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化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向 教學(xué)設(shè)計 一 教材分析與學(xué)情分析 本節(jié)課內(nèi)容介紹了 焓判據(jù) 熵判據(jù)及自由能判據(jù) 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)生了解焓變只與初末狀態(tài)有關(guān)而與途徑無關(guān) 決 定反應(yīng)進(jìn)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(jìn)行了介紹 第 一 以學(xué)生熟悉的爬山方式 介紹焓變與途徑無關(guān) 再以自發(fā)進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(biāo) 1 知識與技能 1 理解判斷化學(xué)反應(yīng)方向的焓判據(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 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(jìn)行加工 構(gòu)建新知識 3 情感態(tài)度與價值觀 1 激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣 培養(yǎng)學(xué)生從微觀的角度理解化學(xué)反應(yīng) 培養(yǎng)學(xué)生尊重科學(xué) 嚴(yán) 謹(jǐn)求學(xué) 勤于思考的態(tài)度 樹立透過現(xiàn)象看本質(zhì)的唯物主義觀點 2 通過本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí) 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 焓判據(jù) 熵判據(jù) 自由能判據(jù)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(jìn)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 師 課程引入 美麗化學(xué)視頻播放 從剛剛的視頻 再結(jié)合我們的生活常識 我們可以知道 水由高處往低處流 自由落體 室溫下冰塊會融化 將蜂蜜加入到水中會溶解 生石灰投入 水中放熱生成熟石灰 這些都是可以自發(fā)進(jìn)行的 而它們的逆過程是非自發(fā)的 運用到我 們化學(xué)學(xué)習(xí)中就是看化學(xué)反應(yīng)能不能自發(fā)進(jìn)行 這便是我們今天所要學(xué)習(xí)的內(nèi)容 化學(xué)反應(yīng) 進(jìn)行的方向 首先 我們來明確剛剛提到的幾個概念 自發(fā)過程 在一定條件下 不借助外力就可以自動進(jìn)行的過程 自發(fā)反應(yīng) 在給定條件下 能自發(fā)進(jìn)行到顯著程度的化學(xué)反應(yīng) 非自發(fā)反應(yīng) 不能自發(fā)地進(jìn)行 必須借助某種外力才能進(jìn)行的反應(yīng) 那同學(xué)們能否大膽猜測一下 我們學(xué)過的化學(xué)反應(yīng)中有哪些反應(yīng)是自發(fā)反應(yīng) 生 放熱反應(yīng) 燃燒反應(yīng) 師 那你們猜測 判斷的依據(jù)是什么 生 能量變化 師 同學(xué)們猜的有一定道理 剛剛的反應(yīng)都是和能量有關(guān) 我們稱能量變化為判斷反應(yīng)進(jìn)行方向的焓判據(jù) 能量判據(jù) 焓判據(jù) 能量判據(jù) 利用能量變化來判斷反應(yīng)進(jìn)行方向 這個體系的能量變化 就好像我們口袋里的錢 花出去容易 賺回來難 錢會趨向于由多到 少 同樣 自發(fā)過程的體系能量總會趨向于由高能量狀態(tài)轉(zhuǎn)化為低能量狀態(tài) 此時 體系會 釋放能量 表現(xiàn)為焓減 H 0 NaOH aq HCl aq NaCl aq H 2O aq H 56KJ mol H2 g 1 2O 2 g H 2O l H 285 8kJ mol CH4 g 2O 2 g CO 2 g 2H 2O l H 89 3kJ mol 以上三個反應(yīng)都是什么反應(yīng) 生 放熱反應(yīng) 師 放熱反應(yīng) 過程中體系能量降低 H0 沒有自發(fā)進(jìn)行的傾向 指出 多數(shù)自發(fā)進(jìn)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(jìn)行 如 N2O5 g 4NO 2 g O 2 g H 56 7KJ mol Ba OH 2 8H2O s 2NH 4Cl s BaCl 2 aq 2NH 3 2H 2O H 0 這又是為什么呢 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 生 與焓變有關(guān) 但與前面結(jié)論好像不太符合 師 這說明 焓判據(jù)不是判斷化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的唯一因素 大家在生活中會有這樣的 一個體驗 我們收拾整齊的房間 過幾天就變亂了 混亂度增大 這其實也是一個自發(fā)的過 程 所以這另一因素與體系混亂度有關(guān) 我們稱其熵判據(jù) 混亂度 混亂的程度 表示體系的不規(guī)則或無序狀態(tài) 混亂度的增加意味著體系變得更加 無序 熵 衡量一個體系混亂度的物理量 符號 S 關(guān)系 混亂度越低 熵值就越小 混亂度越高 熵值就越大 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 生成物總熵 反應(yīng)物總熵 注意將其和焓變的計算進(jìn)行區(qū)分 H 反應(yīng)物總鍵能 生成物總鍵能 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 為熵增反應(yīng) 反應(yīng)有 自發(fā)進(jìn)行的趨勢 就像我們整齊的房間 過幾天就變亂了 混亂度增大 是一個自發(fā)的過程 熵判據(jù) 利用熵增原理來判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向 請同學(xué)們判斷 以下反應(yīng)熵的變化 1 2Na s 2H 2O l 2NaOH aq H 2 g 2 Al s HCl aq AlCl3 aq H 2 g 3 2SO 2 g O2 g 2SO3 g 4 H 2O g H 2O l 生 1 2 熵增 3 4 熵減 師 通過前面的學(xué)習(xí) 我們知道焓減和熵增都有自發(fā)進(jìn)行的趨勢 焓增和熵減就不能自發(fā)進(jìn) 行 那如果一個反應(yīng)焓和熵都同時變化 我們怎么判斷反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行 因此 反應(yīng)熵變 是與反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行有關(guān)的又一個因素 但也不是唯一因素 我們就將這兩者結(jié)合起來判 斷 這便引出了一個新的判據(jù) 自由能判據(jù) 復(fù)合判據(jù) G H T S 體系自由能變化 G 封閉體系在等溫等壓條件下向環(huán)境可能做的最大有用功的能力 稱為 吉布斯自由能 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 G 0 正反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行 逆反逆應(yīng)可自發(fā)進(jìn)行 H0 H 0 S 0 T0 S 0 T H S T 較高 正反應(yīng)能 自發(fā)進(jìn)行 G 0 因此 室溫下反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行 如要使反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行 則應(yīng)使 H T S H S 178 2 KJ mol 1 0 1696 KJ mol 1 K 1 1051K 注意 1 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 2 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 3 反應(yīng)的自發(fā)性也受外界條件的影響 T H 0 S 0 H 0 S H S T 較高 H 0 S 0 T 0 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(dāng)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(jìn)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(jìn)行的反應(yīng) B 吸熱反應(yīng)一定是非自發(fā)進(jìn)行的 C 自發(fā)進(jìn)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(jìn)行 4 25 0C 和 1 01 105Pa 時 反應(yīng) 2N2O5 g 4NO 2 g O2 g H 56 76kJ mol 自 發(fā)進(jìn)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 NH 4 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 2N 2O5 g 4NO2 g O2 g H 56 7kJ mol C NH 4 2CO3 s NH4HCO3 s NH3 g H 74 9 kJ mol D 2H 2 g O2 g 2H2O l H 571 6 kJ mol 7 近年來 城市污染越發(fā)嚴(yán)重 汽車尾氣便是原因之一 為保護(hù)環(huán)境 現(xiàn)都會對汽車尾氣進(jìn) 行處理將其轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì) 具體反應(yīng)如下 2NO g 2CO g N 2 g 2CO 2 g 已知 298K 101KPa 下 該反應(yīng) H 113 0 KJ mol 1 S 143 5 J mol 1 K 1 請問 該反應(yīng)在室溫下能否進(jìn)行 解 G H T S 69 68 KJ mol 1 0 因此 室溫下反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)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) 六 板書設(shè)計 一 反應(yīng)進(jìn)行的方向 1 焓判據(jù) H 0 有自發(fā)進(jìn)行的趨勢 2 熵判據(jù) 熵變 S 生成物總熵 反應(yīng)物總熵 3 自由能判據(jù) G H T S 七 教學(xué)反思 本節(jié)課的知識容量較大 涉及多個知識點 學(xué)生的理解與吸收可能會比較困難 尤其是利用 吉布斯自由能綜合判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向時 學(xué)生易混淆出錯