人教版高中化学必修二《化学反应与能量》学业质量评价标准解读与教学建议.docx

化学反应与能量学业质量评价标准解读与教学建议1.地位和功能本章包括两个部分化学反应中的能量变化，化学反应的速率和限度，属于化学反应原理的范畴，有重要的学科价值，是深入认识和理解化学反应特点和进程的入门性知识。该部分内容随着学生抽象逻辑思维能力的发展，表现出明显的螺旋形上升，因此本章是建立在学生从初中的化学学习和日程生活经验中接受到的感性认识，上升到理性认识，并为选修阶段的学习乃至终身化学学习打下基础。而另一方面，本章的内容有重要的学生价值，能够帮助学生建立能量转化观。学生以往的化学学习，主要是帮助学生从物质变化的角度认识化学反应，而通过本章的学习，学生需要建立起能量转化的视角来认识化学反应。另外，本章的学习也能够使学生对能量的认识更加全面、丰富。同时，本章内容有重大的社会价值，在社会生产、生活和科学研究中有广泛的应用。通过化学能与热能、电能的相互转化和应用，学生将从化学的角度对能源产业有更深刻的认识，包括化学在能源的生产和利用，新能源技术的开发等。尤其是新型化学电源的开发利用及优势，可以帮助学生进一步具体地、深刻地体会化学的实用性和创造性。通过对化学反应和速率的讨论，学生将从基本原理的层面了解调控化学反应的方法和意义，加深对化学反应条件控制的认识。这样可以加深学生对化学与社会关系的理解，增加对化学学科理论和实用价值的认同感，提升化学学习的兴趣。2.内容结构教材从“热”入手，讲解了化学能与热能、电能的相互转化，从化学反应与能量的变化引出化学反应速率和限度，注重从宏观上对基础知识的讲解，紧密地联系了能源的开发与利用，注重提高学生的科学素养。教材常用提问题的方式引入新课，通过解决问题的方式，引导学生寻求正确的答案，体会科学探究的过程。从图1可以看出，教材在编写时以学科知识为主线，比较注重系统性与知识内在逻辑性，比较全面的落实了新课标的要求，并且还增加了一些拓展性内容。图1 必修2化学反应与能量内容结构3. 义务教育、必修、选修阶段教学目标对比分析本章的内容在初中、必修、选修中均有涉及，但不同阶段的学习具有明显的层次性。在必修阶段，应当从感性认识提升到理性认识，但还应当主要停留在描述和定性分析的层面，对定量的推理和计算不做过多要求。3.1课程标准对比分析义务教育阶段有关化学反应与能量的相关内容，没有独立成为主题，包含在“化学与社会发展”的一级主题下，其二级主题名称为“化学与能源和资源的利用”。高中化学必修阶段化学反应与能量单独成为一个主题。高中化学选修阶段相关内容主要在“化学反应原理”模块下的“化学反应与能量”和“化学反应速率和化学平衡”的两个主题中，具体内容标准如表1所示。表1.“化学反应与能量”相关内容标准分析义务教育阶段内容标准（摘选）义务教育阶段内容标准分析1认识燃料完全燃烧的重要性，了解使用氧气、天然气(或沼气)、液化石油气、煤气、酒精、汽油和煤等燃料对环境的影响，懂得选择对环境污染较小的燃料。2认识燃烧、缓慢氧化和爆炸发生的条件，了解防火灭火、防范爆炸的措施。3略。4知道化石燃料(煤、石油、天然气)是人类社会重要的自然资源，了解海洋中蕴藏着丰富的资源。5略。6了解我国能源与资源短缺的国情，认识资源综合利用和新能源开发的重要意义。1.从燃料的角度对课标在义务阶段对化学反应的条件的认识、化学反应的热效应停留在感受宏观现象的水平上，并且使学生能够通过控制燃烧的条件来进行灭火，让学生能够通过控制燃烧的条件来进行灭火，让学生初步感受通过控制化学反应的条件来调控反应，另外通过感受化学反应的热效应，认识化学反应中有能量变化。2.从宏观现状上了解能源和资源，启发学生的节约资源和合理利用能源的意识。必修阶段内容标准必修阶段内容标准分析1知道化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因。2通过生产、生活中的实例了解化学能与热能的相互转化。3举例说明化学能与电能的转化关系及其应用。4认识提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料和研制新型电池的重要性。5通过实验认识化学反应的速率和化学反应的限度，了解控制反应条件在生产和科学研究中的作用。1.学生能够从化学键的角度来分析化学反应中能量变化的主要原因。2.学生能够在实际生活中举例说明化学反应中能量变化的常见形式即化学能转化为热能、化学能转化为电能。3.定性了解实际生活中提高化学能转化为热能的效率，以及将化学能转化为电能的新型电池这种装置的研发。4.从化学反应速率和限度来认识化学反应，从而更好的调节化学反应速率和限度来调控化学反应，为人们生产生活服务。选修阶段化学反应与能量内容标准选修阶段内容标准分析1了解化学反应中能量转化的原因，能说出常见的能量转化形式。2通过查阅资料说明能源是人类生存和发展的重要基础，了解化学在解决能源危机中的重要作用。知道节约能源、提高能量利用效率的实际意义。3能举例说明化学能与热能的相互转化，了解反应热和焓变的涵义，能用盖斯定律进行有关反应热的简单计算。4体验化学能与电能相互转化的探究过程，了解原电池和电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。5通过查阅资料了解常见化学电源的种类及其工作原理，认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。6能解释金属发生电化学腐蚀的原因，认识金属腐蚀的危害，通过实验探究防止金属腐蚀的措施。1.对于化学反应中能量变化的原因要求是了解其原因，（含非主要原因，如物质状态变化）并且从实际能量转化的实例中归纳出常见的能量转化形式。2.对于能源节约和能量利用效率的提高要求其知道重要意义，从对必修的提高燃料的利用效率的认识拓宽到能量的利用效率的认识。3. 化学能与热能的相互转化,要求能从定量角度来描述化学反应中能量变化了多少,并且能够利用盖斯定律根据几个化学反应体系的热效应来计算出其中一个化学反应体系的反应热。也就是说对化学反应中能量变化的认识水平从定性展到了定量的水平，另外从对单一的化学反应体系能量变化的定量认识拓展到几个反应体系之间的能量变化的关系的定量研究。4. 对化学能与电能之间的相互转化，要求是能从了解化学能转化为电能和电能转化为化学能的双向关系，并且能够了解二者的原理并将原理用电极反应方程式和电池反应方程式来表达出来，将此原理应用于实际的装置电解池和原电池也要求能对此进行分析出原理。5. 对于化学电池种类和化学能与电能相互转化的重要意义要求有所了解。6.通过对金属腐烛这样一个化学反应的原因分析，认识到其危害，并能够从实验探究阻止金属腐烛的措施。这个是要求分析化学反应的原因，从而来调控化学反应发生的条件来调控化学反应,进而阻止有害化学反应的发生。选修阶段化学反应速率和化学平衡的内容标准选修阶段化学反应速率和化学平衡的内容标准分析1知道化学反应速率的定量表示方法，通过实验测定某些化学反应的速率。2知道活化能的涵义及其对化学反应速率的影响。3通过实验探究温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响，认识其一般规律。4通过催化剂实际应用的事例，认识其在生产、生活和科学研究领域中的重大作用。5能用焓变和熵变说明化学反应的方向。6描述化学平衡建立的过程，知道化学平衡常数的涵义，能利用化学平衡常数计算反应物的转化率。7通过实验探究温度、浓度和压强对化学平衡的影响，并能用相关理论加以解释。8认识化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。1.对化学反应速率的表示方法要求知道并能通过实验进行测定。对影响化学反应速率的外因和内因要求了解，从而认识化学反应速率的一般规律。而对影响化学反应速率的内因活化能要求了解其涵义和对化学反应速率的影响情况，而对化学反应速率影响的外因要求是通过实验进行探究从而认识一般规律，并通过实例来了解催化剂对生产、生活和科学探究领域中的重大作用。2. 对于化学反应方向要求能够运用焓变和熵变来说明；对化学平衡的建立要求能够定性描述其过程和定量了解化学平衡的涵义以及能够利用化学平衡常数来计算反应物的转化率从而定量了解化学反应的限度。另外对于化学反应限度的影响因素要求能够用相关理论来解释。3. 还要认识到调控化学反应速率和化学平衡在实际生产生活中的应用价值。3.2学业质量评价标准分析具体而言，化学反应与能量在选修阶段的内容和难度应参考表2。表2 化学反应与能量学业质量评价标准与解读“化学反应与能量”学业质量评价标准学业质量评价标准解读第一节 化学能与热能1知道各种物质都储存有化学能，化学能越低物质越稳定。2通过宏观（实验现象）微观（化学键的断裂与生成）符号（能量变化示意图、“反应过程能量”曲线图）三重表征，建立化学键与化学反应过程中不同形式的能量之间相互转化的关系，形成能量守恒的观念，建立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。3能根据吸热和放热判断反应物和产物总能量的高低，知道一些常见的放热反应和吸热反应。 4通过了解化学能与其他形式能量的相互转化事实，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源方面有着核心意义，感受化学对人类社会进步的促进作用。该节的重点在于从微观化学键的角度来解释化学反应中为什么会有能量变化，能利用化学键键能的改变值估算化学反应中的能量变化值；同时能够用符号定性表征化学反应过程中能量的转化，从宏观、感性的层面深入到微观、抽象的层面，建立起认识化学反应与能量转化的框架。对于该节涉及到的诸多概念，例如化学能、吸热反应、放热反应，不要求对其进行严格地定义，不对反应物或生成物的总能量的实质进行深究，不是静态从物质和能量关系的角度来解释，而是侧重与能量的转化与相对高低，帮助理解和积累一些常见的放热反应和吸热反应，对熟悉的反应从另一角度进行再认识。同时，通过对化学能与其他形式能量转化的应用，感受化学对能源领域的重大意义。第二节 化学能与电能1知道火力发电的原理是将化石燃料燃烧放出的能量（即化学能）先转变为机械能再转变为电能。2知道原电池是一种化学能直接转化为电能的装置，以铜锌原电池（稀H2SO4作电解液）为例，通过宏观（实验现象）微观（线路中电子、溶液中离子流动的方向分析）符号（电极反应式）三重表征，形成原电池工作原理。3会根据原电池工作原理判断原电池的正负极，以及电流、电子、溶液中离子的流动方向，会书写铜锌原电池的电极反应式。4能够根据原电池产生电流的条件，用日常生活中的材料制作简易电池，体验科学探索的乐趣。5通过了解传统干电池、充电电池及氢氧燃料电池的结构和工作原理，体会化学的实用性和创造性，通过认识化学电源可能会引起的环境问题，初步形成较为客观、正确的能源观。本节主要探讨化学能向电能的间接、直接转化方式，以化学电池为主要内容。只要求对化学电池的原理和装置有初步认识，不要求上升为规律性的知识。能够将实验现象、微观粒子（电子和离子）的流动方向，电极反应式这三重表征联系起来，能够建立原电池原理的微观认识，并能用电极反应式表征出现成的、熟悉的单液原电池的工作原理即可。对于原电池的装置，只要能够判断出各个部分，通过原电池的工作原理理解各个部分的意义和作用。同时本节通过对多种形式的化学电池进行了解，认识化学与社会生产、生活的关系，能够在能源和环境领域建立较为客观的评价。第三节 化学反应的速率和限度1通过日常生活现象的分析及科学研究数据的分析，初步形成化学反应速率的概念及其定量表示方法，同时知道对比气泡产生快慢、溶液褪色时间等实验观察方法比较化学反应速率的方法。2通过生活常识和实验现象分析，知道化学反应速率受外界条件影响（温度、催化剂、固体的表面积、反应物的状态、溶液的浓度等）。3通过化学史故事及回忆相关元素化合物知识，知道化学反应有限度。4知道当可逆反应的正反应速率与逆反应速率相等且不为零时，化学反应达到平衡状态，这时可测量到反应体系中各物质的浓度都保持不变。5通过“如何提高煤的燃烧效率”的调查、讨论，体会控制化学反应条件的意义。本节内容需要借助定量实验培养学生获取数据和分析数据的能力，对于化学反应速率的概念，只需要知道其定量的表示方法，并能够依据此概念认识化学反应有快慢之分，帮助判断化学反应的快慢，而不进行复杂的换算。通过实验和生活经验的归纳出一些简单的结论，来理解通过控制反应条件对调节反应速率的意义。对于化学反应的限度，首先是感受到它的存在，转变“化学反应都能进行到底”的固有观念，了解化学平衡的特征，初步建立平衡观，而不需对相关概念从原理、定义的高度予以重点讨论。最后，能够综合化学反应速率和限度，对速率和限度的观点进行应用，多角度地体会控制化学反应条件的意义。4.课时安排第一节 化学能与热能 2课时第二节 化学能与电能 2课时第三节 化学反应的速率和限度 2课时机动 2课时总计 8学时5.教学建议本章的教学由于在初高中呈现明显的螺旋形上升，因此特别需要把握好学生的已有基础和经验，并注意不宜拓展选修层次的内容。学生的已有基础和经验主要来源有两类：一是学科基础。在化学学科的义务教育阶段，学生通过对以燃烧为主的化学反应的学习，感受到了化学反应中的热效应，知道化学反应中有能量变化，同时通过对燃烧、缓慢氧化和爆炸发生的条件的学习，初步认识到条件能够调控化学反应。在其它相关学科如物理、生物中，学生学习了电源、电压、电流等概念，有关于电路的初步电学知识，但只有少数学生知道“电势”这一概念；学生也从物理学科中学习了内能、比热容等概念以及有关能量守恒和转化的相关知识。在生物学科方面，学生学习了关于酶能够促进化学反应的相关知识，也建立了对生物体内缓慢氧化反应的初步认识。二是日常生活经验。学生能够在日常生活中观察到许多化学反应中伴随的能量变化的现象，例如燃烧煤气、天然气等时的火焰和放出热量，同时也认识到，加热能够使食物从生变熟。本文将围绕这一章中三个主要问题展开关于教学建议的讨论，分别是“化学反应与能量变化有何关系”“如何利用化学反应获得能量”“如何控制条件调节化学反应”。5.1化学反应与能量关系的教学“能量观”是从能量角度对物质及其化学变化本质的深层次理解，其内涵如图2所示。学生“能量观”的形成与发展是以相关具体知识的学习为基础的。“化学能与热能”是发展学生“能量观”认识的重要载体。图2 能量观视角下的“化学能与热能”知识层级分析在该教学核心活动中，一是对化学反应中的能量变化进行感知；二是对化学反应中的能量变化进行解释；三是利用化学反应与能量关系分析实际问题。5.1.1感知化学反应中的能量变化在对化学反应中的能量变化进行感知的教学中，需要注重创设教学情境，引导学生发现并提出新的问题。创设教学情境的方式可以有两种：第一种是应用实验创设教学情景。通过酸碱中和反应、酸与金属的反应、消石灰与氯化铵的反应，引发学生思考：上述反应中哪些是吸收能量的反应、哪些是放出能量的反应，并鼓励学生根据生活经验和以往化学实验中观察到的现象举出其它放出能量或吸收能量的反应。然后引发学生进一步思考化学反应中能量变化的原因，进行理论探讨。第二种是通过人类开发和利用能源的录像、图片等，或提出一个有关能源的社会实际问题，将化学与社会的关系放在中心，渗透化学社会学的观点，侧重调动学生的学习兴趣和热情，将课内的教学、资料和课外的学习任务、调研和生活经验结合起来。5.1.2 解释化学反应中的能量变化必修2中的这一章内容，学生已经从初中化学中获得了感性认识，并且在日常生活中已经有了丰富的感性经验。在教学中，应当利用好这些素材，从宏观总能量和微观化学键的角度，将这些感性经验升华，认识化学反应中能量变化的主要原因。对化学反应中伴随有能量变化的实质、化学反应中能量转化的形式以及化学反应的速率和限度等有所了解，从化学反应中有能量变化的现象入手到其本质原因，再到能量转化不同形式的原理分析，再到实际应用，由表及里、由现象到本质来分析得出其实质原因和原理，对化学反应与能量的认识达到定性认识的水平。同时，本章内容也要做好与必修1和必修2第一章的衔接。在必修1和必修2的第一章中，学生学习了大量的化学反应，并通过相关理论（氧化还原反应、离子反应）和概念（化学键）对化学反应中的物质变化有了较为深入的了解，已经建立起了认识化学反应中的物质变化的三重表征。而在本章中，需要在熟悉反应的物质变化的基础上增加从能量的角度认识化学反应，借助“化学键”这一主要概念，将化学键在物质结构和物质变化中的作用和能量变化中的作用结合起来，认识化学反应中能量变化的主因。同时，借助化学反应中化学能变化示意图从化学反应体系的角度进行教学，重点在于认识到能量变化则等于生成物体系与反应物体系总能量的差，并形成能量变化中能量守恒的观念。5.1.3利用化学反应与能量关系分析实际问题该部分的核心问题是“化学反应与能量的关系可以如何应用”。通过分析生产生活中的实际问题，建立新知识与已有经验间的联系，利用所学知识重新认识生活中常见的现象或事实，体会化学学科的实用性，提升从能量角度对化学反应的认识。例如采用下面的一系列问题讨论：【问题1】我们知道了化学反应中伴随着能量变化，这可以用来做什么？请举例说明。【问题1.1】甲烷是常见的燃料，甲烷在燃烧反应中生成的水和二氧化碳不能作为燃料，为什么？请利用所学知识加以分析。【问题1.2】工业上用高温煅烧石灰石制备CaO，请分析“高温”的作用是什么？【问题1.3】氢气燃烧是放热反应，但氢气燃烧前需要“点燃”。你知道“点燃”的作用是什么吗？5.2基于化学反应获得能量的教学该教学核心活动分为以下两个部分：一部分是从化学反应当中直接获得能量并进行具体应用，主要指将化学能转化为热能的应用；另一部分是对化学反应中能量转化的应用，主要指化学电池的原理与装置。5.2.1化学能转化为热能的应用由于物质在化学反应过程中的能量变化主要是吸热或放热，换言之，通过化学反应可以使物质释放出一定的热量，可对这部分热量进行收集和利用。该部分的教学通过化学能转化为热能在生产、生活中的诸多实例帮助学生认识到化学在能源利用中的巨大作用。例如，教师可向学生提出自热式饭盒的实例，并让同学们对其原理进行解释。同时，也可以通过化石燃料的燃烧、火力发电的例子分析化学能转化为热能的利弊所在，与化学能转化为电能进行铺垫。5.2.2化学能转化为电能的应用在“化学能与电能”这一节学习之前，学生已经通过生活经验和学科学习建立了对“电”这一概念的认识。例如在生活方面，不仅知道火力发电和水力发电，而且接触了各式各样的电池和电器。同时，在物理学中，学生已经学习了关于电源、电压、电流等初步关于“电”的知识，因此学生对于电池的工作原理，对外供电的原因已经有了一些思考与困惑。而该节的难点就在于理解原电池原理，特别是电流的形成、电子的流动方向、两极的反应等。需要设计合适的问题串，逐步引导学生由浅入深，进行思考和探究。案例：一、思考问题，寻找答案（实验1、将Zn、Cu同时插入稀硫酸中） 1.反应中，哪种物质失电子，哪种物质得电子？ 2.Zn和H+之间电子是怎样转移的？ 3.什么方法可使Zn与H+分开，不让H+直接在Zn表面得电子？ 二、思考问题，寻找答案（实验2、将Zn、Cu同时插入稀硫酸中，并通过导线连接Zn与Cu） 1.H+得到的电子是Cu失去的吗？ 2.Zn和Cu的表面上分别发生了什么变化？ 3.你怎样才能知道导线中有电子通过？ 三、在实验2的基础上，在连接Zn与Cu的导线之间接上电流计。解释实验现象：电子由Zn-导线-铜片-H+ 定向移动产生电流，故电流表的指针发生偏转。四、思考问题，寻找答案 1、电子由Zn到H+经历了哪些途径？ 2、你认为这个过程能量是如何转化的？ 在原电池的教学中，需要进行合适的引导，发挥好铜锌原电池这一载体的作用，尽可能的让学生的思维外显，给学生充分的时间观察、思考与体悟，通过交流讨论和实验解决理解原电池工作原理中存在的困惑。5.3基于化学反应速率与限度调控化学反应的教学对化学反应速率和限度的学习，并非让学生深入到化学热力学和动力学的知识之中，而是建立另一个研究化学反应的角度，认识化学反应的特征，通过实验得出一些简单的结论，构成解决“如何更有效地利用和控制化学反应”这一问题的重要依据，侧重的是体会一个由宏观到微观、有感性到理性、有简单到