第三节 化学反应的方向（教学设计）化学人教版2019选择性必修1

该高中化学教学设计聚焦“化学反应的方向”核心内容，涵盖自发过程与自发反应概念、焓变和熵变对反应方向的影响及吉布斯自由能判据。通过生活中自发过程视频导入，联系学生已有经验，衔接化学反应速率与平衡旧知，构建从感性到理性的学习支架。 本资料以核心素养为导向，突出宏观辨识与微观探析（从生活实例到焓变熵变微观解释）、证据推理与模型认知（分析反应实例建立判据模型）。通过活动探究和对应训练突破熵概念、吉布斯公式等难点，帮助学生提升科学思维，教师使用时重点突出、结构清晰，便于高效教学实施。

第三节 化学反应的方向 一、知识目标 1.理解自发过程和自发反应的概念，能区分自发反应和非自发反应。 2.了解焓变和熵变对化学反应方向的影响，知道焓判据和熵判据的适用范围。 3.掌握吉布斯公式，能根据该公式判断化学反应自发进行的方向。 二、素养目标 1.宏观辨识与微观探析：从宏观现象出发，认识自发过程和自发反应的特点；从微观角度理解焓变、熵变对化学反应方向的影响。 2.证据推理与模型认知：通过对化学反应实例的分析，建立判断化学反应方向的思维模型，培养逻辑推理能力。 3.科学态度与社会责任：了解化学反应方向的判断在化工生产中的应用，认识化学对社会发展的重要贡献。 一、教学重点 1.自发过程、自发反应的概念； 2.焓变和熵变对化学反应方向的影响； 3.吉布斯公式的应用。 二、教学难点 1.焓判据和熵判据的局限性； 2.综合运用焓变和熵变判断化学反应的方向。 本节教学内容出自人教版高中化学选修教材中关于化学反应原理的章节，是第二章“化学反应速率与化学反应平衡”的第三节“化学反应的方向”。化学反应的方向是化学反应原理的重要组成部分，它与化学反应速率、化学平衡共同构成了完整的化学反应原理体系，对于深入理解化学反应的本质和规律具有重要意义。 教材首先通过生活中常见的自发过程，如水从高处流向低处等实例引入，让学生直观感受自发过程的方向性，进而过渡到化学反应的自发性问题。接着，从焓变和熵变两个角度深入探究化学反应方向的判据，逐步引导学生理解影响化学反应自发进行的因素。最后，引入吉布斯自由能这一复合判据，将焓变和熵变综合起来，定量地判断化学反应的方向。这种编排方式符合学生的认知规律，从感性认识到理性分析，逐步深化学生对化学反应方向的理解。 本节内容是在学生已经掌握了化学反应速率和化学平衡等知识的基础上进行的拓展和延伸，同时也为后续学习化学反应的实际应用，如化工生产中反应条件的选择等奠定了理论基础，在教材体系中起到了承上启下的关键作用。 教学对象为高中生，他们在之前的化学学习中已经积累了一定的化学知识和实验技能，对化学反应有了较为直观的认识。在思维能力方面，高中生正处于从形象思维向抽象思维过渡的阶段，具备了一定的逻辑推理和分析问题的能力，但对于一些抽象的概念和理论，理解起来仍存在一定的困难。 对于化学反应的方向这一概念，学生在生活中可能有一些感性的认识，但缺乏系统的化学理论解释。在学习焓变和熵变对反应方向的影响时，学生可能会受到之前所学知识的局限，难以理解这两个因素如何共同决定反应的自发性。特别是吉布斯自由能这一概念，较为抽象，学生可能需要花费更多的时间和精力去理解和掌握。 此外，高中生具有较强的好奇心和求知欲，对化学实验和实际应用的内容比较感兴趣。在教学过程中，可以结合生活实例和化学实验，激发学生的学习兴趣，帮助他们更好地理解抽象的化学概念和理论。同时，要关注学生的个体差异，对于学习困难的学生，给予更多的指导和帮助，确保每个学生都能在原有基础上取得进步。 教学环节一 课堂导入 【播放视频】同学们，老师先给大家播放一段有趣的视频。视频里展示了水总是自发地从高处流向低处，而不会自发地从低处流向高处；还有墨水滴入清水中，会自发地扩散开来，使整杯水颜色均匀，却不会自动变回原来的墨水和清水的状态。 【提出问题】大家看完视频，有没有注意到这些过程都有一个共同的特点，那就是它们都是自发进行的，而且具有方向性。现在老师要问大家了，在我们的日常生活和化学世界里，还有哪些类似自发进行且有方向的过程或者反应呢？大家可以小组讨论一下，然后派代表发言。（给学生几分钟时间讨论和发言，学生可能会提到铁生锈、木材燃烧等） 【引入化学反应思考】大家说得都很有道理。我们发现自然界中很多过程都有这样自发进行的特性。化学反应其实也是如此，有些反应可以自发进行，有些则不能。比如铁在潮湿的空气中会自发生锈，而石灰石在常温下不会自发分解，但在高温时却能自发进行分解反应。那么，问题来了，我们如何判断一个化学反应能否自发进行，它自发进行的方向又是由什么决定的呢？这就是我们今天要探讨的课题——化学反应的方向。 【设计意图】 1.激发学生兴趣：通过播放生动直观的视频，展示自然界中常见的自发过程，能够迅速吸引学生的注意力，激发他们对这种自然现象背后原理的好奇心和探索欲望，提高学生参与课堂讨论的积极性。 2.联系生活实际：让学生结合生活经验讨论类似的自发过程和反应，使学生感受到化学与生活息息相关，增强学生对化学知识的亲切感和熟悉感，让抽象的化学概念变得更加具体可感。 3.引发思考，导入新课：从生活中的自发现象过渡到化学反应的自发性问题，自然地引出本节课的主题，让学生明确学习目标，带着疑问和思考进入新知识的学习，有助于提高学生的学习主动性和学习效果。 教学任务一 自发过程与自发反应 活动一 认识自发过程与自发反应 【引入】同学们，在自然界中，有一些过程是自发进行的，而且具有方向性。比如说水总是自发地从高处流向低处，而相反的过程却不能自发进行。化学反应也是如此，那我们该如何判断化学反应自发进行的方向呢？这就是我们今天要探讨的内容。 【问题】请大家结合生活经验和已学知识，举例说明什么是自发过程和自发反应？ 【学生思考】 4.学生举例：烟由低处向高处飘散、固体溶解、油墨扩散等是自发过程；钢铁生锈、湿法炼铜、木材燃烧等是自发反应。 5.部分学生可能会对自发反应和非自发反应的概念理解不够准确，存在混淆。 【讲解】评价学生的回答，强调自发过程和自发反应的定义。一定条件下，不需要借助外力作用就能自动进行的过程称为自发过程；一定条件下，反应可以自发进行到显著程度，称为自发反应。不能自发地进行，必须借助某种外力才能进行的反应称之为非自发反应。同时指出，能够自发进行的反应在常温下不一定能够发生，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。 【学生任务】判断下列过程或反应是自发过程、自发反应还是非自发反应： ① 水从低处往高处流；② 氢气在氧气中燃烧；③ 石灰石在常温下分解。 【总结】评价学生的判断结果，再次强调自发过程和自发反应的区别与联系。① 是非自发过程；② 是自发反应；③ 是非自发反应。 【对应训练1】下列关于自发过程的说法中正确的是(　　) A. 只有不需要任何条件就能够自动进行的过程才是自发过程 B. 需要加热才能进行的过程肯定不是自发过程 C. 同一可逆反应的正、逆反应在不同条件下都有自发的可能 D. 非自发过程在任何条件下都不可能变为自发过程 【答案】C 【解析】自发过程是在一定条件下不需要外力就能自动进行的过程，A选项错误；有些需要加热的过程在一定条件下也可能是自发过程，B选项错误；同一可逆反应的正、逆反应在不同条件下都有自发的可能，C选项正确；非自发过程在一定条件下也可能变为自发过程，D选项错误。 【对应训练2】下列反应中，属于自发反应的是(　　) A. N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g) B. 2CO(g) ⇌ 2C(s) + O₂(g) C. 2H₂O(l) ⇌ 2H₂(g) + O₂(g) D. 2HgO(s) ⇌ 2Hg(l) + O₂(g) 【答案】D 【解析】A选项合成氨反应需要高温、高压、催化剂等条件，不是自发反应；B选项CO分解生成C和O₂需要吸收能量，不是自发反应；C选项水分解生成氢气和氧气需要电解等条件，不是自发反应；D选项HgO分解在加热条件下可以自发进行，属于自发反应。 教学任务二 化学反应能否自发进行的判据 活动一 探究化学反应方向与焓变的关系 【引入】我们已经了解了自发过程和自发反应的概念，接下来我们通过分析一些化学反应，探究化学反应方向与焓变的关系。 【问题】观察下列能够自发进行的化学反应，分析它们的共同特征是什么，为什么能够自发进行呢？ 【学生思考】 学生分析得出，前三个和第五个自发反应都是放热反应（），而后两个非自发反应是吸热反应（）。 部分学生可能会简单地认为所有自发反应都是放热反应。 【讲解】评价学生的分析结果，指出放热反应使体系能量降低，能量越低越稳定，所以放热反应（）是有利于反应自发进行的条件。但同时强调，反应焓变是与反应能否自发进行有关的一个因素，但不是唯一的因素。例如，是室温下能自发进行的吸热反应，是较高温度下能自发进行的吸热反应。 【学生任务】思考并讨论：所有自发进行的化学反应都是放热吗？什么因素促使了吸热反应的自发进行呢？ 【总结】总结学生的讨论结果，明确反应焓变不是判断反应自发进行的唯一依据，还有其他因素影响反应的自发进行。 【对应训练1】下列过程的方向可用焓判据判断的是(　　) A. 硝酸铵溶于水 B. C. D. 【答案】D 【解析】焓判据是指放热反应有利于反应自发进行。A选项硝酸铵溶于水是吸热过程，不能用焓判据判断；B、C选项都是吸热反应，不能用焓判据判断；D选项是放热反应，可以用焓判据判断。 【对应训练2】下列说法正确的是(　　) A. 自发进行的反应均是的反应 B. 的反应一定不能自发进行 C. 焓变是影响反应是否具有自发性的一个重要因素 D. 焓变是决定反应是否具有自发性的唯一判据 【答案】C 【解析】自发进行的反应不一定都是的反应，还有其他因素影响，A选项错误；的反应在一定条件下也可能自发进行，B选项错误；焓变是影响反应是否具有自发性的一个重要因素，但不是唯一判据，C选项正确，D选项错误。 活动二 探究化学反应方向与熵变的关系 【引入】通过前面的学习，我们知道焓变不是判断反应自发进行的唯一依据，那么还有什么因素会影响反应的自发进行呢？接下来我们探究化学反应方向与熵变的关系。 【问题】观察下面的实验现象，两瓶中气体的颜色相同，不需要外界的任何作用，气体通过分子的扩散自发地混合均匀。这说明了什么？ 【学生思考】 学生回答：自发过程进行的方向还与“混乱度”有关，气体从有序状态自发地转化为无序状态。 部分学生可能对“混乱度”的概念理解不够深入。 【讲解】评价学生的回答，引出熵的概念。熵是度量体系混乱程度的物理量，符号为。混乱度越大，体系越无序，体系的熵值就越大。例如，积木的混乱程度从大到小是熵减过程，从从小到大是熵增过程。 【学生任务】分析影响熵大小的因素有哪些，并举例说明。 【总结】总结学生的分析结果，强调影响熵大小的因素： 相同条件下，物质不同熵不同（相同条件下的不同物质，分子结构越复杂，熵越大），如（乙醇）的熵就大于（甲醚）的熵。 同一物质：，。 反应中无状态变化：。 反应中无状态变化、化学计量数变化：。 【问题】什么是熵变？如何计算熵变？ 【学生思考】学生回答：反应产物总熵与反应物总熵之差称为熵变，计算公式为。 【讲解】强调熵变只取决于体系的始态和终态，与变化的途径无关。气体体积增大的反应，熵变通常都是正值，是熵增加的反应；气体体积减小的反应，熵变通常都是负值，是熵减小的反应。 【问题】熵变与反应方向有什么关系？ 【学生思考】 学生分析得出，熵增加有利于反应的自发进行，但某些熵减小的反应在一定条件下也能自发进行，如。 部分学生可能会认为熵变是判断反应自发进行的唯一依据。 【讲解】评价学生的分析结果，指出熵变是与反应能否自发进行有关的一个因素，但不是唯一因素。 【对应训练1】“熵”表示体系的混乱度，符号是。下列变化中，的是(　　) A. B. C. D. 【答案】B 【解析】表示熵减小，即体系的混乱度减小。A选项反应前后气体物质的量不变，熵变不大；B选项气体变为液体，混乱度减小，；C选项液体变为固体和气体，混乱度增大，；D选项固体变为气体，混乱度增大，。 【对应训练2】下列说法正确的是(　　) A. 物质的量增加的反应，其为正值 B. 的反应一定不能自发进行 C. 熵增且放热的反应一定能自发进行 D. 熵值增大的反应都能自发进行 【答案】C 【解析】物质的量增加的反应，其不一定为正值，还要考虑物质的状态等因素，A选项错误；的反应在一定条件下也可能自发进行，B选项错误；熵增且放热的反应，，一定能自发进行，C选项正确；熵值增大的反应不一定都能自发进行，还需要考虑焓变等因素，D选项错误。 活动三 探究判断化学反应方向的复合判据 【引入】通过前面的学习，我们知道焓变和熵变都与反应能否自发进行有关，但它们又都不能单独作为判断反应自发进行方向的依据。那么，如何综合考虑焓变和熵变来判断反应的自发方向呢？ 【问题】吉布斯确立了定量描述焓变和熵变在判断反应的自发性过程中的地位。请大家阅读教材，了解吉布斯自由能的概念和公式。 【学生思考】 学生阅读教材后回答：体系自由能变化（符号为，单位为）综合考虑了焓变和熵变对体系的影响，用来定量评价焓变和熵变在反应过程中作用的关系称之为吉布斯公式：，为吉布斯自由能。 部分学生可能对公式的理解和应用存在困难。 【讲解】评价学生的回答，强调根据的值可以判断反应的自发方向： ，反应能自发进行； ，反应处于平衡状态； ，反应不能自发进行。 【学生任务】结合公式，分析讨论反应进行的方向与温度的关系。 【总结】总结学生的讨论结果，给出不同和组合下反应进行的方向与温度的关系： 反应进行的方向 高温下反应能自发进行 所有温度下反应都能自发进行 低温下反应能自发进行 所有温度下反应都不能自发进行 【对应训练1】反应在某温度下才能自发进行，若反应的，该温度下，则下列选项正确的是(　　) A. ，该温度下 B. ，该温度下 C. ，该温度下 D. ，该温度下 【答案】A 【解析】反应在某温度下才能自发进行，说明。又因为，，所以，该温度下。 【对应训练2】已知反应的，，则该反应(　　) A. 在任何温度下都能自发进行 B. 在任何温度下都不能自发进行 C. 仅在高温下能自发进行 D. 仅在低温下能自发进行 【答案】B 【解析】根据，，，则，所以该反应在任何温度下都不能自发进行。 第三节 化学反应的方向 一、自发过程与自发反应 1.自发过程 · 定义：一定条件下，无需外力自动进行 · 特点：高能→低能；有序→无序 2.自发反应 · 定义：一定条件下自发进行到显著程度 · 区分：自发与非自发反应（条件及可能性） 二、化学反应方向判据 1.焓变（焓判据） · 放热反应（ΔH < 0）利于自发，但非唯一因素 2.熵变（熵判据） · 熵（S）：度量体系混乱程度 · 影响因素：物质种类、状态、温度、化学计量数等 · 熵变（ΔS）：ΔS = S(产物) - S(反应物) · ΔS > 0利于自发，非唯一因素 3.复合判据（吉布斯自由能） · 公式：ΔG = ΔH - TΔS · 判据：ΔG < 0能自发；ΔG = 0平衡；ΔG > 0不能自发 1.下列关于自发过程的叙述中，正确的是（ ） A. 只有不需要任何条件就能够自动进行的过程才是自发过程 B. 需要加热才能进行的过程肯定不是自发过程 C. 同一可逆反应的正、逆反应在不同条件下都有自发的可能 D. 非自发过程在任何条件下都不可能变为自发过程 【答案】C 【解析】自发过程是在一定条件下，不需要借助外力作用就能自动进行的过程，并非不需要任何条件，A选项错误；有些需要加热的过程在特定条件下也可能是自发过程，比如碳酸钙高温分解，B选项错误；同一可逆反应的正、逆反应在不同条件下，其焓变和熵变的综合影响不同，都有自发进行的可能，C选项正确；非自发过程在一定条件下可以变为自发过程，如石灰石在常温下分解是非自发的，但在高温时能自发进行，D选项错误。 2.下列过程的方向可用焓判据判断的是（ ） A. 硝酸铵溶于水 B. 2N₂O₅(g) = 4NO₂(g) + O₂(g) ΔH = +56.7 kJ·mol⁻¹ C. (NH₄)₂CO₃(s) = NH₄HCO₃(s) + NH₃(g) ΔH = +74.9 kJ·mol⁻¹ D. 2H₂(g) + O₂(g) = 2H₂O(l) ΔH = -572 kJ·mol⁻¹ 【答案】D 【解析】焓判据主要依据反应是放热还是吸热来判断反应进行的方向，放热反应有利于自发进行。硝酸铵溶于水是吸热过程，不能用焓判据判断，A选项错误；B和C选项中的反应都是吸热反应，不能用焓判据判断反应方向，B、C选项错误；D选项中反应是放热反应，可根据焓判据判断该反应有自发进行的趋势，D选项正确。 3.下列说法正确的是（ ） A. 自发进行的反应均是ΔH < 0的反应 B. ΔS < 0的反应一定不能自发进行 C. 物质的量增加的反应，其ΔS为正值 D. CaCO₃(s)受热分解为CaO(s)和CO₂(g)，其ΔS > 0 【答案】D 【解析】自发进行的反应与焓变和熵变都有关，并非自发反应都是ΔH < 0的反应，如氯化铵与氢氧化钡的反应是吸热的自发反应，A选项错误；ΔS < 0的反应在一定条件下也可能自发进行，如氨气和氯化氢反应生成氯化铵，B选项错误；物质的量增加的反应，其熵变不一定为正值，还需考虑物质的状态等因素，C选项错误；CaCO₃(s)受热分解为CaO(s)和CO₂(g)，反应后气体物质的量增加，体系的混乱度增大，其ΔS > 0，D选项正确。 4.反应CH₃OH(l) + NH₃(g) = CH₃NH₂(g) + H₂O(g)在某温度下才能自发进行，若反应的|ΔH| = 17 kJ·mol⁻¹，该温度下|ΔH - TΔS| = 17 kJ·mol⁻¹，则下列选项正确的是（ ） A. ΔH > 0，该温度下ΔH - TΔS < 0 B. ΔH < 0，该温度下ΔH - TΔS > 0 C. ΔH > 0，该温度下ΔH - TΔS > 0 D. ΔH < 0，该温度下ΔH - TΔS < 0 【答案】A 【解析】反应在某温度下能自发进行，则ΔG = ΔH - TΔS < 0。已知|ΔH| = 17 kJ·mol⁻¹，|ΔH - TΔS| = 17 kJ·mol⁻¹，若ΔH < 0，要使反应自发进行（ΔH - TΔS < 0），则|ΔH - TΔS| < |ΔH|，与已知条件矛盾，所以ΔH > 0，且该温度下ΔH - TΔS < 0，A选项正确。 5.焦炭常用于冶炼工业。已知反应①：2C(s) + O₂(g) = 2CO(g)；反应②：2CO(g) + O₂(g) = 2CO₂(g)。反应①、②的反应趋势与温度关系如图所示，下列说法错误的是（ ） A. 反应②2CO(g) + O₂(g) = 2CO₂(g)的ΔS < 0，ΔH < 0 B. 983 K是两个反应主次趋势变化的转折点 C. L₁对应反应① D. 当温度低于983 K时，过量焦炭的氧化产物以反应②生成CO₂为主 【答案】D 【解析】反应②中气体物质的量减少，体系的混乱度减小，所以ΔS < 0，该反应是燃烧反应，为放热反应，ΔH < 0，A选项正确；从图中可以看出983 K是两个反应主次趋势变化的转折点，B选项正确；反应①是吸热反应，温度升高有利于反应进行，L₁随着温度升高反应趋势增强，所以L₁对应反应①，C选项正确；当温度低于983 K时，反应②的趋势大于反应①，此时过量焦炭的氧化产物以反应①生成CO为主，D选项错误。 在本次教学中，通过生活实例引入化学反应方向的概念，学生表现出较高的兴趣，能较好理解自发过程和自发反应。但在讲解焓变、熵变以及复合判据时，部分学生理解困难，尤其是熵的抽象概念和吉布斯自由能公式的应用。在后续教学中，应增加更多形象的实例和练习，帮助学生巩固理解。同时，在教学节奏上，对于难点内容可适当放慢速度，给予学生更多思考和提问的时间，确保学生掌握重点知识，突破难点内容。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$