視頻標簽:化學反應,進行的方向
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視頻課題:高中化學人教版選修4化學反應原理第四節《化學反應進行的方向》江蘇省省級優課
教學設計、課堂實錄及教案:高中化學人教版選修4化學反應原理第四節《化學反應進行的方向》江蘇省省級優課
化學反應進行的方向教學設計
一、教材、學情分析
“化學反應的方向”是高中化學選修模塊《化學反應原理》中比較難教難學的內容,即使在大學,這一內容的教學往往也不輕松。本屆內容概念和生疏的名詞術語多,“自發反應”、“化學反應的方向”、“判據”、“熵”、 “熵變”、“焓判據”和“熵判據”以及“自由能”等,學生都是第一次接觸,并且內容抽象,不易理解;學生有關化學反應方向及其判斷的經驗基礎比較隱蔽、分散,難以“喚醒”;雖然學生已經學過焓變,但對其理解不深,可能對焓變的物理和化學意義,不太理解;對討論焓變和熵變的前提條件也難理解,其方法論意義往往被教師和學生忽視。
學習“化學反應的方向”,有利于拓展學生的眼界,為他們了解化學反應的調控原理、了解現代化學及其特點打下基礎,從而有利于未來公民將來的發展。而且,熵的概念已經在社會科學領域廣泛使用,適當地普及有關的知識是有必要的。學習本節還可以滲透科學方法教育:讓學生初步接觸、感受科學研究要重視條件和判斷依據;體驗人的科學認識是逐步發展、進化并且是有其核心的,不是簡單的證實、證偽過程,為他們將來理解科學的發展模式提供生動的實例;以及感受建立適當的抽象概念是科學的重要方法。
根據教學內容和學生的特點,本節課宜定位為拓展性質、科普性質,重視聯系實際,又適當注意中學教學特點,不能照搬大學教學的那一套。當初在制定課程標準時把熵變寫進來,要求“能用焓變和熵變說明化學反應的方向”,本意也是做一些科普性質的滲透。 二、教學目標
1、通過歸納的方法,知道△H<0有利于化學反應的自發進行,并通過“證實和證偽”的方法,認識焓變不是判斷反應自發的惟一因素
2、通過簡單的實驗活動和體驗,知道“熵”可用來描述體系的混亂程度,認識△s>0有利于化學反應的自發進行,但不是判斷反應自發的惟一因素。 3、通過分析和概括焓變與熵變對反應方向的共同影響,初步認識這兩個因素不是孤立而不相互關聯的,形成對事物發展或變化整體認識的觀念和全面分析的方法。
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三、教學重難點:焓減與熵增與化學反應方向的關系 四、教學策略方法:實驗、設疑啟發、歸納、遷移等 根據上述分析,本節教學宜主要采用下列教學策略:
(1)以“通過實例體現判斷反應方向的必要性→簡介焓判據及其局限性→簡介熵判據及其局限性→形成綜合判斷規則及其實際應用”為邏輯主線。 (2)通過通俗解釋和類比舉例,使學生了解抽象概念的物理和化學意義,通過簡介“自由能”概念,促進對綜合判斷規則意義的理解。
(3)盡量由學生自主地閱讀教科書和參考材料,避免由教師枯燥、乏味地講述抽象的理論內容。注意介紹思想方法,用閱讀材料彌補教科書不夠通俗之不足。 (4)提出一些問題,補充一些實驗,例如酚酞試液在氫氧化鈉溶液中擴散,碳酸氫鈉與鹽酸反應,啟發學生思考。
(5)通過練習提供學習“支架”促進學生對熵變的理解、讓學生初步學會判據的應用。通過學生的交流討論,促進并及時了解學生的理解情況。 五、教學過程
課前觀看微視頻并思考:
1、 俗話說水往低處流,為什么呢?(從能量的角度解釋)
2、CH4的空間構型正四面體,而不是平面正方形,為什么呢?
3、化學反應也有向著能量降低方向進行的傾向,所以,放熱反應常常是容易發生的。請大家列舉常見的放熱反應。
4、 有些吸熱反應也能自發進行,列舉一下我們學過的吸熱反應;思考它們能夠進行的原因。
5、如何全面地判斷反應進行的方向? 3
重難點點撥:
1.能量判據(焓判據)
對于有能量變化的自發過程共同特點:
體系的能量趨向于從 狀態轉變為 狀態。因為能量越低越穩定。 經驗表明,放熱的化學反應容易自發進行,這就是所謂的能量判據。(但是較片面,不科學)
能量
反應過程
反應物
生成物能量
反應過程
反應物
生成物反應物
能量
反應過程
生成物
圖像1所示的反應活化能很小,常溫下就可以克服,反應很流暢,無需加熱。 例如 H+ + OH- = H2O Ag+ + Cl- = AgCl↓
圖像2所示的反應放出的熱,足以產生維持反應所需要的推動力,這類反應只需給點能量啟動反應,后續可以不加熱。 例如
圖像3所示的反應放出的熱,不足以產生維持反應所需要的推動力,這種反應必須持續加熱。
例如
[逆向思維]那么吸熱反應就一定不能自發進行嗎? 。
請舉例: ,顯然只根據焓變來判斷反應進行的方向是不全面的。
多數自發進行的化學反應是放熱反應,但也有不少吸熱反應能自發進行。 甚至在室溫下也能進行。
思考:是什么拉動了這些反應?自然引入熵判據
圖像1 圖像2 圖像3
C + O2 = CO2
點燃
Fe + S = FeS
△
Cu + 2H2SO4(濃) = CuSO4 + SO2↑+2H2 △
4
生成物
能量
反應過程
反應物
能量
反應過程
反應物
生成物
圖像4 所示的反應為吸熱反應,當環境提供能量時,反應也能發生能夠發生。 例如:
圖像5所示的反應在室溫下也能流暢地進行,如:
Ba(OH)2·8H2O(s)+ 2NH4Cl(s)= BaCl2(s)+ 2NH3·(g)+10 H2O(l) 演示實驗:NaHCO3(s)+ HCl(aq)= NaCl(aq)+ CO2(g)+ H2O(l) 2.熵判據
對于與能量狀態的高低無關的自發過程還存在著另一種能夠推動體系變化的因素:
密閉條件下,體系有從 自發地轉變為 的傾向。因為與有序體系相比,無序體系“更加穩定”,可以采取更多的存在方式?茖W家用熵(符號 ,單位J·mol—1·K—1)來量度體系的混亂(或無序)的程度。
一般情況 S(氣體)> S(液體) >S(固體體) 演示實驗:酚酞滴入氫氧化鈉溶液中的現象。
在與外界隔離的體系中,自發過程將導致體系的熵 ,即熵變(符號 )。這個原理叫熵增原理。
熵增加的化學反應容易自發進行。這就是所謂的熵判據判據。 熵拉動反應的實例:
金屬鉀的生產方法采用金屬鈉與氯化鉀的反應: Na (l) + KCl (l) = K(g) + NaCl(l)
圖像4 圖像5
CO2 + C = 2CO2
△
5
從沙灘到用戶——粗硅的制備
為什么不生成二氧化碳?
總結: 類型 △H △S 反應能否進行 1 < 0 >0 能 2 >0 < 0 不能 3 < 0 < 0 4
>0
>0
思考:對于3和4兩種情況,如何判斷反應是否能自發進行?
綜合以上,要判斷反應進行的方向,必須綜合考慮體系的 和 ,也就是綜合考慮焓判據和熵判據的復合判據,即考慮體系的自由能變化。
3.自由能判據(全面,科學)
體系自由能變化:符號為△G,單位kJ/mol 數學表達式:△G=△H—T△S 在溫度、壓強一定的條件下, △G< 0 反應能自發進行 △G>0 反應不能自發進行 △G=0 反應處于平衡狀態 類型 △H △S △G 反應能否進行 1 < 0 >0 < 0 能 2 >0 < 0 >0
不能 3 < 0 < 0 計算 低溫易進行 4
>0
>0
計算
高溫易進行
學以致用:
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思考:為什么實驗室不能用NH4Cl(s)分解制氨氣? NH4Cl(s) = NH3(g)+ HCl(g ) NH3(g)+ HCl(g) = NH4Cl(s) 說明:
第一,在討論過程的方向問題時,我們指的是沒有外界干擾時體系的性質。 第二,大量事實告訴我們,過程的自發性只能用于判斷過程的方向,不能確定過程是否一定會發生和過程發生的速率。 課后拓展
汽車尾氣中的污染物主要是CO和NO,它們是現代城市中的主要大氣污染物。為了減輕大氣污染。人們提出能否通過以下反應來處理汽車尾氣:298K 100kPa時, 2NO(g) +2CO(g)=N2(g)+2C02(g) △H = -746.8kJ·mol-l △S = -0.2kJ·mol-l·K-l 的設想。 當堂檢測:
1、下列說法正確的是( )
A.凡是放熱反應都是自發的,凡是吸熱反應都是非自發的 B.自發反應一定是熵增大,非自發反應一定是熵減少或不變 C.自發反應在恰當條件下才能實現 D.自發反應在任何條件下都能實現
2、判斷過程的自發性的作用是 A.判斷過程的方向 B.確定過程是否一定會發生 C.判斷過程發生的速率 D.判斷過程的熱效應 3、下列有關說法正確的是
A. 一個反應能否自發進行,與焓變和熵變的共同影響有關 ( )
B.反應NH3(g)+HCl(g)=== NH4Cl(s)在室溫下可自發進行,則該反應的△H<0 C.CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)室溫下不能自發進行,說明該反應的△H <0 D.一定溫度下,反應MgCl2(1) === Mg(1)+ Cl2(g)的 △H>0 △S>0 E.2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)在常溫下能自發進行,則該反應的△H>0
六、課后反思
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要利用化學反應、使之更好地為人類服務,需要研究化學反應的方向、限度和快慢(速率)問題。本節討論化學反應方向的判斷,會涉及到一些抽象的、不熟悉的概念。為減小學生學習的困難,課前建議了學生閱讀了物理選修3-3中關于熵的內容,為這節課做好知識準備。在課上我引入了通俗解釋和類比舉例,充分發揮了學生的想象力,在他們的熱烈交流中,逐步得出化學反應向著使體系能量降低的方向進行對于熵的教學,我只停留在混亂度這個層面上,沒有給出熵的定義,以免使問題復雜化。在整個教學過程中,營造了一個能讓學生展現自我的氛圍,多項互動,充分交流,為學生主動構建自己的知識體系提供幫助,達到了初步了解焓變和熵變對化學反應方向的影響的教學目標。在整個教學過程中,我引入了學生必修一階段學過的一些具體的化學反應,從這節課內容的角度重新來理解這些反應。最后通過練習加深和檢驗理解,就習題中出現的問題一起討論、交流。
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