判斷化學反應方向的依據(jù)教學探微教案式

1、發(fā)表于中教參2010年11月第11期總第327期判斷化學反應方向的依據(jù)教學探微浙江省衢州高級中學 吳曉妮 一、 課題提出蘇教版化學反應原理中“判斷化學反應方向的依據(jù)”，涉及到吉布斯自由能變化、焓變、熵變知識，要求學生全面了解決定化學反應方向的因素不是單一的焓判據(jù)或熵判據(jù)，而需將兩者有機結(jié)合。本課內(nèi)容的教學設計以能源問題切入，設疑（電解水獲得氫能源有無現(xiàn)實意義？），由淺入深，分三層次向?qū)W生介紹主體知識：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)；第二，以常溫下存在自發(fā)的吸熱反應為例，說明熵增是自然界的普遍規(guī)律，是化學反應自發(fā)進行的另一種傾向熵判據(jù)

2、；第三，用實例說明單獨運用上述判據(jù)中的任一種都不是全面的，需綜合考慮焓變和熵變的復合判據(jù)自由能公式；最后用本課所學知識證明電解水獲取氫能源的可行性及前景。以“解決一個問題”為主線將本課知識點串起來，前后呼應，充分體現(xiàn)“從生活中學習化學，從化學走向社會”的新課程理念。引入 在煤、石油日益枯竭的今天，21世紀最有前途的新能源可能是什么？生 氫能。問 很好，目前氫氣的主要來源是什么？生 電解水。副板書2H2O(l)=2H2(g)+O2(g)(設計意圖：以能源問題導入新課，激發(fā)學生的興趣，為所學知識的應用作好鋪墊 )講解 實際上該法所耗能量比燃燒所得氫氣放出的更多，故該法只在專門途徑使用，如推進太空火

3、箭或航天器維持燃料電池。設疑 水占地球表面71%，是極豐富資源。有無不耗電能生產(chǎn)氫氣的方法？爭先恐后答 催化劑！引導 不錯！但在著手尋找催化劑或其他有效方法之前，須清楚：撤去電解這個外界幫助，該反應有無自動向右進行的可能性，也即有無向右自發(fā)反應的能力。設疑 何為自發(fā)反應？PPT如圖1所示的一些常見現(xiàn)象即為自發(fā)過程。（依次呈現(xiàn)圖片）(設計意圖：在學生已有知識及生活經(jīng)驗上構(gòu)建新知識,引導學生從舊知識中尋找新的生長點，培養(yǎng)學生類比歸納的能力。)講解若這些過程為化學反應，則稱自發(fā)反應。 二、 教學設計板書一、自發(fā)反應定義：一定條件下，無需外界幫助就能自動進行的反應。問請例舉學過的自發(fā)反應？學生 2Na

4、+2H2O=2NaOH+H2 Fe+CuSO4=FeSO4+CuNaOH+HCl=NaCl+H2O CaO+H2O=Ca(OH)2講解以其中Fe+CuSO4=FeSO4+Cu為例，若將鐵直接浸入硫酸銅，自發(fā)反應過程中會有熱能散出；而若將其設計成原電池，則在自發(fā)反應過程中會對外輸出電能。PPT1 講解自發(fā)反應的這種本領正是我們對它感興趣的原因。（設計意圖：傳遞給學生第一印象，自發(fā)反應的特征-對外做功) PPT2與大家所舉例子一樣，下列反應一定條件下也能自發(fā)進行，請從能量變化角度分析它們的共同特征2Na(S)+Cl2(g)=2NaCl(s) ； H=-822KJ.mol-1H2(g)+F2(g)=

5、2HF(g)； -14Fe(S)+3O2(g)=2Fe2O3(S)； -1C3H8(g)+5O2(g)=3CO2(g)+4H2O(l)； -1思考、回答 H0，是放熱反應，體系能量降低。(設計意圖：激活學生原有知識，并將問題引向深入，引導學生總結(jié)出自發(fā)反應的第一個特征：反應傾向于朝著放熱的方向進行）講解 19世紀，化學家就發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)自發(fā)反應都是放熱反應，且放出熱量越多，體系能量降得越低，反應越完全。能量降低是自發(fā)反應的一個特征，故可用焓變作為判斷反應是否自發(fā)的依據(jù)，即焓變判據(jù)。板書二、自發(fā)反應的特征1、焓變判據(jù)（H0) ；反應傾向于朝著放熱的方向進行。設疑H0的反應就一定不能自發(fā)進行嗎？ 實

6、驗探究取適量Ba(OH)2.8H2O(S)和NH4Cl(S)在錐形瓶中混合并振蕩，置于附有水的木板上?，F(xiàn)象有刺激性氣體產(chǎn)生，錐形瓶與木板間結(jié)冰，牢牢粘在一起。問在常溫下列兩反應也能自發(fā)進行，它們也是吸熱反應，說明了什么？PPT3資料常溫下能自發(fā)進行的吸熱反應：2NH4Cl(S)+Ba(OH)2(s)=2NH3(g)+CaCl2(S)+2H2O(l)；H02N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)；H0（設計意圖：制造矛盾，引發(fā)質(zhì)疑和探究，激發(fā)學習的熱情）生 焓判據(jù)不夠全面，還存在其他因素。演示一盒火柴散落后呈無序狀態(tài)；一滴墨水在水中慢慢擴散；濃溴水滴在試管底部，紅棕色蒸汽慢慢升起設問這些變化

7、的共同特征是什么？生物質(zhì)粒子排布從集中趨向分散，從有序過渡為無序繼續(xù)設問固體氫氧化鈉、硝酸鉀、氯化鈉、蔗糖都能自動溶解于水。已知溶解過程有吸熱也有放熱，那么它們?nèi)芙夂笪⒘Ｅ挪加泻巫兓?？學生思考、交流得出結(jié)論。溶于水后微粒排布也是從有序過渡到無序狀態(tài)。講解從微粒排布角度是從集中趨向分散，體系混亂度增加，這個因素叫熵。是1850年德國物理學家克勞修斯提出的一個概念。PPT4 克勞修斯肖像。熵：用來衡量一個體系混亂度的物理量（符號S）講解 與焓一樣，熵也是一個狀態(tài)函數(shù)，與過程無關，只與反應的始態(tài)與終態(tài)有關。PPT5 熵變：反應前后體系熵的變化（符號S） S = S生成物總熵S反應物總熵講解 自然界中

8、的孤立體系均有朝著混亂度增大方向進行的傾向。如書本圖2-15，右邊的房間就是左邊房間朝著混亂度增大方向自由發(fā)展的結(jié)果。同樣，人的混亂度增大方向發(fā)展即朝“自由化”發(fā)展，所以社會上須有法律和道德規(guī)范，道路上須有交通規(guī)則，學校須有規(guī)章制度。板書 2、熵變判據(jù)（S0 ）； 反應傾向于朝著熵增的方向進行。PPT6 判斷哪些變化是熵增 (S 0 )哪些變化是熵減 (S 0 )。1、H2O(S) H2O(l) H2O(g) 2 、NH4Cl(S) =NH3(g)+HCl(g)3、Ag+(aq)+Cl-(aq)=AgCl(s) 4、2NO(g)+O2(g)=2NO2(g)思考、回答小結(jié)出熵增情況：1、有氣體生

9、成的反應。2、規(guī)則排列的固體離散成離子的反應。（設計意圖：引導學生類比歸類，從自然現(xiàn)象到化學現(xiàn)象，再到具體的聯(lián)系實際問題，為學生搭建起對混亂度-熵這個新物理量的認識。）過渡 結(jié)合影響反應自發(fā)性的兩個因素分析以下反應的自發(fā)性。PPT依次給出1、212K(s)+2H2O=2K+（aq）+2OH-(aq)+H2(g) 22CO(g)=2C(s)+O2(g)思考、回答1 H0，S 0 。 兩個判據(jù)都有利，能自發(fā)反應2 H0 ，S 0。兩個判據(jù)都不利，不能自發(fā)反應評價 很好。象第2 種情況，兩個判據(jù)都不利于反應自發(fā)進行。除非石墨轉(zhuǎn)化為金剛石（H0 ，S 0），產(chǎn)出高于投入，否則就不具備使用“外界幫助”讓

10、其向右反應的必要性。PPT8再給出：3、CaCO3(S)=CaO(g)+CO2(g) 4、2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) 學生 一個判據(jù)有利，另一判據(jù)不利。陷入迷茫。(設計意圖：以學生為主體，注重探索發(fā)現(xiàn)，考慮學生的思維特點，在矛盾沖突中讓第三個判據(jù)的給出水到渠成)引導當兩判據(jù)發(fā)生沖突無法判斷時，為同時考慮能量和混亂度兩方面的因素，1876年美國化學家吉布斯提出一個新狀態(tài)函數(shù)G(自由能)，作為等溫等壓下化學反應方向的判據(jù)。PPT9吉布斯肖像板書3、復合判據(jù)：吉布斯自由能公式 G=H-TS公式認為：當G0，反應能自發(fā)進行引導請根據(jù)公式分析3、4中如何調(diào)節(jié)溫度讓反應符合自發(fā)要求？討論，快

11、速解答第3個反應升高溫度，可讓G變負值，即提供高溫。第4個反應降低溫度，可讓G變負值，即提供低溫。（設計意圖：讓學生利用新知識解決問題，體驗成功的喜悅，并認識到可通過溫度的的調(diào)節(jié)讓反應向自發(fā)轉(zhuǎn)化）有學生舉手提問為什么氫氣和氧氣反應的條件是低溫？平時不是點燃才能反應的嗎？(課堂中的生成讓課變得更精彩)解釋的確，在常溫下讓氫氣和氧氣在密閉容器中混合生成一滴水也需等上千年，但實際上在常溫下我們能看到該反應的進行(被一學生興奮的聲音打斷-燃料電池！)評價很好！若將其設計成原電池即可觀察到現(xiàn)象。PPT10若在常溫下加入鉑絨，甚至可發(fā)生劇烈的爆炸性反應（如下圖）講解故判斷一個反應能自發(fā)進行并不意味著該反應

12、一定發(fā)生，只是表明了一個趨勢（就如同高處的水有往下流的趨勢，但不一定就能流下。G0只是說該反應如果發(fā)生，可向外界做功）。PPT11 5、H2O(S)H2O(l) 6、 H2O(l) H2O(S) 思考快速得出答案：5、H0，S 0 ，高溫可自發(fā)進行； 6、H0，S 0，低溫可自發(fā)進行。評價、引導 很好。但我們應明確以上兩個變化只是一個物理變化過程，而非化學反應。吉布斯自由能變只對化學反應而言，像5、6就不能用G來判別。能否總結(jié)出當兩判據(jù)沖突時通過調(diào)節(jié)溫度讓反應自發(fā)的規(guī)律？討論，氣氛活躍，舉手回答大大高，小小低 ； 大大大，小小小 ； 增增高，減減低（設計意圖：讓學生通過歸納法得出高效解題的方法

13、，有成功的自豪感）總結(jié)很好！我們用自己的方法記憶當H和S沖突時讓反應自發(fā)的方式，如增增高，減減低都很不錯?？梢?，一個反應能否自發(fā)，與提供的溫度密切相關。調(diào)整溫度，能讓反應在自發(fā)和非自發(fā)之間轉(zhuǎn)換。學以致用 現(xiàn)在我們回到開始的問題（副板書），請大家從H和S兩個角度分析該反應是否具備向右自發(fā)的可能性。快速分析，回答 可自發(fā)，且為高溫自發(fā)。介紹 實際上催化劑的尋找，科學家們已經(jīng)取得了一定的成就PPT 知識拓展：2H2O(l)=2H2(g)+O2(g)途徑一、太陽能光電化學電池分解水途徑二、生物制氫（模仿植物光合作用分解水）途徑三、微生物利用陽光產(chǎn)生氫氣流依次給出途徑，并講解途徑一、日本科學家們利用太陽

14、能在半導體氧化鈦表面產(chǎn)生電流，將水分解成氫氣，該法轉(zhuǎn)化率達12%途徑二、美國和英國科學家模仿植物光合作用分解水，目前1g葉綠素能產(chǎn)生1L氫氣，轉(zhuǎn)化率高達75%途徑三、科學家已發(fā)現(xiàn)很多種微生物具有這種本領，能利用太陽光分解水產(chǎn)生氫氣其他的途徑,等著我們的同學去發(fā)現(xiàn)、完善（設計意圖：以“解決一個問題”為主線將串起本課知識點，前后呼應；介紹國外科學家所取得的成就，開闊學生的視野，喚起學生的責任感、使命感）板書 三、判斷自發(fā)反應的意義PPT12 知識應用 有A、B、C、D4個反應:則:1)在任何溫度下都能自發(fā)進行的反應是_ 。 2)在任何溫度下都不能自發(fā)進行的反應是_。3)在溫度升高到一定時可自發(fā)的反

15、應是_。 4)在溫度降低到一定時可自發(fā)的反應是_。思考，快速給出答案 C ； B ； A ； D。講解實際上如果需要，我們甚至能根據(jù)自由能公式計算出讓反應自發(fā)所需的臨界溫度，高三時會有這個要求（設計意圖：以解題鞏固課堂知識，是學以致用的另一種形式）課后作業(yè) 登陸百度網(wǎng)站，鍵入“熵”字，認識熵在其他領域的應用。 三、教學反思1以學生為主體建構(gòu)主義學習理論強調(diào)以學生為中心，不僅要求學生由外部刺激的被動接受者轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒓庸さ闹黧w，而且要求教師要由知識的傳授者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W生主動建構(gòu)意義的幫助者、促進者。本課設計力圖在這方面有所體現(xiàn)。2探究式教學思考性問題的設置是上好課的關鍵，本課問題設置層層深入，學生在不斷發(fā)生矛盾的沖突中提高認識，在“解決問題、出現(xiàn)矛盾、給出新知識、解決問題”流程中教學，讓知識的生成“水到渠成”。3教材處理蘇教版教材中未出現(xiàn)吉布斯自由能公式，但我們認為將公式引入，讓學生找到理論依據(jù)，不僅不會成為負擔，反而更能從本質(zhì)上