第二单元 化学反应的方向和限度教案2

教学设计

基本信息

名称

执教者

《化学反应进行的方向》教学设计

马爱敏

课时

1 所属教材目录

人教版化学选修4 本节内容是选修四第二章第四节《化学反应进行的方向》的内容。"焓判据、熵判据及自由能（△G=△H-T△S）"知识，有一定难度。本节内容安排在学生学习了化学反应及其能量变化、化学反应速率、化学平衡之后以知识介绍的方式呈现出来，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。

教材分析

教材从学生已有的知识和生活经验出发，分四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；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。第二，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。第三，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。第四，简单介绍了自由能判据的结论性内容。

学生对化学反应中的能量变化、吸热反应、放热反应、反应热和焓变都已有一学情分析

定了解，也学***衡及其影响因素，在此基础上来研究化学反应进行的方向。"焓判据、熵判据及自由能（△G=△H-T△S）"知识，有一定难度。可以通过有梯度的教学设计，帮助学生将难点分散，达到教学目的。

知识与能（1）理解化学反应方向判断的焓判据及熵判据；

力目标

（2）能用焓变和熵变说明化学反应的方向。

教学目标

过程与方法目标

情感态度与价值观目标

通过学生已有知识及日常生活中的见闻，使学生构建化学反应方向的判据。学会运用比较、归纳、概括等方法对信息进行加工，构建新知识。

通过本节内容的学习，使学生体会事物的发展、变化常常受多种因素的制约，要全面分析问题。

焓减和熵增与化学反应方向的关系

焓减和熵增与化学反应方向的关系

教学重难点

教学策略与

设重点

难点

应用讨论交流的方法调动学生的积极性，充分发挥学生的想象力；启发学生学会归纳、概括，对信息进行加工，得出结论；注重从学生已有知识及日常生活的经验上构建新知识。

计说明

教学过程

教学环节（注明每个环节预设的时间）

【PPT图片导入】金属钛

同学们知道二十一世纪金属是指那重金属

呢？你知道钛的用途吗？

早在1971年人们在金红石（含TiO2）的

矿物质中发现了钛元素，而第一次制得纯净

的钛却是在1910年，中间经历了一百余年。

科学家遇到了怎样的困难呢?大家看PPT1图观看图片

片，金属钛，TiO2

(s)+ 2Cl2(g) == TiCl4

(l) + O2(g) TiCl4 (l) + Mg (s) == 2MgCl2(s) + Ti(s)

激发学习兴趣

化钛反应制备四氯化钛，再用金属镁还原出来。但是没想到的是就在第一步科学家们就

被难住了，这个反应在任何温度下都不反应。

但是，它的逆反应却在几百度就能发生。

下面我们想一想在我们的实际中，咱们遇

到没遇到这种情况，请看一看一下几个实例：

【PPT2图片】

事实上这样的情况不仅在科学研究中普遍存

在，而且在我们学习化学的过程中也会遇到

这样的情况。

教师活动

学生活动

设计意图

科学家设计以金红石为原料，用氯气与二氧

如：CaCl2 + Na2CO3==CaCO3 + 2NaCl Zn + CuSO4 ==ZnSO4 +Cu 逆向进行吗？在相同情况下是不能的。以上两个反应正向在常温下就能自动发生，而逆向反应在常温下不能自动进行。 2H2 + O2 == 2H2O 常温常压下，我们能感

激发求知欲望

了解自发反应和非自发反应

思考

试答

觉到H2与O2反应生成水吗？不能，但是我可 以告诉大家，如果我们能长命百岁的话，活 上几千年几万年或许我们会看到极其极其微

量的水生成，那也就是说，这个反应的速度

太慢太慢了。这个反应具有发生的可能性，

但是它的逆向反应水在相同条件下要分解成

H2和O2能行吗？不能。要想发生必须借助外

部力量——电解。那么，再看最后一个例子，

葡萄糖被氧化成水和二氧化碳。C6H12O6(s)+

6O2 == 6CO2(g) + 6H2O(l) ,我们吃下去的葡

萄糖很快就能自动转化为水和二氧化碳，燃烧它也可以，但是，它的逆向反应二氧化碳形成知识的感性认识

和水变为葡萄糖就必须借助外部力量——光

能。这些例子在告诉我们

：化学反应在一定

温度、压强下朝某个方向进行时好像是自动

的，必须借助光电这样的外部力量才能发生。

于是，科学家就把在一定温度、压强下，不

借助（光、电能）外部力量就能进行的或具

有发生的可能性的反应称之为自发反应，反

之称之为非自发反应。

那么，化学反应在一定温度、压强下向着

怎样的方向就是自发的呢？复分解反应也

好，氧化还原反应也好，似乎它们都是朝着

种更为概括的呢？这两个反应没准是朝着同阅读课文、思考一个自发的进行呢。如果能解决这个问题，判断

或许就能找到为什么二氧化钛和氯气在任何

温度下都不反应呢？

上述例子告诉我们化学反应它有一种趋

向，向着哪个方向呢？在一定温度、压强下，

能量降低表现为哪个物理量呢？焓变。

化学反应趋向于焓减少的方向进行。

讨论一个问题，化学反应会不会向吸热反

应方向进行呢？在化学学习中你有没有遇到

常温、常压下吸热反应是自发的呢？

环节2：影响化学反应的方向的因素

1．

焓变对反应的影响

问题1.化学反应向着怎样的方向自发

进行呢？

燃烧反应：CH4 (g) +2O2（g）=== CO2

（g）+ 2H2O（l）△H=-890KJ/mol

_+中和反应： OH(aq）+H（aq）= +H2O

（l）；△H=-57.3KJ/mol

思考判断、小组讨论

其他反应：

4Fe(OH)2（s） + O2（g）+ 2H2O（l）= Fe(OH)3

（s）△H=-444.3KJ/mol

NH3（g）+ HCl（g） = NH4Cl（s） △

H=-176.9KJ/mol 总结、归纳知识

大量的实验证明，放热反应在常温常压下记笔记

是自发的，也就是说化学反应趋向于向着焓

减小的方向自发进行。放热是有利于反应自

各自的方向在自发进行，那么会不会存在一

理解焓变对

自发反应的影响

从能量角度明确

自发过程的方向性

焓(能量)判据

△H

<0

自发反应

问题2.在一定温度和压强下，反应一定不能

向着吸热方向自发进行吗？

2NH4Cl（s）+Ba(OH)2∙8H2O（s）=BaCl2（aq）小组讨论

+2NH3（g）+10H2O（l）;△H>0 NH4HCO（3s）+ CH3COOH(aq）= CO（2g）+CH3COONH4 （S）+ H2O（l）；△H=+37.3KJ/mol CaCO3（s）= CaO（s）+ CO2（g）；△H=+172.8 KJ/mol 发的一种因素。

2NaHCO3（s）= CO2（g）+Na2CO3（g）+ H2O（l）；△H=+126.1 KJ/mol 第一个反应我们已经做过实验，今天我们来

培养学生知识的迁移能力和发散思维

说第二个反应，碳酸氢铵中加入醋酸溶液，

这个反应也是吸热反应。

学生观察实验

【实验演示】手摸空烧杯和反应烧杯，以上

这两个反应都是在常温常压下自发进行的反

应。那么，请看后面的两个反应碳酸钙固体

和碳酸氢钠固体的受热分解，也是吸热反应，

但这两个反应常温常压下自发进行吗？不

能，但给了一定温度就可发生。那就是说，

吸热反应有些可能常温自发，也有些给了一

定温度或压强就能自发，也就是说吸热反应

也可能是自发的。这就说明焓是影响化学反

应方向的一个因素，是唯一因素吗？不是，

可能还有其他因素，那这个因素是什么呢？

下面我想领着同学们看这样一些例子，或许 能帮助我们找到答案。

2.熵变对反应的影响

问题3.为什么在一定温度和压强下，化学反

因素在影响反应的方向呢？

知识过渡

问题4.分析下列现象，也许有助于我们找到 课堂教学过渡

影响化学反应方向的另一因素。你能找到这 样一些表面上看似无关的事件的共同特性 吗？

（1）

固体溶解：食盐、固体氢氧化钠、蔗

糖自动溶于水，相反的过程不可能出

现。

（2）

墨水滴入水中自动扩散，二者却不能

自动分离

（3）

气体扩散：二氧化氮与空气自动混合

思考、交流、填（4）

一副崭新的扑克牌被洗过后会怎么空

样呢？

（5）

如果没有法律制约，世界会怎么样

呢？

（6）

下课铃一响教室会怎么样呢？

（7）

高锰酸钾固体放入水中，溶液很快变 应能够向着吸热方向自发进行呢？还有什么成了紫红色，这也是自发的。

2、3、7这些过程好像不相干，会不会有种内在地联系呢？你能告诉我如果属于反应，

朝着什么方向就自发了呢？我观察是从有序

到无序，从浓度高的到浓度低的。这位同学

说的有没有道理呢？有道理，那么，我们再

来深入地探讨刚才的例子是不是这位同学所

说的。当我们把固体的硫酸铜或者高锰酸钾 2+放到水中的时候，大家想一想，固体中的Cu、 2-+_SO4或K、MnO4阴阳离子它原来的状态是什

培养学生全面思考问题的习惯

明确

自发反应与熵变的关系

么样子呢？就是有序排列的呀！当放到水中时，阴阳离子逃离到水中时，会是什么样呢？它是自由运动，它的状态会表现为无序状态化。那么同学们要再想一个问题，那么科学会怎么选择或表述一个无序状态和无序程度呢？我们能不能定量表示一个体系或一种物质的混乱程度呢？

问题5. 如何量度一个体系的混乱度呢？

德国一个科学家叫克劳修斯，这位科学家定义了一个叫熵的物理量，用S来表示，用熵来表达体系或物质的混乱程度，如果熵值越大，那就意味着这个体系的混乱度就越高。那么，通过实验或是通过计算科学家可以求得各种物质在一定条件下的熵值SJ/mol.K

思考、交流

知道什么是

熵变增大的反应

理解混乱度和熵的关系

明确熵判据的含义

科学家用△S来记于物质的熵变。自发过程趋听讲、笔记

向于从有序到无序的过程。

△S等于什么？△S=S（生成物）- S（反应物）

若△S>0，熵增，△S<0，熵减。大家看一看数

据，一些反应的熵变，可见我们找到了化学

反应有另一种趋向，它趋向于熵增还是熵减

呢？熵增的方向，即：在一定温度和压强下，

化学反应趋向于向着熵增的方向进行，也就

是说混乱度增大的方向自发进行。

问题6.上述吸热反应能够自发进行的原因是

什么？

反应的什么特征表示反应的熵增加了？小结

化学反应的熵变

【揭示规律】自发反应趋向于向着熵增的方记笔记

向进行，也即是说熵增有利于反应自发。

熵减少的方向自发进行吗？

下面【交流研究问题7】

自发反应一定不能向着熵减的方向进行吗？

已经有两个因素了，是不是就找到问题所在思考、交流

了呢？同学们我想提个问题，在一定温度压

强下，化学反应难道不能向着熵减少的方向

进行吗？可以吧，请看下面的实例：铝热反 应，它是自发进行的，你说它为什么是自发

知识过渡

的，明明是熵减的反应呀。如： 2Al(s)+Fe2O3(s)=Al2O3(s)+2Fe(s) △S=–

-1-139.35J·mol·K。是一个熵减的反应，该

反应能自发进行并放出大量的热。那也就是引出新知识

说如果我们要判断一个反应是否自发进行

的，我们光看熵是不行的，光看焓也是不行

的。必须要把二者结合在一起，把两个结合

在一起，对于这个反应，你猜一下，它为什

么能自发进行呢？该反应放出大量的热，把

铁给熔化了。那么好，有一位科学家他叫吉思考、计算、交流

布斯-----美国的物理化学家，化学反应的发

在一定温度和压强下化学反应一定不能向着生要考虑这两个因素的话，那么，这两个因素间会不会存在着某种定量关系呢？那么吉布斯就认为，当一个反应的△H与△S满足这样一个关系，△H-T.△S<0的时候反应就自发发生。

3.焓变与熵变对反应的共同影响

只关注熵变或焓变，不能正确判断反应是否自发，显然应该综合考虑二者的影响，焓变与熵变之间是否存在某种定量关系呢？

学会运用熵焓二判据

回扣课题

【揭示规律】介绍反应方向的判据：在一定

温度、压强下，△H - T.△S<0反应自发进行， △H-T.△S>0反应非自发。

环节3：反应方向的判据应用

TiO2 (s)+ 2Cl2(g) == TiCl4 (l) + O2(g) △ H=+161.9 KJ/mol △S=–38.4J·mol·K

请分析为什么该反应在任何温度下都不能进行呢？

这个反应是一个熵减的吸热反应，任何温度-1-1

用所学知识

解决课前知识疑虑

下都不能自发进行，那么这怎么办呢？让科

学家告诉我们。吉布斯-----美国的物理化学

家，他认为一个反应是否自发进行，除了温

度影响，还有熵、焓影响，于是他就想到在

其中加入碳，让碳和氧气反应得到了一个新

反应，这个新反应就是在任何温度下都自发

进行。

2C(石墨，s)

+

O2(g)=== 2CO(g)△

-1-1H=-110.3 KJ/mol △S=89.7J·mol·K

TiO2(s) + 2Cl2(g) +2C(石墨,s)

==

TiCl4(l) + 2CO(g) △H=-59.2 KJ/mol

-1-1

△S=141.0J·mol·K

如果这个方向判据能够早一点发现，科学家

就不会盲目地进行千百次实验，这将会节省

多少时间、人的精力、物力和财力，如果这

个方向判据能够早一点发现，工业制钛的历

史也许会有所缩短。

[课堂练习]

1．下列说法正确的是（

）

A．凡是放热反应都是自发的，由于吸热反应

都是非自发的；

B．自发反应一定是熵增大，非自发反应一定

是熵减少或不变；

C．自发反应在恰当条件下才能实现；

D．自发反应在任何条件下都能实现。

2．自发进行的反应一定是（

）

A．吸热反应；

B．放热反应；

C．熵增加反应；

D．熵增加或者放热反应。

3．下列说法正确的是（

）

A．放热反应一定是自发进行的反应；

B．吸热反应一定是非自发进行的；

C．自发进行的反应一定容易发生；

D．有些吸热反应也能自发进行。

4．250C和1.01×105Pa时，反应2N2O5（g）=4NO2（g）+ O2（g）

△H=＋56.76kJ/mol，自发进行的原因是（

）

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。

5．下列过程属于熵增过程的是（

）

A．硝酸钾溶解在水里面；

B．氨气和氯化氢反应生成氯化铵晶体；

C．水蒸气凝结为液态的水；

D．(NH4)2CO3分解生成二氧化碳、氨气和水。

6．以下自发反应可用能量判据来解释的是( ) A．硝酸铵自发地溶于水；

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

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

D．2H2(g)+ O2(g)=2H2O(l) △H=-571.6 kJ/mol。

（思考、练习）

运用知识、巩固知识

课堂小1、由能量判据知∶放热过程（△H﹤0）常常是容易自发进行；

结

2、由熵判据知∶许多熵增加（△S﹥0）的过程是自发的；

2分钟

3、很多情况下，简单地只用其中一个判据去判断同一个反应，可能会出现相反的判断结果，所以我们应两个判据兼顾。由能量判据（以焓变为基础）和熵判据

组合成的复合判据（体系自由能变化：△G = △H - T△S）将更适合于所有的反应过程；

4、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的速率；

5、在讨论过程的方向时，我们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；

6、反应的自发性也受外界条件的影响。

布置作业

1分钟

完善笔记；完成训练习题

【板书设计】

第四节 化学反应进行的方向

一、焓(能量)判据

△H

<0

自发反应

板书二、熵（混乱度）判据

△S>0 自发过程

设计

三、复合判据 (△H—T△S) < 0 反应能自发；

(△H—T△S) = 0 可逆反应且达到平衡状态；

(△H—T△S) > 0 反应不能自发。

1. 本节课教学比较满意，学生在老师的引导性学习情绪高涨，在实验验证是同学们都踊跃参与。

2.本节课的授课应对这种思想有所体现，学生已知道很多化学反应并了解反应的吸放热情况，运用这些已知的知识，引导学生得出焓判据。这种以学生的“学”为中心的教学方式对有利于学生掌握和理解本节知识。

3.综合运用焓判据、熵判据判断反应的自发性仍是难点。

教学反思

教学反思可以从以下方面阐述：

1．请对本节课进行简单的自我评价，是否满意；

2．有哪些精彩的瞬间；这节课中你最满意的地方或者让您最兴奋的地方？

3．学生对这节课的学习达到你期望的水平了吗?你满意吗？这节课有哪些问题没有解决？为什么？或者让你觉得不足的地方在哪里？

4．课堂上有出乎你意料的事件发生吗？你是如何解决的？

5．如果让你重新上这节课，你会怎样上？有什么新想法吗？

6．从学生的作业、课后谈话等途径你觉得学生的学习效果如何？为什么会有这样的反应？

7．当时听课的老师或者专家对你这节课有什么评价？对你有什么启发？