第二单元 化学反应的方向和限度新颖的课程导入教案

化学反应的方向教学设计

一、教学目标

1、教材分析

“化学反应的方向”选自苏教版《化学反应原理》专题二第二单元“化学反应的方向和限度”。本专题教学内容包括三个方面：化学反应速率、方向与限度。速率和限度在《化学2》中有所涉及，课程标准对于“化学反应的方向”的要求是：能用焓变和熵变说明化学反应的方向。教材从学生已有的知识和生活经验出发，分三个层次就化学反应的方向进行了介绍。第一，以学生熟悉的自发进行的放热反应为例，介绍化学反应有向能量降低的方向自发进行的倾向——焓判据；第二，以生活现象为例，说明混乱度（熵）增加是自然界的普遍规律，也是化学反应自发进行的一种倾向——熵判据；第三，用实例说明单独运用上述判据中的任一种，都可能出现错误，都不是全面的要正确的判断化学反应的方向，需要综合考虑焓变和熵变的复合判据。“化学反应的方向”承接专题一“化学反应中的热效应”，铺垫本专题下一单元“化学平衡的移动”，因此本节内容在《化学反应原理》中起着承上启下的作用。

2、学情分析

高二学生已有一定的生活经验和化学知识，这些有助于学生对化学反应方向的认识进行概括整合。另外《化学2》和《化学反应原理》中有关化学反应热效应的内容也有助于学生从焓变的角度理解、判断反应的方向。高二学生已初步具备一定的分析问题与设计方案来进行科学探究的能力，能够较为顺利地完成从具体到抽象、从宏观到微观的思维转换过程。

3、化学学科核心素养培养目标

基于学科核心素养的教学应在构建结构化知识的基础上，以学科思维与实证意识为核心，指导科学实践与创新，培育化学学科核心素养。为此，笔者结合《普通高中化学课程标准（实验）》的教学要求确定本课的教学目标：（1）从宏观角度知道自然界的变化具有方向，迁移到微观化学反应也存在方向，从而形成自发反应的概念；（2）通过日常生活的具体现象，能说出抽象的熵的含义，会定性判断化学反应前后熵的变化情况，理解放热、熵增有利于反应自发进行；（3）通过实验探究、模型建立能初步利用焓变和熵变从定性角度说明化学反应进行的方

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向；（4）通过化学反应的方向在生活和生产中的应用，感受化学与社会的密切联系，培育科学精神和辩证思维，强化环境保护的意识。

二、教学实践

1、创设情境，引入课题

汽车尾气中的主要污染物是一氧化氮以及燃料不完全燃烧所产生的一氧化碳，它们是现代城市中的大气污染物，为了减轻大气污染，人们提出通过以下反应来处理汽车尾气：2NO（g）+2CO（g）= N2（g）+ 2CO2（g），能否判断这一方案是否可行？理论依据是什么？通过联想和质疑引出本节课的主题——化学反应的方向。

图1 瀑布

图2 水车灌溉

展示瀑布和水车灌溉（如图1、图2所示）的图片，通过对比“高水低流”的自发过程及“低水高流”需要外界做功的过程，学生体会自然界的自发过程和非自发过程，并通过结合生活经验列举出自然界中存在的其他自发过程。在此基础上引导学生通过类比、迁移等方法共同得出自发反应的概念。此概念中的“外界帮助”对学生而言是一个难点，通过水在不同条件下分解生成氢气和氧气，2H2O = 2H2+O2

（室温、通电）， 2H2O = 2H2+O2

（加热至2000℃）进一步辨析自发反应的概念，帮助学生提炼出加热、点燃等条件不属于外界帮助，通电、光照是外界帮助。此环节将生活经验迁移到将要学习的新知识中，使抽象知识形象化，宏微结合。

理性思维：制约化学反应能否自发进行的因素有哪些？

2、科学探究，能力培养

结合瀑布图片提问学生水为什么会自发地从高处流向低处？学生联想到自然界的许多自发过程，无论是物理过程还是化学过程，都有由能量较高状态向能量较低状态转化的倾向。通过课本“你知道吗？”栏目中的四个自发反应，学生

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归纳、概括出这些自发反应的共同特点：⊿H<0，反应自发。

19世纪，化学家们曾认为决定化学反应能否自发进行的因素是反应热；放热反应能自发进行，而吸热反应不能自发进行。提问学生是否同意这一观点吗？请举例说明。学生自然能举出Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl反应的实验，通过学生实验进一步进行佐证。对书本上的实验进行改进，实验步骤如下：（1）将约10g Ba(OH)2·8H2O固体装入密实袋中，用细线在袋底部约1/3处系上活结并扎紧；加入约5gNH4Cl固体，将袋口封紧。（2）将红色石蕊试纸润湿，粘在密实袋口附近的内壁处，再将密封条封紧。（3）打开密实袋上的活结，用手捏药品（但不要让试纸掉下来），使其充分接触，观察试纸的变化，感受密实袋里物质温度的变化。（4）打开密实袋口一点点，轻轻扇闻它的味道，然后立即封好密实袋。通过实验，学生发现有些吸热反应也能自发，从而说明⊿H<0是制约反应能否自发进行的因素之一，不是唯一因素。此环节通过实验探究、例举反例明确焓变仅是判断反应能否自发进行的因素之一。培养了学生设计方案、改进实验等探究能力。

理性思维：什么因素可以促使吸热反应也能自发进行？

3、师生互动，探究新知

指导学生阅读课本，观察“房间变乱”“火柴掉地”（如图3所示）的图片，学生透过表面现象思考这些自发过程的共同之处，由整齐变得混乱，由有序趋向无序，引出描述一个体系混乱度的物理量——熵。并说明同一体系处于有序状态时熵值较小，处于无序状态时熵值较大，学生得出结论：在孤立体系中，从有序到无序的过程是一个熵增的过程。

图3混乱程度不同的现象

通过视频展示挤破装满水的气球和挤压橙汁的过程以及他们分别复原过程，视频截取图片如图4所示，与学生交流互动，通过现实生活中存在的现象，帮助学生进一步感知熵增是一种自发现象，迁移到化学中大多数自发反应有趋向于体

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系混乱度增大的倾向。

图4 生活中的现象

通过展示水的三态变化图片如图5所示以及碳酸氢钠受热分解的反应，然后请学生小组间讨论熵变的判断方法。学生通过小组合作自主学习，使思维走向深入。教师在学生完成讨论学习后，请学生展示交流学习成果，相互补充。通过师生、生生互动，学生掌握基础知识。

图5 水的三态变化

学生通过小组讨论得出结论：①同一物质：S(g) ＞

S(l) ＞

S(s)；②产生气体和气体物质的量增加的反应：⊿S＞0 ；③

溶解过程和扩散过程: ΔS＞0 。

根据所得的结论，让学生判断下列自发过程的熵变情况：2NaHCO3(s) = Na2CO3 高温、高压

催化剂

(s)+CO2(g)+H2O(g)，NaOH(s) =Na+(aq)+OH-(aq) ，N2(g)+ 3H2(g)

2NH3(g)。学生对熵变有了进一步的理解，得出结论：⊿S＞0，反应自发。

继续进行探究活动：熵减的反应能否自发进行？在学生通过小组合作探究后，请小组举出反例，得出化学反应也能向着熵减的方向自发进行，反应的熵变是制约化学反应是否自发进行的因素之一。体系能量降低和混乱度增大都有促使反应自发进行的倾向。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）。

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此环节从学生已有经验出发，通过视频创设问题情境，引导学生学习熵变的判断方法，这种层层递进的教学方式符合学生的认知规律。

4、归纳总结、知识升华

让学生根据所学知识和已有的生活经验，小组间讨论并分析表格1中的变化在常温下能否自发进行，这些变化过程的的焓变和熵变是否有利于变化自发进行。通过习题来检验学生对知识的内化和升华。教师可在学生自主完成的基础之上，让学生自主讲解和互评后，进行总结和归纳。

表1

几种变化的方向性

变化

方向性

焓变

熵变

CO2 (s) →

CO2 (g)

2Mg(s) + O2 (g) = 2MgO(s)

2K(s) + 2H2O (l) =2 K+(aq) +2OH-(aq) + H2 (g)

Ag+(aq) +Cl-(aq) =AgCl(s)

ΔH=-51.1 kJ·mol-1

学生总结得出以下规律：当⊿H<0，⊿S>0，即两判据都有利于反应自发时，该反应恒自发；当⊿H>0，⊿S<0，即两判据都不利于反应自发时，该反应恒不自发。

当判据出现一利一不利时，反应能否自发呢？通过演示实验氯化铵分解的实验如图6所示，氯化铵在试管底部受热时自动分解产生氨气和氯化氢，而氨气和氯化氢在试管上部遇冷又重新化合形成氯化铵的两个自发反应，学生通过观察现象得出结论：反应能否自发与温度有关，对于⊿H>0 ⊿S>0的反应，高温有利于自发；对于⊿H<0⊿S<0的反应，低温有利于自发。

一定不能自发进行

Δ高温下能自发进行

低温下能自发进行

一定能自发进行

S

图6 氯化铵受热分解

图7 焓变、熵变与自发反应的关系

5 Δ

通过让学生以⊿H为横坐标、⊿S为纵坐标，尝试在坐标轴中画出焓变、熵变与自发反应的关系，使结论更加直观，如图7所示。在这个环节学生通过事实归纳和规律演绎建构焓变、熵变与自发反应关系模型，体会化学知识赋予的情感陶冶和精神润泽，培养了实验探究和模型建构等核心素养。

5、首尾呼应，辨证思考

学生学习了综合判据后，回顾本节课引课环节，汽车尾气处理，在298K、101KPa时，2NO(g)+2CO(g)= N2(g)+2CO2(g) ⊿H = - 113.0 kJ·mol-1

，该方程⊿H<0⊿S<0在低温下该反应能自发进行。从这里学生可以深深体会到化学学科的魅力与价值，体会到化学源于生产生活，必将服务于生产生活。为激励学生的学习情趣、拓展学生视野，让学生用“熵”的眼光看待世界，了解熵所涉及的其他几个领域。

环境

信息

熵

社会

图8 熵涉及的若干领域

生命

三、小结与反思

化学学科核心素养的提出要求教师转变传统的教学模式，充分调动学生的主动学习动机，发挥学生的主观能动性，在学习化学知识的同时培养学生的理性思维、科学探究和社会责任。在学生主动学习的过程中，教师所扮演的角色要从讲授者转变为引导者，精心设计实施有效的科学探究活动，指导学生在科学探究活动中思考分析并构建化学概念。

通过对课堂教学行为的精心设计，鼓励和帮助学生探究。本次教学达到了较好的效果。然而，在教学过程中也暴露出一些问题。比如，探究活动时间的控制；如何恰到好处的点拨；如何让每一位学生都参与到探究活动中来等等。

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