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1、化学反应进行的方向一、教材分析本课题位于人教版选修4第二章第四节，主要涉及用焓变与熵变作为化学反应进行方向的判据，在科学视野栏目中给出了吉布斯自由能的判定式，其知识属于化学反应原理范畴。由于焓变和熵变对高中生来说属于难度较大的内容，因此教科书在知识的深度上进行了适度把握，并在编排顺序上做了相应考虑，将本节课题放在本章的最后一节。另外，为了帮助学生将新的知识吸纳到原有认知框架中，教科书设计的实例是从学生的实际生活经验出发。然而教科书在本节中没有设计编写相应的实验，学生难以利用直观鲜明的实验现象促进相应概念的理解。二、学情分析从本学科纵向维度上看，学生学习本课题时，已经掌握了化学反应的焓变等有关内
2、容，同时也具备了对化学反应从能量、速率、限度等维度研究的思想。本课题联系以上知识，提出了研究化学反应的另一个维度方向（自发与非自发）问题，并利用焓变判据和熵变判据综合对化学反应的自发做出判断。由于熵及“熵增原理”内容较抽象、陌生度较高，因此在教学中通过引入实际生活中体现“熵增原理”的物理变化和化学变化现象，为学生的学习提供了认知的感性材料，有利于学生在学习时对熵变和熵增做出一般性地常规探讨，并且创造了学生充分发挥思维能力和交流能力的空间。在科学方法的学习上，作为高二理科生，对常见的科学方法有一定程度的认识，对科学探究的一般过程也有一定的体验。为了延伸学生对科学本质的了解以及科学方法的学习，本课
3、题的科学探究中引入“证明法”与“证伪法”，在交替使用二者的同时让学生了解科学探究中的“证明”与“证伪”方法及其对结果作出相应合理正确的解释。三、教学目标知识与技能：1、了解自发过程和化学反应的自发性；2、了解化学反应方向判断的焓判据及熵判据；3、能用焓变和熵变说明化学反应的方向。过程与方法：1、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。2、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。3、了解科学探究方法中的重要手段“证伪”和“证明”情感态度与价值观：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。四、重难点焓减和熵增与化学反应方向的关系；根
4、据定量关系式GHTS及给定数据判断反应方向五、教法学法分析主要教学内容（教学重难点）教法分析学法分析焓变对化学反应自发过程的影响（教学重点）1、 演示法：视频建立感性认知2、 讨论法：分析推理探究假设3、 探究法：实验证明或证伪4、 讨论法：得出探究结论利用推理和归纳的分析方法，结合自主学习与探究学习，了解焓变对化学反应自发过程的影响。熵变对化学反应自发过程的影响（教学难点）1、演示法：活动建立感性认知2、讲授法：介绍熵变概念3、讨论法：分析推理探究假设4、探究法：实验证明或证伪5、讨论法：得出探究结论利用归纳和演绎的逻辑分析方法，利用常见的化学反应和物理变化，学习熵变对化学反应自发过程的影响
5、。六、教学过程【引入】视频引入冬去春来自然风光。【问题】自然界中有许多自然而然发生的现象，请同学们联系生活知识，列举一些能自动发生的例子？化学中是否也有能自动发生的例子呢？【讨论】学生分小组交流讨论。【结论】水从高处往低处流 电流从电位高的地方向电位低的地方流动 冬天-10下水能自动结成冰 砸在牛顿头上的苹果自由落体运动 热由高温物体传向低温物体 铁器暴露在潮湿空气中生锈 氢气与氧气混合遇火燃烧 锌与CuSO4溶液反应生成Cu和ZnSO4 酸碱中和反应 镁条燃烧等【讲解】这些过程都是自发的，其逆过程就是非自发的。例如氢气与氧气混合遇火燃烧生成水，但是水不会自发的分解生成氢气和氧气，水必须在电场
6、的持续作用下才能分解，一旦撤离电场，水分解这一反应就会停止。Cu和ZnSO4也不会自发地变回锌与CuSO4。【问题】像以上这些过程和反应都是在一定条件能自发进行的，判断反应能否自发进行？判断反应进行的方向就是我们本节课要学习的内容。【板书】化学反应进行的方向【问题】刚才同学们说这些反应或过程都是能自发进行的。那么现在我们分小组进行实验验证我们刚才的猜想。【实验】分小组进行以下三组实验：第一二小组酸碱中和：在小烧杯中先加入约10ml氢氧化钠，用温度计测量溶液温度并记下，再加入约6ml稀硫酸并迅速用温度计测量温度的变化。第三四小组镁条燃烧：用镊子夹取一段打磨后的镁条，放在酒精灯上点燃后，用钳子夹住
7、放在大烧杯中燃烧观察现象，感受能量的变化。第四五小组CaO和水反应：在小烧杯中放入约20ml的蒸馏水，取一药匙的生石灰加入水中，并用温度计测量温度的变化。【问题】实验过程中，大家注意观察这些反应能不能自发进行？判断这些反应是放热反应还是吸热反应？【学生】分小组回答问题：这些反应都是自发进行的。（若有学生回答到镁条的燃烧不是自发的：则提问镁条点燃之后是不是能自动地燃烧下去，但是需要点燃引发。）【过渡】像以上这些反应都是能自发进行的，我们把它们归为自发反应。像水从高处往低处流、自由落体运动、物质溶于水等这些都是自发进行的过程，我们把它们归为自发过程。那有哪位同学给我们总结一下：什么叫做自发过程？什
8、么叫做自发反应？【学生归纳小结】【板书】 一、自发过程：在一定T、P下，无需借助外力，一经引发就能自动进行的过程。自发反应：在一定T、P下，可以自发地进行到显著程度的化学反应。【讲解】自发过程和自发反应都强调是在一定的条件也就是一定的温度和压强下，无需借助外力，一经引发即能自动进行的。【问题】刚才我们进行了实验验证，从能量的角度去分析酸碱中和、镁条燃烧、CaO和水这些反应是放热还是吸热的？【学生】这些反应都是放热反应。【问题】那么我们是不是就可以通过反应是否放出热量来判断反应能不能自发进行了！这就是我们本节课要学习的第二个重点内容。通过反应是否是放热反应来判断该反应是否能自发进行。这就是判断反
9、应能否自发进行的焓判据。【讲解】放热反应使体系能量降低，能量越低越稳定，因此HO有利于反应自发进行。因此我们可以得出自发过程的体系趋向于从高能状态转变为低能状态，即H0。所以我们可以用反应是否从高能状态转变为低能状态来判断该反应能否自发进行。这就是判断反应能否进行的焓判据。【板书】1、焓判据：用焓变来作为判断反应进行方向的依据。即HO。【问题2】自发反应一定要HO吗？【实验证伪】各小组进行实验：Ba(OH)28H2O和NH4Cl：各取一药匙于小烧杯中，迅速用玻璃棒搅拌，记录实验现象。【学生】烧杯冰冷，说明反应吸热使得周围环境的温度下降。有刺激性气味的气体产生。【问题】Ba(OH)28H2O和N
10、H4Cl的反应是不是自发反应？【学生】Ba(OH)28H2O和NH4Cl的反应是自发反应。【结论】通过Ba(OH)28H2O和NH4Cl反应属于吸热反应。所以我们推出HO有利于反应自发进行，但自发反应不一定是H0有利于反应自发进行。【问题】自发反应一定是熵增加的反应吗？【实验证伪】CaCl2（aq）和Na2CO3（aq）反应生成CaCO3固体。体系混乱度减小，属于熵减反应。【结论】CaCl2（aq）和Na2CO3（aq）反应生成CaCO3固体。从无序到有序，混乱度减小，属于熵减的反应。SO有利于反应自发进行，自发反应不一定要SO。熵变是反应能否自发进行的一个影响因素，但不是惟一因素。【过渡】焓
11、变和熵变都能影响一个反应能否自发，但又都不是唯一影响因素，那么到底什么是影响一个反应或一个过程能否自发进行的最终判据。大家翻看课本P36科学视野：化学反应的最终判据复合判据（自由能变化）。过程的自发性只能用于判断过程的方向，不能确定过程是否发生和过程快慢，若允许外界对体系施加某种作用，就可能出现相反的结果。综合考虑焓判据和熵判据的复合判据，将更适合于所有的过程，只根据一个方面来判断反应进行的方向是不全面的。【板书】3、复合判据（自由能变化）G=HTS当G0时，反应不自发进行；当G=0时，平衡状态。【解释】观看视频陈波老师的热冰实验。醋酸钠从溶液中自发地以晶体的形式析出，从无序到有序，混乱度减小
12、，属于熵减的过程，不能自发进行。但该过程会放出大量的热量，属于焓减过程，从焓变的角度出发，又能自发进行。所以我们可得出：醋酸钠能从溶液中自发地以晶体的形式析出，主要是因为焓判据的影响。【解释】所以自发反应需要具备一定的条件。当H0时，在任何条件下均能自发；当H0，S0时，在高温下才能自发；当H0，S0，S0时，在任何条件下均不能自发。【课堂小结】让学生自己总结出来：焓减小有利于反应自发，熵增大有利于反应自发【随堂练习】1、下列过程是非自发的是（ ） A、水由高处向低处流 B、天然气的燃烧； C、铁在潮湿空气中生锈 D、室温下水结成冰2、碳酸铵（NH4）2CO3在室温下就能自发地分解产生氨气，对其说法正确的是（ ） A、其分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增大； B、其分解是因为外界给予了能量； C、其分解是吸热反应，据能量判据碳酸铵不能自发分解； D、碳酸盐都不稳定，都能自发分解3、下列说法正确的是（ ） A、凡是放热反应都是自发的，由此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【作业】P36第一、二题七、板书设计化学反应进行的方向一、自发过程自发反应二、自发进行的判据1、焓判据H2、熵判据
