1、發表于中教參2010年11月第11期總第327期判斷化學反應方向的依據教學探微浙江省衢州高級中學 吳曉妮 一、 課題提出蘇教版化學反應原理中“判斷化學反應方向的依據”，涉及到吉布斯自由能變化、焓變、熵變知識，要求學生全面了解決定化學反應方向的因素不是單一的焓判據或熵判據，而需將兩者有機結合。本課內容的教學設計以能源問題切入，設疑（電解水獲得氫能源有無現實意義？），由淺入深，分三層次向學生介紹主體知識：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，以常溫下存在自發的吸熱反應為例，說明熵增是自然界的普遍規律，是化學反應自發進行的另一種傾向熵判據

2、；第三，用實例說明單獨運用上述判據中的任一種都不是全面的，需綜合考慮焓變和熵變的復合判據自由能公式；最后用本課所學知識證明電解水獲取氫能源的可行性及前景。以“解決一個問題”為主線將本課知識點串起來，前后呼應，充分體現“從生活中學習化學，從化學走向社會”的新課程理念。引入 在煤、石油日益枯竭的今天，21世紀最有前途的新能源可能是什么？生 氫能。問 很好，目前氫氣的主要來源是什么？生 電解水。副板書2H2O(l)=2H2(g)+O2(g)(設計意圖：以能源問題導入新課，激發學生的興趣，為所學知識的應用作好鋪墊 )講解 實際上該法所耗能量比燃燒所得氫氣放出的更多，故該法只在專門途徑使用，如推進太空火

3、箭或航天器維持燃料電池。設疑 水占地球表面71%，是極豐富資源。有無不耗電能生產氫氣的方法？爭先恐后答 催化劑！引導 不錯！但在著手尋找催化劑或其他有效方法之前，須清楚：撤去電解這個外界幫助，該反應有無自動向右進行的可能性，也即有無向右自發反應的能力。設疑 何為自發反應？PPT如圖1所示的一些常見現象即為自發過程。（依次呈現圖片）(設計意圖：在學生已有知識及生活經驗上構建新知識,引導學生從舊知識中尋找新的生長點，培養學生類比歸納的能力。)講解若這些過程為化學反應，則稱自發反應。 二、 教學設計板書一、自發反應定義：一定條件下，無需外界幫助就能自動進行的反應。問請例舉學過的自發反應？學生 2Na

4、+2H2O=2NaOH+H2 Fe+CuSO4=FeSO4+CuNaOH+HCl=NaCl+H2O CaO+H2O=Ca(OH)2講解以其中Fe+CuSO4=FeSO4+Cu為例，若將鐵直接浸入硫酸銅，自發反應過程中會有熱能散出；而若將其設計成原電池，則在自發反應過程中會對外輸出電能。PPT1 講解自發反應的這種本領正是我們對它感興趣的原因。（設計意圖：傳遞給學生第一印象，自發反應的特征-對外做功) PPT2與大家所舉例子一樣，下列反應一定條件下也能自發進行，請從能量變化角度分析它們的共同特征2Na(S)+Cl2(g)=2NaCl(s) ； H=-822KJ.mol-1H2(g)+F2(g)=

5、2HF(g)； H =-546.6KJ.mol-14Fe(S)+3O2(g)=2Fe2O3(S)； H =-1648.4KJ.mol-1C3H8(g)+5O2(g)=3CO2(g)+4H2O(l)； H =-2217.5KJ.mol-1思考、回答 H0，是放熱反應，體系能量降低。(設計意圖：激活學生原有知識，并將問題引向深入，引導學生總結出自發反應的第一個特征：反應傾向于朝著放熱的方向進行）講解 19世紀，化學家就發現絕大多數自發反應都是放熱反應，且放出熱量越多，體系能量降得越低，反應越完全。能量降低是自發反應的一個特征，故可用焓變作為判斷反應是否自發的依據，即焓變判據。板書二、自發反應的特征

6、1、焓變判據（H0) ；反應傾向于朝著放熱的方向進行。設疑H0的反應就一定不能自發進行嗎？ 實驗探究取適量Ba(OH)2.8H2O(S)和NH4Cl(S)在錐形瓶中混合并振蕩，置于附有水的木板上?，F象有刺激性氣體產生，錐形瓶與木板間結冰，牢牢粘在一起。問在常溫下列兩反應也能自發進行，它們也是吸熱反應，說明了什么？PPT3資料常溫下能自發進行的吸熱反應：2NH4Cl(S)+Ba(OH)2(s)=2NH3(g)+CaCl2(S)+2H2O(l)；H02N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)；H0（設計意圖：制造矛盾，引發質疑和探究，激發學習的熱情）生 焓判據不夠全面，還存在其他因素。演示一盒火

7、柴散落后呈無序狀態；一滴墨水在水中慢慢擴散；濃溴水滴在試管底部，紅棕色蒸汽慢慢升起設問這些變化的共同特征是什么？生物質粒子排布從集中趨向分散，從有序過渡為無序繼續設問固體氫氧化鈉、硝酸鉀、氯化鈉、蔗糖都能自動溶解于水。已知溶解過程有吸熱也有放熱，那么它們溶解后微粒排布有何變化？學生思考、交流得出結論。溶于水后微粒排布也是從有序過渡到無序狀態。講解從微粒排布角度是從集中趨向分散，體系混亂度增加，這個因素叫熵。是1850年德國物理學家克勞修斯提出的一個概念。PPT4 克勞修斯肖像。熵：用來衡量一個體系混亂度的物理量（符號S）講解 與焓一樣，熵也是一個狀態函數，與過程無關，只與反應的始態與終態有關。

8、PPT5 熵變：反應前后體系熵的變化（符號S） S = S生成物總熵S反應物總熵講解 自然界中的孤立體系均有朝著混亂度增大方向進行的傾向。如書本圖2-15，右邊的房間就是左邊房間朝著混亂度增大方向自由發展的結果。同樣，人的混亂度增大方向發展即朝“自由化”發展，所以社會上須有法律和道德規范，道路上須有交通規則，學校須有規章制度。板書 2、熵變判據（S0 ）； 反應傾向于朝著熵增的方向進行。PPT6 判斷哪些變化是熵增 (S 0 )哪些變化是熵減 (S 0 )。1、H2O(S) H2O(l) H2O(g) 2 、NH4Cl(S) =NH3(g)+HCl(g)3、Ag+(aq)+Cl-(aq)=Ag

9、Cl(s) 4、2NO(g)+O2(g)=2NO2(g)思考、回答小結出熵增情況：1、有氣體生成的反應。2、規則排列的固體離散成離子的反應。（設計意圖：引導學生類比歸類，從自然現象到化學現象，再到具體的聯系實際問題，為學生搭建起對混亂度-熵這個新物理量的認識。）過渡 結合影響反應自發性的兩個因素分析以下反應的自發性。PPT依次給出1、212K(s)+2H2O=2K+（aq）+2OH-(aq)+H2(g) 22CO(g)=2C(s)+O2(g)思考、回答1 H0，S 0 。 兩個判據都有利，能自發反應2 H0 ，S 0。兩個判據都不利，不能自發反應評價 很好。象第2 種情況，兩個判據都不利于反應

10、自發進行。除非石墨轉化為金剛石（H0 ，S 0），產出高于投入，否則就不具備使用“外界幫助”讓其向右反應的必要性。PPT8再給出：3、CaCO3(S)=CaO(g)+CO2(g) 4、2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) 學生 一個判據有利，另一判據不利。陷入迷茫。(設計意圖：以學生為主體，注重探索發現，考慮學生的思維特點，在矛盾沖突中讓第三個判據的給出水到渠成)引導當兩判據發生沖突無法判斷時，為同時考慮能量和混亂度兩方面的因素，1876年美國化學家吉布斯提出一個新狀態函數G(自由能)，作為等溫等壓下化學反應方向的判據。PPT9吉布斯肖像板書3、復合判據：吉布斯自由能公式 G=H-TS公式

11、認為：當G0，反應能自發進行引導請根據公式分析3、4中如何調節溫度讓反應符合自發要求？討論，快速解答第3個反應升高溫度，可讓G變負值，即提供高溫。第4個反應降低溫度，可讓G變負值，即提供低溫。（設計意圖：讓學生利用新知識解決問題，體驗成功的喜悅，并認識到可通過溫度的的調節讓反應向自發轉化）有學生舉手提問為什么氫氣和氧氣反應的條件是低溫？平時不是點燃才能反應的嗎？(課堂中的生成讓課變得更精彩)解釋的確，在常溫下讓氫氣和氧氣在密閉容器中混合生成一滴水也需等上千年，但實際上在常溫下我們能看到該反應的進行(被一學生興奮的聲音打斷-燃料電池！)評價很好！若將其設計成原電池即可觀察到現象。PPT10若在常

12、溫下加入鉑絨，甚至可發生劇烈的爆炸性反應（如下圖）講解故判斷一個反應能自發進行并不意味著該反應一定發生，只是表明了一個趨勢（就如同高處的水有往下流的趨勢，但不一定就能流下。G0只是說該反應如果發生，可向外界做功）。PPT11 5、H2O(S)H2O(l) 6、 H2O(l) H2O(S) 思考快速得出答案：5、H0，S 0 ，高溫可自發進行； 6、H0，S 0，低溫可自發進行。評價、引導 很好。但我們應明確以上兩個變化只是一個物理變化過程，而非化學反應。吉布斯自由能變只對化學反應而言，像5、6就不能用G來判別。能否總結出當兩判據沖突時通過調節溫度讓反應自發的規律？討論，氣氛活躍，舉手回答大大高

13、，小小低 ； 大大大，小小小 ； 增增高，減減低（設計意圖：讓學生通過歸納法得出高效解題的方法，有成功的自豪感）總結很好！我們用自己的方法記憶當H和S沖突時讓反應自發的方式，如增增高，減減低都很不錯?？梢?，一個反應能否自發，與提供的溫度密切相關。調整溫度，能讓反應在自發和非自發之間轉換。學以致用 現在我們回到開始的問題（副板書），請大家從H和S兩個角度分析該反應是否具備向右自發的可能性?？焖俜治觯卮?可自發，且為高溫自發。介紹 實際上催化劑的尋找，科學家們已經取得了一定的成就PPT 知識拓展：2H2O(l)=2H2(g)+O2(g)途徑一、太陽能光電化學電池分解水途徑二、生物制氫（模仿植物光

14、合作用分解水）途徑三、微生物利用陽光產生氫氣流依次給出途徑，并講解途徑一、日本科學家們利用太陽能在半導體氧化鈦表面產生電流，將水分解成氫氣，該法轉化率達12%途徑二、美國和英國科學家模仿植物光合作用分解水，目前1g葉綠素能產生1L氫氣，轉化率高達75%途徑三、科學家已發現很多種微生物具有這種本領，能利用太陽光分解水產生氫氣其他的途徑,等著我們的同學去發現、完善（設計意圖：以“解決一個問題”為主線將串起本課知識點，前后呼應；介紹國外科學家所取得的成就，開闊學生的視野，喚起學生的責任感、使命感）板書 三、判斷自發反應的意義PPT12 知識應用 有A、B、C、D4個反應:則:1)在任何溫度下都能自發

15、進行的反應是_ 。 2)在任何溫度下都不能自發進行的反應是_。3)在溫度升高到一定時可自發的反應是_。 4)在溫度降低到一定時可自發的反應是_。思考，快速給出答案 C ； B ； A ； D。講解實際上如果需要，我們甚至能根據自由能公式計算出讓反應自發所需的臨界溫度，高三時會有這個要求（設計意圖：以解題鞏固課堂知識，是學以致用的另一種形式）課后作業 登陸百度網站，鍵入“熵”字，認識熵在其他領域的應用。 三、教學反思1以學生為主體建構主義學習理論強調以學生為中心，不僅要求學生由外部刺激的被動接受者轉變為信息加工的主體，而且要求教師要由知識的傳授者轉變為學生主動建構意義的幫助者、促進者。本課設計力圖在這方面有所體現。2探究式教學思考性問題的設置是上好課的關鍵，本課問題設置層層深入，學生在不斷發生矛盾的沖突中提高認識，在“解決問題、出現矛盾、給出新知識、解決問題”流程中教學，讓知識的生成“水到渠成”。3教材處理蘇教版教材中未出現吉布斯自由能公式，但我們認為將公式引入，讓學生找到理論依據，不僅不會成為負擔，反而更能