《化学反应进行方向》教学设计

教师活动学生活动设计意图【课的引入】汽车尾气中的主要污染物是NO和CO，是大气污染物。人们提出通过以下反应来处理汽车尾气以减轻污染。2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)，这个方案是否可行？【讲述】上述问题是化学反应的方向的问题。反应进行的快慢、限度和方向是化学反应原理的三个重要组成部分。通过前三节的学习和讨论，我们已经初步解决了反应的快慢和限度问题，这节课我们来讨论化学反应进行的方向问题。【提问】举例说说生活中我们见过的一些自发过程，就是在一定条件下不需外力作用就能自动进行的过程。【提问】从能量的角度分析同学们提到的这些过程有什么共同特点？【追问】阅读教材中提供的热化学反应方程式，结合前面总结的特点尝试总结规律：判断某一过程能能否自发进行的依据。【讲述】科学家根据体系存在着力图使自身能量趋于“最低”的自然现象，提出了焓判据为反应方向的判断提供了必要的依据。【板书】一、反应方向的焓判据【指出】多数自发进行的化学反应是放热反应，但也有不少吸热反应能自发进行。如：硝酸铵溶于水要吸热，室温下冰块的溶解要吸热……阅读教材中提供的热化学反应方程式，努力分析这些吸热反应能够自发进行的共同特点，你能得到什么结论？【讲述】科学家根据体系存在着力图使自身由“有序”变为“无序”的自然现象，提出了熵判据为反应方向的判断提供了另一个必要的依据。【板书】二、反应方向的熵判据【提问】如何理解“熵”的含义？【讲述】体系的有序性越高，即混乱度越低，熵值就越小。有序变为无序——熵增的过程。【板书】熵值的大小判断：⑴气态>液态>固态⑵与物质的量成正比【板书】反应熵变：△S=∑S（产物）―∑S（反应物）【提问】反应的熵变△S的正、负与反应体系中各物质的状态有何关系？【讨论】完成教材中的学与问。【提问】有些熵减小的反应在一定条件下也可以自发进行，例如：–10℃的液态水会自动结冰成为固态，就是熵减的过程（但它是放热的）；再如：2Al(s)+Fe2O3(s)=Al2O3(s)+2Fe(s)△S=–39.35J·mol-1·K-1。你能从中得到什么启示？【板书】三、焓变与熵变对反应方向的共同影响恒温、恒压下，判断化学反应自发性的判据是体系自由能变化（△G）定义：△G＝△H—T△S单位：kJ/mol【总结】体系自由能变化综合考虑了焓变和熵变对体系的影响。【提问】△G的大小与反应能否自发进行的关系。【引领学生完成课堂总结】焓判据和熵判据的应用：⑴如何应用焓判据判断过程的自发性？⑵如何应用熵判据判断过程的自发性？⑶很多情况下，简单地只用其中一个判据去判断某过程，可能会出现相反的判断结果，该如何解决这个问题？⑷能自发进行的过程，速率就一定很快吗？就一定不可逆吗？⑸反应的自发性也受外界条件的影响吗？【知识应用】本节课一开始提出的处理汽车尾气的反应：298K、101KPa下，以下反应2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)，△H＝–113.0kJ·mol-1△S＝–143.5J·mol-1·K-1判断此反应的自发性，说明利用此反应能否解决汽车尾气污染的问题。【回答】这个问题同学们提的非常好。这个反应是否可逆，以及速率问题，实际应用中是如何解决的，可以作为我们课后研究的一个课题，大家可以通过其他途径查找有关信息，完成一篇研究报告。【思考、讨论】……【总结】生活中的自发过程很多，如：水由高处往低处流，自由落体，铁器暴露于潮湿的空气中会生锈，室温下冰块会融化……【讨论交流】……【汇报结果】这些过程无论是物理变化还是化学变化，它们大多数是能量降低的过程，也有少数是能量升高（吸收能量）的。【阅读思考】……【讨论交流】……【汇报结果】大多数的释放能量的过程可以自发进行。【总结】焓判据：放热反应过程中体系能量降低，因此具有自发进行的倾向。【阅读思考】……【讨论交流】……【汇报结果】上述自发过程如果从能量角度分析均为吸热反应，应该是不能自发进行的。但是这些变化过程中，还存在着另一种能够推动体系变化的因素——体系有从有序自发地转变为无序的倾向。【总结】反应焓变是与反应能否自发进行有关的一个因素，但不是唯一因素。【阅读、总结】混乱度——表示体系的不规则或无序状态。混乱度的增加意味着体系变得更加无序。【回答】熵——热力学上用来表示混乱度的状态函数。【总结】熵判据：体系有自发地向混乱度增加（即熵增）方向转变的倾向。倾听教师的分析，思考并理解其中的涵义。整理笔记。【总结】对于气体物质的量增大的反应，△S通常为正值，为熵增加反应，大多可以自发进行。【学与问】反应中有气体产生，会使体系熵增大，反应容易自发进行。【总结】反应熵变是与反应能否自发进行有关的一个因素，但不是唯一因素。要判断反应能否自发进行，应该综合考虑反应的焓变与熵变。【阅读思考】……【讨论交流】……【汇报结果】△H—T△S<0自发进行；△H—T△S=0达到平衡状态；△H—T△S>0不能自发进行。⑴放热过程（△H<0）常常是容易自发进行的；⑵许多熵增加（△S>0）的过程是自发的；⑶由焓判据和熵判据组合成的复合判据（△G）将更适合于所有的反应过程；⑷过程的自发性只能用于判断过程的方向，其速率不一定会很快，也许很慢；进行的程度也不一定很大，很可能是可逆过程。⑸反应的自发性也受外界条件（特别是温度）的影响。【合作完成练习】△G＝△H-T△S代入数据求得：△G<0因此，室温下反应能自发进行，可以用此反应解决汽车尾气污染的问题。【质疑】这个反应的速率快吗？反应是可逆反应吗？有没有实际应用价值？从生活实际问题出发，引出本节教学内容，激发学生的学习兴趣。明确本节教学内容与前面所学知识的联系以及在本章教学内容中的地位和作用。调动学生学习兴趣，活跃思维寻找生活中的化学；学会关注生活中不被注意的现象，分析总结其中的规律；学会读书，从书中获取有用信息；学会用类比分析、归纳总结的方法透过现象追寻本质。体会与人合作的乐趣。理解自然科学中的一般与特殊，体会在寻求真理的道路上的螺旋式上升。学会关注生活中不被注意的现象，分析总结其中的规律；学会读书，从书中获取有用信息；学会用类比分析、归纳总结的方法透过现象追寻本质。体会与人合作的乐趣。学会归纳总结的方法在化学学习中的应用。学会知识的联想和迁移，运用已有知识解决实际问题；进一步深刻体会离子反应发生的条件（有气体生成）设计问题自然的引出后面的教学内容。通过阅读教材中的科学视野，得到运用自由能判别反应自发性的判据。“总结”这个环节不仅仅是对本节教学内容的总结和整理，也是学生认知的提升过程，更是学生学习能力的提升过程，应当由学生独立完成。教师最多只能充当引领的角色，决不能代替学生完成。对于基础较好的学生或者经过长期培养训练过的学生，教师可以尝试不给出要总结的问题，完全由学生对教学内容整理思考后独立完成总结，再通过讨论交流的形式来完善。课堂最后运用新学的知识完成课前提出的问题，体会所学知识的应用，体会化学的作用。这个“质疑”如果是由学生提出就太好了，说明学生理解了本章教学内容之间的联系与区别，也说明学生在解决实际问题时会全面分析考虑，达到活学活用的境界。【课堂反馈】1．下列过程属于熵增过程的是（）。A．硝酸钾溶解在水里面B．氨气和氯化氢反应生成氯化铵晶体C．水蒸气凝结为液态的水D．(NH4)2CO3分解生成二氧化碳、氨气和水【解析】硝酸钾溶解在水里面，电离成自由移动的离子，混乱程度增大；(NH4)2CO3分解生成二氧化碳、氨气和水时，生成大量气体物质，混乱程度增大；而由气体变成液体或固体的过程均为熵减的过程。【答案】AD。2．自发进行的反应一定是（）。A．吸热反应B．放热反应C．熵增加反应D．熵增加或者放热反应【解析】焓变和熵变都是影响化学反应进行的方向的因素，需要综合考虑二者的影响。【答案】D。3．某化学反应的△H＝–122kJ·mol-1，?S＝+231J·mol-1·K-1，则此反应在下列哪种情况下可自发进行（）。A．在任何温度下都能自发进行B．在任何温度下都不能自发进行C．仅在高温下自发进行D．仅在低温下自发进行【解析】从焓变考虑，该反应是放热反应，可自发进行；从熵变考虑，该反应是熵增反应，也可以自发进行。综合考虑，该反应在任何温度下，都能自发进行。【答案】A。4．已知反应CaCO3(s)＝CaO(s)＋CO2(g）；△H＝+178.2kJ·mol-1△S＝+169.6J·mol-1·K-1。该反应在常温下能否自发进行？如果不能，请你通过计算讨论该反应能自发进行的条件。【解析】△G＝△H－T△S常温下：△G＝178.2kJ·mol-1－298K×169.6J·mol-1·K-1×10-3＝+127.7kJ·mol-1△G＞0不能自发进行若要反应自发进行，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