“化学反应进行的方向”教学案例及分析，本文主要内容关键词为：化学反应论文,教学案例论文,方向论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
教材分析
人教版《化学》选修4中“化学反应进行的方向”的内容最终涉及反应的吉布斯自由能变化、焓变和熵变知识。要求学生全面了解决定化学反应方向的因素不是单一的焓判据，熵判据也是决定因素之一。教材联系生活实际以及同学们熟悉的化学反应，由浅入深，使学生自然接受，促使学生从混乱度的角度形成对熵的概念的初步认识。教学的重点是通过问题分析，力求使学生知道化学反应存在方向问题、化学反应进行的方向又与反应体系的某些物理量有关。等温等压条件下化学反应进行的方向是由反应焓变和反应熵变共同决定。教学中应根据学生的认知水平，尽量避免深究熵的问题，对于自由能变的知识，供学习有余力、有兴趣的学生进一步认识，根据我校的实际情况，我们一并把吉布斯自由能判据与同学进行了讨论。
［教学方法］
教学中，充分挖掘学生的想象力。引导学生思考、交流、讨论，尽可能使学生自己获取更多的理性知识。通过列举现象、引发质疑、交流讨论、历史踪迹再现等手段和方法来解决问题。并在此基础上不断质疑，产生矛盾冲撞，激发探究欲望，提高解决问题的思维深度。使主题在不断质疑和不断更新的过程中循序展开。教学中始终关注学生的认知反馈，注重学生学习兴趣的激发，并在激烈的讨论思考质疑中认识解决问题。以学生为主体进行问题的设置和探究思路。做到问题设置层次明显，引导功效突出。
［教学目标］略
［教学过程］
［引入］
化学研究的目的之一就是判定在一定的条件下一些物质之间能否自发地进行反应，并为我们所用。例如汽车尾气中有毒的一氧化碳和一氧化氮能否在一定条件下自发反应转化成无毒的二氧化碳和氮气呢？等等诸如此类问题，不可能都通过实验验证，这样耗费极大，甚至最终可能徒劳。这就需要人们去发现和寻找一些客观判据，来帮助解决化学反应在一定条件下能否自发进行的问题。
［投影］
(1)自然界中水由高处往低处流；(2)石头从山坡上滚下。
这些常见的现象将向何方发展，我们非常清楚。因为它们有明显的自发性并且过程自发进行后体系的能量降低。
［提问］（学生交流与思考把问题引向深入）
下列反应在一定条件下都能自发进行，
请从能量变化的角度分析这些自发进行的反应的共同特点？
［学生］△H＜0的反应即放热反应，在一定条件下能自发进行；同时自发进行的化学反应也需要燃烧、加热等一些条件。
［设问］19世纪，化学家曾认为决定化学反应能否自发进行的因素是反应的焓变，即△H＜0的放热反应都可以自发进行（上述已经确认这点），而△H＞0的吸热反应则不能自发进行，你同意这个观点吗？
［实验探究］取适量
混合于锥形瓶，振荡，思考并回答：
1.该反应是否发生？如何判断？2.该反应的焓变如何？
［学生］反应的温度变化确定反应已经发生；容器外壁触摸感觉温度降低，说明反应吸热。
［提问］还有哪些常见的能自发进行的吸热反应呢？
［学生］
等等。显然，一些吸热反应（过程）在一定条件下也能自发进行。（引发矛盾，引起质疑）
［结论］焓判据不足以全面说明反应的自发性，即决定化学反应自发进行一定还有其他因素。
［设计意图］
在课中提出问题，引发本节课学习目的，同时提出问题，引发质疑和探究，激发学习的热情。通过自然界自发现象联系到化学放热反应在一定条件下能自发进行。引导学生类比归纳。引用了历史上化学家的阶段性研究结论，揭示了问题研究过程的相似性。紧接着设计通过实验来判断结论正确与否，通过试验研究分析，扩展认识，产生矛盾冲突，即吸热反应也能在一定条件下自发进行。整个设计是引发问题，归纳问题，实验验证结论，自然得出焓判据不足以全面说明反应的自发性问题。激发学生不断把问题的思考引向深入。
［投影］一组自然现象
一盒火柴棒落地散乱；一滴墨水在清水中扩散；酚酞滴入碱溶液中颜色扩散；冰的融化，水的气化……这些变化的共同点是什么呢？
［学生交流］
上述自发进行的过程共同点是微粒排布明显从相对有序状态过渡到相对混乱状态。
教师继续设置问题，引发从有序到无序的进一步认识。
［提问］
大家知道，固体硝酸铵、氢氧化钠、氯化钠、蔗糖都能自动溶解于水。请问：
1.他们溶解过程的焓变如何？说明了什么问题？
2.他们溶解于水后微粒排布有何变化？
［学生］思考相互交流得出结论
固体硝酸铵溶于水吸热，氢氧化钠溶于水放热，而氯化钠和蔗糖溶解于水的热效应不太明显，但是都能自发溶解于水；并且溶于水后微粒排布也是从相对有序过渡到相对无序状态。
［质问］（联系化学反应，把问题继续引向深入）
下列反应在一定条件下可以自发进行：
分解后放出
；
锌粒和稀硫酸反应放出
……联系上述变化，又说明了什么问题？
［学生］由气体放出的化学反应在一定条件下也能够自发进行。从微粒排布的角度也可以看作是有气体生成其实也是体系的混乱度增加。
［投影］（教师阐述）德国物理学家克劳修斯在1850年创造的一个术语，即“熵”，用来描述大量粒子组成体系混乱度的物理量。
从有序到无序，系统的熵增加。熵增加的过程，实质就意味着能量耗散了。
熵判据：体系有自发的向混乱度增加（即熵增）的方向转变的倾向。
［投影］：（请学生观察表中所给的信息分析得出结论）
一些物质在不同状态下的标准熵值
上述表格能得出什么结论？
［学生］相同条件下，等物质的量同种物质在不同聚集状态时气态的熵值最大，即混乱度最大；固态时熵值最小。
［投石问路］
给定条件下：△S＝生成物熵的总和－反应物熵的总和
在一定的温度、压强下，下列反应能自发进行：
1.请分析反应的熵变（△S）？2.能得到什么结论呢？
［学生］反应1和2都是熵变减小的反应，在一定条件下也能自发进行。
结论：熵判据是反应自发进行倾向的又一说明，但是也不唯一。
［设计意图］
本块设计主要基于以上概念的抽象性及认识难度和大纲对高中生学习效果要求程度来设计教学。目的是创设一个由浅入深，自然而然地层层递进认识。从自然现象到化学现象，再到具体的联系实际问题，为学生搭建起对混乱度——熵这个新物理量的认识，知道了自发过程普遍存在的混乱度增加，即熵增加原理。同时结合实际测量数据，利用图表数据让学生自己去分析学习，得出物质在不同聚集状态下熵值的相对大小，为下边更全面具体的判断打好基础。在对事物认识达到一定高度后，又联系化学反应提出了新的问题，来说明熵判据的不全面性，引起矛盾，激发认识成长。始终以学生为主体，考虑学生的认知水平、考虑学生的思维特点，注重探索发现。
［投影］阐述科学实验事实
科学家观点：
根据体系存在着力图使自身能量趋于“最低”和“有序”变“无序”的自然现象提出了用相互关联的焓判据和熵判据解决化学反应的方向问题。为了同时考虑能量和混乱度两方面的因素，1876年美国化学家Gibbs提出一个新状态函数G（称为自由能）作为等温、等压下化学反应方向的判据：G=H-TS。
在等温、等压下△G=△H-T△S。
上式称为吉布斯—赫姆霍兹公式，从中我们看到，△G（自由能变化）中包含了△H（焓变）和△S（熵变）两种因素的影响。
［投影］对上述事实再给予充分的认识分析。在等温、等压条件下自发进行的化学反应总是向着体系吉布斯自由能降低（△G＜0）的方向进行。
△G＜0 能自发进行 △H-T△S＜0
△G＞0 不自发进行 △H-T△S＞0
△G=0 处于平衡状态 △H-T△S=0
［问题］引导学生充分思考，小组讨论后填写（给出化学反应和焓变，学生讨论后两项）
［结论］在焓变和熵变一定的条件下，通过改变反应的温度也使在常温下不能自发进行的化学反应得以自发进行。
［设计意图］
把上述研究得出两方面不全面的认识结合起来得出吉布斯—赫姆霍兹公式。并引导学生思考应用。这点是和课前提出问题—寻找判据相呼应的。虽然大纲对此不作太深的要求，但是根据我校学生的情况我还是把本部分内容作了系统的引导分析。我觉得最终要把问题解释清楚，让学生能运用理论进行初步的化学反应进行方向的判断。从方法上也启发学生对事物的认识不可能一帆风顺，是在深入研究后不断发现，不断发生矛盾的冲突中去提高认识，才能使认识更全面，更客观。对学生今后研究化学问题也起到一定的方法指导作用。
［联系实际］联系本节课学习的判据，解决引课提出的问题。首尾呼应。学生在练习本上演算。汽车尾气净化采用如下原理：
［结论］根据△G=△H-T△S计算，最终△G＜0，反应可以自发进行。
［教师］
事实是在通常条件下这个反应进行很慢，要用催化剂来加速反应以除去NO、CO。即过程的自发性只能用于判断过程的方向，不能确定过程是否一定会发生和过程发生的速率。如钢铁的腐蚀是必然的，但是我们可以涂保护层防止它腐蚀，即从理论上判断可以自发进行的反应在实际条件下不一定能够发生。
［课后思考］登录百度网站，键入“熵”字，加深和扩大对它的认识。
［设计意图］体现了化学学习最终也是学以致用，解决实际问题。同时也回答了引课提出的汽车尾气处理问题。体现了激趣、诱思、善断的课堂教学理念。始终注重同学对问题认识在达到一定高度后，再提出较高的认识问题。最后在课后小结时其实也是隐含告诉学生，结论的认识推广是有条件限制的，要全面认识，必须更深入一步：即化学反应进行方向自发性判断不能确定过程是否一定发生和过程发生的速率，达到课堂最终的升华。最后为了扩展学生的学习视野，课后要求借助网络加深认识。
［课堂练习］略
［教后反思］
1.熟悉教材 把握教材编写思想是上好课的前提。我校使用的是人教版教材版本，但我还分别研读了苏教版、鲁科版教材。每个版本对教学内容的展示都有各自的特点。本节内容苏教版分别设计了“你知道吗、观察与思考、问题解决、交流与讨论”等教学安排；鲁科版的“联想质疑、交流研讨、拓展视野”，包括人教版“学与问、科学视野”等都体现了教材编写者的思想和教学要求。通过对教学资源整合，形成了我本节课的教学思路，专家课后点评也充分肯定研读不同教材、广泛查阅资料、提出自己对教材处理意见等在课堂教学方面的重要性。
2.明确要求 有的放矢是上好课的基础。本节教学内容是过去高中人教版课本上没有涉及的内容。这部分知识在大学物理化学要进行系统的学习，教材编写者充分尊重了中学生的认知特点，要求教师要准确把握课程标准，不随意加深教学内容，对教学中的熵、熵判、吉布斯自由能变只要求“能用……说明化学反应的方向”。所以教学设计既不能盲目求难、求深，又必须把问题讨论清楚。在这点上，根据我们学校学生特点。我们把吉布斯自由能这部分内容适当拓展，从教后反馈情况来看，绝大部分学生都能理解。
3.教法得当 探究式教学，思考性问题的设置是上好课的关键。学生的兴趣来自他的需求。而学生的需求要靠教师去不断引导而获得满足。问题探究式教学对于启发学生的思维、激发学生的求知欲望、培养学生分析思考问题的能力、合作式交流与学习的能力有很大帮助。这就要求教师对问题的设置要难易适度层层深入，逻辑严密思考性强，并不断地在旧问题解决的基础上适时提出新的问题来引导学生，解决新矛盾。教后感觉学生总体比较兴奋，思维活跃，收到了预期效果。