内容组织与教学设计讨论.ppt

化学反应原理模块 内容组织与教学设计讨论 支 瑶 北京市第三十五中学 高级教师 北京师范大学化学教育研究所 博士 13031049217 Zhi.yao263.net p 化学反应原理模块的内容组织 l与原有课程或其他版本教材相比，化学反 应原理模块内容组织的变化 l教材编写的基本理念 l结合具体内容的分析 p 内容组织的变化 l电化学部分：电解在原电池之前 电解池模型选取 l化学反应的方向、快慢与限度： 章节编排顺序：方向限度快慢 化学平衡常数及平衡移动规律的处理 影响化学反应速率的因素的分析 l水溶液中的离子平衡 章节编排顺序 p 教材编写的基本理念 l化学学科核心思想方法的形成 分析化学现象、解决化学问题的角度和思 路 例：分析能量转化问题、分析化学反应、分 析水溶液问题的一级思路的建立 定量测定 、表示和 计算反应 热效应 原理 第一章 化学反应与能量变化 化学能与电能 的相互转化 能量转化 化学能转化为热能 反应的热效应 电能转化为化学能 电解 化学能转化为电能 原电池 应用 能量转化 电解食 盐水 电 解 熔 融 氯 化 钠 电解精 炼铜 电镀 外加直 流电 装置： 电解池 电极反应： 阴极：还原反应 阳极：氧化反应 电解 电能转化为化学能 第2节 电能转化成化学能电解 简单体系 离子放电顺序 水的电离与电解 外加电能、特定的装置 使不自发的氧化还原反应发生 复杂体系 化学电源 金属腐蚀 （电化学腐蚀） 装置： 原电池 产生直流电 电极反应： 阴极：还原反应 阳极：氧化反应 原电池 化学能转化为电能 第3节 化学能转化成电能电池 特定的装置 使自发的氧化还原反应发生 产生电能 铜 锌 原 电 池 化 学 热 力 学 化学反应 判据：反应焓变（H） 反应熵变（S） 影响规律：H TS 认 识 化 学 反 应 化 学 反 应 条 件 的 优 化 工 业 合 成 氨 共 同 影 响 化 学 动 力 学 限 度 速 率 定量描述：化学平衡常数 平衡转化率 影响因素：T 、c 、P 化学反应速率有差别： 反应历程、基元反应 定量描述：化学反应速率 影响因素： c 、T、催化剂 方 向 化学反应 溶剂 认识 物质 在水 溶液 中的 行为 加入多种 电解质 加入一种 电解质 自身电电离 水 水溶液 物质质的存在形态态 电电离、水解平衡 沉淀溶解平衡 水溶液 离子反应应 水溶液 p 教材编写的基本理念 l化学学科核心思想方法的形成 分析化学现象、解决化学问题的角度和思 路 例：分析能量转化问题、分析化学反应、分 析水溶液问题的一级思路的建立 分析具体问题的二级思路（与具体内容 和观念结合） p 教材编写的基本理念 l化学学科核心思想方法的形成 分析化学现象、解决化学问题的角度和思 路 l核心观念的建构 微粒观 动态观 定量观 转化观 p 教材编写的基本理念 l核心观念的建构 微粒观：看见微粒、关注其“来龙去脉” 动态观：微粒的运动；微粒间的相互作用（溶剂 化作用、离子间相互作用、离子与电子间相互作 用等）；平衡移动 p 教材编写的基本理念 l核心观念的建构 微粒观： 动态观： 定量观：定量的分析问题的意识 面对一个定量关系，形成分析问题的思 路关注单一物理量、关注物理量间的相互关 系、与具体问题（或情景）对应进行分析得出结 论 平衡状态 平衡移动 影响因素 移动规律 由反应 、温度 定 可变 其它平衡 体系 分析具体问题的二级思路 引入 问题1：某反应某时刻各组分浓 度，问此时是否达平衡状态？ 若没有达平衡状态，反应在向 哪个方向进行？ 小结：可以利用Q、K的相对大 小关系判断平衡移动问题 初始状态： (2.94×10-4)2 (2.5×10-2)(4.00×10-3) =8.6×10-4 K 反应向逆反应方向进行，达到平衡状态 Q 0 温度（）400600800 K0.4412.25 反应：2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) H0自发发 2NH4Cl(s)+Ba(OH)2(s)= BaCl2(s)+ 2NH3(g)+2H2O(l) 0自发发 NaOH(s) = Na+ + OH-0自发发 提示：从反应前后物质的存在状态及微粒的运动角度考虑 发现“熵变”对反应方向的影响 熵变能否替代焓变，成为决定反应能否自发进行 的唯一因素？ 反应应熵变熵变 是否 自发发 NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)= CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l) 熵熵增加自发发 2H2O2(aq) = 2H2O(l) + O2(g)熵熵增加自发发 4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)=4Fe(OH)3(s ) 熵熵减小自发发 2Al(s)+Fe2O3(s)=Al2O3 (s)+2Fe(s)熵熵减小自发发 美国物理化学家吉布斯美国物理化学家吉布斯 H - TS0不自发 H H+ + (aq)+OH(aq)+OH - - (aq(aq)=H)=H 2 2 OO (l) (l) H=-57.3KJ·molH=-57.3KJ·mol-1 -1 S=80.7J·molS=80.7J·mol-1 -1·K ·K-1 -1 放热放热 熵增熵增 吸热吸热 熵减熵减 放热放热 熵减熵减 吸热吸热 熵增熵增 TiOTiO 2 2 (s)+2Cl(s)+2Cl 2 2 (g)=TiCl(g)=TiCl 4 4 (l)+O(l)+O 2 2 (g) (g) H=161.9KJ·molH=161.9KJ·mol-1 -1 NHNH 3 3 (g)+HCl(g)=NH(g)+HCl(g)=NH 4 4 Cl(s) Cl(s) H=-176.9KJ·molH=-176.9KJ·mol-1 -1 S=-38.4J·molS=-38.4J·mol-1 -1·K ·K-1 -1 S=-284.3J·molS=-284.3J·mol-1 -1·K ·K-1 -1 S=169.6J·molS=169.6J·mol-1 -1·K ·K-1 -1 CaCOCaCO 3 3 (s)=CaO(s)+CO(s)=CaO(s)+CO 2 2 (g ) (g ) H=178.2KJ·molH=178.2KJ·mol-1 -1 方向判据的价值和功能？ TiOTiO 2 2 (s)+2Cl(s)+2Cl 2 2 (g)=TiCl(g)=TiCl 4 4 (l)+O(l)+O 2 2 (g) (g) H H=161.9kJmol=161.9kJmol-1 -1 S S=-38.4J mol=-38.4J mol-1 -1 K K -1-1 TiO2(s)+2Cl2(g) + 2C(石墨) =TiCl4(l)+2CO(g) H=-59.1kJmol-1 S=141.0J mol-1K-1 2C( 2C(石墨）石墨）+O+O 2 2 (g)=2CO(g)(g)=2CO(g) H H=-221.0kJmol=-221.0kJmol-1 -1 S S=179.4J mol=179.4J mol-1 -1 K K -1-1 p 教学案例：化学反应方向 l启示 1.知识脉络的梳理并不困难，关键是对知识 本体的理解和知识的功能与价值（促进学 生认识发展）的分析； 2.学生认识发展脉络的分析是教学设计的核 心； 3.问题线索的设计、素材的选取是达成目标 的桥梁 p 教学案例：原电池工作原理 l知识脉络 疑问1：必修原电池工作原理与选修原电 池工作原理有什么不同？ 疑问2：双液原电池的作用是什么？ p 突破学生对于原电池工作原理的错误认识 双液原电池模型对于学生认识原电池工作原理的 价值是什么？ （1）学生认为是直接接触的氧化还原反应的发生引发 了电极上的电子得失反应。（设计及吸氧腐蚀） （2）学生对“活性不同的两种金属做电极”的认识是 “机械”的，缺少发展和变通。例如，认为只有金属 才能做电极。 （3）学生将电极与电极材料混为一谈，这导致学生 认识燃料电池时产生了新的障碍点。 化学反应原理模块 p 有助于学生认识原电池装置产生电流的本质 双液原电池模型对于学生认识原电池工作原理的 价值是什么？ （1）原电池装置的作用在于让氧化反应和还原反应在 分别在两极进行。 （2）产生电流的本质原因是电势差的存在。 p 有助于学生在今后学习中不断发展对原电池工作原理及其 应用的认识。 化学反应原理模块 p 教学案例：原电池工作原理 l认识脉络 设计电池的基本思路 电流产生的本质、构成原电池的要素 关于原电池构成条件的朴素认识 原电池装置氧还反应、释放能量 激发学生对原电池的原有认识： 1.在下列化学反应中，哪些反应可能将化学能直接转 化成电能？这些反应有什么共同特点？ 化学反应反应中的能量变化 HCl + NaOH = NaCl + H2O放出能量 Zn + 2H+ = Zn2+ + H2 放出能量 Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu放出能量 2NaCl = 2Na + Cl2 吸收能量 通电 ZnCu CuSO4 装置1 装置2 请你思考：对于反应Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu，哪一 套装置能将化学能直接转化为电能？若能产生电流，电 流是怎样产生的？电池的正、负极是什么？若不能产生 电流，请说明理由。 ZnCu CuSO4 装置1 Zn与Cu2+发生氧化还原反应 Zn 2e- = Zn2+ 电子沿导线到铜片上 Cu2+2e- =Cu 负极 正极 装置2 发展学生对原电池工作原理的认识： 装置2进行如下改造后，能否产生电流？为什么？ K+K+ K+ K+ K+ Cl- Cl- Cl- Cl- Cl- 离子在盐桥中能够定向 移动，通过盐桥将两个隔离 的电解质溶液连接起来，使 电流传导。 K+ K+ K+ K+ K+ Cl- Cl-Cl- Cl- Cl- e- Zn2+ Zn2+ Zn2+ Zn2+ e- e- e- e- e- e- e- Cu2+ Cu2+ e- e- e- e- Cl- Cl- K+ K+ Cu2+Cu 1.该装置能否产生电流？说明理由。若能产 生电流，正极、负极是什么？ 石墨石墨 H2 O2 K2SO4 负极：2H2 4e- = 4H+ 正极： O2+4e-+2H2O =4OH- 2H2+O2 = 2H2O 请你结合上述装置分析：构成电池的基本条 件是什么？ 石墨石墨 H2 （负极） K2SO4 O2 （正极） ZnCu CuSO4 A 电电池正极负负极电电解质质 溶液 工作时发时发 生的化学反应应 锌锌锰锰 干电电池 MnO2 (石墨 棒) 锌锌片氯氯化铵铵Zn+2MnO2+2NH4+=Zn2+ Mn2O3+2NH3+H2O 铅铅蓄电电池 PbO2Pb硫酸Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4 +2H2O 氢氢 氧 燃料 电电 池 O2(石 墨） H2 (石墨) 氢氢氧化 钾钾 2H2 + O2= 2H2O 1.请你利用反应Cu + 2Fe3+= Cu2+ + 2Fe2+，设计 原电池将化学能直接转化成电能，并记录你设 计原电池的思路。 2.这是唯一装置吗？正极、负极、电解质溶液可 以怎样改变？ 形成设计思路： “以促进学生认识发展为本”的 教学策略及建议 p 例证素材的选修 l支持认识发展功能（激发学生原有认识， 引发、实现认识发展）； l例证的来源：实验、数据、图片、事实等 p 促进学生认识发展的教学是长线 教学，要有整体设计与思考 l案例：物质在水溶液中的行为 案例1：弱电解质电离平衡 思考： 两支烧杯中分别盛装同浓度的盐酸和醋酸，请你分 别分析： 1. 溶液中分别存在哪些微粒？ 2. 溶液的离子分别从何而来？ 3. 溶液中存在着哪些微粒间的相互作用？ 思考： 设计实验验证你的推论。 请你根据实验事实补全下列图片： n 溶质 HCl HCl 分子 H+Cl- n 溶质 HAc HAc 分子 H+Ac- 请你根据实验事实补全下列图片： n 溶质 HCl HCl 分子 H+Cl- n 溶质 HAc HAc 分子 H+Ac- 根据下列信息思考问题： 信息： 1. 比较下列酸的电离能力。 酸HACHFHCN K1.7×10-56.8×10-46.2×10-10 根据下列信息思考问题： 2. 通过下列数据，你能得出什么结论？ 信息： 碳酸的电离K H2CO3 H+ + HCO3-4.2×10-7 HCO3- H+ + CO32-5.6×10-11 (1)电离方程式能否写成H2CO3 H+ + CO32- ？ (2)比较下列离子浓度的大小： H2CO3、HCO3-、CO32-、H+ 思考： 下列条件改变时，弱电解质的电离平衡如何移动？ 条件改变HAC H+ + Ac- H0 升高温度 加入NaAc 加入水