增加反應(yīng)，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行。

板書(shū)]二、反應(yīng)方向的熵判據(jù)。

[總結(jié)、板書(shū)]熵判據(jù)：體系有自發(fā)地向混亂度增加（即熵增）方向轉(zhuǎn)變的傾向。

[指出]有些熵減小的反應(yīng)在一定條件下也可以自發(fā)進(jìn)行，如：

-10℃的液態(tài)水會(huì)自動(dòng)結(jié)冰成為固態(tài)，就是熵減的過(guò)程（但它是放熱的）；

2Al（s）+Fe2O3（s）=Al2O3（s）+2Fe（s）△S=-39.35J·mol-1·K-1。

因此，反應(yīng)熵變是與反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行有關(guān)的又一個(gè)因素，但也不是唯一因素。

[板書(shū)]三、焓變與熵變對(duì)反應(yīng)方向的共同影響。

[講述]在一定條件下，一個(gè)化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行，既與反應(yīng)焓變有關(guān)，又與反應(yīng)熵變有關(guān)。研究表明，在恒溫、恒壓下，判斷化學(xué)反應(yīng)自發(fā)性的判據(jù)是：

[板書(shū)]體系自由能變化（△G、單位：KJ/mol）：△G=△H-T△S

[指出]體系自由能變化綜合考慮了焓變和熵變對(duì)體系的影響。

[板書(shū)]△H-T△S<0反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行；

△H-T△S=0反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；

△H-T△S>0反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。[總結(jié)]能量判據(jù)和熵判據(jù)的應(yīng)用：

1、由能量判據(jù)知∶放熱過(guò)程（△H﹤0）常常是容易自發(fā)進(jìn)行；

2、由熵判據(jù)知∶許多熵增加（△S﹥0）的過(guò)程是自發(fā)的；

3、復(fù)合判據(jù)（體系自由能變化：△G=△H-T△S）將更適合于所有的反應(yīng)過(guò)程；

4、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)程的速率；

5、在討論過(guò)程的方向時(shí)，我們指的是沒(méi)有外界干擾時(shí)體系的性質(zhì)。如果允許外界對(duì)體系施加某種作用，就可能出現(xiàn)相反的結(jié)果；

6、反應(yīng)的自發(fā)性也受外界條件的影響。

[課堂練習(xí)]

1．下列說(shuō)法正確的是（）

A．凡是放熱反應(yīng)都是自發(fā)的，由于吸熱反應(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．自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)一定是（）

A．吸熱反應(yīng)；B．放熱反應(yīng)；C．熵增加反應(yīng)；D．熵增加或者放熱反應(yīng)。

3．下列說(shuō)法正確的是（）

A．放熱反應(yīng)一定是自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)；B．吸熱反應(yīng)一定是非自發(fā)進(jìn)行的；

C．自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)一定容易發(fā)生；D．有些吸熱反應(yīng)也能自發(fā)進(jìn)行。

4．250C和1.01×105Pa時(shí)，反應(yīng)2N2O5（g）=4NO2（g）+O2（g）△H=＋56.76kJ/mol，自發(fā)進(jìn)行的原因是（）

A．是吸熱反應(yīng)；B．是放熱反應(yīng)；

C．是熵減少的反應(yīng)；D．熵增大效應(yīng)大于能量效應(yīng)。

5．下列過(guò)程屬于熵增過(guò)程的是（）

A．硝酸鉀溶解在水里面；B．氨氣和氯化氫反應(yīng)生成氯化銨晶體；

C．水蒸氣凝結(jié)為液態(tài)的水；D．(NH4)2CO3分解生成二氧化碳、氨氣和水。

6．以下自發(fā)反應(yīng)可用能量判據(jù)來(lái)解釋的是()

A．硝酸銨自發(fā)地溶于水；

B．2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)△H=+56.7kJ/mol；

C．(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g)△H=+74.9kJ/mol；

D．2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)△