高二化學(xué)《化學(xué)反應(yīng)進行的方向》教學(xué)設(shè)計.doc
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高二化學(xué)《化學(xué)反應(yīng)進行的方向》教學(xué)設(shè)計 一、教學(xué)內(nèi)容分析 1、課標中的內(nèi)容 《化學(xué)反應(yīng)原理》主題2 化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡,第 5點:能用焓變和熵變說明化學(xué)反應(yīng)的方向。 2、教材中的內(nèi)容 本節(jié)內(nèi)容介紹了“焓判據(jù)、熵判據(jù)及自由能(△G=△H-T△S)”知識,有一定難度。人教版教材將本節(jié)內(nèi)容安排在學(xué)生學(xué)習(xí)了化學(xué)反應(yīng)及其能量變化、化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡之后以知識介紹的方式呈現(xiàn)出來,讓學(xué)生了解決定反應(yīng)進行方向的因素不是單一的焓變,熵變也是決定因素之一。 教材從學(xué)生已有的知識和生活經(jīng)驗出發(fā),分四個層次就化學(xué)反應(yīng)的方向進行了介紹。第一,以學(xué)生熟悉的自發(fā)進行的放熱反應(yīng)為例,介紹化學(xué)反應(yīng)有向能量降低的方向自發(fā)進行的傾向——焓判據(jù);以生活現(xiàn)象為例,說明混亂度(熵)增加是自然界的普遍規(guī)律,也是化學(xué)反應(yīng)自發(fā)進行的一種傾向——熵判據(jù)。第二,用實例說明單獨運用上述判據(jù)中的任一種,都可能出現(xiàn)錯誤,都不是全面的。第三,要正確的判斷化學(xué)反應(yīng)的方向,需要綜合考慮焓變和熵變的復(fù)合判據(jù)。第四,簡單介紹了自由能判據(jù)的結(jié)論性內(nèi)容。 二、教學(xué)目標 1、知識與技能: (1)理解化學(xué)反應(yīng)方向判斷的焓判據(jù)及熵判據(jù); (2)能用焓變和熵變說明化學(xué)反應(yīng)的方向。 2、過程與方法: 通過學(xué)生已有知識及日常生活中的見聞,使學(xué)生構(gòu)建化學(xué)反應(yīng)方向的判據(jù)。學(xué)會運用比較、歸納、概括等方法對信息進行加工,構(gòu)建新知識。 3、情感態(tài)度與價值觀: 通過本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí),使學(xué)生體會事物的發(fā)展、變化常常受多種因素的制約,要全面分析問題。 三、教學(xué)的重點和難點 焓減和熵增與化學(xué)反應(yīng)方向的關(guān)系 四、教學(xué)方法 1、應(yīng)用討論交流的方法調(diào)動學(xué)生的積極性,充分發(fā)揮學(xué)生的想象力; 2、啟發(fā)學(xué)生學(xué)會歸納、概括,對信息進行加工,得出結(jié)論; 3、注重從學(xué)生已有知識及日常生活的經(jīng)驗上構(gòu)建新知識。 五、教學(xué)過程 [聯(lián)想、質(zhì)疑]汽車尾氣中的主要污染物是一氧化氮以及燃料不完全燃燒所產(chǎn)生的一氧化碳,它們是現(xiàn)代城市中的大氣污染物,為了減輕大氣污染,人們提出通過以下反應(yīng)來處理汽車尾氣:2NO(g) + 2CO(g) = N2(g) + 2CO2(g),你能否判斷這一方案是否可行?理論依據(jù)是什么? [課的引入]上述問題是化學(xué)反應(yīng)的方向的問題。反應(yīng)進行的方向、快慢和限度是化學(xué)反應(yīng)原理的三個重要組成部分。通過前三節(jié)的學(xué)習(xí)和討論,我們已經(jīng)初步解決了后兩個問題,即反應(yīng)的快慢和限度問題,這節(jié)課我們來討論反應(yīng)的方向的問題。 [設(shè)問]根據(jù)生活經(jīng)驗,舉例說說我們見過的自發(fā)過程(在一定條件下不需外力作用就能自動進行的過程)。 [學(xué)生討論]…… [總結(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,電流由電位高的地方向電位低的地方流,鐵器暴露于潮濕的空氣中會生銹,室溫下冰塊會融化,……這些都是自發(fā)過程,它們的逆過程是非自發(fā)的。 科學(xué)家根據(jù)體系存在著力圖使自身能量趨于“最低”和由“有序”變?yōu)椤盁o序”的自然現(xiàn)象,提出了互相關(guān)聯(lián)的焓判據(jù)和熵判據(jù),為反應(yīng)方向的判斷提供了必要的依據(jù)。 [板書]一、反應(yīng)方向的焓判據(jù)。 [交流討論]19世紀的化學(xué)家們曾認為決定化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進行的因素是反應(yīng)熱:放熱反應(yīng)可以自發(fā)進行,而吸熱反應(yīng)則不能自發(fā)進行。你同意這種觀點嗎?結(jié)合曾經(jīng)學(xué)習(xí)的反應(yīng)舉例說明。 [學(xué)生討論交流]…… [匯報交流結(jié)果]我們知道的反應(yīng)中下列反應(yīng)可以自發(fā)進行: NaOH(aq) + HCl(aq)= NaCl(aq) + H2O(aq) △H = -56KJ/mol; 2Na(s)+ 2H2O(l)= 2NaOH(aq) + H2(g); Al(s) + HCl(aq) = AlCl3(aq) + H2(g); CaO(s) + H2O(l)= Ca(OH)2(aq) …… [追問]上述反應(yīng)是吸熱還是放熱? [學(xué)生回答后總結(jié)、板書]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)進行的傾向。 [指出]多數(shù)自發(fā)進行的化學(xué)反應(yīng)是放熱反應(yīng),但也有不少吸熱反應(yīng)能自發(fā)進行。如: N2O5(g)= 4NO2(g)+ O2(g) △H = +56.7KJ/mol; NH4HCO3(s)+ CH3COOH(aq)= CO2(g)+CH3COONH4(aq)+ H2O(l) △H = +37.3KJ/mol; 因此,反應(yīng)焓變是與反應(yīng)能否自發(fā)進行有關(guān)的一個因素,但不是唯一因素。 [板書]二、反應(yīng)方向的熵判據(jù)。 [交流討論]我們知道,固體硝酸銨溶于水要吸熱,室溫下冰塊的溶解要吸熱,兩種或兩種以上互不反應(yīng)的氣體通入一密閉容器中,最終會混合均勻,這些過程都是自發(fā)的,與焓變有關(guān)嗎?是什么因素決定它們的溶解過程能自發(fā)進行? [閱讀思考]課本P37相關(guān)內(nèi)容。 [匯報交流、自主學(xué)習(xí)成果]上述自發(fā)過程與能量狀態(tài)的高低無關(guān),受另一種能夠推動體系變化的因素的影響,即體系有從有序自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序的傾向。 [總結(jié)、板書]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。 [釋疑]如何理解“熵”的含義? [板書]混亂度:表示體系的不規(guī)則或無序狀態(tài)。 [指出]混亂度的增加意味著體系變得更加無序。 [板書]熵:熱力學(xué)上用來表示混亂度的狀態(tài)函數(shù)。 [指出]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: (1)氣態(tài) > 液態(tài) > 固態(tài) (2)與物質(zhì)的量成正比 [板書]反應(yīng)熵變△S=反應(yīng)產(chǎn)物總熵-反應(yīng)物總熵 [講述]產(chǎn)生氣體的反應(yīng),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),反應(yīng)自發(fā)進行。 [學(xué)與問]發(fā)生離子反應(yīng)的條件之一是生成氣體。試利用上面講的熵判據(jù)加以解釋,由此你對于理論的指導(dǎo)作用是否有新的體會。 [指出]有些熵減小的反應(yīng)在一定條件下也可以自發(fā)進行,如: -10℃的液態(tài)水會自動結(jié)冰成為固態(tài),就是熵減的過程(但它是放熱的); 2Al(s)+ Fe2O3(s)= Al2O3(s)+ 2Fe(s) △S = -39.35Jmol-1K-1。 因此,反應(yīng)熵變是與反應(yīng)能否自發(fā)進行有關(guān)的又一個因素,但也不是唯一因素。 [板書]三、焓變與熵變對反應(yīng)方向的共同影響。 [講述]在一定條件下,一個化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進行,既與反應(yīng)焓變有關(guān),又與反應(yīng)熵變有關(guān)。研究表明,在恒溫、恒壓下,判斷化學(xué)反應(yīng)自發(fā)性的判據(jù)是: [板書]體系自由能變化(△G、單位:KJ/mol):△G = △H - T△S [指出] 體系自由能變化綜合考慮了焓變和熵變對體系的影響。 [板書] △H - T△S < 0 反應(yīng)能自發(fā)進行; △H - T△S = 0 反應(yīng)達到平衡狀態(tài); △H - T△S > 0 反應(yīng)不能自發(fā)進行。 [展示] [舉例]對反應(yīng)CaCO3(s)= CaO(s)+ CO2(g) △H = + 178.2 KJmol-1 △S = +169.6 Jmol-1K-1 室溫下,△G =△H-T△S =178.2KJmol-1–298K169.610-3KJmol-1K-1 =128 KJmol-1>0 因此,室溫下反應(yīng)不能自發(fā)進行; 如要使反應(yīng)自發(fā)進行,則應(yīng)使△H - T△S < 0, 則T>△H/△S=178.2 KJmol-1/0.1696 KJmol-1K-1 = 1051K。 [知識應(yīng)用]本節(jié)課一開始提出處理汽車尾氣的反應(yīng): 2NO(g) + 2CO(g) = N2(g) + 2CO2(g), 已知,298K、101KPa下,該反應(yīng)△H = - 113.0 KJmol-1 ,△S = -143.5 Jmol-1K-1 則△G =△H-T△S = - 69.68 KJmol-1 < 0 因此,室溫下反應(yīng)能自發(fā)進行。 [指出]但該反應(yīng)速率極慢,需要使用催化劑來加速反應(yīng)。 [總結(jié)]能量判據(jù)和熵判據(jù)的應(yīng)用: 1、由能量判據(jù)知∶放熱過程(△H﹤0)常常是容易自發(fā)進行; 2、由熵判據(jù)知∶許多熵增加(△S﹥0)的過程是自發(fā)的; 3、很多情況下,簡單地只用其中一個判據(jù)去判斷同一個反應(yīng),可能會出現(xiàn)相反的判斷結(jié)果,所以我們應(yīng)兩個判據(jù)兼顧。由能量判據(jù)(以焓變?yōu)榛A(chǔ))和熵判據(jù)組合成的復(fù)合判據(jù)(體系自由能變化:△G = △H - T△S)將更適合于所有的反應(yīng)過程; 4、過程的自發(fā)性只能用于判斷過程的方向,不能確定過程是否一定會發(fā)生和過程的速率; 5、在討論過程的方向時,我們指的是沒有外界干擾時體系的性質(zhì)。如果允許外界對體系施加某種作用,就可能出現(xiàn)相反的結(jié)果; 6、反應(yīng)的自發(fā)性也受外界條件的影響。 [課堂練習(xí)] 1.下列說法正確的是( ) A.凡是放熱反應(yīng)都是自發(fā)的,由于吸熱反應(yīng)都是非自發(fā)的; B.自發(fā)反應(yīng)一定是熵增大,非自發(fā)反應(yīng)一定是熵減少或不變; C.自發(fā)反應(yīng)在恰當條件下才能實現(xiàn); D.自發(fā)反應(yīng)在任何條件下都能實現(xiàn)。 2.自發(fā)進行的反應(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)。 3.下列說法正確的是( ) A.放熱反應(yīng)一定是自發(fā)進行的反應(yīng); B.吸熱反應(yīng)一定是非自發(fā)進行的; C.自發(fā)進行的反應(yīng)一定容易發(fā)生; D.有些吸熱反應(yīng)也能自發(fā)進行。 4.250C和1.01105Pa時,反應(yīng)2N2O5(g)=4NO2(g)+ O2(g) △H=+56.76kJ/mol,自發(fā)進行的原因是( ) A.是吸熱反應(yīng); B.是放熱反應(yīng); C.是熵減少的反應(yīng); D.熵增大效應(yīng)大于能量效應(yīng)。 5.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。 6.以下自發(fā)反應(yīng)可用能量判據(jù)來解釋的是( ) A.硝酸銨自發(fā)地溶于水; B.2N2O5(g) = 4NO2(g)+ O2(g) △H=+56.7kJ/mol; C.(NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g) △H=+74.9 kJ/mol; D.2H2(g)+ O2(g)=2H2O(l) △H=-571.6 kJ/mol。 [布置作業(yè)] 廣州市教研室編的《高中化學(xué)基礎(chǔ)訓(xùn)練》中《化學(xué)反應(yīng)進行的方向》一節(jié)內(nèi)容。 六、教學(xué)反思 1.建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論和建構(gòu)主義學(xué)習(xí)環(huán)境強調(diào)以學(xué)生為中心,不僅要求學(xué)生由外部刺激的被動接受者和知識的灌輸對象轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒓庸さ闹黧w、知識意義的主動建構(gòu)者;而且要求教師要由知識的傳授者、灌輸者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生主動建構(gòu)意義的幫助者、促進者。本節(jié)課的授課應(yīng)對這種思想有所體現(xiàn),學(xué)生已知道很多化學(xué)反應(yīng)并了解反應(yīng)的吸放熱情況,運用這些已知的知識,引導(dǎo)學(xué)生得出焓判據(jù)。這種以學(xué)生的“學(xué)”為中心的教學(xué)方式對有利于學(xué)生掌握和理解本節(jié)知識。 2.相對于上一年的教材,這本書對能量判據(jù)通過例子進行了說明,且后面通過科學(xué)視野對綜合考慮了焓變和熵變的自由能變化作了介紹,有利于學(xué)生對化學(xué)反應(yīng)方向判斷的理論根據(jù)的理解。在授課中如能對熵的概念作簡單介紹,利用簡單例子應(yīng)用自由能變化判斷反應(yīng)的方向?qū)⒏芗由顚W(xué)生對化學(xué)反應(yīng)方向判斷的理論根據(jù)的理解。- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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