高中化学苏教版选修4 化学反应原理第一单元 化学反应速率教学设计

《化学反应的方向》（第一课时）教学设计

【学科】高中化学

【教材】苏教版《化学反应原理》

【适用对象】全日制普通高中高二学生

【适用阶段】新课学习

一、          教学目标:

1、知识与技能：知道自发反应的概念，知道熵变的概念，能用反应的焓变、熵变说明化学反应的方向。

2、过程与方法：通过对“化学反应能否自发进行”的现象分析到理论探讨，培养探究分析问题的能力；通过自主学习、小组合作探究等方式，让学生主动建构知识，再由教师点拨进而加深对知识的理解。

3、情感态度与价值观：通过联系生产生活中的问题，认识化学反应原理在生产生活中的重要作用，提升对化学反应价值的认识。

二、学情分析：

学生已经详细学习了“化学反应的热效应”、“化学反应速率”，具备了一定的化学反应原理的相关知识，这对学生理解、掌握本节内容设置了铺垫。本课时涉及到“熵”的概念，这是一个新的物理量，学生首次接触，教学中需注意直观性和适当的情景创设，让学生更易于理解。

我校化学组在徐丹青特级教师的带领下，一直在实践先学后教的教学模式。经过一年多的高中学习，学生对先学后教的教学模式已基本熟悉，学生自主阅读，小组讨论，提出疑问，组间互助的条件已经基本成熟。这为采用先学后教教学模式来上本节课奠定了方法基础。

三、          重点难点：

焓变和熵变与化学反应方向的关系是本节的重难点。

四、          教学活动

环节一：通过先学（阅读、思考、讨论），体会化学反应是有方向性的。通过学生质疑，教师点拨，理解自发反应的定义。

教师：今天的课题是化学反应的方向，请大家先阅读书本P42-44页内容，以四人为一小组思考讨论，完成以下学习任务：

1、  化学反应有方向性吗？

2、  你是如何理解自发反应的？

3、  自然界或生活中有哪些自发的过程？

4、  这些自发过程有什么共同点？

5、联系自发过程的共同点，你能否找出化学反应自发与否的决定因素？

学生分组自学，讨论。

学生回答第一个问题：有。

教师追问：你能举出例子来吗？

学生回答：碳酸钙遇到盐酸可以反应，反之，氯化钙溶液中通入二氧化碳不会反应。

教师发问：碳酸钙遇到盐酸，发生反应需要外界帮助吗？

学生回答：不需要。

师生归纳：无需外界帮助的反应，就是自发反应

板书：自发反应，无需外界帮助。

教师发问：对于第二个问题——你是如何理解自发反应的，同学们有什么疑问吗？

学生提出问题：这个无需外界帮助一定指在常温常压下吗？

其他学生回答：不是，在一定的温度和压强下。

教师追问：那么温度和压强的改变算不算外界的帮助？

学生回答：不是外界的帮助。

归纳板书：在一定的温度和压强下。

巩固练习：判断下列反应是否自发

（1）水分解成H2和O2

（2）绿色植物的光合作用

（3）氢气燃烧

（4）镁带燃烧

学生思考后回答。

学生质疑：镁带燃烧，氢气与氧气需点燃才反应，怎么解释这是自发反应呢？

教师归纳：以氢气和氧气点燃反应为例，该反应自发，是指氢气和氧气混合在一起，有自发生成水的趋势．但并不代表氢气和氧气混合，就能快速生成水，也就是说反应是否自发，是不考虑反应的速率的。在通常情况下，若把氢气和氧气混合在一起，他们有反应生成水的趋势，但反应的速率非常慢，我们根本觉察不到它们的反应． 如果升高温度到800摄氏度度，该反应即以爆炸的方式瞬间完成; 如果选择合适的催化剂﹙如用钯作催化剂﹚，在常温常压下，氢气和氧气以较快的速率化合成水;升温和催化剂加快了反应的速率。

所以我们要正确理解“自发反应”，第一，温度和压强的改变不属于外界帮助。第二，把化学反应能自发不等同于反应能快速发生。

环节二：通过对自然现象的观察，以及动手操作，总结出焓变与自发反应之间的关系。

学生回答问题3：水由高处流向低处，石头从山上滚下，苹果从树上落下等等。

学生回答问题4：自发过程发生后，水、石头、苹果的势能降低。能量降低，体系稳定。能量越低越稳定。

教师追问：甲烷分子是什么空间构型？

学生回答：正四面体。

教师继续追问：为何甲烷为正四面体构型而不是平面四边形呢？

学生思考。

学生活动：教师提供给学生四个扎在一起的气球，学生随意地甩动，观察气球以怎样的空间构型存在。

学生得出结论：总是以正四面体形式存在。

师生归纳：甲烷呈正四面体构型是能量最低，最稳定的一种排列方式。

学生回答问题5：能量降低，反应需要放出热量。

教师追问：还记得哪些反应是放热反应吗？

学生回答：金属与酸反应，酸碱中和，生石灰与水等化合反应，燃料燃烧等。

教师继续追问1：这些反应自发吗？

学生回答：自发。

教师继续追问2：我们可以利用什么来判断反应是否自发？

学生回答：焓变。

板书：焓判据，焓变小于0，有利于反应自发。

环节三：通过质疑——吸热反应就一定不自发吗？利用两个自发的吸热反应实验，引出熵、熵变的概念，继而得出熵变与自发反应的关系。

教师提问：到这里，同学们有产生什么疑问吗？

学生问：放热反应一定自发吗？即吸热反应一定非自发吗？

学生讨论。

学生分组实验1：

往试管中加入约2毫升盐酸，用电子温度计测量溶液温度，然后加入碳酸氢钠溶液，观察现象，并观察电子温度计显示屏温度的变化。

分组实验2：

在气球皮里分别加入氯化铵和氢氧化钡固体，扎紧小气球口，用手混合均匀固体，观察现象并感受气球外壁温度的变化。

请学生描述实验现象，并判断反应是否自发。

实验1现象：有气泡产生，是自发反应。温度下降，反应吸热。

实验2现象：气球变大，反应自发，气球皮感觉冰凉，反应吸热。

师生归纳：两个都是吸热反应，都自发。自发反应未必都是放热的。

教师追问1：那么到底是什么原因让这两个吸热反应自发呢？我们看看这两个反应除了自发和吸热外还有什么共同点？

学生回答：都放出气体。

教师追问2：从微观的角度来看，固体、液体、气体，微粒的排列是怎样的？

学生回答：从有规则到较有规则，到无规则，体系越来越混乱了。

教师追问3：我们可以用什么物理量来衡量一个体系的混乱度？

学生回答：熵。

板书：熵，用S表示。熵的变化，即熵变，用△S表示。从有序到混乱，熵增，△S>0,反之，小于0.

学生完成书45页问题解决的第一题并回答。

教师：我们再来看这些自发的过程。

图片：一滴墨水滴入烧杯水中，扩散开来；香水瓶的盖子打开，人们会闻到香味；下课了，同学们自发地从位置上离开。

教师提问：这些自发过程都有什么共同特点？

学生回答：体系的混乱度增加，都是熵增的过程。

教师追问1：反过来，有没有可能让墨水自动与水分离，让跑出香水瓶的分子自动回到瓶子？学生回答：不可能。

教师追问2：再看刚才这两个我们实验过的吸热的自发反应，现在你知道它们为什么可以自发了吗？

学生回答：因为生成了气体，熵增加了。

师生归纳：熵增有利于反应自发。这是自发反应的又一个判据。

板书：熵判据，熵变大于0，有利于反应自发。

教师阐述：就像能量最低原理一样，体系有自发向混乱度增加的方向变化的倾向，这也是自然界的普遍规律。

巩固练习：请用熵的理论来解释以下化学现象？

1、为什么可以用金属钠来制备金属钾？

2、为什么碳还原二氧化硅得到是一氧化碳，而不是二氧化碳。

学生讨论后回答：

1、钠的金属活动性弱于钾，按理说反应是不能发生的，但控制好温度，使钾为气态，钠为液态（沸点钾低于钠），由于熵值增大，拉动了反应的发生。

2、生成1摩尔硅，可以生成1二氧化碳，2摩尔一氧化碳，所以，生成CO熵增更大，更容易拉动反应。

环节四：小结焓变和熵变是决定反应是否自发的两个因素，通过课后活动深入理解熵、熵变。

教师小结：今天这节课，我们理解了一个新的概念：自发反应。认识了一个新的物理量熵，并找到了决定自发反应的两个因素，焓变和熵变。知道了体系能量降低，混乱度增大是有利于反应自发的。

课后活动：请你以一天的活动为线索，观察并分析哪些现象产生熵增？你克服了哪些熵增？这些克服熵增的过程，给你带来了什么感受和启发？

五、          板书设计