以生活活化化学,以化学催化社会

摘 要：从学生熟悉的自然现象和已有的认知基础切入，通过问题的层层推进，将生活中蕴含的朴素道理应用到化学反应能否自发进行的探讨中，并将学生所学的知识运用到社会实践中，让学生感受到化学既朴素又深邃的魅力。

关键词：自发反应；焓变；熵变

一、教学设计思路

生活是智慧的源泉，生活是连接学生情感和科学未知的纽带，生活中的鲜活现象牵动着学生的每一根神经末梢，也催生着学生的智慧、情感和谐有序地发展，为学生的现实发展和终生发展提供不竭的动力，因此新课程倡导“从生活走向化学，从化学走向社会”。本节课在设计上采用大量的生活现象，让学生从已有的生活经验出发，通过问题的精心设计和探讨，提炼出化学知识及科学规律。本堂课首先通过自然界中常见的自发现象帮助学生建立自发反应的概念，其次通过自然界中的热传递过程使学生认识到化学反应能向能量降低的方向自发进行，同时通过实验探究让学生认识到焓变并不是影响化学反应的唯一因素，再通过火柴散落、整齐的房间变乱等现象说明混乱度增加是自然界中的普遍规律，也是化学反应自发进行的一种倾向，并通过实例分析，说明若要正确判断化学反应的方向，必须将焓变、熵变综合起来考虑，最后通过汽车尾气处理反应的分析引导学生关注化学与人类、化学与社会发展的密切关系，使学生体会到“化学是人类进步的关键”，最终完成本节课的教学内容。

二、教学目标

1.知识与技能

（1）了解自发反应的概念，了解熵变与焓变对化学反应的影响。

（2）能用化学反应焓变、熵变说明化学反应的方向。

2.过程与方法

（1）通过学生已有知识及日常生活中的实例，使学生构建化学反应方向的判据；学会运用比较、归纳、概括等方法对信息进行加工。

（2）让学生体会科学探究方法中的重要手段――“证伪”和“证明”，从而进一步认识科学的本质特征。

3.情感态度与价值观

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。

三、教学重点和难点

焓减和熵增与化学反应方向的关系。

四、教学过程

[情境导入]投影自然界美丽的瀑布、室温下冰的融化图片。

[提问]自然界中有许多自然而然发生的现象，其逆过程不能自发，举例说明在化学中我们所知道的常见的自发过程。

[学生讨论并回答]钢铁腐蚀、食品腐烂、活泼金属与酸的置换反应、酸碱中和反应等能自发进行。

[教师]像这类在一定温度和压强下，无需外界帮助（光、电能等）就能自动进行的反应，称为自发反应。

设计意图：通过室温下冰的融化、瀑布中水的流向等图片，吸引学生的眼球，使学生认识到自发过程是自然界中常见的现象，并通过化学变化中的自发过程的讨论，帮助学生理解自发反应的概念。

[情境过渡]金属具有良好的导热性，那金属在导热时能量是如何传递的？

[学生回答]从温度较高的地方向温度较低的地方传递热量。

[教师]对，也就是能量从高到低传递。

[投影]观察与思考：下列反应在一定条件下都能自发进行，你知道这些反应能自发进行的主要原因吗？

[学生思考并回答]这些反应都是放热反应，即反应后体系的能量较低，焓变（ΔH

[教师]回答很好，研究表明，绝大多数放热反应都能自发进行。

设计意图：从学生已有的生活经验出发，先分析金属导热的过程，让学生体会到自然界中的体系是从高能量到低能量转变的趋势，再通过具体的化学反应实例分析得出绝大多数放热反应是属于自发反应，通过金属导热的“承上启下”，让学生带着自己的兴趣、知识、经验、思考和灵感参与课堂活动，成为课堂教学主体部分，不仅活跃课堂气氛，还使新知在学习中自然生成。

[设问]焓变是不是制约反应进行的唯一因素呢？

[学生探究实验]

（1）向干燥的烧杯中加入一定量的NH4NO3晶体，并加入适量的水，用手触摸烧杯外壁。

（2）向干燥的锥形瓶中加入约20 g NH4Cl晶体。在一小木板上洒少量水，将锥形瓶放在木块上。再向其中加入约40 g氢氧化钡晶体[Ba（OH）2・8H2O]，用玻璃棒将固体充分混合均匀，片刻后拿起锥形瓶，观察实验现象。

[学生分组实验]实验（1）烧杯外壁温度明显降低，实验（2）锥形瓶与木板连接在一起。

[师生交流]上述两个变化都属于吸热反应，但在常温下也能自发进行，因此并不是所有的自发反应都是放热反应，由此可见焓变是制约化学反应自发进行的重要因素，而不是唯一因素。

设计意图：通过两个吸热反应的实验探究让学生发现并非所有的自发反应都是放热的，从而得出焓判据的不全面性，引导学生思考问题，激发学生的求知欲望，为提出熵判据做好铺垫。

[情境过渡]投影混乱度不同的房间的变化及火柴的散落图片

[教师提问]这些图片告诉我们体系有从有序变无序的倾向，那么硝酸铵溶于水、氢氧化钡晶体与氯化铵晶体为什么能够自发进行呢？

[学生讨论并回答]硝酸铵溶于水的过程体系从晶体有规则的排列变化为溶液中自由移动的离子，体系的混乱度增大，而氢氧化钡晶体与氯化铵晶体是反应生成了气体，使体系的混乱度增大。

[设问]如何来衡量体系的有序和无序呢？

[教师]德国科学家克劳修斯引入一个新的物理量――熵：描述体系混乱度大小的一个物理量。符号：S，单位：J・mol-1・K-1

[投影]水的不同状态的混乱程度图片（学生观察）

[提问]如何比较同一物质的不同状态熵值？

[学生]同一物质不同的聚集状态熵值大小为：S（g）>S（l）>S（s）

[教师提问]常见的熵增过程有哪些呢？

[学生讨论、回答]

常见的物理过程有：（1）固体的溶解；（2）气体的扩散；（3）物质（如水）的汽化。

常见的化学变化有：（1）有气体生成的反应；（2）气体的物质的量增加的反应。

设计意图：通过混乱度不同的房间和火柴散落图片，启发学生有气体生成、构成物质的粒子无序分散等过程犹如整齐的房间及火柴变凌乱是自发产生的，从而引出熵的概念，并得出体系的混乱度是判断反应能否自发进行的另一个重要因素。

（1）能自发进行的反应一定是熵增反应吗？

（2）熵增反应一定能自发进行吗？

（3）熵变对反应的方向有什么影响？

[学生]小组讨论，然后选出代表来回答。

[交流共享]能自发进行的反应不一定是熵增反应，如反应⑤，熵增反应能否自发进行还与温度有关，如反应③和④常温下不能自发进行，但在高温下可以自发进行。

[教师]根据同学们的讨论结果，我们可以知道：

（1）体系能量降低和混乱度增大都有促使反应自发进行的倾向。

（2）在一定条件下，一个化学反应能否自发进行，既与反应焓变有关，又与反应熵变有关，但都不是唯一因素，必须综合起来判断。

设计意图：通过具体的化学反应实例分析，让学生更好的理解熵增是影响化学反应方向的一个重要因素，为下文引出综合判断做好铺垫。

[过渡]那如何来判断反应能否自发进行呢？

[投影]拓展视野：ΔH和ΔS与反应的方向

美国科学家吉布斯提出了把焓变和熵变综合起来，建立了一个公式，依次判断反应能否自发进行。

ΔG=ΔH-TΔSΔG

ΔG>O 非自发反应

[教师]什么情况下反应可以自发进行呢？

[学生交流]

（1）ΔH0 反应一定自发

（2）ΔH>0，ΔS

（3）ΔH

（4）ΔH>0，ΔS>0 高温自发

[学以致用]生活中汽车尾气主要的污染物是一氧化氮和燃料不完全燃烧所产生的一氧化碳，它们是现代城市中的主要污染物，为了减少城市污染，人们通过提出以下反应来处理汽车尾气：2NO（g）+2CO（g）=N2（g）+2CO2（g），并成功地减少了氮氧化物的污染，你认为该反应可以发生的理论依据是什么？

[学生活动]该反应的 ，反应仍能自发进行说明该反应是放热反应即 。

设计意图：通过汽车尾气处理化学反应方程式的研究，让学生能把知识应用到实际生产中去，体会化学与社会的联系，感受学科魅力。

[课堂练习]学以致用

1.常温常压下，2N2O5（g）=4NO2（g）+O2（g）ΔH=+56.76 KJ/mol，该反应能自发进行的原因是（ ）

A.是吸热反应 B.是放热反应

C.是熵减少的反应 D.熵增效应大于能量效应

2.下列反应中，在高温下不能自发进行的是（ ）

A.（NH4）2CO3（s）=NH4HCO3（s）+NH3（g）

B.2N2O5（g）=4NO2（g）+O2（g）

C.MgCO3（s）=MgO（s）+CO2（s）

D.CO（g）=C（s）+O2

五、教学反思

1.从教学设计角度反思教学效果

常言道：“知之者不如好之者，好之者不如乐之者。”教学设计要在“好之”“乐之”上多下工夫，收到以情促智和以智生情的教学效果。本节课以学生熟悉的自然现象和已有的生活经验引入，将其中所蕴含的哲理应用到化学反应能否自发进行的探讨中，以此激起学生内心的层层涟漪，幻化出无尽的想象，让学生每一个思维细胞都沉浸在化学的海洋里，在快乐和享受中，汲取化学学科思想和方法，创设出令学生终身难忘的智慧课堂、活力课堂。在整堂课的学习中学生始终体会着“生活中的化学”，感知到化学即生活，生活即化学，体味到一堂化学课就是一种鲜活的、流动的生命，打造出令学生流连忘返、回味无穷的生命课堂，收到“润物细无声”的教学境界。

2.从学生的角度反思教学效果

学生对本节的反映是，那些自己平时熟视无睹的生活现象，经老师一分析，都赋予了新的色彩，更加生动了，并且与深奥的化学知识有着千丝万缕的联系；本节课他们不仅学会了相关的化学知识，更掌握了以化学的视角去审视身边的生活现象，使他们的生活更加化学化了，真正达到了“以生活活化化学，以化学催化生活”的崇高境界。

参考文献：

王祖浩.化学反应原理.凤凰出版传媒集团，2008-06.

（作者单位 浙江金华浙师大附中）