《化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向》教學(xué)設(shè)計(jì)

教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖【課的引入】汽車尾氣中的主要污染物是NO和CO，是大氣污染物。人們提出通過以下反應(yīng)來處理汽車尾氣以減輕污染。2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)，這個(gè)方案是否可行？【講述】上述問題是化學(xué)反應(yīng)的方向的問題。反應(yīng)進(jìn)行的快慢、限度和方向是化學(xué)反應(yīng)原理的三個(gè)重要組成部分。通過前三節(jié)的學(xué)習(xí)和討論，我們已經(jīng)初步解決了反應(yīng)的快慢和限度問題，這節(jié)課我們來討論化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向問題?！咎釂枴颗e例說說生活中我們見過的一些自發(fā)過程，就是在一定條件下不需外力作用就能自動(dòng)進(jìn)行的過程?！咎釂枴繌哪芰康慕嵌确治鐾瑢W(xué)們提到的這些過程有什么共同特點(diǎn)？【追問】閱讀教材中提供的熱化學(xué)反應(yīng)方程式，結(jié)合前面總結(jié)的特點(diǎn)嘗試總結(jié)規(guī)律：判斷某一過程能能否自發(fā)進(jìn)行的依據(jù)?！局v述】科學(xué)家根據(jù)體系存在著力圖使自身能量趨于“最低”的自然現(xiàn)象，提出了焓判據(jù)為反應(yīng)方向的判斷提供了必要的依據(jù)?！景鍟恳?、反應(yīng)方向的焓判據(jù)【指出】多數(shù)自發(fā)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)是放熱反應(yīng)，但也有不少吸熱反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。如：硝酸銨溶于水要吸熱，室溫下冰塊的溶解要吸熱……閱讀教材中提供的熱化學(xué)反應(yīng)方程式，努力分析這些吸熱反應(yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行的共同特點(diǎn)，你能得到什么結(jié)論？【講述】科學(xué)家根據(jù)體系存在著力圖使自身由“有序”變?yōu)椤盁o序”的自然現(xiàn)象，提出了熵判據(jù)為反應(yīng)方向的判斷提供了另一個(gè)必要的依據(jù)?！景鍟慷?、反應(yīng)方向的熵判據(jù)【提問】如何理解“熵”的含義？【講述】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：⑴氣態(tài)>液態(tài)>固態(tài)⑵與物質(zhì)的量成正比【板書】反應(yīng)熵變：△S=∑S（產(chǎn)物）―∑S（反應(yīng)物）【提問】反應(yīng)的熵變△S的正、負(fù)與反應(yīng)體系中各物質(zhì)的狀態(tài)有何關(guān)系？【討論】完成教材中的學(xué)與問?！咎釂枴坑行╈販p小的反應(yīng)在一定條件下也可以自發(fā)進(jìn)行，例如：–10℃的液態(tài)水會(huì)自動(dòng)結(jié)冰成為固態(tài)，就是熵減的過程（但它是放熱的）；再如：2Al(s)+Fe2O3(s)=Al2O3(s)+2Fe(s)△S=–39.35J·mol-1·K-1。你能從中得到什么啟示？【板書】三、焓變與熵變對(duì)反應(yīng)方向的共同影響恒溫、恒壓下，判斷化學(xué)反應(yīng)自發(fā)性的判據(jù)是體系自由能變化（△G）定義：△G＝△H—T△S單位：kJ/mol【總結(jié)】體系自由能變化綜合考慮了焓變和熵變對(duì)體系的影響。【提問】△G的大小與反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的關(guān)系。【引領(lǐng)學(xué)生完成課堂總結(jié)】焓判據(jù)和熵判據(jù)的應(yīng)用：⑴如何應(yīng)用焓判據(jù)判斷過程的自發(fā)性？⑵如何應(yīng)用熵判據(jù)判斷過程的自發(fā)性？⑶很多情況下，簡(jiǎn)單地只用其中一個(gè)判據(jù)去判斷某過程，可能會(huì)出現(xiàn)相反的判斷結(jié)果，該如何解決這個(gè)問題？⑷能自發(fā)進(jìn)行的過程，速率就一定很快嗎？就一定不可逆嗎？⑸反應(yīng)的自發(fā)性也受外界條件的影響嗎？【知識(shí)應(yīng)用】本節(jié)課一開始提出的處理汽車尾氣的反應(yīng)：298K、101KPa下，以下反應(yīng)2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)，△H＝–113.0kJ·mol-1△S＝–143.5J·mol-1·K-1判斷此反應(yīng)的自發(fā)性，說明利用此反應(yīng)能否解決汽車尾氣污染的問題?！净卮稹窟@個(gè)問題同學(xué)們提的非常好。這個(gè)反應(yīng)是否可逆，以及速率問題，實(shí)際應(yīng)用中是如何解決的，可以作為我們課后研究的一個(gè)課題，大家可以通過其他途徑查找有關(guān)信息，完成一篇研究報(bào)告?！舅伎肌⒂懻摗俊究偨Y(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，鐵器暴露于潮濕的空氣中會(huì)生銹，室溫下冰塊會(huì)融化……【討論交流】……【匯報(bào)結(jié)果】這些過程無論是物理變化還是化學(xué)變化，它們大多數(shù)是能量降低的過程，也有少數(shù)是能量升高（吸收能量）的?！鹃喿x思考】……【討論交流】……【匯報(bào)結(jié)果】大多數(shù)的釋放能量的過程可以自發(fā)進(jìn)行?！究偨Y(jié)】焓判據(jù)：放熱反應(yīng)過程中體系能量降低，因此具有自發(fā)進(jìn)行的傾向。【閱讀思考】……【討論交流】……【匯報(bào)結(jié)果】上述自發(fā)過程如果從能量角度分析均為吸熱反應(yīng)，應(yīng)該是不能自發(fā)進(jìn)行的。但是這些變化過程中，還存在著另一種能夠推動(dòng)體系變化的因素——體系有從有序自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序的傾向?！究偨Y(jié)】反應(yīng)焓變是與反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行有關(guān)的一個(gè)因素，但不是唯一因素。【閱讀、總結(jié)】混亂度——表示體系的不規(guī)則或無序狀態(tài)?；靵y度的增加意味著體系變得更加無序?！净卮稹快亍獰崃W(xué)上用來表示混亂度的狀態(tài)函數(shù)?！究偨Y(jié)】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。傾聽教師的分析，思考并理解其中的涵義。整理筆記?！究偨Y(jié)】對(duì)于氣體物質(zhì)的量增大的反應(yīng)，△S通常為正值，為熵增加反應(yīng)，大多可以自發(fā)進(jìn)行?！緦W(xué)與問】反應(yīng)中有氣體產(chǎn)生，會(huì)使體系熵增大，反應(yīng)容易自發(fā)進(jìn)行?！究偨Y(jié)】反應(yīng)熵變是與反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行有關(guān)的一個(gè)因素，但不是唯一因素。要判斷反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行，應(yīng)該綜合考慮反應(yīng)的焓變與熵變。【閱讀思考】……【討論交流】……【匯報(bào)結(jié)果】△H—T△S<0自發(fā)進(jìn)行；△H—T△S=0達(dá)到平衡狀態(tài)；△H—T△S>0不能自發(fā)進(jìn)行。⑴放熱過程（△H<0）常常是容易自發(fā)進(jìn)行的；⑵許多熵增加（△S>0）的過程是自發(fā)的；⑶由焓判據(jù)和熵判據(jù)組合成的復(fù)合判據(jù)（△G）將更適合于所有的反應(yīng)過程；⑷過程的自發(fā)性只能用于判斷過程的方向，其速率不一定會(huì)很快，也許很慢；進(jìn)行的程度也不一定很大，很可能是可逆過程。⑸反應(yīng)的自發(fā)性也受外界條件（特別是溫度）的影響。【合作完成練習(xí)】△G＝△H-T△S代入數(shù)據(jù)求得：△G<0因此，室溫下反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，可以用此反應(yīng)解決汽車尾氣污染的問題。【質(zhì)疑】這個(gè)反應(yīng)的速率快嗎？反應(yīng)是可逆反應(yīng)嗎？有沒有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值？從生活實(shí)際問題出發(fā)，引出本節(jié)教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。明確本節(jié)教學(xué)內(nèi)容與前面所學(xué)知識(shí)的聯(lián)系以及在本章教學(xué)內(nèi)容中的地位和作用。調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，活躍思維尋找生活中的化學(xué)；學(xué)會(huì)關(guān)注生活中不被注意的現(xiàn)象，分析總結(jié)其中的規(guī)律；學(xué)會(huì)讀書，從書中獲取有用信息；學(xué)會(huì)用類比分析、歸納總結(jié)的方法透過現(xiàn)象追尋本質(zhì)。體會(huì)與人合作的樂趣。理解自然科學(xué)中的一般與特殊，體會(huì)在尋求真理的道路上的螺旋式上升。學(xué)會(huì)關(guān)注生活中不被注意的現(xiàn)象，分析總結(jié)其中的規(guī)律；學(xué)會(huì)讀書，從書中獲取有用信息；學(xué)會(huì)用類比分析、歸納總結(jié)的方法透過現(xiàn)象追尋本質(zhì)。體會(huì)與人合作的樂趣。學(xué)會(huì)歸納總結(jié)的方法在化學(xué)學(xué)習(xí)中的應(yīng)用。學(xué)會(huì)知識(shí)的聯(lián)想和遷移，運(yùn)用已有知識(shí)解決實(shí)際問題；進(jìn)一步深刻體會(huì)離子反應(yīng)發(fā)生的條件（有氣體生成）設(shè)計(jì)問題自然的引出后面的教學(xué)內(nèi)容。通過閱讀教材中的科學(xué)視野，得到運(yùn)用自由能判別反應(yīng)自發(fā)性的判據(jù)。“總結(jié)”這個(gè)環(huán)節(jié)不僅僅是對(duì)本節(jié)教學(xué)內(nèi)容的總結(jié)和整理，也是學(xué)生認(rèn)知的提升過程，更是學(xué)生學(xué)習(xí)能力的提升過程，應(yīng)當(dāng)由學(xué)生獨(dú)立完成。教師最多只能充當(dāng)引領(lǐng)的角色，決不能代替學(xué)生完成。對(duì)于基礎(chǔ)較好的學(xué)生或者經(jīng)過長(zhǎng)期培養(yǎng)訓(xùn)練過的學(xué)生，教師可以嘗試不給出要總結(jié)的問題，完全由學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容整理思考后獨(dú)立完成總結(jié)，再通過討論交流的形式來完善。課堂最后運(yùn)用新學(xué)的知識(shí)完成課前提出的問題，體會(huì)所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用，體會(huì)化學(xué)的作用。這個(gè)“質(zhì)疑”如果是由學(xué)生提出就太好了，說明學(xué)生理解了本章教學(xué)內(nèi)容之間的聯(lián)系與區(qū)別，也說明學(xué)生在解決實(shí)際問題時(shí)會(huì)全面分析考慮，達(dá)到活學(xué)活用的境界。【課堂反饋】1．下列過程屬于熵增過程的是（）。A．硝酸鉀溶解在水里面B．氨氣和氯化氫反應(yīng)生成氯化銨晶體C．水蒸氣凝結(jié)為液態(tài)的水D．(NH4)2CO3分解生成二氧化碳、氨氣和水【解析】硝酸鉀溶解在水里面，電離成自由移動(dòng)的離子，混亂程度增大；(NH4)2CO3分解生成二氧化碳、氨氣和水時(shí)，生成大量氣體物質(zhì)，混亂程度增大；而由氣體變成液體或固體的過程均為熵減的過程?！敬鸢浮緼D。2．自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)一定是（）。A．吸熱反應(yīng)B．放熱反應(yīng)C．熵增加反應(yīng)D．熵增加或者放熱反應(yīng)【解析】焓變和熵變都是影響化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向的因素，需要綜合考慮二者的影響?！敬鸢浮緿。3．某化學(xué)反應(yīng)的△H＝–122kJ·mol-1，?S＝+231J·mol-1·K-1，則此反應(yīng)在下列哪種情況下可自發(fā)進(jìn)行（）。A．在任何溫度下都能自發(fā)進(jìn)行B．在任何溫度下都不能自發(fā)進(jìn)行C．僅在高溫下自發(fā)進(jìn)行D．僅在低溫下自發(fā)進(jìn)行【解析】從焓變考慮，該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，可自發(fā)進(jìn)行；從熵變考慮，該反應(yīng)是熵增反應(yīng)，也可以自發(fā)進(jìn)行。綜合考慮，該反應(yīng)在任何溫度下，都能自發(fā)進(jìn)行?！敬鸢浮緼。4．已知反應(yīng)CaCO3(s)＝CaO(s)＋CO2(g）；△H＝+178.2kJ·mol-1△S＝+169.6J·mol-1·K-1。該反應(yīng)在常溫下能否自發(fā)進(jìn)行？如果不能，請(qǐng)你通過計(jì)算討論該反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行的條件?！窘馕觥俊鱃＝△H－T△S常溫下：△G＝178.2kJ·mol-1－298K×169.6J·mol-1·K-1×10-3＝+127.7kJ·mol-1△G＞0不能自發(fā)進(jìn)行若要反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，需使△G＜0，即：△G＝△H－T△S＜0△G＝178.2kJ·mol-1－T×169.6J·mol-1·K-1×10-3＜0T＞1051K【答案】常