逍遥学能 2013-05-18 19:29
必修2 第二 化学反应与能量
第一节 化学能与热能
一．教材分析
在学生对化学键有了初步的认识后，本节书从“化学键的破与立”出发，初步建立起以化学键为中心的化学反应及其能量变化的微观认识框架，突出人们研究化学反应的目的不仅是围绕其物质变化，还有能量变化。使学生懂得从这两个角度重新关注化学反应，从而为认识化学反应和应用化学反应奠定基础。
本节书内容属于化学反应原理的范畴，是重要的原理性知识之一，在学生形成知识体系的过程中起到承上启下的作用。初中化学从燃料的角度初步学习了“化学与能”的一些基本知识，学生已经知道化学反应伴随着能量变化。而在选修模块“化学反应原理”中，将从科学概念的层面和定量的角度比较系统深入地学习化学反应和能量的原理。因此，本节内容既是对初中化学相关内容的提升与拓展，又是为选修“化学反应原理”奠定必要的基础。
本节书在探讨化学反应能量变化的同时，还通过“生物体中的能量转化”和“社会发展与能利用”引出现代能危机、提高能利用率和开发新能等与化学学科密切相关的内容，体现化学学科的实用性和重要性，增进学生对化学的兴趣和情感。
二．目标
1．知识与技能目标：
（1）知道化学反应有物质变化的同时还伴随着能量的变化，这些能量变化通常又表现为热量的变化。
（2）能从化学键的角度（微观角度）理解化学反应中能量变化的主要原因，并能根据事实判断吸热反应、放热反应。
（3）通过化学能与热能的相互转变，理解“能量守恒定律”，初步建立起科学的能量观。知道化学反应是吸收能量还是放出能量，取决于的总能量与生成物的总能量的相对高低。（宏观角度）
2.过程与方法目标：
（1）通过阅读图2-1，学习用图表表示吸热反应和放热反应中能量变化的方法，并从中归纳出能量转化的规律，培养学生观察、阅读、分析图表和归纳信息的能力；
（2）通过实验2-1、实验2-2，让学生体验化学反应中的能量变化和掌握判断吸热反应和放热反应的简易方法；
（3）通过实验2-3（改进），让学生明白定量实验对精确度的要求（实验操作、多组实验），同时培养学生根据实验现象、结论进行归纳和概括，从而形成“中和热”概念的能力；
（4）结合P34“思考与交流2”，培养学生从减小误差的角度（实验装置、实验操作）设计定量实验的能力；
3.情感态度与价值观目标：
通过P35“科学视野”，让学生体会化学学科能够解决能量转化率、利用率低的问题，同时化学学科在开发合成新能方面有着核心意义，增进学生学习化学的热情，体会化学学习的价值。
三．重点：
1．化学能与热能的内在联系及相互转变。
2．从宏观和微观角度理解化学反应中能量变化的原因，建立科学的能量变化观。
四．教学难点：从本质上（微观结构角度）理解化学反应中能量的变化。
五．教学主线：（第一时）
六．教学流程：
第一时：
【情境引入】利用P32《学与问》
①天然气燃烧可以利用在北方暖气设备中，其化学原理是什么？ （CH4+2O2=====CO2+2H2O放出的热量，可以做演示实验）
热量从何而？（物质中都有化学能）
②石灰石经过高温煅烧才能变成生石灰，高温条起什么作用？（热能对反应的支持）
【思考与交流】通过以上两个例子，结合你的知识，你知道化学反应中有哪些变化？你对化学反应的特征有什么进一步的认识？（化学反应中有物质变化，也有能量变化）
【过渡】为什么化学反应中存在能量的变化？接下，我们将从微观和宏观的角度分析。
【提问】在第一我们学习化学键后，对化学反应的本质有了怎样的新认识？化学键是指什么？
【小结】断裂化学键要吸收能量，形成化学键会放出能量，这就是化学反应发生能量变化的主要原因。
【投影】资料：在25℃和101kPa的条
断开化学键吸收形成化学键放出
H-H436kJ/molH-H436kJ/mol
C-H415kJ/molC-H415kJ/mol
【思考】请问断开1mol CH4所有的C-H需要吸收多少能量？（吸收4mol×415kJ/mol＝1660kJ）
【引导】从微观的角度看，一个确定的化学反应完成后的结果是吸收能量还是放出能量，由什么决定？（所有断键吸收的总能量与所有形成新键放出的总能量的相对大小）
【过渡】上面我们从微观角度分析了化学反应能量变化的主要原因，那么从宏观角度又是判断一个反应到底是放热还是吸热呢？
【学生活动】阅读P33图2-1，尽量从图中归纳出能量转化的规律。
①能量有不同形式，可以相互转化；
②化学反应中能量是守恒的；
③当E反应物＞E生成物，化学反应放出能量；当E反应物＜E生成物，化学反应吸收能量。
【小结】我们在初中学习过“质量守恒定律”，知道自然界中物质可以相互转化，但是总质量保持不变；同样一种能量可以转化成另一种能量，能量也是守恒的，这就是“能量守恒定律”这是两条基本的自然定律。
【练习】以天然气燃烧为例，填写“大于”或“小于”
断键吸收的总能量小于形成新键放出的总能量；反应物的总能量大于生成物的总能量
【过渡】在天然气燃烧取暖的例子中，化学反应的能量变化主要表现为什么？（热量的变化，有些是吸热反应，有些是放热反应）在实验中通过哪些途径能说明能是吸热反应还是放热反应？（触摸反应器、温度变化）
【学生活动】分组实验2-1
①明白实验目的（了解铝和盐酸反应中热量变化的情况）
②完成实验，填写实验表格
实验步骤眼睛看到的现象用手触摸的感觉用温度计测量的数据
在一支试管中加入2~3mL 6mol/L盐酸
向含有盐酸的试管中插入打磨过的铝条
实验结论
实验拓展思考①放热反应是否不需要任何条就能反应？
②你还知道哪些反应是放热反应？（金属与酸的反应，燃料的燃烧，中和反应，物质氧化）
【过渡】是否每个实验都能通过温度计测定温度变化从而说明热量变化情况？
【学生活动】分组实验2-2。先阅读实验2-2，
①该实验通过什么现象说明热量变化？
②闻气味的目的？
③完成实验，填写实验表格
实验步骤实验现象得出结论
将晶体混合后立即用玻璃棒快速搅拌混合物
用手触摸烧杯底部
用手拿起烧杯
反应完后移走烧杯上的多孔塑料片，观察混合物
涉及的化学方程式：
实验拓展思考
（总结吸热反应与加热的关系）①吸热反应是否必须要加热才能发生？
②需要加热才能发生的反应是否一定是吸热反应？
③你还知道哪些反应是吸热反应？（需要持续加热的反应）
【小结】学生归纳本内容。
第二时：
教学主线：
教学流程：
【前练习】
【过渡】上节我们了解了放热反应和吸热反应。而中和反应是一类重要的反应，根据上节，结合反应物的状态，通过什么途径说明热量变化呢？（反应前后温度改变）
【学生活动】实验2-3（这是一个半定量的实验，结合紧接着的“思考与交流”，就要求学生对定量实验要从实验装置、实验操作等方面考虑减少误差的问题，要求较高，不同学校可以根据实际情况选择：（1）知识性介绍，直接引出“多次测量”和装置的要求；
（2）按照教师用书改进三组实验，加深对定量实验和“中和热”的理解）
反应物及用量酸HNO3 50mL 1mol/LHCl 50mL 1mol/LHCl 50mL 1mol/L
碱NaOH 50mL 1mol/LNaOH 50mL 1mol/LOH 50mL 1mol/L
混合前温度室温室温室温
混合后温度
结论
三组实验共性概括强酸强碱发生中和反应时放出热量
实验前思考：①实验中保证哪些条相同？
②为何要“缓缓地倾入烧杯中”？
③为何要“用玻璃棒搅拌”？
④混合后的温度如何读出？（强调本说的“溶液温度变化过程”）
实验中注意：A.三组实验所处条要相同，如使用的仪器、外界环境中温度和压强要相同；
B.三组实验酸和碱的用量要相同，以保证生成水的量相同；
C.控制相同的反应时间。
实验后思考：①写出三个反应的化学方程式和离子方程式。
②温度的变化说明什么问题？温度变化的幅度如何，说明什么问题，为什么？
（中和反应都放热；中和反应的本质相同，三个反应中反应了的H+和OH-离子的量都相等，放出的热量相等）
【小结】为了专门描述中和反应的热量变化，我们使用“中和热”的概念。把酸与碱发生反应生成1molH2O时所释放的热量称为中和热。
【提问】上述三个反应各自所释放的热量是否就是中和热？（不是）
【思考与交流】如果要通过实验测定盐酸与氢氧化钠反应的中和热，你认为在设计实验装置和操作时应该注意哪些问题？
【学生讨论】
【小结】在设计实时应从以下方面考虑，减小实验误差：
（1）实验原理：多次平行实验取平均值
（2）实验装置：①使用绝热装置，避免热量散发到反应体系之外；
②盐酸跟氢氧化钠溶液混合后液面上方的空间尽可能小
③使用精确度高的仪器和准确浓度的溶液
（3）实验操作：①准确量取溶液体积
②反应过程中充分搅拌
【过渡】可见，化学反应伴随着能量变化是化学反应的基本特征之一。人类利用化学能转化为热能的原理获取所需的大量热量正在改变着我们的生活，指导着生产和科研。
【投影】燃料燃烧、发射火箭的图片或视频
【过渡】化学家还常常利用热能促进很多化学反应得以发生，例如制备物质。
【学生活动】阅读P37后练习7并完成。
【小结】能量越高越不稳定。
【过渡】其实化学反应涉及的能量变化在生物界是普遍存在的，请阅读P35“科学视野1”，思考化学反应在不同的反应条和进行方式下能量变化如何？
【小结】同一个化学反应在不同的反应条和进行方式下，反应最终产物一样，本质相同，所放出的能量相等，但是能量的转化率和利用率不同。
【过渡】虽然如此，但是化学学科的研究却能解决能量转化率和利用率不高的问题，并能通过化学找到更多的高效能。阅读P35“科学视野2”，思考现代广泛使用的各种能中，那些和化学有关？
【小结】柴草、化石燃料的燃烧；氢能、生物智能、核能、太阳能的开发与利用。