第二单元 化学反应的方向和限度教案教学设计

化学反应进行的方向

重庆市璧山中学校

肖泠辰

一、教材分析

本节内容选自人教版化学选修4第二章第四节《化学反应进行的方向》。化学反应的方向、限度和速率是构成化学反应原理体系的三个重要组成部分，之前解决了限度和速率问题，将方向放在最后一部分是因为这个问题比较复杂，具有一定难度。主要介绍了“焓判据、熵判据及复合判据（△G=△H-T△S）”知识。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，简单介绍了复合判据的结论性内容。

二、教学目标

1.通过系列问题思考推理焓判据、熵判据和复合判据，探讨焓变和熵变在反应过程中自发性的地位，培养证据推理能力；

2.通过观察生活中的自然现象，建构模型、并运用模型解释化学现象，揭示现象的本质和规律；

3.通过掌握复合判据及有关计算判断反应的方向，以及在实际中的应用，认同化学对社会发展的重大贡献，激发社会责任感。

三、教学重难点

重点：熵判据

难点：焓变和熵变与化学反应方向的关系

四、学情分析

此前，学生已经学习了化学反应及其能量变化、化学反应速率、化学平衡等知识，对放热反应、吸热反应和焓变有一定的了解，但学生对反应的方向问题存

在困惑，什么是反应的方向，焓变和反应的方向之间有什么联系。本节内容将让学生了解决定反应进行方向的因素不是单一的焓变，熵变也是决定因素之一。

五、教法与学法

教法：本课主要采用了问题探讨法、分析推理和比较归纳法，再结合实验探究法等教学方法，同时合理地运用智慧课堂等辅助手段，便于达到预期的教学效果。

学法：在观察——讨论——分析——总结的过程中，完成从焓判据到熵判据，最后上升到复合判据判断反应方向的知识和能力上的跨越。

六、教学过程

（一）情景创设，提出问题

[情景引入] 科学分析表明，汽车尾气中含有上百种不同的化合物，其中的污染物有固体悬浮微粒、一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、铅及硫氧化合物等。一辆轿车一年排出的有害废气比自身重量大3倍。英国空气洁净和环境保护协会曾发表研究报告称

，与交通事故遇难者相比，英国每年死于空气污染的人要多出10倍。

[讲]汽车尾气的主要污染物是CO和NO，请同学们小组讨论，设计一个化学反应对汽车尾气中的NO和CO进行处理。

[学生活动]讨论NO+CO → N2+ CO2 [讲]这个反应能否发生呢？这就是这节课我们所要学习的内容——化学反应进行的方向。

【设计意图】通过生活中的汽车尾气问题引入新课，让学生自主设计解决问题的方案，激发学生的学习兴趣

（二）问题引导，理解焓判据

[问题1] 请回忆你所学过的常温下能自发进行的化学反应？

[学生]思考并举例回答。

[问题2] 从能量变化角度判断这些反应有什么共同特点？

[学生]思考发现都是放热反应即△H < 0。

[问题3] 上述放热反应为什么能够自发进行？

[实验探究]引导学生观察两个生活中的自然现象（1）自由落体运动（2）热

量的传递，根据生活经验判断这两个过程都是自发进行的，引导学生思考这两个过程在能量变化上的特点，发现自然规律：自发过程的体系趋向于从高能状态转变为低能状态。结合自然规律再引导学生思考上述问题，得出焓判据。

[板书]一、焓判据

在一定条件下，反应有朝放热（△H < 0）方向自发进行的趋势

[问题4]既然反应有朝放热方向自发进行的趋势，燃烧是典型的放热反应，那燃烧是自发反应吗？

[学生]不确定。

[讲]为了解决这个问题，我们需要对自发反应进行准确的定义，自发反应指的是在一定的温度和压强下，一经引发，不借助外力就能自动进行的化学反应，结合自发反应的定义再思考上述问题。

[学生]思考并回答

【设计意图】1.基于学生已有的认知基础，通过系列问题引导学生思考，一步步推理出焓判据，并完成对自发反应的再认识。

2.结合生活中的自然现象搭建模型，帮助学生认知自发过程的体系趋向于从高能状态转变为低能状态的自然规律，化抽象为形象。

（三）实验探究，认识熵判据

[思考] 所有能自发进行的反应都是放热反应吗？

[实验探究] Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl的反应

☆操作步骤：将约1药匙研细后的Ba(OH)2·8H2O晶体与约2药匙NH4Cl晶体一起放入烧杯中，并将烧杯放在滴有几滴水的玻璃片上，用玻璃棒快速搅拌，用手触摸杯壁下部，试着用手拿起烧杯。

☆温馨提示：①搅拌过程中固定小烧杯②玻璃片上的水适量③拿起烧杯时注意玻璃片

☆实验任务：请小组合作完成实验，2人进行实验，1人观察现象，1人记录在平板上的表格，约在3min内完成实验。

[学生活动]小组合作完成实验，在实验中产生疑惑：为什么在常温下，吸热反应也能自发进行？

[教师活动]引导学生分析吸热反应能量曲线图（只考虑反应物和生成物能量状态），所有吸热反应都是从低能到高能，从焓判据的角度是不利于反应进行的，而反应的发生就像是有一股神秘的力量将反应物从能量低处带向了能量高处，而这股神秘的力量，就是新物理量——熵。

[实验探究]为了进一步认识熵，由两位同学上台完成两个生活中的实验：（1）黄豆和黑豆的分离（2）香味的扩散

[学生活动]观察两个过程，并总结出自然规律：自发过程的体系趋向于从有序转变为无序（混乱度增加）。

[教师活动]讲解这两个过程中用来描述混乱度的物理量就是熵。结合自然规律引导学生得出熵判据。

[板书] 二、熵判据

在一定条件下，反应有朝混乱度增加（△S＞0）的方向自发进行的趋势

[教师活动]提出两个思考问题引导学生进一步认识熵

（1）从微观角度分析，水分子的三种状态谁的混乱度大？

（2）相同条件下，1mol气体和2mol气体谁的混乱度大？

[学生活动]思考并得出相应的结论

[讲]熵作为一个如此重要的物理量，是如何拉动反应自发进行的呢？接下来通过两个典型例子深入了解。

[教师活动]（1）引导学生运用新知分析为什么Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl的反应作为一个吸热反应也能在常温下自发进行？

（2）引导学生思考从“沙滩到用户” 的关键反应：SiO2 + 2C = Si + 2CO↑，如果从熵变的角度分析，在反应中产生CO和CO2的差别在哪里？

[学生]思考讨论，完成解释

【设计意图】1.通过实验探究产生认知冲突，发现焓判据是与反应能否自发进行有关的一个因素，但不是唯一因素，同时顺利成章地引出熵。

2.借用生活中的模型搭建，引导学生认知分离是非自发过程，扩散是自发过程，得出自发过程的体系趋向于从有序转变为无序的自然规律，从而引出熵判据。

3.通过两个思考帮助学生全面认识新物理量“熵”。

4.通过引导学生利用新知解释最初实验探究中的疑惑，以及解释熵拉动反应

进行的实例，深化对“熵判据”的理解和应用。

（四）走进化学史，认识复合判据

[问题1]既然焓变和熵变对反应的自发性都有影响，如果当熵判据和焓判据一个有利于反应自发进行，一个不利于反应自发进行，反应能发生吗？

[教师活动]引导学生回顾碳酸钙的分解反应，查阅相关数据发现这就是一个焓变不利而熵变不利的反应，引导学生根据已有知识分析这个分解反应的发生在什么条件有利，得出影响反应自发性的第三个因素——温度。

[介绍]向学生介绍化学热力学的发展史，是克劳修斯最初提出了熵的概念，玻尔兹曼具体解释了熵的物理意义，而吉布斯确立了定量描述焓变和熵变在判断反应的自发性过程中的地位，引出复合判据。

[板书]三、复合判据

△G = △H - T△S 当△G<0时，反应自发进行

当△G=0时，反应达平衡

当△G>0时，反应正向不能自发进行

[问题2]在具体的反应过程中，根据复合判据，焓变和熵变自由组合能产生多少种不同的反应类型呢？温度在这个过程中对反应的自发性又有什么影响呢？

[学生活动]小组讨论，并完成下列表格

焓变

△H＞0 △H＜0 △H＜0 △H＞0 熵变

△S＜0 △S＜0 △S＞0 △S＞0 反应的自发性

一定不能自发

低温自发，高温不自发

一定能自发

高温自发，低温不自发

【设计意图】1.通过问题1引导学生，得出焓变和熵变都与反应的自发性有关，但又都不能独立地作为判断自发性的判据，从旧知启发学生认识到，温度对反应的自发性也有影响。

2.通过向学生介绍化学热力学的发展史，结合上述分析，顺利成章地引入复合判据，同时培养了学生科学探究的意识。

3.通过学生的思考、分析、讨论等活动，深化了对复合判据与过程方向性的关系的理解，同时培养了学生合作学习的能力。

（五）运用新知，解决问题

[问题解决]已知，

298K、101KPa下，反应2NO(g) + 2CO(g) = N2(g) + 2CO2(g)，△H = - 746.8 KJ·mol-1

，△S = - 0.2 J·mol-1·K-1，请判断室温下该反应能否自发进行？

[学生活动]计算发现△G = △H - T△S﹤0，因此该反应在室温下能自发进行

[问题延伸]作为关心社会发展的现代青少年，请谈谈我们还可以从哪些方面治理汽车尾气？

[学生活动]发散思维，畅所欲言。

【设计意图】通过将所学知识运用于解决最初提出的问题，让学生充分体会到化学与生活的密切联系，培养了学生的科学探究意识和社会责任感，激发学生学习化学的兴趣。

七、板书设计

化学反应进行的方向

一、焓判据

在一定条件下，反应有朝放热（△H < 0）方向自发进行的趋势

二、熵判据

在一定条件下，反应有朝混乱度增加（△S＞0）的方向自发进行的趋势

三、复合判据

△G = △H - T△S 当△G<0时，反应自发进行

当△G=0时，反应达平衡

当△G>0时，反应正向不能自发进行

八、教学反思

本教学设计以新课标为指导，以培养学生的科学探究、证据推理、模型认知和社会责任四大核心素养为主要目标，整个教学设计分为“情景创设，提出问题”、“问题引导，理解焓判据”、“实验探究，认识熵判据”“走进化学史，认识复合判据”“运用新知，解决问题”四个层次，实现了不断引导学生由易到难，由浅入深，

循序渐进。通过回忆、思考、讨论、探究等活动，利用旧知启发新知，让学生学习的主体地位真正得到了回归，课堂真正成了学生自主学习的“学堂”；从整节课的实施过程来看，在很大程度上克服了以往老师对新课内容的不断重复、学生“惯于听”而“疏于思”，学习效率低下的普遍性问题。使学生通过阅读、思考、讨论等环节，基本掌握了知识内容，开始问题的提出和结尾问题的解决形成了首尾呼应，让学生充分感受到了化学对于社会生产生活的重大意义。学生甚至在课下提出要求，能不能以后给出更多的化学史给他们了解，我非常感动。当然，由于本轮新课改的实践在我们还处于起步阶段，所以本教学设计与课改新理念还有一定的差距。如在教学内容的取舍、对学生讨论的引导上还需要花功夫，下大力气。但我相信，只要能坚持实践，认真体会，不断总结，必将带给学生更多的收获。