《化学反应进行的方向》教学设计与反思

作者：庞铁英

来源：《内蒙古教育·综合版》2012年第03期

        第一课时

        一、教材分析

        1.在学生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，教材安排了难度较大的化学反应方向的内容。这符合“由易到难”的认知规律，有利于学生主动构建、发展自己的知识体系。

        2.从学生的知识基础考虑，教材回避了熵判据、焓判据的理论推导，从学生的已有知识和生活经验出发，让学生了解自发反应的概念、了解熵判据、焓判据，并简单的应用他们来说明化学反应的方向。

        3.为了使学生对化学反应方向判据形成科学认识，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、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。

        二、教学过程

        ［情景创设］通过霍金的《时间简史》、爱因斯坦的“相对论”激发学生对科普知识的兴趣。

        ［学生活动］对所学知识进行心理定位。

        ［设计意图］激发学习兴趣。

        ［教学活动］指导学生阅读教材。

        ［学生活动］阅读教材，归纳每个自然段的中心语句。

        ［设计意图］初步了解教学内容。

        ［新课引入］反应进行的方向、快慢和限度是化学反应原理的三个重要组成部分。通过前三节的学习和讨论，我们已经初步解决了后两个问题，即反应的快慢和限度问题，这节课我们来讨论反应的方向问题。

        ［学生活动］回顾本章已经学过的知识点。

        ［设计意图］强调反应的方向不同于平衡移动的方向。

        1.自发过程和自发反应（板书）

        ［教学活动］——讲解。

        （1）自发过程：在一定条件下，不需要外力作用就能自动进行的过程。

        （2）自发反应：在一定条件下不用借助外力就能自动进行的反应。

        （3）非自发反应：不能自发地进行，必须借助某种外力才能进行的反应。

        ［学生活动］通过高山流水、热茶变凉、酒香不怕巷子深及咸菜的腌制这些生活常识归纳出其中的共同特征——自发进行，帮助学生体会自发过程的意义。

        ［设计意图］了解自发反应的定义。

        2.反应方向的焓判据（板书）

        ［教学活动1］——讲解。

        经验表明，那些不用借助外力就可以自动进行的自发过程的共同特点是：体系能量趋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者释放能量，由此总结而得的经验规律就是所谓的焓判据。如水总是自发地由高处往低处流，有趋向于最低能量状态的倾向。

        ［学生活动1］由物理现象自由落体运动从高能态转变为低能状态引申到化学反应自发向自身体系能量降低的方向进行。

        ［设计意图1］从能量角度认识自发过程的特征。

        ［教学活动2］——分析与讨论。

        下列反应都能自发进行，分析其可能的原因：

        2H2（g）+O2（g）= 2H2O（l） △H=－572KJ/mol

        H2（g）+Cl2（g）=2HCl（g） △H=－184KJ/mol

        2Na（s）+2H2O（l）=2NaOH（aq）+H2（g） △H=－368KJ/mol

        2Fe（s）+3/2O2（g）= Fe2O3（s） △H=－824KJ/mol

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

        ［学生活动2］分析热化学方程式并得出焓判据结论。

        ［设计意图2］ 归纳能力的培养。

        ［板书］ 焓判据：放热反应过程中体系能量降低，因此具有自发进行的倾向。

        若ΔH＜0，正向反应能自发进行；

        若ΔH＞0，正向反应不能自发进行，而逆向反应能自发进行。

        ［教学活动3］——提出问题。

        多数自发进行的化学反应是放热反应，但也有不少吸热反应能自发进行。而且有一些吸热反应在室温条件下不能自发进行，但在较高温度下则能自发进行，如：2N2O5（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。

        ［学生活动3］了解到焓判据并不是判断化学反应进行方向的唯一判据。

        ［设计意图3］由问题引发新的思考。

        3.反应方向的熵判据（板书）

        ［教学活动1］——思考与交流。

        同学们再相互探讨一下由“有序”变“无序”的自然现象，举例说明。密闭容器中的气态物质或液态物质蒸汽（包括挥发性固体），会通过分子扩散自发形成均匀混合物。物质溶于水自发地向水中扩散，形成均匀的溶液等。

        ［学生活动1］ 由物理现象分子扩散，引申到化学反应自发向自身体系混乱度增大的方向进行。

        ［设计意图1］从混乱度角度认识自发过程的另一特征。

        ［教学活动2］——讲解。

        为解释这一类与能量无关的过程的自发性，科学家提出了另一推动体系变化的因素：在密闭条件下，体系有由有序自发地变为无序的倾向。

        ［板书］ （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）熵判据：在密闭条件下，体系有由有序自发地变为无序的倾向。

        （4）熵的大小判断： 

        A.气态 > 液态 > 固态 B.与物质的量成正比

        （5）反应熵变△S=生成物总熵-反应物总熵

        （6）熵增的过程就是自发过程

        ［学生活动2］ 了解熵、熵变及熵判据的含义

        ［设计意图2］ 加深概念理解

        ［教学活动3］——思考与交流。

        有些熵减小的反应在一定条件下也可以自发进行，如：-10℃的液态水会自动结冰成为固态，就是熵减的过程（但它是放热的）；

        2Al（s）+ Fe2O3（s）= Al2O3（s）+ 2Fe（s） 

        △S = -39.35J·mol-1·K-1。

        因此，反应熵变是与反应能否自发进行有关的又一个因素，但也不是唯一因素。

        ［学生活动3］了解反应熵变是判断反应能否自发进行的又一个因素，但也不是唯一因素。

        4.焓变与熵变对反应方向的共同影响（板书）

        ［教学活动1］——知识归纳。

        在一定条件下，一个化学反应能否自发进行，既与反应焓变有关，又与反应熵变有关。研究表明，在恒温、恒压下，判断化学反应自发性的判据是：要正确判断一个化学反应能否自发进行，必须综合考虑反应的焓变△H和熵变△S：

        （1）焓（H）判据：△H（焓变）

        （2）熵（S）判据：△S（熵变）>0，熵增原理，物质的混乱度趋于增加。

        ［学生活动1］学生总结得到结论并记忆。

        ［设计意图1］提高综合分析、归纳问题的能力。

        ［教学活动2］——注意事项。

        （1）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。

        （２）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。

        ［学生活动2］了解判断依据的相对性。

        ［教学活动3］——课堂练习。

        （1）25℃和1.01×105Pa时，反应2N2O5（g）＝4NO2（g）+O2（g） △H=+56.76 KJ/mol，自发进行的原因是（D）。

        A.是吸热反应 B.是放热反应

        C.是熵减少的反应 D.熵增大效应大于能量效应

        （2）试根据熵的定义判断下列过程中体系的熵变大于零还是小于零。

        A.水蒸气冷凝成水

        B.CaCO3（S）=CaO（S）+CO2（g）

        C.乙烯聚合成聚乙烯

        D.气体在催化剂上吸附

        E.碳水化合物在生物体内分解

        ［学生活动3］做练习。

        ［设计意图3］巩固已有的知识。

        三、教学反思

        新课标要求教师要由知识的传授者、灌输者转变为课堂教学的组织者，科学探究的引路者，本节课以学生已有的知识为基础通过教师的引导学生进行实践探究得出结论，体现了教师角色的转变。通过高山流水、热茶变凉、酒香不怕巷子深及咸菜的腌制这些生活常识，帮助学生体会自发过程的意义。通过学生已知道的很多化学反应的吸热放热情况，引导学生得出焓判据。以火柴散落、香水扩散等这些日常生活现象为切入点，引导学生对此类自发进行过程的分析，引出熵判据的概念，这种以学生的分析探究为主体的教学方式有利于学生掌握和理解本节知识，收到了较好的教学效果。应用吉布斯自由能变化判断反应的方向，可以作为课后探究内容，拓展思路，将能加深学生对化学反应方向判断的深入理解。