高中化学化学反应的方向教学设计学情分析教材分析课后反思文档格式.docx

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1、趣味体验法：

活动建立感性认知

2、探究法：

数字化实验证明或证伪

4、讨论法：

利用归纳和演绎的逻辑分析方法，利用常见的化学反应和物理变化，结合探究实验，学习熵变对化学反应自发过程的影响。

熵变与环境保护

1、活动体验法：

角色扮演

环境保护与低碳生活的必要性

从体验活动中感受熵增原理的简单应用，进而树立正确的世界观、价值观、生活观。

【实验仪器和用品】

数字温度计、火柴、自制绿色环保实验盒、剪好的莲花型滤纸、试管、白纸、玻璃棒、空气清新剂、樟脑球

Na2CO3粉末、盐酸（3mol·

L-1）、Ba（OH）2固体、NH4Cl固体、NaCl固体、NH4NO3固体、NaOH固体、酚酞试液、NaOH溶液。

【教学过程】

教学

环节

教师活动

学生活动

设计意图

实

验

引

入

，

感

知

方

向

--

体

能

量

受

自

发

同学们，化学反应有很多是放热的，但也有部分是吸热的，那是不是所有自发进行的反应都是放热的呢？

下面请同学们自主完成实验，体验一下这些反应是吸热还是放热？

反应是否能自发进行？

【指导学生实验】

【设疑】同学们，这两个反应自发吗？

什么样的化学反应是自发反应呢？

【PPT展示】

自发反应的定义及自然界中“高水低流”和“低水高流”等图片

【播放音乐】“高水低流”

【设疑】氢气燃烧和水的电解哪个是自发反应，哪个是非自发反应？

【小组合作实验】

1.向写有碳酸钠标签的试管中加入Na2CO3粉末，然后向试管中滴入盐酸，迅速用数字温度计测量并记录起始温度和反应结束时温度。

2.“冰山雪莲”实验

（1）先用酚酞试剂润湿实验盒盖内滤纸并使之紧贴盒盖内壁

（2）将实验桌上盛放的Ba（OH）2和NH4Cl试剂全部倒入实验盒中并用玻璃棒不断搅拌，等滤纸颜色变化后迅速将玻璃棒取出插入数字温度计，记录起始温度和反应结束时温度。

【小组汇报】

1.实验数据

2.自发反应—在一定温度和压强下，不借助光、电等外部作用就能自动进行的反应。

让学生在“做”中学，在“学”中想。

1.利用雪糕盒进行创新实验“冰山雪莲”激发学生兴趣，（Ba（OH）2和NH4Cl反应后温度降到-2℃似冰山，放出的氨气使盒盖上被酚酞润湿的试纸变红，似盛开的莲花，盖上盒盖防止氨气污染空气，为讲熵判据及环保铺垫）培养学生创新思维及实验能力。

2.在已有知识和生活经验上构建新知识培养学生类比归纳能力。

理

解

--

认

冲

突

探

究

原

【设疑】根据你对自发反应的理解，以上两个反应是自发反应吗？

请大家继续思考盐酸与碳酸钠反应能自发进行的原因。

【设疑】请同学们举例说明自发进行的放热反应的实例。

【设疑】：

以铁与硫酸铜反应为例，研究自发进行的放热反应在实际中的应用？

【设疑】Ba（OH）2和NH4Cl反应是吸热反应，为什么也能自发进行，除了能量外，还有什么因素影响呢？

【趣味体验演示】

（1）在教室前方喷空气清新剂

（2）实物展示樟脑球

（3）自然散落火柴

【设疑】把一根火柴想像成组成物质的微粒，它们溶解于水中时，微粒排布是如何变化的呢？

【演示】酚酞滴入氢氧化钠溶液中

【启发思考】微粒从集中到分散，从有序到无序用什么来表示呢？

资料一：

熵的含义

资料二：

熵的由来

【口述】科学家告诉我们：

在科学的大道上没有捷径可走，需要坚强的毅力和持久的动力，但只要努力，奇迹就会发生，如克劳修斯提出“熵”理论。

【启发思考】

（回归实验）1.Ba（OH）2和NH4Cl反应自发进行的原因？

实验加上盒盖的原因？

2.自发进行的判据究竟是什么？

【评价引导】收集学生交流情况并与学生交流自由能判据的记忆方法“顺者昌，逆者亡”、“大大高，小小低”

【评价】判断结果

【讨论交流】

1.可能是能量的原因，因为该反应是放热反应，（焓变）能量降低是该反应能自发进行的重要因素之一。

2.将其设计成原电池，将化学能转化成电能，又如氢气的燃烧，可设计成氢氧燃料电池，实现绿色能源。

【倾听、观察、思考】

微粒从集中到分散，从有序到无需的过程

1.火柴散落

2.分别向写有NaCl、NH4NO3、NaOH的试管中加入对应试剂溶解，迅速插入数字温度计并记录溶液的温度。

2.自发进行的原因：

三种物质的溶解，尽管热效应不同，但从微粒分布上分析，他们都从集中到分散，从有序到无序。

【阅读课本】

1.熵的概念

2.影响因素

【倾听感悟】

倾听化学史，感悟科学研究的曲折过程。

【讨论交流】Ba（OH）2和NH4Cl反应自发进行的原因。

【结论】：

1.（熵变）熵增是该反应能自发进行的重要因素之一。

2.盖上盒盖，减少氨气向整个教室熵增，防止污染。

【阅读课本】P37

自由能综合判据ΔG=ΔH-TΔS

【讨论交流】利用判据判断以下四个反应进行的可能性及快速判断的方法。

1.2K（s）+2H2O（l）=2KOH（aq）+H2（g）

2.2CO（g）=2C（s）+O2（g）

3.CaCO3（s）=CaO（s）+CO2（g）

4.2H2（g）+O2（g）=2H2O（l）

【比一比】

（根据判据谁判断得快）

题目见评测练习

激活学生原有知识，并将问题引向深入，引导学生归纳出自发反应的焓变判据并“证明”。

理解研究化学反应方向的社会价值。

“证伪”实例，制造矛盾，引发质疑和探究，激发学习热情。

自身体验，增强兴趣，建立宏观理解

让数字温度计说话，学生理解深刻，把微粒想像成火柴，实现了从宏观到微观的转化。

培养学生探究能力、合作交流能力。

培养学生演绎推理能力。

引导学生了解化学史，激发学生学习兴趣，认识科学研究是一个曲折的过程。

一是前呼后应，回归实验，解释原因，二是引导学生时时要有环保意识。

让学生通过归纳法得出高效解题的方法，有成功的自豪感。

应

用

学

以

致

情

【组织讨论】1.从沙丘到芯片使“信息高速公路”畅行无阻，工业上用SiO2制取单质Si（计算机芯片）利用了以下两个反应，请用化学反应方向的判据分析哪个更具优势？

2.钛在航天、军工、医疗、工业生产等行业用途非常广泛，被称为继铁、铝之后的“第三金属”，但从发现钛元素到利用以下两个反应：

①TiO2（s）+2Cl2（g）=TiCl4（l）+O2（g）

②TiCl4（l）+2Mg（s）=Ti（s）+2MgCl2（s）冶炼钛，用了一个世纪之久仍未实现，而问题就出在第一个反应上，既TiO2到TiCl4的转化难以实现，请用今天所学知识推测反应①可能出现的问题是什么？

科学家研究出了用以下反应很快实现了从TiO2到TiCl4的成功转化，取得突破性进展，请认真观察下列反应，思考交流TiO2到TiCl4顺利转化的原因。

①TiO2（s）+2Cl2（g）=TiCl4（l）+O2（g）

ΔH＝+161.9kJ·

mol-1

ΔS＝-38.4J·

mol-1·

k-1

②2C（石墨）+O2（g）=2CO（g）

ΔH＝-110.5kJ·

ΔS＝+89.7J·

k-1

③TiO2（s）+2Cl2（g）+2C石墨）

＝TiCl4（l）+2CO（g）

ΔH＝-59.2kJ·

ΔS＝+141.0J·

3.2015年4月1日，环保部门公布北京、广州、深圳主要污染是机动车，机动车尾气中含有NO、CO等有害气体，人们提出利用以下反应将它们转化为可参与大气循环的气体，你认为是否可行，理论依据是什么怎样？

实际转化中还需要解决什么问题？

2NO（g）+2CO（g）＝N2（g）+2CO2（g）

ΔH＝-113.0kJ·

ΔS＝-143.5J·

【讨论交流】

第一个反应熵增更多，所有更有优势，与实际工业原理吻合。

反应①可能是焓增、熵减的恒不自发反应。

科学家充分利用盖斯定律，借助石墨的燃烧，将反应①恒不自发反应与石墨有机燃烧结合，使之转化成了焓减、熵增的恒自发反应，顺利完成了TiO2到TiCl4的转化。

经计算，t〈514℃时，该反应就能自发进行，实际转化中还要解决反

应速率问题，如催化剂。

（设计三个问题的共同意图）

培养学生运用知识分析实际问题，解决实际问题的能力，进一步体现

“化学来源于生活，服务于社会”的理念，激励学生学好科学知识，更好实现“STS”的完美结合，促进社会发展。

使学生明白研究化学反应不仅要解决化学反应方向问题，还要解决化学反应速率问题，使学生对化学反应原理进行全面和深层次的认识和理解。

拓

展

思

考

环

境

保

护

【组织学生思考拓展】

1.由“火柴变乱”思考

【PPT展示】图片

墨西哥湾漏油事件；

某工厂排放废气；

某河道内废弃物；

某工厂排放的废水。

【启发思考】社会中的这些现象，液体泄露会蔓延开来，工业废气、废水排放后会大面积污染，大家能分析治理工业废气、废液或废物的关键环节在哪里吗？

为什么？

2.“熵”的眼光看世界

【PPT展示】熵与环境、社会、信息、生命的密切关系。

【归纳】“熵理论”与宇宙演变、社会发展、能源小号、环境污染、生物衰老都有着密不可分的关系，这也是它的社会价值所在。

【思考汇报】

在预防环节，要控制污染源的释放。

因为乱扔的废物、排放的废气或废液会自发的分布到更大的范围，是自发的熵增的过程。

【学生感悟】自然本身虽然奥妙诡谲，但它在复杂丰富的演化脉络中，蕴含一种令人惊叹的一致性。

引导学生从生活、社会、生命等角度了解熵变，对学生进行生命情感教育和社会责任感教育。

小结

1.我学到的知识：

2.我得到的解决问题的方法：

3.我的社会责任和从科学家研究知识过程中学到的优秀品质：

作业

1、登录XX网站，键入“熵”字，认识熵在其他领域的应用。

2、请你以一天的活动为线索，观察并分析那些现象“熵增”，你克服了那些“熵增”的过程？

《2.1化学反应的方向》学情分析

从本学科纵向维度上看，学生学习本课题时，已经掌握了化学反应的焓变等有关内容，同时也具备了对化学反应从能量、速率、限度等维度研究的思想。

本课题联系以上知识，提出了研究化学反应的另一个维度——方向（自发与非自发）问题，并利用焓变判据和熵变判据综合对化学反应的自发做出判断。

由于熵及“熵增原理”内容较抽象、陌生度较高，因此在教学中通过引入实际生活中体现“熵增原理”的物理变化和化学变化现象，为学生的学习提供了认知的感性材料，通过数字化实验和趣味体验加深学生理解，有利于学生在学习时对熵变和熵增做出一般性地常规探讨，并且创造了学生充分发挥思维能力和交流能力的空间。

在科学方法的学习上，作为高二理科生，对常见的科学方法有一定程度的认识，对科学探究的一般过程也有一定的体验，已具备了根据问题设计方案进行科学探究的能力，为了延伸学生对科学本质的了解以及科学方法的学习，本课题的科学探究中引入“证明法”与“证伪法”，在交替使用二者的同时让学生了解科学探究中的“证明”与“证伪”方法及其对结果作出相应合理正确的解释，从而能较为顺利的完成从具体到抽象，从宏观到微观的思维转换。

另一方面，当代社会中的环境保护问题与低碳生活也时刻影响着学生，他们已经初步建立起了环境保护与节约资源的意识。

本课题通过体验活动发展学生相关认知与情感，强化了从基本化学原理角度看待社会问题的意识，促进他们形成正确的世界观与人生观,进一步增强学生的社会责任感。

《2.1化学反应的方向》效果分析

从实际教学效果来看，本节课较好地实现了教学目标的预期。

通过本节课的学习，学生初步形成了对化学反应自发过程的基本认识，能够了解熵变、焓变及复合判据对化学反应自发过程的影响。

同时，通过一系列的课堂体验活动，学生深刻感受到熵增原理对实际生产生活的指导意义，进而建立正确的世界观与价值观，进一步增强了学生的社会责任感。

同时，通过“一般与特殊”、“现象与本质”、“微观与宏观”等的逻辑推理及转化和“证明”和“证伪”的科学探究让学生体会科学探究的丰富内涵，进一步了解和体验了认识科学的本质特征。

《2.1化学反应的方向》教材分析

本课题位于鲁科版选修4《化学反应原理》的第二章第一节《化学反应的方向》，主要介绍了“焓判据、熵判据及自由能变化（△G=△H-T△S）”知识，有一定难度。

教材从学生已有的知识和生活经验出发，分四个层次就化学反应的方向进行了介绍。

第一，以学生熟悉的自发进行的放热反应为例，介绍化学反应有向能量降低的方向自发进行的倾向——焓判据；

以生活现象为例，说明混乱度（熵）增加是自然界的普遍规律，也是化学反应自发进行的一种倾向——熵判据。

第二，用实例说明单独运用上述判据中的任一种，都可能出现错误，都不是全面的。

第三，要正确的判断化学反应的方向，需要综合考虑焓变和熵变的复合判据。

第四，简单介绍了自由能判据的结论性内容。

本节课从热力学的角度研究化学反应，承接第一章《化学反应与能量变化》，铺垫本章第二节《化学反应的限度》，是反应限度研究的基础，起到了承上启下的作用。

另外，为了帮助学生将新的知识吸纳到原有认知框架中，教科书设计的实例是从学生的实际生活经验出发，但实例偏少，实际教学中，教师要广泛占有资源，进行适度拓展，开阔学生视野。

而且教科书在本节中没有设计编写相应的实验，学生难以利用直观鲜明的实验现象促进相应概念的理解。

因此，在实际教学中应增加学生实验、教师演示实验及趣味体验等活动，使抽象问题具体化、复杂问题简单化。

本节课教学重点是：

焓变、熵变对化学反应自发过程的影响，教学难点是：

对熵变的理解。

基于以上分析，教材内容在一课时完成新授，以整体把握化学反应的方向。

《2.1化学反应的方向》评测练习

学习目标:

1.知道化学反应存在方向问题，能说出自发反应的含义。

2.能说出熵的含义，会定性判断化学反应前后熵的变化情况，理解放热、熵增有利于反应自发进行。

3.能初步利用焓变和熵变的共同影响说明化学反应进行的方向。

4.由自然现象通过类比、迁移、归纳、概括等方法学习化学概念，运用归纳和演绎的逻辑分析方法构建新知识。

5.通过大量实验和事实，体验熵变意义，建立生活中自然现象与熵的联系，体验环境保护与低碳生活的重要性和迫切性

（每小组实验桌上摆放）

一、反应的焓变与反应方向

【探究实验1】向写有碳酸钠标签的试管中加入Na2CO3粉末，然后向试管中滴入盐酸，迅速用数字温度计测量并记录起始温度和反应结束时温度。

反应

碳酸钠与盐酸

数字温度计数值

从℃到℃

结论（能量角度）

【探究实验2】1.先用酚酞试剂润湿实验盒盖内滤纸并使之紧贴盒盖内壁

2.将实验桌上盛放的Ba（OH）2和NH4Cl试剂全部倒入实验盒中并用玻璃棒不断搅拌，等滤纸颜色变化后迅速将玻璃棒取出插入数字温度计，记录起始温度和反应结束时温度。

氢氧化钡与氯化铵

从℃到℃

结论（能量角度）

【问题与思考】

1.通过实验，你认为自发进行的反应一定都是放热反应吗？

2.请回忆并写出常见的自发进行的放热反应。

3.根据你的思考，请归纳出焓变与反应方向之间的关系。

二、反应的熵变与反应方向

【趣味体验】“火柴变乱”：

把一盒火柴从盒中取出，让其自然散落，体会自发过程，观察火柴的混乱度；

然后将散落的火柴按照头朝一个方向整齐排列，体会非自发过程，外界做功。

【探究实验3】分别向写有NaCl、NH4NO3、NaOH的试管中加入对应试剂溶解，迅速插入数字温度计并记录溶液的温度。

实验

氯化钠

硝酸铵

氢氧化钠

结论（微粒排布）

【阅读与思考】

请同学们阅读课本思考后填写：

1.熵的含义：

符号：

单位：

2.熵变：

3.影响熵的因素：

【讨论与思考】

1.举例说明熵增的反应或过程：

2.根据你的思考，请归纳出焓变与反应方向之间的关系。

三、焓变与熵变对反应方向的共同影响

【合作交流】

1、结合影响反应自发性的两个因素分析以下反应的自发性，并讨论快速判断的方法。

①2K（s）+2H2O（l）=2KOH（aq）+H2（g）

②2CO（g）=2C（s）+O2（g）

③CaCO3（s）=CaO（s）+CO2（g）

④2H2（g）+O2（g）=2H2O（l）

结论：

深度思考：

反应④实现的途径有哪些？

在能源利用上有什么现实意义？

【比一比】谁判断得快

2、有A、B、C、D四个反应，其相关数据见附表。

附表反应数据

A

B

C

D

ΔH（kJ·

mol-1）

10.5

1.8

-126

-117

ΔS（J·

mol-1·

k-1）

30.0

-113.0

84

-105.O

则，

（1）在任何温度下都能自发进行的反应是

（2）在任何温度下都不能自发进行的反应是

（3）在温度升高到一定数值时可自发的反应是

（4）在温度降低到一定数值时可自发的反应是

【学以致用】

【讨论1】

从沙丘到芯片使“信息高速公路”畅行无阻，工业上用SiO2制取单质Si（计算机芯片）利用了以下两个反应，请用化学反应方向的判据分析哪个更具优势？

1

②

【讨论2】

1、钛在航天、军工、医疗、工业生产等行业用途非常广泛，被称为继铁、铝之后的“第三金属”，但从发现钛元素到利用以下两个反应①TiO2（s）+2Cl2（g）=TiCl4（l）+O2（g）②TiCl4（l）+2Mg（s）=Ti（s）+2MgCl2（s）冶炼钛，用了一个世纪之久仍未实现，而问题就出在第一个反应上，既TiO2到TiCl4的转化难以实现，请用今天所学知识推测反应①可能出现的问题是什么？

2、科学家研究出了用以下反应很快实现了从TiO2到TiCl4的成功转化，取得突破性进展，请认真观察下列反应，思考交流TiO2到TiCl4顺利转化的原因。

ΔH＝+161.9kJ·

mol-1ΔS＝-38.4J·

mol-1ΔS＝+89.7J·

③TiO2（s）+2Cl2（g）+2C（石墨）=TiCl4（l）+2CO（g）

mol-1ΔS＝+141.0J·

原因：

。

【讨论3】2015年4月1日，环保部门公布北京、广州、深圳主要污染是机动车，机动车尾气中含有NO、CO等有害气体，人们提出利用以下反应将它们转化为可参与大气循环的气体，你认为是否可行，理论依据是什么怎样？

实际转化中还需要解决什么问题？

2NO（g）+2CO（g）=N2（g）+2CO2（g）

mol-1ΔS＝-143.5J·

【小结】：

我学到的知识：

我得到的解决问题的方法：

我从科学家研究知识过程中学到的优秀品质：

【作业】：

《2.1化学反应的方向》课后反思

本节课以“创新数字化实验体验”为切入点，以“认知冲突”为主线，以渗透“生命教育”为落脚点，适当穿插化学史，将感知化学反应方向、理解化学反应方向、应用化学反应方向、拓展思考进行有机组合，实现了不断引导学生由易到难，由浅入深，循序渐进。

通过回忆、思考、讨论、实验探究、趣味体验等活动，让学生学习的主体地位真正得到了回归，课堂真正成了学生自主学习的“学堂”，使学生在化学课堂上“心动、脑动、手动、情动、感动”。

课堂主要突出以下几点：

1、多种形式激发学生兴趣。

“冰山雪莲”等五个数字化探究实验、演示实验、“火柴变乱”等趣味体验、优美的音乐点缀、活生生的图片展示等活动极大地激发了学生的学习兴趣，学生思维异常活跃，情绪高涨。

2、探究式教学。

思考性问题的设置是上好课的关键，本节课设置问题层层深入，学生在不断发生矛盾冲突中提高认识，在“解决问题、出现矛盾、给出新知识、解决问题”流程中教学，让知识的生成“水到渠成”。