化學反應進行的方向教學案例

1、化學反應進行的方向教學案例一、教學設(shè)計思路本節(jié)內(nèi)容介紹了“焓判據(jù)、熵判據(jù)及自由能（G=H-TS）”知識，有一定難度。人教版教材將本節(jié)內(nèi)容安排在學生學習了化學反應及其能量變化、化學反應速率、化學平衡之后以知識介紹的方式呈現(xiàn)出來，讓學生了解決定反應進行方向的因素不是單一的焓變，熵變也是決定因素之一。本節(jié)課從學生已有的知識和生活經(jīng)驗出發(fā)，分四個層次就化學反應的方向進行了介紹。第一，以學生熟悉的自發(fā)進行的放熱反應為例，介紹化學反應有向能量降低的方向自發(fā)進行的傾向焓判據(jù)；以生活現(xiàn)象為例，說明混亂度（熵）增加是自然界的普遍規(guī)律，也是化學反應自發(fā)進行的一種傾向熵判據(jù)。第二，用實例說明單獨運用上述判據(jù)中的任一

2、種，都可能出現(xiàn)錯誤，都不是全面的。第三，要正確的判斷化學反應的方向，需要綜合考慮焓變和熵變的復合判據(jù)。第四，簡單介紹了自由能判據(jù)的結(jié)論性內(nèi)容。二、教學過程設(shè)計課題化學反應進行的方向授課人董紹國學校廣德三中教學目標 知識與技能1、通過學生日常生活中所見所聞以及常見的化學反應，讓學生了解放熱反應的自發(fā)性和某些吸熱過程的自發(fā)性2.理解化學反應方向判斷的焓，熵判據(jù)；3.能用焓變和熵變說明化學反應的方向。過程與方法通過學生已有知識及日常生活中的見聞，使學生構(gòu)建化學反應方向的判據(jù)。學會運用比較、歸納、概括等方法對信息進行加式，構(gòu)建新知識。情感態(tài)度與價值觀通過日常生活中的焓變和熵變的具體實例，讓學生明確化學

3、與日常生活是息息相關(guān)的。教學重點 焓判據(jù)、熵判據(jù)教學難點焓減與熵增與化學反應方向的關(guān)系教學方法1、應用討論交流的方法調(diào)動學生的積極性，充分發(fā)揮學生的想象力； 2、啟發(fā)學生學會歸納、概括，對信息進行加工，得出結(jié)論； 3、注重從學生已有知識及日常生活的經(jīng)驗上構(gòu)建新知識。教具準備多媒體課件 燒杯 玻璃棒 藥匙 NH4NO3 紅墨水 水教師活動學生活動設(shè)計意圖信息展示（播放城市公路上，成群結(jié)隊的汽車圖片，講解并提出問題。） 汽車尾氣中的主要污染物是一氧化氮以及燃料不完全燃燒所產(chǎn)生的一氧化碳，它們是現(xiàn)代城市中的大氣污染物，為了減輕大氣污染，人們提出通過以下反應來處理汽車尾氣：2NO（g）+ 2CO（g）

4、= N2（g）+ 2CO2（g），你能否判斷這一方案是否可行？理論依據(jù)是什么？引入上述問題是化學反應的方向的問題。反應進行的方向、快慢和限度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)初步解決了后兩個問題，即反應的快慢和限度問題，這節(jié)課我們來討論反應的方向的問題。板書第四節(jié) 化學反應進行的方向講解在我們討論問題之前，先來說兩個概念，自發(fā)過程和自發(fā)反應提問根據(jù)生活經(jīng)驗，舉例說說我們見過的自發(fā)過程。投影總結(jié)生活中的自發(fā)過程很多，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生銹，室溫下冰塊會融化，這些都是自發(fā)過程。一般地，如果一個

5、過程是自發(fā)的，則其逆過程是非自發(fā)的。非自發(fā)的過程要想發(fā)生，則必須對它做功，如利用水泵可將水從低處流向高處，通電可將水分解生成氫氣和氧氣。過渡科學家根據(jù)體系存在著力圖使自身能量趨于“最低”和由“有序”變?yōu)椤盁o序”的自然現(xiàn)象，提出了互相關(guān)聯(lián)的焓判據(jù)和熵判據(jù)，為反應方向的判斷提供了必要的依據(jù)。 板書一、反應方向的焓判據(jù)。投影探究以“物體由高處自由下落”為代表，探究自發(fā)過程中有哪些變化趨勢。練習觀察下列幾個自發(fā)進行的化學反應，找出它們的共同之處(1)鈉與水反應：2Na (s) + 2H2O (l) = 2NaOH (aq) + H2 (g) H=368 kJ/mol(2)鐵生銹：3Fe (s)+3/2

6、O2 (g)=Fe2O3 (s) H=824 kJ/mol(3)氫氣和氧氣反應：H2(g)+O2(g)=2H2O(l ) H=571.6kJ/mol總結(jié)經(jīng)驗表明，那些不用借助外力就可以自動進行的自發(fā)過程的共同特點是：體系能量趨向于從高能態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軤顟B(tài)，這時體系會對外部做功或者釋放能量，由此總結(jié)而得的經(jīng)驗規(guī)律就是所謂的焾判據(jù)。板書焓判據(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。若H0，正向反應能自發(fā)進行；若H0，正向反應不能自發(fā)進行，而逆向反應能自發(fā)進行。反問既然反應有著向能量降低方向進行的趨勢，焓減小有利于反應自發(fā)，那么是不是自發(fā)過程都是放熱的呢？講解多數(shù)自發(fā)進行的化學反應是放熱

7、反應，但也有不少吸熱反應能自發(fā)進行。而且有一些吸熱反應在室溫條件下不能自發(fā)進行，但在較高溫度下則能自發(fā)進行，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，反應焓變是與反應能否自發(fā)進行有關(guān)的一個因素，但不是唯一因素。學生實驗NH4NO3 溶于水，紅墨水擴散。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的氣體通入一密閉容器中，最終會混合均勻，這些過程都是自發(fā)的，與焓變有關(guān)嗎？是什

8、么因素決定它們的溶解過程能自發(fā)進行？板書二、反應方向的熵判據(jù)。思考分析下列兩個自發(fā)過程中混亂度的變化情況：1、冰液態(tài)水水蒸氣 2、固體硝酸銨溶于水總結(jié)、板書熵判據(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。設(shè)問如何理解“熵”的含義？釋疑“熵”是德國物理學家克勞修斯在1850年創(chuàng)造的一個術(shù)語，他用它來表示任何一種能量在空間中分布的均勻程度。能量分布得越均勻，熵就越大。如果對于我們所考慮的那個系統(tǒng)來說，能量完全均勻地分布，那么，這個系統(tǒng)的熵就達到最大值。熱力學第二定律告訴我們，能量轉(zhuǎn)換只能沿著一個方向進行，總是從高能量向低能量轉(zhuǎn)換，從有序到無序，人類利用這個過程讓能量做功，同時系統(tǒng)的熵增加

9、，熵是一個描述系統(tǒng)狀態(tài)的函數(shù)。熵增加的過程，就意味著能量耗散了，從有用的能量轉(zhuǎn)化向?qū)θ祟悷o用的能量。板書混亂度：表示體系的不規(guī)則或無序狀態(tài)。指出混亂度的增加意味著體系變得更加無序。板書熵：熱力學上用來表示混亂度的狀態(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序熵增的過程。板書熵值的大小判斷： （1）氣態(tài) > 液態(tài) > 固態(tài)（2）與物質(zhì)的量成正比板書反應熵變S=反應產(chǎn)物總熵-反應物總熵講述產(chǎn)生氣體的反應，氣體物質(zhì)的量增大的反應，S通常為正值，為熵增加反應，反應自發(fā)進行。講解有些熵減小的反應在一定條件下也可以自發(fā)進行，如：-10的液態(tài)水會自動結(jié)冰成為固態(tài)，就是熵減

10、的過程（但它是放熱的）；2Al（s）+ Fe2O3（s）= Al2O3（s）+ 2Fe（s） S = -39.35J·mol-1·K-1。因此，反應熵變是與反應能否自發(fā)進行有關(guān)的又一個因素，但也不是唯一因素。板書三、焓判據(jù)和熵判據(jù)的應用：復合判據(jù)講解在一定條件下，一個化學反應能否自發(fā)進行，既與反應焓變有關(guān)，又與反應熵變有關(guān)。研究表明，在恒溫、恒壓下，判斷化學反應自發(fā)性的判據(jù)是：板書體系自由能變化（G、單位：KJ/mol）：G = H - TS 體系自由能變化綜合考慮了焓變和熵變對體系的影響。投影焓變熵變化學反應能否自發(fā)進行DH0DS0DH0DS0DH0DS0DH0DS0講解

11、在這里我們還要注意的是，大量事實告訴我們，過程的自發(fā)性只能用于判斷過程的方向，不能確定過程是否一定會發(fā)生和過程發(fā)生的速率。例如，涂有防銹漆和未涂防銹漆的鋼制器材，其發(fā)生腐蝕過程的自發(fā)性是相同的，但是只有后者可以實現(xiàn)。在討論過程的方向問題時，我們指的是沒有外界干擾時體系的性質(zhì)。如果允許外界對體系施加某種作用，就可以出現(xiàn)相反的結(jié)果。 總結(jié)能量判據(jù)和熵判據(jù)的應用：1、由能量判據(jù)知放熱過程（H0）常常是容易自發(fā)進行；2、由熵判據(jù)知許多熵增加（S0）的過程是自發(fā)的；3、很多情況下，簡單地只用其中一個判據(jù)去判斷同一個反應，可能會出現(xiàn)相反的判斷結(jié)果，所以我們應兩個判據(jù)兼顧。由能量判據(jù)（以焓變?yōu)榛A(chǔ)）和熵判據(jù)

12、組合成的復合判據(jù)（體系自由能變化：G = H - TS）將更適合于所有的反應過程；4、過程的自發(fā)性只能用于判斷過程的方向，不能確定過程是否一定會發(fā)生和過程的速率；5、在討論過程的方向時，我們指的是沒有外界干擾時體系的性質(zhì)。如果允許外界對體系施加某種作用，就可能出現(xiàn)相反的結(jié)果；6、反應的自發(fā)性也受外界條件的影響。鞏固習題1、已知金剛石和石墨在氧氣中完全燃燒的熱化學方程式為： C (金剛石、s)+O2 (g) CO2 (g) H1395.41kJ/mol C (石墨、s)+O2 (g) CO2 (g) H2393.51kJ/mol關(guān)于金剛石與石墨的轉(zhuǎn)化，下列說法正確的是 A、金剛石轉(zhuǎn)化成石墨是自發(fā)

13、進行的過程 。 B、石墨轉(zhuǎn)化成金剛石是自發(fā)進行的過程。C、石墨比金剛石能量低 。 D、金剛石比石墨能量低。2、知道了某過程有自發(fā)性之后，則：A、可判斷出過程的方向 B、可確定過程是否一定會發(fā)生。C、可預測過程發(fā)生完成的快慢 。 D、可判斷過程的熱效應。3、碳銨(NH4)2CO3在室溫下就能自發(fā)地分解產(chǎn)生氨氣，對其說法中正確的是。A、碳銨分解是因為生成了易揮發(fā)的氣體，使體系的熵增大。B、碳銨分解是因為外界給予了能量。C、碳銨分解是吸熱反應，根據(jù)能量判據(jù)不能自發(fā)分解。D、碳酸鹽都不穩(wěn)定，都能自發(fā)分解。4、下列反應中，在高溫下不能自發(fā)進行的是A、(NH4 )2CO3(s)NH4HCO3(s)+NH3

14、(g)B、2N2O5(g)4NO2(g)O2(g)C、MgCO3(s)MgO(s)CO2(s)D、CO(g)C(s)1/2O2布置作業(yè)課后習題P36 1、2。 學生討論、交流、提出自己的看法。思考、分組討論、回答。學生甲： 水的流向 高 低學生乙：白磷自燃學生丙：傾聽、思考觀察圖象，思考能量的變化學生思考、討論、回答。 甲： 乙： 丙：傾聽思考、交流、回答學生甲：乙：丙：傾聽學生實驗：NH4NO3 溶于水，紅墨水擴散。描述實驗現(xiàn)象，判斷過程自發(fā)性。思考、交流、回答學生甲：乙：丙：匯報交流、自主學習成果：上述自發(fā)過程與能量狀態(tài)的高低無關(guān)，受另一種能夠推動體系變化的因素的影響，即體系有從有序自發(fā)地

15、轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序的傾向。 傾聽閱讀思考課本P35相關(guān)內(nèi)容。 傾聽、思考學生聆聽，積極思考。閱讀課本P36，完成右表。學生回憶,進行深層次的思考,總結(jié)成規(guī)律學生獨立思考，完成練習ACAAD引起學生的興趣。激發(fā)學生的探究意識。提供情景素材組織學生討論。加強學生之間的交流，培養(yǎng)學生勤于思考的科學態(tài)度。培養(yǎng)學生觀察、總結(jié)歸納能力。設(shè)置問題情景，進一步激發(fā)學生求知欲。創(chuàng)設(shè)合作學習氛圍，培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)，實驗能力、問題解決能力。利用日常生活中的見聞及已學過的化學知識引導學生得出熵判據(jù)。提高學生自學能力。通過上述知識的介紹，使學生體會事物的發(fā)展、變化常常受多種因素的制約，要全面分析問題。增強學生閱讀、歸納總結(jié)能力。完善知識體系在實際練習過程中對新知識點進行升華和提高，形成知識系統(tǒng)。板書設(shè)計：第四節(jié) 化學反應進行的方向一、反應方向的焓判據(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。若H0，正向反應能自發(fā)進行；若H0，正向反應不能自發(fā)進行，而逆向反應能自發(fā)進行。二、反應方向的熵判據(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。1、混亂度：表示體系的不規(guī)則或無序狀態(tài)。2、熵：熱力學上用來表示混亂度的狀態(tài)函數(shù)。3、熵的大小判斷： （1）氣態(tài) > 液態(tài) > 固態(tài)（2）與物質(zhì)的量成正比4、反應