无机化学课程典型教学案例
无机化学课程 典 型 教 学 案 例
目录、教学案例1--“化学反应方向的判断”二、教学案例2--“影响化学反应速率的因素5三、教学案例3-“化学平衡的移动”..12四、教学案例4-“缓冲溶液”17五、教学案例5--“原子结构”.2631六、教学案例6--“杂化轨道理论”七、教学案例7-“稀溶液的依数性”37八、教学案例8--“化学键”.49九、教学案例9-“碱金属和碱土金属”54十、教学案例10-“配位化学”61
目 录 一、教学案例 1-“化学反应方向的判断”.1 二、教学案例 2-“影响化学反应速率的因素”.5 三、教学案例 3-“化学平衡的移动”.12 四、教学案例 4-“缓冲溶液”.17 五、教学案例 5-“原子结构”.26 六、教学案例 6-“杂化轨道理论”.31 七、教学案例 7-“稀溶液的依数性”.37 八、教学案例 8-“化学键”.49 九、教学案例 9-“碱金属和碱土金属”.54 十、教学案例 10-“配位化学”.61
一、教学案例1-“化学反应方向的判断”化学反应方向的判断【教学目标】知识目标：（1)化学反应的自发过程：(2)影响化学反应方向的因素；(3)化学反应方向的判断；(4)使用△G判据的条件。能力目标：（1)能够结合事例阐述化学反应的自发过程，培养学生分析问题能力(2)能够从化学反应的烩变、炳变及温度对化学反应方向的影响，综合归纳出化学反应方向的吉布斯自由能变判据（△G），培养学生综合归纳推理的能力；(3)了解吉布斯的生平及为化学热力学所作出的巨大贡献，培养学生文献查阅能力及自主学习能力。思政目标：（1)介绍吉布斯一生淡泊名利、持之以恒为科学研究和教育事业作出巨大贡献的史实，增强学生的国际视野的同时，结合我们国家为化学的教学和科研作出巨大贡献的徐光宪等老一辈化学家，激发师范专业的学生学习化学的热情，引导学生树立牢固的专业思想，建立为中华民族的伟大复兴而努力拼搏的理想信念；(2)科学认识马克思主义哲学的对立统一规律，让学生学会运用马克思主义哲学对立统一原理学习和理解化学反应方向的判据，培养学生辩证思维能力；(3)引导学生充分认识对立统一思想对学习无机化学的指导作用。【重点】1、△G的定义与推导2、化学反应方向的判据△G【难点】1、△G的定义与推导1
1 一、教学案例 1-“化学反应方向的判断” 化学反应方向的判断 【教学目标】 知识目标：(1)化学反应的自发过程； (2)影响化学反应方向的因素； (3)化学反应方向的判断； (4)使用ΔG 判据的条件。 能力目标：(1)能够结合事例阐述化学反应的自发过程，培养学生分析问题能力 (2)能够从化学反应的焓变、熵变及温度对化学反应方向的影响，综 合归纳出化学反应方向的吉布斯自由能变判据(ΔG)，培养学生综合归 纳推理的能力； (3)了解吉布斯的生平及为化学热力学所作出的巨大贡献，培养学生 文献查阅能力及自主学习能力。 思政目标：(1)介绍吉布斯一生淡泊名利、持之以恒为科学研究和教育事业作 出巨大贡献的史实，增强学生的国际视野的同时，结合我们国家为化 学的教学和科研作出巨大贡献的徐光宪等老一辈化学家，激发师范专 业的学生学习化学的热情，引导学生树立牢固的专业思想，建立为中 华民族的伟大复兴而努力拼搏的理想信念； (2)科学认识马克思主义哲学的对立统一规律，让学生学会运用马克 思主义哲学对立统一原理学习和理解化学反应方向的判据，培养学生 辩证思维能力； (3)引导学生充分认识对立统一思想对学习无机化学的指导作用。 【重点】 1、ΔG 的定义与推导 2、化学反应方向的判据ΔG 【难点】 1、ΔG 的定义与推导
2、（S）的定义【教学设计】：(1)自然界中自发进行的过程总有一个共同的特点，即一般总是向能量降低的方向进行，即能量最低原理，如：水从高处往低处流，等。体系能量越低越稳定，某些放热反应(AH0(有利于反应的自发进行，如：水的蒸发、NH4CI、KNO溶于水及CaCO3的分解，等都是增的过程。但并非滴减的反应(AS<O)都非自发，如2H2+O2=2H2O。系统学习摘S及标准摩尔熵Sm定义及△,Sm的计算。(3)对非孤立体系，仅用△S作反应自发性的判据也是不全面的，有时还需考虑温度，如：T<273.15K，水一冰，△S<0，它就是一个自发过程。（4)以上“矛盾”完全可以运用马克思主义哲学对立统一原理进行分析并解决(图1)。这表明：一个过程(或一个反应)的自发性，不仅与△H、4S有关，同时也与T有关。反应方向的判据必须结合这三个因素，这三者的关系辩证统一于化学反应方向的判据△G中，从而自然引导学生对吉布斯自由能判据△G的理解与掌握。系统介绍标准摩尔生成自由能△Gm的定义及任意状态化学反应吉布斯自由能变AG的计算方法。吉布斯自由能判据（AG)充分体现了马克思主义哲学对立统一思想在化学反应方向判据中的具体运用。同时，结合吉布斯的生平，让同学们知道吉布斯是十九世纪著名物理化学家和数学物理学家。他一生淡泊名利，专心于教学科研，精心培养学生。科研上，不急功近利，为物理化学的发展作出了巨大的贡献。同时，介绍我们国家为物理化学的教学和科研作出巨大贡献的徐光宪等老一辈物理化学家。借此引导我们的学生热爱党的教育事业，树立仁爱、奉献的精神，确立终身以德育人报国的远大职业理想，让未来的自己桃李满天下，未来的学生变得更加优秀美好。2
2 2、熵(S)的定义 【教学设计】： (1)自然界中自发进行的过程总有一个共同的特点，即一般总是向能量降 低的方向进行，即能量最低原理，如：水从高处往低处流，等。体系能量越低越 稳定，某些放热反应(ΔH＜0)在 298.15 K，标准态下是自发的，如：酸碱中和反 应，碳在空气中的燃烧等。但是：有些吸热过程也能自发进行，如：水的蒸发、 NH4Cl、KNO3溶于水及 CaCO3 的分解等。因此：焓变ΔH 不能作为化学反应自 发性的普遍判据。 (2)一般而言：熵增(ΔS＞0(有利于反应的自发进行，如：水的蒸发、NH4Cl、 KNO3 溶于水及 CaCO3 的分解，等都是熵增的过程。但并非熵减的反应(ΔS＜0) 都非自发，如 2H2+O2=2H2O。系统学习熵 S 及标准摩尔熵 Sm定义及ΔrSm的计算。 (3)对非孤立体系，仅用ΔS 作反应自发性的判据也是不全面的，有时还需 考虑温度，如：T≤273.15 K，水→冰，ΔS＜0，它就是一个自发过程。 (4)以上“矛盾”完全可以运用马克思主义哲学对立统一原理进行分析并解 决(图 1)。这表明：一个过程(或一个反应)的自发性，不仅与ΔH、ΔS 有关，同时 也与 T 有关。反应方向的判据必须结合这三个因素，这三者的关系辩证统一于 化学反应方向的判据ΔG 中，从而自然引导学生对吉布斯自由能判据ΔG 的理解 与掌握。系统介绍标准摩尔生成自由能ΔfGm 的定义及任意状态化学反应吉布斯 自由能变ΔG 的计算方法。吉布斯自由能判据(ΔG)充分体现了马克思主义哲学对 立统一思想在化学反应方向判据中的具体运用。同时，结合吉布斯的生平，让同 学们知道吉布斯是十九世纪著名物理化学家和数学物理学家。他一生淡泊名利， 专心于教学科研，精心培养学生。科研上，不急功近利，为物理化学的发展作出 了巨大的贡献。同时，介绍我们国家为物理化学的教学和科研作出巨大贡献的徐 光宪等老一辈物理化学家。借此引导我们的学生热爱党的教育事业，树立仁爱、 奉献的精神，确立终身以德育人报国的远大职业理想，让未来的自己桃李满天下， 未来的学生变得更加优秀美好
这表明：一个过程（或一个反应）的自发性，与△H、△S有关，同时也与T有关。马克思主义哲学对立统一规律1878年美国著名物理化学家吉布斯提出摩尔吉布斯自由能变量（简称自由能量）NG在等温、等压，不做非体积功条件下，ArG,=A,Hm-T·A,S.Gibbs公式吉布斯的生平及对化学热力学作出的巨大贡献【实施策略】一一探究式教学法，帮助学生掌握运用马克思主义哲学对立统一原理思考问题的方法，从而学习并掌握化学反应方向的吉布斯自由能判据△G。设计问题：（1)什么是自发反应？如何判断反应是否自发？(2)能量最低原理的内容是什么？能量最低原理是否意味着，所有的放热反应都是自发反应？吸热反应都是非自发的？引导学生结合具体例子分析问题。那么，焰变△H能否作为反应自发性的判据？(3)摘S是描述体系混乱程度大小的物理量。混乱程度增大的反应一般有利于反应的发生。那么，能否讲炳增加的反应都是自发反应？摘减少的反应都是非自发反应？引导学生结合具体例子分析问题。进而引导学生判断变△S能否作为化学反应自发性的判据？(4)温度对反应的自发性有无影响？举例说明。(5)引导学生得出结论：一个过程(或一个反应)的自发性，与AH、AS有关，同时也与T有关。反应方向的判据必须结合这三个因素。那么这个判据是什么？引导学生基于马克思主义哲学的对立统一规律对吉布斯自由能判据△G的学习。引导学生回忆马克思主义哲学的对立统一思想的内涵。(6)结合同学们课前自己对吉布斯生平的有关资料的查询，引导同学们回答吉布斯一生最大的贡献是什么？他的最宝贵的品质是什么？对我们今后的职业生涯有何启发？(7)如何在无机化学的学习中正确合理运用马克思主义哲学的对立统一原理?3
3 【实施策略】——探究式教学法，帮助学生掌握运用马克思主义哲学对立统一原 理思考问题的方法，从而学习并掌握化学反应方向的吉布斯自由能判据ΔG。 设计问题： (1)什么是自发反应？如何判断反应是否自发？ (2)能量最低原理的内容是什么？能量最低原理是否意味着，所有的放热反 应都是自发反应？吸热反应都是非自发的？引导学生结合具体例子分析问题。那 么，焓变ΔH 能否作为反应自发性的判据？ (3)熵 S 是描述体系混乱程度大小的物理量。混乱程度增大的反应一般有利 于反应的发生。那么，能否讲熵增加的反应都是自发反应？熵减少的反应都是非 自发反应？引导学生结合具体例子分析问题。进而引导学生判断熵变ΔS 能否作 为化学反应自发性的判据？ (4)温度对反应的自发性有无影响？举例说明。 (5)引导学生得出结论：一个过程(或一个反应)的自发性，与ΔH、ΔS 有关， 同时也与 T 有关。反应方向的判据必须结合这三个因素。那么这个判据是什么？ 引导学生基于马克思主义哲学的对立统一规律对吉布斯自由能判据ΔG 的学习。 引导学生回忆马克思主义哲学的对立统一思想的内涵。 (6)结合同学们课前自己对吉布斯生平的有关资料的查询，引导同学们回答 吉布斯一生最大的贡献是什么？他的最宝贵的品质是什么？对我们今后的职业 生涯有何启发？ (7)如何在无机化学的学习中正确合理运用马克思主义哲学的对立统一原 理？
【复习与巩固】这部分包括课堂练习、课下作业（线上/线下）部分。随堂练习中，及时关注学生对课堂知识点的掌握程度，并根据学生的思考和联系给出过程性评价：课后，教师布置作业，引导学生针对性地对所学知识进行复习与巩固；此外，教师引导学生充分利用学校图书馆电子资源，查阅吉布斯的生平事迹，学习科学家的伟大精神；最后，教师布置对应的预习内容（慕课等线上课程），引导学生培养自主学习的好习惯，关注学生终身学习能力的培养。教师根据学生的课后作业、学科前沿报告以及预习情况等，给出综合评估。【教学反思】亮点：1、实践证明，在引入化学反应方向的判据G时，若结合马克思主义哲学的对立统一原理，将有助于学生对相关知识的深入理解与掌握。通过该内容的学习，为学生能正确的将辩证唯物主义认识论运用到无机化学有关知识的学习过程中奠定了坚实的基础，引导学生充分利用马克思主义哲学的有关原理指导无机化学课程的学习，进行科学思维，以充分学好本学科及后续课程的知识。结合吉布斯的高尚人格及刻苦钻研精神。同时介绍我们国家的著名物理化学家及教育家卢嘉锡院士的奉献精神，努力使学生成为学识扎实能创新、师德规范有理想、教学精湛、会育人、合作发展可持续的优秀老师。2、采用探究式教学法进行教学，可以极大地增加学生的学习兴趣。4
4 【复习与巩固】这部分包括课堂练习、课下作业（线上/线下）部分。随堂练习 中，及时关注学生对课堂知识点的掌握程度，并根据学生的思考和联系给出过程 性评价；课后，教师布置作业，引导学生针对性地对所学知识进行复习与巩固； 此外，教师引导学生充分利用学校图书馆电子资源，查阅吉布斯的生平事迹，学 习科学家的伟大精神；最后，教师布置对应的预习内容（慕课等线上课程），引 导学生培养自主学习的好习惯，关注学生终身学习能力的培养。教师根据学生的 课后作业、学科前沿报告以及预习情况等，给出综合评估。 【教学反思】 亮点： 1、实践证明，在引入化学反应方向的判据ΔG 时，若结合马克思主义哲学 的对立统一原理，将有助于学生对相关知识的深入理解与掌握。通过该内容的学 习，为学生能正确的将辩证唯物主义认识论运用到无机化学有关知识的学习过程 中奠定了坚实的基础，引导学生充分利用马克思主义哲学的有关原理指导无机化 学课程的学习，进行科学思维，以充分学好本学科及后续课程的知识。结合吉布 斯的高尚人格及刻苦钻研精神。同时介绍我们国家的著名物理化学家及教育家卢 嘉锡院士的奉献精神，努力使学生成为学识扎实能创新、师德规范有理想、教学 精湛、会育人、合作发展可持续的优秀老师。 2、采用探究式教学法进行教学，可以极大地增加学生的学习兴趣
二、教学案例2-一“影响化学反应速率的因素”影响化学反应速率的因素教学目标1、知识与技能目标（1）通过实验探究温度、浓度/对化学反应速率的影响，认识其一般规律。（2）初步运用有效碰撞、碰撞的取向和活化分子的概念等来解释浓度、温度等条件对化学反应速率的影响。2、情感态度与价值观目标通过学习过程，初步学会从化学视角去观察生活、生产和社会中有关化学反应速率的问题。同时还亲身体验科学探究的喜悦，从而培养实事求是的科学态度和积极探索的科学精神以及学习化学的兴趣。教学难点浓度、温度对化学反应速率的影响教学难点运用碰撞理论解释外界条件对化学反应速率的影响教学方法分子实验探究法教学过程创设情境引出影响化学反应速率的因素引入：上节课我们已经学习了化学反应速率的表述方法及简单的计算，也认识到不同的化学反应进行的快慢程度是千差万别的。比如，一下一组图片展示的是我们在生活中经常见到的一些反应，大家比较一下他们的反应快慢程度铁生锈爆炸烟花燃放溶洞的形成学生：爆炸和烟花燃放的反应速率非常快，都是瞬间完成的；铁生锈的反应速率相对慢一些，需要数年才能完成：溶洞的形成反应速率最慢，需要上万年或者几百万年的时间才能完成。5
5 二、教学案例 2-“影响化学反应速率的因素” 影响化学反应速率的因素 教学目标 1、知识与技能目标 （1）通过实验探究温度、浓度/对化学反应速率的影响，认识其一般规律。 （2）初步运用有效碰撞、碰撞的取向和活化分子的概念等来解释浓度、温度等 条件对化学反应速率的影响。 2、情感态度与价值观目标 通过学习过程，初步学会从化学视角去观察生活、生产和社会中有关化学反应速 率的问题。同时还亲身体验科学探究的喜悦，从而培养实事求是的科学态度和积 极探索的科学精神以及学习化学的兴趣。 教学难点 浓度、温度对化学反应速率的影响 教学难点 运用碰撞理论解释外界条件对化学反应速率的影响 教学方法 分子实验探究法 教学过程 创设情境 引出影响化学反应速率的因素 引入：上节课我们已经学习了化学反应速率的表述方法及简单的计算，也认识到 不同的化学反应进行的快慢程度是千差万别的。比如，一下一组图片展示的是我 们在生活中经常见到的一些反应，大家比较一下他们的反应快慢程度。 铁生锈 烟花燃放 爆炸 溶洞的形成 学生：爆炸和烟花燃放的反应速率非常快，都是瞬间完成的；铁生锈的反应 速率相对慢一些，需要数年才能完成；溶洞的形成反应速率最慢，需要上万年或 者几百万年的时间才能完成
我们在必修2第二章已初步学习了化学反应速率的有关知识，现在我们来一起复习相关内容，（1）决定化学反应速率的根本原因是什么？[学生]反应物的性质；[老师影响化学反应速率的主要因素是反应物的性质，是内在因素，我们人类是不能改变这个因素的。但是，当一个反应确定之后，我们可以尊重其客观规律的基础上通过改变外界条件来改变这个反应的速率，使它按着我们人类需要的速率进行。（2）影响化学反应速率的外因有哪些？[学生浓度、压强、温度、搅拌、催化剂、光、固体的表面积、反应物的状态等。【过渡】本节课重点学校影响化学反应速率的因素【板书】二、影响化学反应速率的因素1、内因：反应物本身的性质——决定2、外因：外界条件——影响【过渡】下面通过实验探究外界条件对化学反应速率的影响。【实验探究】一、浓度对化学反应速率的影响实验原理：实验现象：结论【过渡】为什么浓度会影响化学反应速率，尝试从碰撞理论的角度进行解释【板书】3、碰撞理论解释碰撞理论：反应物分子间必须相互碰撞才能发生反应，反应速率的大小与单位时间内反应物分子间的碰撞次数成正比。活化分子：在化学反应中，能力较高，有可能发生有效碰撞的分子。6
6 我们在必修 2 第二章已初步学习了化学反应速率的有关知识，现在我们来一 起复习相关内容，（1）决定化学反应速率的根本原因是什么？ [学生]反应物的性质； [老师]影响化学反应速率的主要因素是反应物的性质，是内在因素，我们人 类是不能改变这个因素的。但是，当一个反应确定之后，我们可以尊重其客观规 律的基础上通过改变外界条件来改变这个反应的速率，使它按着我们人类需要的 速率进行。（2）影响化学反应速率的外因有哪些？ [学生]浓度、压强、温度、搅拌、催化剂、光、固体的表面积、反应物的状 态等。 【过渡】本节课重点学校影响化学反应速率的因素 【板书】二、影响化学反应速率的因素 1、内因：反应物本身的性质———决定 2、外因：外界条件———影响 【过渡】下面通过实验探究外界条件对化学反应速率的影响。 【实验探究】 一、浓度对化学反应速率的影响 实验原理： 实验现象： 结论 【过渡】为什么浓度会影响化学反应速率，尝试从碰撞理论的角度进行解释 【板书】3、碰撞理论解释 碰撞理论：反应物分子间必须相互碰撞才能发生反应，反应速率的大小与单 位时间内反应物分子间的碰撞次数成正比。 活化分子：在化学反应中，能力较高，有可能发生有效碰撞的分子
活化能：活化分子的平均能量与所有分子的平均能量之差。有效碰撞的条件：【思考】浓度是怎样影响化学反应速率的？为什么增大反应物的浓度会影响反应速率呢？【讲解】对某一具体的化学反应，在其它条件不变时，反应物中活化分子的百分数是一定的，而单位体积内活化分子的数目与单位体积内反应物的总数成正比，即与反应物的浓度成正比。反应物浓度增大，单位体积内活化分子数增多，有效碰撞的频率增加，反应速率增大。即：增多反应物浓度→增加单位体积内活化分子数增加单位时间内有效碰撞次数★加快反应速率影响单位体积内外因分子总数活化分子百分数活化分子数有效碰撞几率化学反应速率增大浓度注意：此规律只适用于气体或溶液的反应，对于固体或纯液体的反应物，般情况下其浓度是常数，因此改变他们的量不会改变化学反应速率。探究二：压强对反应速率的影响思考并回答下列问题：1、一定温度下，一定质量气体的体积与其所受的压强有何关系？2、在密闭容器中，将气体的压强增大到原来的2倍，气体的体积就单位体积内的就到原来的，即体系中反应物的浓度就会。所以，对于气体反应来说，增大压强（减小容器体积），反应物浓度反应速率；减小压强（增大容器体积），反应物浓度，反应速率讨论：如果反应物都是固体、液体或溶液时，改变压强对反应速率有没有影7
7 活化能：活化分子的平均能量与所有分子的平均能量之差。 有效碰撞的条件： 【讲解】对某一具体的化学反应，在其它条件不变时，反应物中活化分子的 百分数是一定的，而单位体积内活化分子的数目与单位体积内反应物的总数成正 比，即与反应物的浓度成正比。反应物浓度增大，单位体积内活化分子数增多， 有效碰撞的频率增加，反应速率增大。 即：增多反应物浓度 增加单位体积内活化分子数 增加单位时 间内有效碰撞次数 加快反应速率 影响 外因 单位体积内 分子总数 活化分子百分数 活化分子数 有效碰撞几率 化学反应速率 增大浓度 注意：此规律只适用于气体或溶液的反应，对于固体或纯液体的反应物，一 般情况下其浓度是常数，因此改变他们的量不会改变化学反应速率。 探究二：压强对反应速率的影响 思考并回答下列问题： 1、一定温度下，一定质量气体的体积与其所受的压强有何关系？ 2、在密闭容器中，将气体的压强增大到原来的 2 倍，气体的体积就 。 单位体积内的 就 到原来的 ，即体系中反 应物的浓度就会 。所以，对于气体反应来说，增大压强（减小容器体积）， 反应物浓度 ，反应速率 ；减小压强（增大容器体积），反应物浓 度 ，反应速率 。 讨论：如果反应物都是固体、液体或溶液时，改变压强对反应速率有没有影 【思考】浓度是怎样影响化学 反应速率的？为什么增大反 应物的浓度会影响反应速率 呢？
响？为什么？通过以上的分析，你得出压强对化学反应速率是如何影响的？结论：对于有其它参加的反应来说，当温度一定时，增大体系的压强，反应速率会？影响单位体积内外因分子总数活化分子百分数活化分子数有效碰撞几率化学反应速率增大浓度注意：压强影响，只适用于讨论有气体参加的反应，当然并不一定全部是气体。在N+3H2==2NH3中当其他外界条件不变时：A、减小体系压强，该反应的速率怎么变？反应速率减慢8B、在反应中保持体系容积不变，充入N2，反应的速率怎么变？反应速率加快C、在反应汇总保持体系容积不变，充入He，反应的速率怎么变？反应速率不变D、在反应中保持体系压强不变，充入He，反应的速率怎么变？反应速率减慢二、温度对反应速率的影响实验目的：探究温度对化学反应速率的影响原理：利用颜色变化的快慢表征反应速率的快慢8
8 响？为什么？ 通过以上的分析，你得出压强对化学反应速率是如何影响的？ 结论：对于有其它参加的反应来说，当温度一定时，增大体系的压强，反 应速率会 ？ 影响 外因 单位体积内 分子总数 活化分子百分数 活化分子数 有效碰撞几率 化学反应速率 增大浓度 注意：压强影响，只适用于讨论有气体参加的反应，当然并不一定全部是气 体。 在 N2+3H2==2NH3中当其他外界条件不变时： A、减小体系压强，该反应的速率怎么变？ 反应速率减慢 B、在反应中保持体系容积不变，充入 N2，反应的速率怎么变？ 反应速率加快 C、在反应汇总保持体系容积不变，充入 He，反应的速率怎么变？ 反应速率不变 D、在反应中保持体系压强不变，充入 He，反应的速率怎么变？ 反应速率减慢 二、温度对反应速率的影响 实验目的：探究温度对化学反应速率的影响 原理： 利用颜色变化的快慢表征反应速率的快慢