第二单元 化学反应的方向和限度 第1课时 （教学设计）化学苏教版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，涵盖自发反应概念、焓判据、熵判据及综合判据。通过生活中冰融化、瀑布下落等自发过程引发讨论，搭建从自然现象到化学反应方向性的学习支架，衔接学生已有认知与新知识。 资料亮点在于融合科学探究与实践，如设计氯化铵与氢氧化钡晶体的吸热反应实验，引导学生直观感知熵变影响；通过典例精讲构建综合判据模型，发展科学思维。结合生活实例渗透科学态度与责任，助力学生理解抽象概念，提升教师教学效率与学生探究能力。

第二单元 化学反应的方向与限度 第1课时 化学反应的方向 一、知识目标 1. 理解自发反应的概念，掌握运用焓判据、熵判据及综合判据判断反应方向的方法。 1. 能准确运用综合判据分析不同温度下反应的自发性，理解反应方向与条件的关系。 1. 理解焓变、熵变对反应方向的影响，明确化学反应方向与温度等条件的关联。 二、核心素养目标 1. 宏观辨识与微观探析：从宏观的自然现象和化学反应入手，探析其背后能量变化和混乱度变化的微观本质，理解自发反应的方向。 1. 证据推理与模型认知：通过对实验现象和数据的分析推理，建立化学反应自发进行方向的判据模型，运用该模型判断反应的自发性。 1. 科学探究与创新意识：通过实验探究氯化铵晶体与氢氧化钡晶体的反应，培养科学探究能力，创新思维，深入理解反应自发进行的原因。 1. 科学态度与社会责任：体会化学反应方向的研究对实际生产和生活的指导意义，培养严谨的科学态度和社会责任感。 一、教学重点 1.发反应的概念，焓判据、熵判据及综合判据判断反应方向。 2.、与反应方向的关系。 二、教学难点 1.综合运用焓变和熵变判断反应自发进行的方向。 2. 对复合判据的理解和应用。 本节教学内容源于苏教版（2019 年版）高中化学选择性必修 1 专题 2 第二单元第 1 课时《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引入自发反应的概念，让学生直观感受化学反应的方向性。接着从焓变和熵变两个角度探讨自发反应的方向，引导学生认识到焓变和熵变是影响反应自发进行的重要因素，但都不是唯一因素。最后介绍复合判据，帮助学生综合考虑焓变和熵变，准确判断反应自发进行的方向。教材内容编排由浅入深，符合学生的认知规律，注重理论与实际相结合，通过大量的实例和实验探究，让学生在实践中理解和掌握化学反应方向的判断方法。 教学对象是高二学生，经过高一化学的学习，他们已经具备了一定的化学基础知识和实验技能，对化学反应的能量变化、热化学方程式等内容有了初步的了解。在思维能力方面，高二学生正处于从形象思维向抽象思维过渡的阶段，他们开始具备一定的逻辑推理和分析问题的能力，但对于较为抽象的概念和理论，还需要借助具体的实例和实验来帮助理解。 在学习本课时内容之前，学生可能对化学反应的方向有一些模糊的认识，但缺乏系统的理论知识和科学的判断方法。对于焓变和熵变的概念，学生可能比较陌生，理解起来会有一定的难度。 此外，学生在运用复合判据判断反应自发进行的方向时，可能会出现混淆和错误。 因此，在教学过程中，教师应充分考虑学生的实际情况，结合生活实例和实验探究，引导学生逐步理解和掌握化学反应方向的判断方法，培养学生的逻辑思维和科学探究能力。同时，要注重知识的前后联系，帮助学生构建完整的知识体系。 教学环节一 新课导入 【提问】同学们，在日常生活中，我们常常会看到一些有趣的现象。比如，把冰放在室温下，它会慢慢融化；美丽的瀑布总是从高处落向低处；热咖啡会自动变凉，香水味会扩散到整个房间，石头落水会下沉。大家有没有想过，这些过程为什么总是单向进行呢？就好像它们都遵循着某种“自然法则”，大家可以先小组讨论一下，说说你们的想法。（给学生几分钟时间进行小组讨论，然后请小组代表发言分享讨论结果） 【学生回答】地心引力、重力 【引入】大家的想法都很有创意。早在19世纪，科学家们就对这些看似平常的现象产生了浓厚的兴趣，并深入研究，发现了隐藏在背后的“自然法则”：自发过程总是趋向能量降低或混乱度增大。那么在化学反应中，是否也存在这样的规律呢？化学反应的方向又是由什么决定的呢？比如把锌片插入硫酸铜溶液时，锌会从硫酸铜溶液中置换出铜，反应自动发生，但将铜片插入硫酸锌溶液中却不会自动发生化学反应。带着这些疑问，让我们一起走进今天的课堂，探索化学反应的方向。 设计意图 1.激发学生兴趣：通过列举生活中常见的自然现象，让学生从熟悉的场景入手，引发他们的好奇心和求知欲，使学生积极参与到课堂讨论中来，提高课堂参与度。 2.联系生活实际：将生活现象与化学知识紧密联系，让抽象的化学概念变得具体可感，让学生认识到化学知识在生活中无处不在，增强学生对化学学科的亲切感和认同感。 3.引发思考，导入新课：从生活现象的讨论过渡到化学反应方向的问题，自然地引出本节课的主题，使学生明确学习目标，带着问题去探究新知识，提高学习的主动性和积极性。 教学环节二 自发过程与自发反应 活动一：自发过程 【引入】同学们，在生活中我们会看到很多有趣的现象，比如为什么冰置于室温下会慢慢融化？美丽的瀑布为何总是从高处落向低处？热咖啡自动变凉、香水味扩散到整个房间、石头落水下沉，这些过程为何总是单向进行呢？19世纪，科学家发现了隐藏在背后的 “自然法则”：自发过程总是趋向能量降低或混乱度增大。下面我们就来学习自发过程与自发反应。 【学生任务】阅读教材相关内容，思考自发过程，并举例说明。 【讲解】自发过程：在一定条件下不需要外力作用就能自动进行的过程。这些自然变化有方向。①能量角度：体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或者释放热量)。 ②混乱度角度：在密闭条件下，体系有从有序自发转变为无序的倾向。 设计意图 通过问题和生活例子激发学生的学习兴趣，引导学生主动思考，为后续学习做铺垫。 活动二：自发反应 【学生任务】阅读教材相关内容，思考自发反应的概念，并举例说明。 【讲解】在一定条件下能自动进行的反应，我们称之为自发反应。例如把锌片插入硫酸铜溶液时，锌从硫酸铜溶液中置换出铜的反应会自动发生： ，但将铜片插入硫酸锌溶液中却不会自动发生化学反应。 【总结】强调自发反应的概念，说明一定条件指温度、光照、催化剂、压强等条件。同时指出自发反应具有方向性，即许多化学反应的正反应能自动进行，而其逆反应无法自动进行。并且自发反应也需要一定条件引发反应，一旦反应后即可自发进行；非自发反应在一定条件下也能发生；判断某反应是否自发，只是判断反应的方向，与是否会发生、反应的快慢无关。 设计意图 通过讲解、观察和提问，让学生深入理解自发反应，培养学生的观察和分析能力。 活动三：自发反应与自发过程的联系 【交流讨论】判断下列反应在室温下能否自动进行，如能自动进行，请写出相应的化学方程式。 ①水分解成氢气和氧气的反应： ②氯气与溴化钾溶液的反应： ③乙烯与溴单质的四氯化碳溶液的反应： ④氮气和氧气生成一氧化氮的反应： 【学生回答】①不能自动进行 ②Cl2＋2KBr=2KCl＋Br2 ③CH2=CH2＋Br2→CH2Br—CH2Br ④不能自动进行 【讲解】(1)自发过程可以是物理过程，不一定是自发反应；而自发反应一定是自发过程。 (2)特点： ①具有方向性，即某个方向的过程在一定条件下是自动进行的，而其逆方向的过程在该条件下肯定不能自动进行。②体系倾向：高能状态---低能状态，有序状态--无序状态。 设计意图 通过讲解、提问，让学生深入理解自发反应与自发过程的联系，培养学生的观察和分析能力。 活动四：典例精讲 【展示题目】例1.下列说法正确的是(　　) A．自发过程就是自发反应 B．自发反应在任何条件下都能发生 C．自发过程可能是物理变化 D．煤的燃烧是非自发过程 【学生回答】C 【讲解】自发过程可以是物理过程，不一定是自发反应，A选项错误；自发反应需要在一定条件下才能发生，B选项错误；自发过程可能是物理变化，如冰融化、水蒸发等，C选项正确；煤的燃烧是在点燃条件下能自发进行的反应，D选项错误。 【展示题目】例2.下列关于自发过程的叙述正确的是(　　) 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 【学生回答】C 【讲解】自发过程是在一定条件下不需要外力作用就能自动进行的过程，不是不需要任何条件，A选项错误；有些需要加热才能进行的过程，在加热条件下是自发过程，如碳酸钙分解，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能变为自发过程，D选项错误。 设计意图 通过生活中的常见现象引入自发过程的概念，激发学生的学习兴趣，让学生从感性认识上升到理性认识。通过举例和讲解，帮助学生理解自发过程和自发反应的概念，以及它们之间的关系。对应训练可以及时巩固学生所学知识，加深对概念的理解。 教学环节三 自发反应的方向 活动一 探究反应焓变与反应方向的关系 【引入】我们已经知道有些反应能自发进行，那么这些反应能自发进行的可能原因是什么呢？下面我们来观察一些反应。 【展示】 ； ； ； 。 【提问】这些反应在一定条件下都能自发进行，它们有什么共同特点？ 【学生回答】学生回答：这些反应都是放热反应，。 【讲解】总结学生的回答，指出在恒压下，有些自发进行的化学反应是放热的（）。但事实也证明，有些能自发进行的化学反应却是吸热的（）。接下来我们通过实验来探究一个吸热反应能否自发进行。 【实验探究】向干燥的锥形瓶中加入约20 g 晶体。在一小木板上洒少量水，将锥形瓶放在木板上。再向其中加入约40 g氢氧化钡晶体［］，用玻璃棒将固体充分混合均匀，静置。片刻后拿起锥形瓶，观察实验现象。 【提问】请同学们观察实验现象，并思考该反应是吸热反应还是放热反应？该反应能自发进行的可能原因是什么？ 【学生观察】锥形瓶和木板因水结冰粘在了一起。 【学生回答】该反应是吸热反应，因为水结冰说明反应吸收了热量；该反应能自发进行可能还有其他因素。 【讲解】通过实验知道， 晶体与 晶体的反应是吸热的，但是这个反应却是可以自发进行的。又比如 （高温）、 、 、 等这些吸热反应都是可以自发进行的。所以，不能只根据放热或者吸热来判断化学反应的方向。 【总结】焓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。因此，不能直接用放热（）或吸热（）来判断化学反应能否自发进行。多数能自发进行的化学反应是放热反应；有一些吸热反应也能自发进行；有一些吸热反应室温不能自发，但高温能自发进行。 设计意图 通过展示放热反应的例子，引导学生思考自发反应与焓变的关系。通过实验探究一个吸热反应能否自发进行，让学生直观地认识到不能仅用焓变来判断反应的自发性。对应训练可以巩固学生对反应焓变与反应方向关系的理解。 活动二 探究反应熵变与反应方向的关系 【引入】我们知道有些吸热反应也能自发进行，那么这些反应能自发进行的可能原因是什么呢？下面我们来分析一些过程。 【展示】硝酸铵的溶解 ； 碳酸钙的分解 ； 氯化铵晶体与氢氧化钡晶体的反应： 。 【提问】这些过程均吸热，它们能自发进行的可能原因是什么？ 【学生回答】学生分析这些过程，发现体系的混乱度增大。 【讲解】总结学生的回答，指出一些自发进行的化学反应有趋于体系混乱度增大的倾向。接下来我们学习熵的概念。 【学生任务】阅读教材相关内容，思考熵的定义、符号、单位以及影响熵值大小的因素。 【学生回答】熵是用来衡量一个体系混乱程度的物理量，符号为 ，单位为 。体系混乱度越大，熵值越大。同一物质：； ；相同条件下的不同物质：分子结构越复杂，熵值越大； 。 【讲解】强调熵的概念和影响因素，举例说明。如：同一物质在气态时熵值最大，液态次之，固态最小；不同物质中，分子结构复杂的物质熵值较大。 【学生任务】思考熵变的概念和表达式。 【学生回答】发生化学反应时物质熵的变化称为熵变，符号为 ，表达式为 。 ，熵增反应； ，熵减反应。 【讲解】总结学生的回答，指出物质由固态到液态、由液态到气态或由固态到气态的过程， ，是熵增大的过程；气态物质物质的量增大的反应，通常 ，是熵增大的反应；气态物质物质的量减小的反应，通常 ，是熵减小的反应。例如 ， 。 【总结】许多熵增的反应在常温常压可以自发进行；有一些熵增反应在较高温度下可以自发进行；极少数熵减的反应，一定条件也能自发进行。熵变不是决定反应能否自发进行的唯一因素，因此，不能直接用熵增大（）或熵减小（）来判断化学反应能否自发进行。 活动三 典例精讲 【展示题目】例1.下列反应中，在一定条件下能自发进行的吸热反应是(　　) A． B． C． D． 【学生回答】B 【讲解】A、C、D选项中的反应都是放热反应，不符合吸热反应的要求；B选项中的反应是吸热反应，且在一定条件下能自发进行，符合题意。 【展示题目】例2.根据你已有的知识和经验，判断下列过程的熵变大于零，还是小于零。 （1） （2） （3） （4） 【学生回答】（1）；（2）；（3）；（4）。 【讲解】（1）物质由固态变为液态再变为气态，混乱度增大，熵变大于零；（2）反应生成了气体，气体物质的量增大，混乱度增大，熵变大于零；（3）固体溶解形成溶液，混乱度增大，熵变大于零；（4）反应后气体物质的量减小，混乱度减小，熵变小于零。 设计意图 通过分析一些吸热反应能自发进行的原因，引出熵的概念。让学生通过阅读教材和思考，理解熵和熵变的概念以及影响因素。通过对应训练，巩固学生对反应熵变与反应方向关系的理解。 教学任务三 复合判据 活动一 学习复合判据的概念 【引入】我们已经知道自发反应的方向与焓变和熵变有关，但焓变和熵变都不能单独作为判断反应自发进行方向的依据。那么如何判断反应自发进行的方向呢？下面我们来学习复合判据。 【提问】请同学们阅读教材相关内容，思考 、 与反应方向的关系。 【学生回答】学生阅读教材后回答：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 反应能自发进行； 反应不能自发进行； 反应达到平衡状态。 【讲解】总结学生的回答，强调1876年，吉布斯提出自由能变化 ，并认为化学反应总是向着自由能减小（）的方向进行，直至达到平衡。（ ：自由能 ， ：绝对温度） 活动一 学习复合判据判断方法 【学生任务】根据 、 的正负情况，分析反应能否自发进行。 【学生分析】 · 当 ， 时， ，反应能自发进行； · 当 ， 时， ，反应不能自发进行； · 当 ， 或 ， 时，反应能否自发进行与温度有关。低温自发或高温自发。 【讲解】强调 这个判据指的是在 、 一定的条件下反应自动发生的趋势，即反应发生的可能性，并不能说明反应能否实际发生和发生的速率。 【总结】对反应自发性的理解： · 只能应用于温度、压强一定的条件下的化学反应，不能用于其他条件。 · 过程的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。 · 在讨论过程的方向时，指的是没有外界干扰的体系。如果允许外界对体系施加某种作用，就可能出现相反的结果。 活动三 典例精讲 【展示题目】例1.实现 “节能减排” 和 “低碳经济” 的一个重要课题就是如何将 转化为可利用的资源。目前工业上有一种方法是用 来生产燃料甲醇。一定条件下发生反应： ，如图表示该反应过程中能量（单位为 ）的变化。下列关于该反应的说法正确的是（ ） A．， B．， C．， D．， 【学生回答】C 【讲解】由图可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，该反应是放热反应， ；反应后气体物质的量减小，混乱度减小， ，所以答案选C。 【展示题目】例2.对于化学反应能否自发进行，下列说法错误的是(　　) A．若 ， ，则任何温度下反应都能自发进行 B．若 ， ，则任何温度下反应都不能自发进行 C．若 ， ，则低温时反应可自发进行 D．若 ， ，则低温时反应可自发进行 【学生回答】C 【讲解】根据 判据，当 ， 时， ，任何温度下反应都能自发进行， 设计意图 对应训练可以巩固学生对复合判据的理解。 第1课时 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 · 能量：高能→低能 · 混乱度：有序→无序 1. 自发反应 · 定义：一定条件下能自动进行的反应 · 特点 · 方向性 · 引发条件与后续自发 · 非自发反应在一定条件可发生 · 判方向，与发生和速率无关 1. 二者联系 · 自发过程可能是物理过程 · 自发反应一定是自发过程 二、自发反应的方向 1. 反应焓变与反应方向 · 放热反应可自发 · 吸热反应也可自发 · 焓变非唯一判据 1. 反应熵变与反应方向 · 熵 · 定义：衡量体系混乱程度 · 符号：S，单位：J·mol⁻¹·K⁻¹ · 影响因素 · 熵变 · 定义：反应时物质熵的变化 · 表达式：ΔS = S(产物) - S(反应物) · 与反应方向关系：非唯一判据 三、复合判据 1. ΔH、ΔS与反应方向 · ΔG = ΔH - TΔS · ΔG < 0，反应自发 · ΔG > 0，反应非自发 · ΔG = 0，反应平衡 1. 具体判断方法 · ΔH < 0，ΔS > 0，一定自发 · ΔH > 0，ΔS < 0，一定非自发 · 其他情况与温度有关 1. 对反应自发性的理解 · 适用条件 · 判方向，与发生和速率无关 · 无外界干扰 · 受外界条件影响 1. 下列说法正确的是（ ） A．自发过程就是自发反应 B．自发反应在任何条件下都能发生 C．自发过程可能是物理变化 D．煤的燃烧是非自发过程 1. 下列关于自发过程的叙述正确的是（ ） 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 3.下列说法中正确的是( ) 选项 化学方程式 已知条件 预测 A M(s)=X(g)＋Y(s) ΔH>0 它是非自发反应 B 4M(s)＋N(g)＋2W(l)=4Q(s) 常温下，自发进行 ΔH>0 C 4X(g)＋5Y(g)=4W(g)＋6G(g) 能自发反应 ΔH一定小于0 D W(s)＋G(g)=2Q(g) ΔH<0 任何温度都自发进行 在本节课的教学中，通过生活实例引入自发过程和自发反应的概念，学生较易理解。在讲解焓变和熵变对反应方向的影响时，结合实验和具体反应，帮助学生分析，但部分学生对抽象的熵的概念理解仍有困难。在复合判据的教学中，学生能记住判断规则，但在实际应用中，对于根据ΔH、ΔS判断不同温度下反应的自发性还不够熟练。后续教学应多增加实例练习，强化学生对概念的理解和应用能力，同时采用更形象的方式讲解熵的概念，提高学生的学习效果。 / 学科网（北京）股份有限公司 $