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視頻標簽：化學反應,進行的方向
所屬欄目：高中化學優質課視頻
視頻課題：人教版化學選修4第二章第四節《化學反應進行的方向》（蘇教版選修）重慶
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選修4第二章第四節《化學反應進行的方向》（蘇教版選修）重慶市璧山中學校
化學反應進行的方向
一、教材分析
本節內容選自人教版化學選修4第二章第四節《化學反應進行的方向》。化學反應的方向、限度和速率是構成化學反應原理體系的三個重要組成部分，之前解決了限度和速率問題，將方向放在最后一部分是因為這個問題比較復雜，具有一定難度。主要介紹了“焓判據、熵判據及復合判據（△G=△H-T△S）”知識。教材從學生已有的知識和生活經驗出發，分三個層次就化學反應的方向進行了介紹。第一，以學生熟悉的自發進行的放熱反應為例，介紹化學反應有向能量降低的方向自發進行的傾向——焓判據，第二，以生活現象為例，說明混亂度（熵）增加是自然界的普遍規律，也是化學反應自發進行的一種傾向——熵判據，第三，用實例說明單獨運用上述判據中的任一種，都可能出現錯誤，都不是全面的，要正確的判斷化學反應的方向，需要綜合考慮焓變和熵變的復合判據，簡單介紹了復合判據的結論性內容。
二、教學目標
1.通過系列問題思考推理焓判據、熵判據和復合判據，探討焓變和熵變在反應過程中自發性的地位，培養證據推理能力；
2.通過觀察生活中的自然現象，建構模型、并運用模型解釋化學現象，揭示現象的本質和規律；
3.通過掌握復合判據及有關計算判斷反應的方向，以及在實際中的應用，認同化學對社會發展的重大貢獻，激發社會責任感。
三、教學重難點
重點：熵判據
難點：焓變和熵變與化學反應方向的關系
四、學情分析
此前，學生已經學習了化學反應及其能量變化、化學反應速率、化學平衡等知識，對放熱反應、吸熱反應和焓變有一定的了解，但學生對反應的方向問題存
在困惑，什么是反應的方向，焓變和反應的方向之間有什么聯系。本節內容將讓學生了解決定反應進行方向的因素不是單一的焓變，熵變也是決定因素之一。
五、教法與學法
教法：本課主要采用了問題探討法、分析推理和比較歸納法，再結合實驗探究法等教學方法，同時合理地運用智慧課堂等輔助手段，便于達到預期的教學效果。
學法：在觀察——討論——分析——總結的過程中，完成從焓判據到熵判據，最后上升到復合判據判斷反應方向的知識和能力上的跨越。
六、教學過程
（一）情景創設，提出問題
[情景引入] 科學分析表明，汽車尾氣中含有上百種不同的化合物，其中的污染物有固體懸浮微粒、一氧化碳、二氧化碳、碳氫化合物、氮氧化合物、鉛及硫氧化合物等。一輛轎車一年排出的有害廢氣比自身重量大3倍。英國空氣潔凈和環境保護協會曾發表研究報告稱 ，與交通事故遇難者相比，英國每年死于空氣污染的人要多出10倍。
[講]汽車尾氣的主要污染物是CO和NO，請同學們小組討論，設計一個化學反應對汽車尾氣中的NO和CO進行處理。
[學生活動]討論NO+CO → N2+ CO2
[講]這個反應能否發生呢？這就是這節課我們所要學習的內容——化學反應進行的方向。
【設計意圖】通過生活中的汽車尾氣問題引入新課，讓學生自主設計解決問題的方案，激發學生的學習興趣
（二）問題引導，理解焓判據
[問題1] 請回憶你所學過的常溫下能自發進行的化學反應？ [學生]思考并舉例回答。
[問題2] 從能量變化角度判斷這些反應有什么共同特點？ [學生]思考發現都是放熱反應即△H < 0。 [問題3] 上述放熱反應為什么能夠自發進行？
[實驗探究]引導學生觀察兩個生活中的自然現象（1）自由落體運動（2）熱
量的傳遞，根據生活經驗判斷這兩個過程都是自發進行的，引導學生思考這兩個過程在能量變化上的特點，發現自然規律：自發過程的體系趨向于從高能狀態轉變為低能狀態。結合自然規律再引導學生思考上述問題，得出焓判據。
[板書]一、焓判據
在一定條件下，反應有朝放熱（△H < 0）方向自發進行的趨勢
[問題4]既然反應有朝放熱方向自發進行的趨勢，燃燒是典型的放熱反應，那燃燒是自發反應嗎？
[學生]不確定。
[講]為了解決這個問題，我們需要對自發反應進行準確的定義，自發反應指的是在一定的溫度和壓強下，一經引發，不借助外力就能自動進行的化學反應，結合自發反應的定義再思考上述問題。
[學生]思考并回答
【設計意圖】1.基于學生已有的認知基礎，通過系列問題引導學生思考，一步步推理出焓判據，并完成對自發反應的再認識。
2.結合生活中的自然現象搭建模型，幫助學生認知自發過程的體系趨向于從高能狀態轉變為低能狀態的自然規律，化抽象為形象。
（三）實驗探究，認識熵判據
[思考] 所有能自發進行的反應都是放熱反應嗎？ [實驗探究] Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl的反應
☆操作步驟：將約1藥匙研細后的Ba(OH)2·8H2O晶體與約2藥匙NH4Cl晶體一起放入燒杯中，并將燒杯放在滴有幾滴水的玻璃片上，用玻璃棒快速攪拌，用手觸摸杯壁下部，試著用手拿起燒杯。
☆溫馨提示：①攪拌過程中固定小燒杯②玻璃片上的水適量③拿起燒杯時注意玻璃片
☆實驗任務：請小組合作完成實驗，2人進行實驗，1人觀察現象，1人記錄在平板上的表格，約在3min內完成實驗。
[學生活動]小組合作完成實驗，在實驗中產生疑惑：為什么在常溫下，吸熱反應也能自發進行？
[教師活動]引導學生分析吸熱反應能量曲線圖（只考慮反應物和生成物能量狀態），所有吸熱反應都是從低能到高能，從焓判據的角度是不利于反應進行的，而反應的發生就像是有一股神秘的力量將反應物從能量低處帶向了能量高處，而這股神秘的力量，就是新物理量——熵。
[實驗探究]為了進一步認識熵，由兩位同學上臺完成兩個生活中的實驗：（1）黃豆和黑豆的分離（2）香味的擴散
[學生活動]觀察兩個過程，并總結出自然規律：自發過程的體系趨向于從有序轉變為無序（混亂度增加）。
[教師活動]講解這兩個過程中用來描述混亂度的物理量就是熵。結合自然規律引導學生得出熵判據。
[板書] 二、熵判據
在一定條件下，反應有朝混亂度增加（△S＞0）的方向自發進行的趨勢 [教師活動]提出兩個思考問題引導學生進一步認識熵 （1）從微觀角度分析，水分子的三種狀態誰的混亂度大？ （2）相同條件下，1mol氣體和2mol氣體誰的混亂度大？ [學生活動]思考并得出相應的結論
[講]熵作為一個如此重要的物理量，是如何拉動反應自發進行的呢？接下來通過兩個典型例子深入了解。
[教師活動]（1）引導學生運用新知分析為什么Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl的反應作為一個吸熱反應也能在常溫下自發進行？
（2）引導學生思考從“沙灘到用戶” 的關鍵反應：SiO2 + 2C = Si + 2CO↑，如果從熵變的角度分析，在反應中產生CO和CO2的差別在哪里？
[學生]思考討論，完成解釋
【設計意圖】1.通過實驗探究產生認知沖突，發現焓判據是與反應能否自發進行有關的一個因素，但不是唯一因素，同時順利成章地引出熵。
2.借用生活中的模型搭建，引導學生認知分離是非自發過程，擴散是自發過程，得出自發過程的體系趨向于從有序轉變為無序的自然規律，從而引出熵判據。
3.通過兩個思考幫助學生全面認識新物理量“熵”。
4.通過引導學生利用新知解釋最初實驗探究中的疑惑，以及解釋熵拉動反應
進行的實例，深化對“熵判據”的理解和應用。
（四）走進化學史，認識復合判據
[問題1]既然焓變和熵變對反應的自發性都有影響，如果當熵判據和焓判據一個有利于反應自發進行，一個不利于反應自發進行，反應能發生嗎？
[教師活動]引導學生回顧碳酸鈣的分解反應，查閱相關數據發現這就是一個焓變不利而熵變不利的反應，引導學生根據已有知識分析這個分解反應的發生在什么條件有利，得出影響反應自發性的第三個因素——溫度。
[介紹]向學生介紹化學熱力學的發展史，是克勞修斯最初提出了熵的概念，玻爾茲曼具體解釋了熵的物理意義，而吉布斯確立了定量描述焓變和熵變在判斷反應的自發性過程中的地位，引出復合判據。
[板書]三、復合判據 △G = △H - T△S
當△G<0時，反應自發進行 當△G=0時，反應達平衡
當△G>0時，反應正向不能自發進行
[問題2]在具體的反應過程中，根據復合判據，焓變和熵變自由組合能產生多少種不同的反應類型呢？溫度在這個過程中對反應的自發性又有什么影響呢？
[學生活動]小組討論，并完成下列表格 焓變 熵變 反應的自發性 △H＞0 △S＜0 一定不能自發 △H＜0 △S＜0 低溫自發，高溫不自發 △H＜0 △S＞0 一定能自發
△H＞0
△S＞0
高溫自發，低溫不自發
【設計意圖】1.通過問題1引導學生，得出焓變和熵變都與反應的自發性有關，但又都不能獨立地作為判斷自發性的判據，從舊知啟發學生認識到，溫度對反應的自發性也有影響。
2.通過向學生介紹化學熱力學的發展史，結合上述分析，順利成章地引入復合判據，同時培養了學生科學探究的意識。
3.通過學生的思考、分析、討論等活動，深化了對復合判據與過程方向性的關系的理解，同時培養了學生合作學習的能力。
（五）運用新知，解決問題
[問題解決]已知， 298K、101KPa下，反應2NO(g) + 2CO(g) = N2(g) + 2CO2(g)，△H = - 746.8 KJ·mol-1 ，△S = - 0.2 J·mol-1·K-1，請判斷室溫下該反應能否自發進行？
[學生活動]計算發現△G = △H - T△S﹤0，因此該反應在室溫下能自發進行 [問題延伸]作為關心社會發展的現代青少年，請談談我們還可以從哪些方面治理汽車尾氣？
[學生活動]發散思維，暢所欲言。
【設計意圖】通過將所學知識運用于解決最初提出的問題，讓學生充分體會到化學與生活的密切聯系，培養了學生的科學探究意識和社會責任感，激發學生學習化學的興趣。
七、板書設計
化學反應進行的方向
一、焓判據
在一定條件下，反應有朝放熱（△H < 0）方向自發進行的趨勢 二、熵判據
在一定條件下，反應有朝混亂度增加（△S＞0）的方向自發進行的趨勢 三、復合判據
△G = △H - T△S
當△G<0時，反應自發進行 當△G=0時，反應達平衡
當△G>0時，反應正向不能自發進行
八、教學反思
本教學設計以新課標為指導，以培養學生的科學探究、證據推理、模型認知和社會責任四大核心素養為主要目標，整個教學設計分為“情景創設，提出問題”、“問題引導，理解焓判據”、“實驗探究，認識熵判據”“走進化學史，認識復合判據”“運用新知，解決問題”四個層次，實現了不斷引導學生由易到難，由淺入深，
循序漸進。通過回憶、思考、討論、探究等活動，利用舊知啟發新知，讓學生學習的主體地位真正得到了回歸，課堂真正成了學生自主學習的“學堂”；從整節課的實施過程來看，在很大程度上克服了以往老師對新課內容的不斷重復、學生“慣于聽”而“疏于思”，學習效率低下的普遍性問題。使學生通過閱讀、思考、討論等環節，基本掌握了知識內容，開始問題的提出和結尾問題的解決形成了首尾呼應，讓學生充分感受到了化學對于社會生產生活的重大意義。學生甚至在課下提出要求，能不能以后給出更多的化學史給他們了解，我非常感動。當然，由于本輪新課改的實踐在我們還處于起步階段，所以本教學設計與課改新理念還有一定的差距。如在教學內容的取舍、對學生討論的引導上還需要花功夫，下大力氣。但我相信，只要能堅持實踐，認真體會，不斷總結，必將帶給學生更多的收獲。
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