聂君
武汉海淀外国语实验学校国际部 430070
【案例背景】
本节课的知识点‘熵’不同于以往化学现象或化学相关理论能够通俗易懂。‘熵’是 1865年作为热力学的一个重要的概念受到人们的重视，而化学理论中的‘熵’是从不同的观点引入的 ，二者间具有相同的数学形式 ，却没有直接的联系。此前，同学们没有接触过关于‘熵’的任何知识点。本次教学目标是要利用‘熵’的原理解释化学现象并推断物质熵的大小，以及化学反应中‘熵’的增减。因此在本单元的教学过程中，从简单的生活现象类比化学中一些现象来介绍‘熵’，从而过渡到化学中‘熵’的定义，大小的推算，接下来分析其基本性质。同时，同学们通过实践活动研究现实生活中的各种体系‘熵’的发展，将理论联系实际更加明白了‘熵’相关定理。
【案例主题】
把物理学概念中‘熵’的概念引入到化学世界中，远远扩大了它之初在物理学上的意义。为尽可能使学生自己获取更多的理性知识，通过列举现象、引发质疑 、交流讨论 、投石问路手段和方法来解决问题。并在此基础上不断质疑，产生矛盾冲撞，激发探究欲望，提高解决问题的思维深度。使主题在不断质疑和不断更新的过程中循序展开。教学中始终关注学生的认知反馈，注重学生学习兴趣的激发，并在激烈的讨论思考质疑中认识解决问题。以学生为主体进行问题的设置和探究思路。做到问题设置层次明显，引导功效突出。
【课程导入】
化学研究的目的之一就是充分利用一些有效的化学资源为人类所用，如自嗨锅，暖宝宝，蒸气眼罩等。那么对于一些我们难以观察现象的反应怎么判断哪些反应是可以自发产生，我们可以从里去寻找一些客观判据？【PPT】
PPT 展示4张图片，一杯水；一个由沙堆成的沙塔；一个可乐瓶打开气体溢出来的图片和一个NaCl溶解过程的图片。暖场部分同学分小组活动讨论，第一组：出一个装满水的杯子，同学们怎么能让这杯水在没有外界能量输入的情况下结成冰；第二组：一堆沙子，怎么在没有外力的条件下变成一个塔；第三组：打开瓶盖的CO2气体怎么让气体回到可乐瓶里；第四组：溶解的NaCl如何在没有外力做功的情况下变成溶解前的样子？（同学们非常奇怪，直呼不可能！）
【提问1】
冰在自然条件熔化，沙塔变成沙堆，气体溢出，盐溶化都是自发产生的，而它们的逆向过程都不会自发产生，但是他们的这些变化的共同点是什么呢?
【学生小结】
上述过程在标准状态下可以自发进行。教师继续设置问题，引发从有序到无序的进一步认识。
【提问2】
大家知道，固体硝酸铵、氢氧化钠、氯化钠、蔗糖都能自动溶解于水。请问 ：1．他们溶解过程的焓变如何? 说明了什么问题? 2．他们溶解于水后微粒排布有何变化?
【学生小结】
思考，相互交流得出结论 ：
一切可以自发产生的过程混乱度都在增加。如化学中盐的溶解，从有序变无序；如碳的燃烧，从固体碳变成无序的二氧化碳；同理，一个化学反应之所以能产生，这是整个宇宙(更简单地是指反应体系及其环境的总和)的混乱度在增加。
【知识提练1】
在同学们讨论的基础上我们总结推导得出：
熵的定义，符号及单位：熵的本质是一个系统“内在的混乱程度”。符号为S，单位为JK-1mol-1。
【探索研究】
‘熵’增定律不仅适合于地球，而且适合于整个宇宙系统，国家的发展，人类的发展，公司的发展，病毒的发展。同学们观看视频资料，利用‘熵’增原理从病毒（特别是新冠病毒）、个人、公司、社会、宇宙的发展等几个方面探索了"熵"增的规律以及怎么最大程度减小一个体系的‘熵’增从而延长这个体系的生命。
小组讨论1：引导，最近流行的新冠病毒是遵循‘熵’增大的原理吗？病毒是如何做到在短时间内扩散如此迅速的？
小组讨论2: 引导，人从出生到死亡是‘熵’增大的过程吗？如果是的话，我们怎么才能减少熵，让人寿命更长？
小组讨论3：引导，在公司中，如果没有人打扫办公室，会影响工作人员的工作环境；如果没有人管理，整个公司会怎么发展？公司的"熵"在发展过程中是如何变化的？我们怎么才能增加公司的竞争力？
小组讨论4：引导，在宇宙奇点爆发的那一课开始，整个宇宙的熵是如何变化的？怎么减缓宇宙走向热寂？
【小组分享】
各小组成员观看视频后讨论并展示主要观点。
【PPT】
请学生观察表中所给的信息分析得出结论
一些物质在不同状态下的标准熵值
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上述表格能得出什么结论 ?
【知识提练2】
如何判断熵的大小：在化学里，‘熵’的大小与状态有关，同一种物质固态下越稳定，越规则‘熵’值越小；相应地，气体状态下的‘熵’值最大，因为气态下物质排列最为混乱；同一状态下，原子数越多的‘熵’值越大。
【投石问路】
如何判断反应中熵增还是熵减？
CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g)
引导学生从‘熵’的定义和大小来判断，小组讨论 + 辩论
【知识提练3】
如何判断反应中‘熵’增还是‘熵’减 — 看反应前后物质的状态和量的改变。
【拓展延伸】
给定条件下：△S=生成物‘熵’的总和 — 反应物‘熵’的总和
在一定的温度、压强下，下列反应能自发进行
NH3(g) + HCl(g) → NH4Cl(s) 反应1
Ag+(aq) + Cl-(aq) → AgCl(s) 反应2
请分析反应的‘熵’变能得到什么结论呢?
【知识提练4】
反应1和2都是‘熵’变减小的反应，在一定条件下也能自发进行。‘熵’的判断是反应自发进行倾向的又一说明，但是也不唯一。那么反应的自必性究竟应该怎么来判断呢？（为下节课引出吉布斯自由能的概念做铺垫）
【设计目的】
本块设计主要基于以上概念的抽象性及认识难度和大纲对高中生学习效果要求程度来设计教学。目的是创设一个由浅入深，自然而然地层层递进认识。从自然现象到化学现象，再到具体的联系实际问题，探索问题。为学生搭建起对混乱度—‘熵’这个新化学量的认识，知道了自发过程普遍存在的混乱度增加，即‘熵’增加原理。同时结合实际测量数据。利用图表数据让学生自己去分析学习，得出物质在不同聚集状态下‘熵’值的相对大小，为下一课吉布斯自由能的引出打好基础。在学生对事物认识达到一定高度后，又联系化学反应提出了新的问题来说明‘熵’判据的不全面性，引起矛盾，激发认识成长。始终以学生为主体，考虑学生的认知水平、考虑学生的思维特点。
【案例反思】
1.抓住学生的兴趣点提出探究式问题的设置是上好课的关键。学生的兴趣来自他的需求。而学生的需求要靠教师去不断引导而获得满足。问题探究式教学对于启发学生的思维、激发学生的求知欲望、培养学生分析思考问题的能力、合作式交流与学习的能力有很大帮助。这就要求教师对问题的设置要难易适度层层深入，逻辑严密思考性强，并不断地在旧问题解决的基础上适时提出新的问题来引导学生，解决新矛盾。本节课后感觉学生总体比较兴奋，思维活跃，收到了预期效果。
2.充分挖掘探究素材，联系生活实际。化学学科探索物质本质，是连接宏观世界与微观世界的桥梁。充分利用社会热点话题如：病毒（特别是新冠病毒）、个人、公司、社会、宇宙的发展让同学们理解课堂内容并且灵活应用分析解决问题，激发学生学习兴趣。引导学生利用所学的化学新知解决实际生活中的问题，体现化学知识的实用性。