高丽娟
宁波市鄞州中学 浙江 宁波 315000
摘要:高中化学课程标准提出要重视开展“素养为本”的教学。文章以苏教版化学反应的方向为例，介绍了创设真实问题情境，开展化学实验探究活动，重视教学内容结构化，激发学生兴趣，以学生为主体的课堂教学。
关键词：素养为本
一、教学设计依据
1.教学理念
《普通高中化学课程标准》2017年版（以下简称课标）明确指出：“重视开展素养为本的教学，提倡真实问题情境的创设，开展以化学实验为主的多种探究活动，激发学生的学习兴趣，促进学生学习方式的转变。”［1］新课程实施以来，一直提倡以学生为主体的课堂，教师则应该作为课堂的设计者，学生思考的引导者，课堂的参与者。
2.教材分析
在苏教版化学2专题2第一单元中已经介绍了“化学反应速率与反应限度”。一个反应实际进行的情况需要考虑化学反应速率这一因素；一个可能发生的反应进行的程度如何，需要考虑化学反应的限度；以上讨论都必须建立在一个能够发生的化学反应基础上。那么如何判断一个反应能否发生呢？在什么条件下可以发生呢？这就是化学反应的方向问题。为了知识的完整性和科学性在苏教版专题2第二单元增加了“化学反应的方向”这一内容。
课标中对于这一部分的内容要求是：知道化学反应是有方向的，知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关。这节内容看似简单，但实际上难度比较大。其一，熵的概念比较抽象，不好理解；其二，对于自发反应的定义，因为高中阶段所学有限，致使概念存在一定的模糊性，学生理解容易出现偏差。
本节内容分四个层次对化学反应方向进行介绍。1.类比自然现象，从熟悉的放热反应阐明焓判据；2.类比熟知的生活学习经验，引出熵，进而阐述熵判据；3.由一系列特殊的化学反应阐述复合判据；4.对自发反应的定义的理解中的难点和重点做一个分析。
3.教学对象的分析
在学习本节内容之前，学生已经学习了化学反应的速率和限度。而在实际化工生产中本节内容化学反应的方向应该是最先需要考虑的问题，因此能很好地激发学习兴趣。 通过本节内容的学习，能够明白一个结果的产生常常是多个因素共同作用的结果。在分析的过程中应该科学分析问题、全面研究问题。通过联系生活经验和自然规律，认识到化学反应原理在生产生活中的应用。
二、教学过程
1.认识化学反应的方向性
［引入］100多年前，在耶鲁大学的教室里，有位著名的教授吉布斯问了学生一个问题：如果把一杯热水靠近一杯冷水会怎么样？
［学生］变成两杯温水。
［追问］两杯温水放在一起能变成一杯热水喝一杯温水吗？
［学生］不能。
［追问］能否举几个正向可以进行逆向不可以进行的化学反应。
［学生］氢氧化钠与盐酸，铁与硫酸铜。
设计意图:通过一个简单的生活常识类比，可以让学生很自然地进入思考状态，明白化学反应是有方向的，引入本节课主题。
2.了解化学反应的方向研究意义
［教师］汽车尾气中的主要污染物是一氧化氮和一氧化碳，它们是现代化城市中的大气污染物。为了减轻大气污染，人们提出通过以下反应来处理汽车尾气：2CO(g)+2NO(g)= N2(g)+2CO2(g)
如果这个反应可以发生，那真是造福社会，那么我们该如何判断反应能否发生呢？
设计意图:课标中提出化学学科素养有5个方面，其中就包含科学态度和社会责任。通过汽车尾气处理这一社会热点问题，能够很好地引导学生关注人类面临的与化学有关的社会问题，培养学生的社会责任感、参与意识和决策能力。
3.类比学习，探究能量因素
［教师］像氢氧化钠和盐酸反应一样，在一定温度和压强下，无需外界帮助就能自动进行的反应，我们称之为自发反应。这些反应为什么能够自发进行，这些反应有什么特征？
［提问］请同学们列举熟悉的自然界中的自发过程。
［学生］瀑布总是从高处流向地处，苹果总是从树上掉到地上。
［教师］这些自发过程的共同点是什么？
［学生］体系能量降低了。
［教师］怎样的化学反应体系能量会降低？
［学生］放热反应。
设计意图:类比学习是很好的模型认知学习方法。从熟悉的已知过渡到新知识的学习中。为学生的顺利学习搭建脚手架。
4.科学探究，发现问题
［教师］放热反应一般能自发，那吸热反应就一定不是自发反应吗？
［学生］思考，实验探究。少量氯化铵固体和氢氧化钠晶体置于保鲜袋中，扎紧袋口，用手小心揉搓混匀固体，用手摸保鲜袋感受变化。
［教师］煅烧石灰石生成氧化钙和二氧化碳也是吸热反应，在高温下也能自发。
［学生］思考，得出结论。吸热反应也可以自发，仅从焓变判断反应是否自发，不够科学。除了焓变以外，应该还有其他因素可以影响反应的自发性。
设计意图：重视开展“素养为本”的教学，要求开展以化学实验为主的多种探究活动，激发学生的学习兴趣，促进学生自主探究学习，养成独立思考的学习习惯。
5.认识化学反应中的熵变因素
［教师］还有那些因素可以影响化学反应的自发性呢？能否从熟悉的生活、学习经验中得到启发？
［学生］氯化钠晶体溶于水，自发的过程。该过程中重规则排列的离子到可以自由移动的离子。火柴盒里的火柴井然有序，倒到地上自发就乱了。
［教师］同学举的例子有什么共同点？
［学生］有序体系都趋向于无序的混乱体系。化学反应也是如此，如果化学反应的混乱度增加，有利于反应的自发。
［资料］熵。1923年I.R.Planck来南京第四中山大学（即中央大学前身）讲学，我国著名物理学家胡刚复教授担任翻译，是胡刚复教授首次创造了在中国字典上前所未有的新字“熵”（entropy）。［2］熵，符号S，单位J.mol-1.K-1。表示任何一种能量在空间中分布的混乱程度，能量分布的越混乱，熵就越大。也可以用来衡量一个体系的混乱度，体系越混乱，熵值也越大。
［资料］提供学生《无机化学》一些物质的熵值表，请学生归纳熵值特点。
［学生］S（g）> S（l）> S（s）,气体越多，体系熵值越大。
设计意图：信息时代查阅资料很方便，在教学过程中要有意识的引导学生科学查阅资料，培养学生查阅资料的能力和兴趣，为后期的自主学习打下坚实的基础。
［教学评价］为什么上述两个吸热反应可以自发？
［学生］熵增的反应，所以自发。
6.焓变和熵变的联合
［教师］镁条在二氧化碳中燃烧是自发的反应，但是熵减的反应。你还能列举出熵减但是自发的反应吗？为什么熵减的反应也可以自发，这些反应有什么共同点？
［学生］工业合成氨，钠在氯气中燃烧。它们都是放热反应。
设计意图：通过一系列反应的研究，学生反思，不断地优化总结，最终发现是熵变和焓变共同影响化学反应能否自发。
［教师］如何综合熵变和焓变判断反应是否自发呢？判断下列反应能否自发，并判断焓变和熵变情况。
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［学生］思考，总结。当ΔH <0，ΔS >0时，熵增和焓减都有利于自发，所以任何温度下这类反应都能自发；而当ΔH >0，ΔS <0时，焓增和熵减都不利于自发，所以任何温度下反应都不自发。而当ΔH <0，ΔS <0时，焓减有利于自发，而熵减不利于自发，但这类反应在低温时是可以自发的；当ΔH >0，ΔS >0时，焓增不利于自发，但是熵减有利于自发，这类反应在高温时可以自发。所以当两个因素都有利时，任何温度下恒自发，两个因素都不利是任何温度恒不自发，当两个因素一个有利一个不利时，能否自发要看温度。
［化学史］100多年前那个在耶鲁大学教室里问学生一杯热水喝一杯冷水放在一起可以变成两杯温水，而两杯温水放在一起却不可能变成一杯热水和一杯冷水的教授就是美国著名的科学家吉布斯，在经过大量的研究之后，提出了恒温恒压体系中反应自发进行的综合判据：ΔH-TΔS <0
［教学评价］现在我们知道了化学反应能否自发进行的判据，那么请同学们判断一下当下人们提出的汽车尾气处理方法是否可行？2CO(g)+2NO(g)= N2(g)+2CO2(g) ΔH =-746.8KJ.mol-1 ΔS =-197.5 J.mol-1.K-1
［学生］低温自发。
［教师］虽然汽车尾气处理的反应可以自发，但是反应速率很慢，尾气处理效果不理想。我们该如何解决这个问题。
［学生］选择合适的催化剂。
［教师］2H2(g)+O2(g)=2H2O(l),是自发反应，但是氢气和氧气混合很长时间也观察不到水滴，为什么？对此你有什么看法？
［学生］化学反应自发，只是说明有发生反应的趋势，实际能否发生还要考虑反应速率因素。
［教师］2H2O(g)= 2H2(g)+O2(g)是一个熵增焓增的反应，理论上来说只要温度足够高就可以自发，查阅资料计算发现，这个分解温度需要一万摄氏度以上，很难达到的高温，因此实际认为该反应不自发。我们可以如何借助外力来使此反应发生呢？
［学生］电解
［教师］在自发反应的定义中强调的外界帮助主要就是电解等方式。而温度和压强是反应条件，不属于外界帮助。
设计意图：在自发反应的定义中，学生容易产生理解偏差。误认为加热加压就是外界帮助。这个例子能够帮助学生较好理解。如果学生程度比较好，笔者认为可以适当拓展一下，这个外界帮助实际就是指外界对体系做功，帮助学生真正理解到位。
［评价］工业上用焦炭高温下还原二氧化硅制备粗硅，2C(s)+SiO2(s)= Si(s) +2CO(g),能否根据该反应说明C的还原性强于Si呢？为什么这个反应能顺利进行呢？
［学生］C的还原性比Si弱。这个反应能进行应该是熵增的原因。
［评价］TiO2(s)+2Cl2(g)TiCl4(g)+O2(g) ΔH=181 kJ?mol-1 这个反应很难进行，同学们能否为反应能顺利进行创造条件。
［学生］可以往里面加C，使氧气与之反应，生成CO。这样就是一个熵增的反应，并且C与O2反应生成CO是放热反应，也利于反应顺利进行。
2C(s)+ TiO2(s)+2Cl2(g)TiCl4(g)+O2(g)+ 2CO(g)
设计意图：及时的课堂评价，能让教师第一时间清楚学生掌握的情况，也能让学生深度思考，攻克难点和重点。
［课堂总结］化学反应的方向只是研究反应能够发生的趋势和可能性，反应能否实际发生还要考虑化学反应速率，在实际生产中还需要考虑化学反应的限度，三者缺一不可。
设计意图：让学生对这块内容有一个系统全面的认识。明白课堂学习是为实际生产生活服务的，能利用课堂所学去解决生活生产中的实际问题，真正的学以致用，激发学生化学学习热忱，勇于承担社会责任，为解决社会问题贡献化学力量。
参考文献
［1］《普通高中化学课程标准》2017年版，中华人民共和国教育部制定，北京：人民教育出版社，2018.1
［2］《物理化学》傅献彩等，第五版，北京：高等教育出版社，2005.7