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文档简介

“化学反应的方向”中涉及的焓变、熵变和自由能变是比较抽象的内容,本文从情境导学、任务促学、实验助学和评价诊学四个方面引导学生开展学习,将枯燥的化学理论与生活实际、课堂实验和数学图像相互结合,让课堂变得生动有趣。一、课标解读1.内容要求了解反应能否自发进行的判据——焓变和熵变判据,能用焓变和熵变说明化学反应进行的方向。2.目标要求(1)通过实验了解放热反应的自发性,导出焓的概念,学会用焓判据判断反应进行的方向。(2)通过实验和情境演示“有序”和“无序”状态,导出熵的概念,学会用熵判据判断反应进行的方向。(3)能通过生产生活中的实例,学会综合利用焓变和熵变的大小来判断反应进行的方向。二、教材分析教材在安排了化学反应中的能量变化、反应速率和限度相关知识之后,再出现化学反应进行的方向,是对化学热力学的一次综合的认知提升,内容安排符合由易到难的认知规律。教材以日常生活中的现象诱导学生得出焓变和熵变的大小概念,且通过一些简单应用来阐释这些概念,让学生认识到单一判据的局限性,由此引入自由能变判据。三、学情分析通过前面的学习,学生已经初步认识了化学反应经常由高能态向低能态转变,掌握了常见的放、吸热反应的类型,知道了化学反应伴随着能量变化,同时,能够理解生活中相应的“有序”状态和“无序”状态,但对熵这一概念的理解有一定的困难。学生对反应方向的理解比较模糊,对化学反应进行的方向的综合判据相关知识比较缺乏。四、教学目标1.了解自发过程和自发反应。2.通过实验探究和经验对比,认识焓变、熵变与自发性的关系。3.通过自由能对焓、熵判据进行整合统一,培养学生证据推理和模型构建的能力。五、教学重难点教学重点:焓、熵和自由能判据。教学难点:熵、焓变与化学反应方向的关系。六、教学方法1.情境导学:列举生活中反应进行的方向案例及课堂实验,激发学生的兴趣。2.任务促学:(1)创设情境,认识自发过程和自发反应。(2)利用实验和经验的对比探究焓和焓判据,认识到放热反应的自发性。(3)改进实验初步认识熵和熵判据,认识熵增、熵减过程的自发性。(4)自由能判据的归纳总结,促进学生形成对反应进行方向的统一化认知。3.评价诊学:通过课堂环节中的师生评价、生生评价以及课堂练习检测等来诊断学生对知识的掌握情况。4.实验助学:结合改进实验Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应,引导学生从“宏观、微观、符号”的角度学习反应进行方向。七、教学思路(见表1)八、教学过程环节一:情境认知自发过程和自发反应教师活动:引入——观察生活中的现象:高山流水、冰雪融化。提问:这些现象需要外力推动吗?学生活动:观察回答。教师总结:在一定条件下,不借助外力而自动进行的过程称之为自发过程;需要借助外力才能进行的过程称之为非自发过程。比如高山流水是自发过程,而把水从低处抽到高处则需要外力做功,则是非自发过程。教师提问:有没有自发进行的化学反应?举几个例子。播放实验视频:Na和水的反应。教师总结:一定条件下,能自发进行的化学反应就是自发反应。环节二:对比探究总结焓判据教师提问:从能量变化角度看,反应前后发生了什么变化?对比:下列反应都是自发进行的反应,有哪些共同点?2Na(s)+Cl2(g)===2NaCl(s)4Fe(s)+3O2(g)===2Fe2O3(s)H2(g)+F2(g)===2HF(g)学生回答:上述反应都是剧烈的发光发热的化学反应,在一定的条件下都能自发反应。学生活动:分组实验Mg和稀盐酸反应。学生描述:当镁条和盐酸接触时,镁条表面产生气泡,试管外壁发热。学生得出结论:上述反应能自发进行,且自发反应大多为放热反应。教师总结:从能量的角度看,反应物的总能量高于生成物的总能量,在反应过程中体系的能量降低了,因此具有自发进行的倾向。针对这类反应,科学家提出了用焓值的变化来判断反应进行的方向,即焓判据。教师讲解焓的相关知识:(1)焓可以衡量物质所具有的能量。符号:H,单位:kJ·mol-1。(2)化学反应前后能量的变化可以表示为焓变,符号ΔH。ΔH<0:放热反应;ΔH>0:吸热反应。(3)焓判据:体系趋向于从高能状态转变为低能状态(这时体系会对外做功或者释放热量,即ΔH<0)。环节三:实验探究总结熵判据教师引导:是不是所有自发进行的化学反应都是放热的?请举例说明。学生回答:生活中常见的化学反应基本都是放热的,吸热反应似乎没见过,在必修二课本上出现过Ba(OH)2·8H2O固体和NH4Cl固体的吸热反应,但是现象并不明显。改进课本实验:事先用一个保鲜袋,两角分别装入Ba(OH)2·8H2O固体和NH4Cl固体,打结。课上,把两部分固体混合,隔着保鲜袋用手揉搓固体,感受温度变化。反应一段时间后,打开保鲜袋,观察混合物状态,闻气味。学生活动:分组实验。教师提问:该反应的实验现象有哪些?学生回答:固体混合后,保鲜袋外部有水珠,手感冰冷。内部是糊状物,有刺激性气味气体生成。学生练习:请根据实验现象写出该反应的方程式Ba(OH)2·8H2O(s)+2NH4Cl(s)===BaCl2(s)+10H2O(l)+2NH3(g)教师总结:实验说明,八水合氢氧化钡和氯化铵的反应能够自发进行,但它却是吸热的。这样的反应还有很多,比如:(1)2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g)(2)(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)+NH3(g)教师引导:这些都是自发进行的反应,但全部都是吸热反应。按照刚才所言的焓判据,这些吸热反应是不容易自发进行的,但它们却发生了,说明反应是否自发,除了焓的影响外,还有其他因素。那是什么呢?播放情境:(1)散落的粉笔;(2)散落的扑克牌,并由此引出熵判据。教师讲解:熵判据。(1)熵是用来衡量体系(物质)无序程度的物理量。熵值越大,体系的混乱度越大。符号:S,单位:J·mol-1·K-1。(2)影响熵大小的因素。①同一条件,不同物质的熵值不同。②熵值与物质的存在形态有关,一般而言:S(g)>S(l)>S(s)。③气体物质的量越大,分子数越多,熵值越大。(3)反应前后体系熵的变化称为熵变,ΔS。①ΔS>0,熵增,在一定条件下可以自发进行。②ΔS<0,熵减,在一定条件下不可以自发进行。教师总结:一般而言,气体分子数增大的反应为熵增大(ΔS>0)的反应。环节四:综合总结自由能判据引导过渡:经过漫长的探究后,吉布斯·亥姆霍兹提出了体系自由能变,诠释了反应能否自发与焓变和熵变的关系。教师讲解:吉布斯自由能判据。(1)ΔG=ΔH-TΔS(T是绝对温度,单位为K)。(2)ΔG与反应的自发性:①当ΔG=ΔH-TΔS<0时反应能自发进行。②当ΔG=ΔH-TΔS>0时反应不能自发进行。教师活动:引导学生绘制吉布斯自由能判据的二维象限图如图1所示:环节五:案例分析学以致用案例1:-10℃时水能自动结成冰,10℃时冰也能自动变成水,试从熵变和焓变的两个角度,分析促使他们自发反应发生的主要因素是什么?教师引导:水变冰时,ΔH<0,水由液态变为固态,ΔS<0。冰变为水,ΔH<0,水由固态变为液态,ΔS>0,请大家结合吉布斯自由能判据的二维象限图开展分析。学生很快就能分析出一个低温自发,一个高温自发。过渡:学习了焓变和熵变的概念之后,我们就可以用这些概念去解释生活中常见的现象了。案例2:汽车尾气中的污染物主要是CO和NO,它们是现代城市中的主要大气污染物,为了减轻大气污染,人们提出能否通过以下反应来处理汽车尾气:2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+CO2(g),ΔH=-746.8kJ/mol,ΔS

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