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1、化学反应原理模块内容组织与教学设计讨论支 瑶北京市第三十五中学 高级教师北京师范大学化学教育研究所 博士13031049217Zp 化学反应原理模块的内容组织l与原有课程或其他版本教材相比，化学反应原理模块内容组织的变化l教材编写的基本理念l结合具体内容的分析p 内容组织的变化l电化学部分：电解在原电池之前电解池模型选取l化学反应的方向、快慢与限度：章节编排顺序：方向限度快慢化学平衡常数及平衡移动规律的处理影响化学反应速率的因素的分析l水溶液中的离子平衡章节编排顺序p 教材编写的基本理念l化学学科核心思想方法的形成分析化学现象、解决化学问题的角度和思路例：分析能量转化问题、分析化学反应、分析水
2、溶液问题的一级思路的建立定量测定 、表示和 计算反应 热效应 原理第一章 化学反应与能量变化化学能与电能 的相互转化 能量转化化学能转化为热能 反应的热效应 电能转化为化学能 电解 化学能转化为电能原电池 应用能量转化电解食 盐水电 解 熔 融 氯 化 钠电解精 炼铜 电镀 外加直 流电装置： 电解池电极反应： 阴极：还原反应 阳极：氧化反应电解 电能转化为化学能 第2节 电能转化成化学能电解简单体系离子放电顺序水的电离与电解外加电能、特定的装置 使不自发的氧化还原反应发生复杂体系化学电源金属腐蚀 （电化学腐蚀） 装置： 原电池产生直流电电极反应： 阴极：还原反应 阳极：氧化反应原电池 化学能
3、转化为电能 第3节 化学能转化成电能电池特定的装置 使自发的氧化还原反应发生 产生电能铜 锌 原 电 池化 学 热 力 学化学反应判据：反应焓变（H）反应熵变（S）影响规律：H TS 认 识 化 学 反 应化 学 反 应 条 件 的 优 化工 业 合 成 氨共 同影 响化 学 动 力 学限 度速 率定量描述：化学平衡常数 平衡转化率影响因素：T 、c 、P 化学反应速率有差别：反应历程、基元反应定量描述：化学反应速率影响因素： c 、T、催化剂 方 向化学反应溶剂认识 物质 在水 溶液 中的 行为加入多种 电解质加入一种 电解质自身电电离水水溶液物质质的存在形态态电电离、水解平衡沉淀溶解平衡水
4、溶液 离子反应应水溶液p 教材编写的基本理念l化学学科核心思想方法的形成分析化学现象、解决化学问题的角度和思路例：分析能量转化问题、分析化学反应、分析水溶液问题的一级思路的建立分析具体问题的二级思路（与具体内容和观念结合）p 教材编写的基本理念l化学学科核心思想方法的形成分析化学现象、解决化学问题的角度和思路l核心观念的建构微粒观动态观定量观转化观p 教材编写的基本理念l核心观念的建构微粒观：看见微粒、关注其“来龙去脉”动态观：微粒的运动；微粒间的相互作用（溶剂化作用、离子间相互作用、离子与电子间相互作用等）；平衡移动p 教材编写的基本理念l核心观念的建构微粒观：动态观：定量观：定量的分析问题
5、的意识面对一个定量关系，形成分析问题的思路关注单一物理量、关注物理量间的相互关系、与具体问题（或情景）对应进行分析得出结论平衡状态平衡移动影响因素移动规律由反应 、温度 定可变其它平衡 体系分析具体问题的二级思路引入 问题1：某反应某时刻各组分浓度，问此时是否达平衡状态？ 若没有达平衡状态，反应在向 哪个方向进行？ 小结：可以利用Q、K的相对大小关系判断平衡移动问题初始状态： (2.9410-4)2(2.510-2)(4.0010-3)=8.610-4 K 反应向逆反应方向进行，达到平衡状态Q 0温度（）400600800 K0.4412.25反应：2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g
6、) H0自发发2NH4Cl(s)+Ba(OH)2(s)= BaCl2(s)+ 2NH3(g)+2H2O(l)0自发发NaOH(s) = Na+ + OH-0自发发提示：从反应前后物质的存在状态及微粒的运动角度考虑发现“熵变”对反应方向的影响熵变能否替代焓变，成为决定反应能否自发进行的唯一因素？反应应熵变熵变是否 自发发 NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)=CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l)熵熵增加自发发2H2O2(aq) = 2H2O(l) + O2(g)熵熵增加自发发4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)=4Fe(OH)3(s )熵熵减小自发发2Al
7、(s)+Fe2O3(s)=Al2O3 (s)+2Fe(s)熵熵减小自发发美国物理化学家吉布斯美国物理化学家吉布斯 H - TS0不自发H H+ +(aq)+OH(aq)+OH- -(aq(aq)=H)=H2 2OO(l) (l) H=-57.3KJmolH=-57.3KJmol-1-1 S=80.7JmolS=80.7Jmol-1-1KK-1-1放热放热熵增熵增吸热吸热熵减熵减放热放热 熵减熵减吸热吸热熵增熵增TiOTiO2 2(s)+2Cl(s)+2Cl2 2(g)=TiCl(g)=TiCl4 4(l)+O(l)+O2 2(g) (g) H=161.9KJmolH=161.9KJmol-1-
8、1 NHNH3 3(g)+HCl(g)=NH(g)+HCl(g)=NH4 4Cl(s) Cl(s) H=-176.9KJmolH=-176.9KJmol-1-1S=-38.4JmolS=-38.4Jmol-1-1KK-1-1S=-284.3JmolS=-284.3Jmol-1-1KK-1-1S=169.6JmolS=169.6Jmol-1-1KK-1-1CaCOCaCO3 3(s)=CaO(s)+CO(s)=CaO(s)+CO2 2(g ) (g ) H=178.2KJmolH=178.2KJmol-1-1方向判据的价值和功能？TiOTiO2 2(s)+2Cl(s)+2Cl2 2(g)=TiC
9、l(g)=TiCl4 4(l)+O(l)+O2 2(g) (g) H H=161.9kJmol=161.9kJmol-1 -1 S S=-38.4J mol=-38.4J mol-1-1K K-1-1TiO2(s)+2Cl2(g) + 2C(石墨) =TiCl4(l)+2CO(g) H=-59.1kJmol-1 S=141.0J mol-1K-12C( 2C(石墨）石墨）+O+O2 2(g)=2CO(g)(g)=2CO(g) H H=-221.0kJmol=-221.0kJmol-1-1 S S=179.4J mol=179.4J mol-1-1K K-1-1p 教学案例：化学反应方向l启示1
10、.知识脉络的梳理并不困难，关键是对知识本体的理解和知识的功能与价值（促进学生认识发展）的分析；2.学生认识发展脉络的分析是教学设计的核心；3.问题线索的设计、素材的选取是达成目标的桥梁p 教学案例：原电池工作原理l知识脉络疑问1：必修原电池工作原理与选修原电池工作原理有什么不同？疑问2：双液原电池的作用是什么？p 突破学生对于原电池工作原理的错误认识双液原电池模型对于学生认识原电池工作原理的 价值是什么？（1）学生认为是直接接触的氧化还原反应的发生引发 了电极上的电子得失反应。（设计及吸氧腐蚀） （2）学生对“活性不同的两种金属做电极”的认识是 “机械”的，缺少发展和变通。例如，认为只有金属
11、才能做电极。 （3）学生将电极与电极材料混为一谈，这导致学生 认识燃料电池时产生了新的障碍点。 化学反应原理模块p 有助于学生认识原电池装置产生电流的本质双液原电池模型对于学生认识原电池工作原理的 价值是什么？（1）原电池装置的作用在于让氧化反应和还原反应在 分别在两极进行。 （2）产生电流的本质原因是电势差的存在。p 有助于学生在今后学习中不断发展对原电池工作原理及其应用的认识。化学反应原理模块p 教学案例：原电池工作原理l认识脉络 设计电池的基本思路电流产生的本质、构成原电池的要素关于原电池构成条件的朴素认识原电池装置氧还反应、释放能量激发学生对原电池的原有认识：1.在下列化学反应中，哪些
12、反应可能将化学能直接转 化成电能？这些反应有什么共同特点？化学反应反应中的能量变化HCl + NaOH = NaCl + H2O放出能量Zn + 2H+ = Zn2+ + H2 放出能量Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu放出能量2NaCl = 2Na + Cl2吸收能量通电ZnCuCuSO4装置1装置2请你思考：对于反应Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu，哪一套装置能将化学能直接转化为电能？若能产生电流，电流是怎样产生的？电池的正、负极是什么？若不能产生电流，请说明理由。ZnCuCuSO4装置1Zn与Cu2+发生氧化还原反应Zn 2e- = Zn2+电子沿导线到铜片上Cu2+2
13、e- =Cu负极正极装置2发展学生对原电池工作原理的认识：装置2进行如下改造后，能否产生电流？为什么？K+K+K+K+K+Cl-Cl-Cl- Cl-Cl-离子在盐桥中能够定向 移动，通过盐桥将两个隔离 的电解质溶液连接起来，使 电流传导。K+K+K+K+K+Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-e-Zn2+Zn2+Zn2+Zn2+e-e-e-e-e-e-e-Cu2+Cu2+e-e- e- e-Cl-Cl-K+K+Cu2+Cu1.该装置能否产生电流？说明理由。若能产生电流，正极、负极是什么？石墨石墨H2O2K2SO4负极：2H2 4e- = 4H+正极： O2+4e-+2H2O =4OH- 2H2+O2
14、 = 2H2O请你结合上述装置分析：构成电池的基本条件是什么？石墨石墨 H2 （负极）K2SO4O2 （正极）ZnCuCuSO4A电电池正极负负极电电解质质 溶液工作时发时发 生的化学反应应锌锌锰锰干电电池MnO2 (石墨 棒)锌锌片氯氯化铵铵Zn+2MnO2+2NH4+=Zn2+ Mn2O3+2NH3+H2O铅铅蓄电电池 PbO2Pb硫酸Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4 +2H2O氢氢 氧燃料电电 池O2(石 墨）H2 (石墨)氢氢氧化 钾钾2H2 + O2= 2H2O1.请你利用反应Cu + 2Fe3+= Cu2+ + 2Fe2+，设计原电池将化学能直接转化成电能，并记录你设计原
15、电池的思路。2.这是唯一装置吗？正极、负极、电解质溶液可以怎样改变？形成设计思路：“以促进学生认识发展为本”的教学策略及建议p 例证素材的选修l支持认识发展功能（激发学生原有认识，引发、实现认识发展）；l例证的来源：实验、数据、图片、事实等p 促进学生认识发展的教学是长线教学，要有整体设计与思考l案例：物质在水溶液中的行为案例1：弱电解质电离平衡思考：两支烧杯中分别盛装同浓度的盐酸和醋酸，请你分别分析：1. 溶液中分别存在哪些微粒？2. 溶液的离子分别从何而来？3. 溶液中存在着哪些微粒间的相互作用？思考：设计实验验证你的推论。请你根据实验事实补全下列图片：n溶质 HClHCl 分子H+Cl-n溶质 HAcHAc 分子H+Ac-请你根据实验事实补全下列图片：n溶质 HClHCl 分子H+Cl-n溶质 HAcHAc 分子H+Ac-根据下列信息思考问题：信息：1. 比较下列酸的电离能力。酸HACHFHCN K1.710-56.810-46.210-10根据下列信息思考问题：2. 通过下列数据，你能得出什么结论？信息：碳酸的电离K H
