课件58张PPT。 选修四 化学反应原理第二章 化学反应速率和化学平衡 第四节《化学反应进行的方向》 公开课的感悟与思考 高中新课程改革给教学带来了新理念、新标准,同时也给教师带来了很多需要解决和面对的新问题、新情况。新课改为了满足学生不同层次的需要和个性发展设置了选修课程,增加了部分新的教学内容,对教师来说也是新的课题和挑战。以选修四《化学反应原理》为例:
第一章 化学反应与能量 盖斯定律
第二章 化学反应速率和化学平衡
化学平衡常数、化学反应进行的方向(熵)
第三章 水溶液中的离子平衡
电离常数、盐的水解常数 、溶度积
第四章 电化学基础 盐桥 那么教师在新课改、新理念、新标准下应该如何使用新教材,尤其是课标全新内容的教材呢?
备课时对教材的思考:
1、为什么要学习化学反应进行的方向?
如何理解化学反应进行的方向?2、新教材引入化学反应进行的方向有何理论意义和现实意义?3、创设怎样的情境组织学生探究学习?热力学三大定律:热力学第一定律:计算变化中的热效应;(找到了态函数-内能)
热力学第二定律:解决变化的方向和限度问题;(1854年克劳修斯引入态函数-熵)热力学第三定律:关于低温现象的定律,主要是阐明了规定熵的数值。一、熵的来源及历史发展(一)“entropy”中译字“熵”的由来:
趣话:
1923年,I.R.普朗克来中国南京讲学,著名物理学家胡刚复教授为其翻译时,首次将“entropy”译为“熵”,依据公式认为S为热量与温度之商,而且此概念与火有关。从此为浩瀚的汉文字库中增加了一个新字。(二)熵的缘起:蒸汽机带来的学问瓦特与蒸汽机→提高蒸汽机效率→卡诺的贡献(理想化入手:没有冷,热将是无用的,32岁死于霍乱)→能量守恒→第二类永动机之梦→热力学第二定律(三)天将降大任于是人也—熵的亮相概念的诞生(克劳修斯)→熵恒增=能贬值→平衡判据→化学势与复相平衡耐人寻味:冬季为什么要生火?外行(没学过物化的人)回答:
冬季生火是为了使房间暖和。学过热力学的人回答:
生火是为了取得所欠缺的能量。备注:为了说明“能与熵何者更为重要?”埃姆顿认为:熵相当于企业的经理,而能则降为簿记员的地位,平衡贷方和借方。二、对化学反应进行的方向备课的分析思考:(一)、教材分析:
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,都是不全面的。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。这一判据的推导是大学化学的内容,需留待以后学习。
第四、简单介绍了自由能判据的结论性内容。呈现方式有以下特点:
虽然难度较大、要求思维能力较高,但联系生活和生产实际的内容也较多,有利于调动学生的学习积极性和主动性。(二)、学生分析:
《化学反应进行的方向》内容第一次出现在新教材的课本中,主要介绍了“自发反应、焓判据、熵判据及简单了解自由能(△G=△H-T△S)”知识,对高中学生来说,有一定难度。在学生学习了化学反应及其能量变化、化学反应速率、化学反应的限度之后,从学生的基础出发,教学中回避相关判据的理论推导,力争通过此内容的学习,让学生了解决定反应进行方向的因素不是单一的焓变,熵变也是决定因素之一。了解自由能判据的结论性内容。(三)、教学设计:
本节课的授课强调以学生为中心,学生已知道很多化学反应并了解反应的吸、放热情况,运用这些已知的知识,引导学生得出相关判据,突出“熵”的概念的形成。这种以学生的“学”为中心的教学方式有利于学生掌握和理解本节知识。于是就设计了本节课:
由生活中的自发过程→自发反应→自发过程进行的趋势→化学反应中的能量变化→焓判据(引出矛盾)→混乱度→熵的概念及判据→如何将两者结合起来→介绍吉布斯自由能公式及应用等。(四)、教学目标:
1、知识与技能:
(1)能够判断日常生活中的自发、非自发过程及通过熟悉的化学反应判断自发、非自发反应;
(2)能用焓变和熵变说明化学反应进行的方向,能通过化学反应给出的△H、△S,运用等温、等压下化学反应方向的判据判断化学反应是否发生。
(3)能简单了解吉布斯自由能公式的意义及其在化学实际中的指导意义。 2、过程与方法:
(1)通过学生感受自发过程及联想实际生活中的知识,认识新知识与旧知识之间的联系,从中感受知识是怎样形成的;
(2)从学生的已有知识和生活经验出发,学会运用比较、归纳、概括等方法对信息进行加工,培养学生思维的批判性和严谨性;
(3)学会运用矛盾论的思想解决焓变、熵变对自发过程的共同影响问题。3、情感态度与价值观:
(1)通过本节内容的学习,使学生体会事物的发展、变化常常受多种因素的制约,要学会客观地、全面地分析问题。
(2)让学生体会化学的魅力,体验化学科学对个人生活和社会发展的贡献,逐步形成可持续发展的思想。三、具体课堂教学设计: 第二章化学反应速率和化学平衡第四节
化学反应进行的方向感受自发过程
(spontaneous process):
1、将一滴墨水滴进半杯清水中;
2、将充气气球的弹簧夹松开;
3、打开盛香水的瓶子的瓶塞。Cu和AgNO3反应NaOH和HCl反应Na投入H2O中铁生锈 Cu(s)+2AgNO3(aq)=Cu(NO3)2(aq)+2Ag (s)
△H= -181.75 kJ·mol-1 NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l)
△H= -57.3 kJ·mol-1 2Na(s)+2H2O(l)=2NaOH(aq)+H2(g)
△H= -636.1 kJ·mol-1Fe(s) …… Fe2O3 (aq)△H= -790.7 kJ·mol-1
能自发进行的过程:
? 热效应为吸热反应也能自发进行,如何理解?或放热反应( △H <0)从高能态趋向低能态熵(entropy):
描述体系混乱度的物理量,
符号:S 单位:J·mol-1·K-1
R. Clausius 克劳休斯 L. Boltzmann 波耳兹曼 自由论坛:
请你谈谈生活中混乱度增加(熵增)的现象?对下列问题你是否有了更清晰的认识:
1、绝对纯净的物质是没有的?
2、工业化以来人类的生存环境恶化?
熵增是自然界的普遍规律。 水的三态的熵(Sm表示物质的量为1mol)Sm(s) < Sm(l) < Sm(g)2NH4Cl(s)+Ba(OH)2(s)= BaCl2(s)+ 2NH3(g)+2H2O(l)
C(s,石墨)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)
△S = 133.8 J·mol-1·K-1能自发进行的化学反应:
①放热反应?热效应为吸热反应能自发进行,如何理解?②熵增加? ① 2KClO3(s)=2KCl(s)+3O2(g)
? H =-78.03 KJ·mol-1 、? S= 494.4J·mol-1·K-1
② CO(g)=C(s,石墨)+1/2O2(g)
? H =110.5 KJ·mol-1 、? S= -89.36J·mol-1·K-1
③ 4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+ O2(g) = 4Fe(OH)3(s)
? H =-444.3 KJ·mol-1 、? S= -280.1J·mol-1·K-1
④NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)=CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l)
? H =+37.3 KJ·mol-1 、? S=184.0J·mol-1·K-1 研究表明:在温度、压强一定的条件下,化学反应自发进行方向的判据是
△G = △H - T△S
( G 叫作吉布斯自由能)△G = △H - T△S < 0 反应能自发进行
△G = △H - T△S >0 反应不能自发进行
△G = △H - T△S =0 反应达到平衡状态
△G < 0>0自发任意温度 任意温度 不自发不自发不自发自发自发高温高温低温低温温度影响< 0>0< 0< 0< 0< 0< 0>0>0>0>0>0讨论一、
对反应CaCO3(s)= CaO(s)+ CO2(g)
△H = + 178.2 KJ·mol-1
△S = +169.6 J·mol-1·K-1 室温下能自发进行吗?
室温下:△G =△H-T△S =128 KJ·mol-1>0
因此,室温下反应不能自发进行。带来的
大气环境问题? 根据尾气的成分,你希望发生怎样的反应来减轻大气污染?
2NO(g) + 2CO(g) = N2(g) + 2CO2(g),
已知, 298K、101KPa下反应△H = - 113.0 KJ·mol-1 ,
△S = -143.5 J·mol-1·K-1
思考:但该反应速率极慢,如何加快反应速率?讨论二:一种汽车尾气净化器则△G =△H-T△S = - 69.68 KJ·mol-1 < 0,因此,室温下反应能自发进行。1、20世纪80年代Rifkin讨论经济与环境污染的一本畅销书:
Entropy: A New World View2、What is life? 量子化学创始人之一 E.薛定谔 著推荐书目:趣味实验:你还想了解熵的其他知识吗? 登录一个有搜索功能的网站,键入“熵”字,看看人们是怎样应用这个名词的。【教学反思及感悟】
化学反应进行的方向,其实就是物理化学中的热力学第二定律。新教材把这个内容安排在高中阶段学习,有一定难度。备课之前,我仔细阅读了大纲:这部分内容以知识介绍的方式呈现出来,让学生了解决定化学反应进行的方向的因素不是单一的焓变,熵变也是决定因素之一。
备课时,我就想,以何方式呈现让学生通俗易懂,于是我就想找一个切入点,发现很多概念单刀直入,学生根本无法理解,达不到预期的效果。于是与化学组教师协商、讨论,确定了一个总原则:通过这节课,让学生对所学知识有所感悟,达到新教材应有的要求。 这节课很多内容给学生初步知识,其中很多认识是不到位的,学生有很多疑问,我个人认为是正常的;还有教学中,我有意识让一些概念的界定模糊,让学生今后有机会进一步认识学习,提升自己,力争体现了学习的层次性,确保选修学生应达到的水平。
在教学方法上,应用讨论交流的方法调动学生的学习积极性,充分发挥学生的想象力,让每个学生尽量畅所欲言,表达自己的想法和看法,不一定正确,但有明确的评判,启发学生学会归纳、概括,对信息进行加工,并注重从学生已有知识及日常生活的经验上构建新知识。
通过和听课的专家老师交流,以及自己课后的反思,我有这样一些认识:
在教学设计上,在讲解自发反应和熵的概念时,由于受到学生知识基础和课堂时间的局限,以教师说明介绍为主;如果能在时间安排上进行调整,将该部分作为学生探究活动的素材,给予更多时间,让学生在实验探究中形成认识,教师再加以补充和归纳,也是一种不错的选择。
在教学理念上,虽然注意了对学生的引导,注意了学生的体验,但在教学过程中开放不够,控制较多。如何真正实现新教材理念下教师引导,以学生为主体的探究式课堂教学模式,如何处理好教学目标、教学内容与探究性活动的过程之间在时间空间上的矛盾,需要继续的思考和不断的研究。 在引导学生进行思维的过程中,虽然让学生尽量自己去做,在做中学,在做中想,用已经掌握的知识去解决实际中的问题,鼓励学生从多角度分析问题,但引导的角度和方法还需要不断改进,不断完善。
由于这是学生刚开始接触理论性较强概念的探究学习方式,要在探究过程中不断利用评价手段和集体的作用,使学生掌握探究的基本过程和方式,体验探究学习的快乐。以下是几个未能很好解决的问题,与大家共同探讨:1、在何时让学生交流未能很好解决的问题?
2、在探究讨论时,如何控制学生讨论主题始终围绕探究主题?
3、在教学结束时,如何将学生的探究兴趣高效率地转化为知识技能 ?改进思路: 演示四个学生熟悉的自发反应→自发过程进行的趋势→化学反应中的能量变化→焓判据(引出矛盾)→ 直接引出概念熵→学生动手实验→如何将两者结合起来→演示金属钠与水反应的实验→介绍吉布斯自由能公式及应用等。
熵的概念的延伸: 目前,不仅在自然科学与工程技术的许多领域,如物理学、化学、生物学、信息科学与工程、动力工程及制冷工程等,会遇到熵的踪迹,就是在社会科学甚至人文科学的书籍与文章中,也经常会碰见熵这一名词。 英国著名作家斯诺(C.P.Snow)在剑桥大学作题为《两种文化及再谈两种文化》的讲演时说:一个作家对热力学第二定律毫无所知,就等于一个科学家没读过莎士比亚的作品。 1972年,西方著名的未来学研究团体罗马俱乐部发表了关于人类困境的研究报告,题为《增长的极限》,提出了“增长的极限”理论,提出人口和经济的增长,必然耗尽世界上不可再生的自然资源,同时污染环境,威胁人类生存。 《熵:一种新的世界观》就是在这样的背景下诞生的一部学术著作。这部学术著作指出科技的发展是一个能源消耗不断增加,因而“熵”也不断增加的过程,得出了人类的历史是一个不断倒退、逐渐衰亡的结论。 生命是什么?-值得深思的问题
人体是一个开放体系,不仅与环境有能交换,物质上也有交换(摄入、再排除) ,但基本上是一个相对稳定的体系。因此,人体可保持一定的温度,与外界有一温度差,造成熵减小的体系,构成人类工作、发展的基本条件。薛定谔提出“生命赖负熵为生”,指出:
一个生命有机体,在不断地增加着它的熵-你或者可以说是在增加正熵-并趋于接近最大值的熵的危险状态,那就是死亡。要摆脱死亡,就是说要活着,唯一的办法就是从环境里不断汲取负熵,新陈代谢作用最基本的内容是有机体成功地使自身释放出它活着时不得不产生的全部熵。
充分利用新课程带来的新机遇、新挑战:1、教材、学生都在变,课堂也要变;
2、教师不是教教材而是用教材;
3、教师迫切需要加强学习;
4、更加需要关注学生;
5、重视探究性实验。谢谢!