化学反应与能量 (必修2).doc

第二章 化学反应与能量 （必修2）南京师范大学化科院2004级教育硕士 成华教材分析：本章共三节，可分为两个部分化学反应和能量、化学反应速率和限度，它们都属于化学反应原理范畴，是化学学科最重要的原理性知识之一，也是深入认识和理解化学反应特点和进程的入门性知识。同时，它们又是在社会生产、生活和科学研究中有广泛应用的知识，是对人类文明进步和现代化发展有重大价值的知识，与我们每个人息息相关。因此，化学能对人类的重要性和化学反应速率、限度及条件控制对化学反应的重要性，决定了本章学习的重要性。初中化学从燃料的角度初步学习了“化学与能源”的一些知识，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、化学反应速率和化学平衡的原理。因此，本章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。通过化学能与热能、电能的相互转化及其应用的学习，学生将对化学在提高能源的利用率和开发新能源中的作用与贡献有初步认识；通过对新型化学电源开发利用的介绍，学生将对化学的实用性和创造性有更多的体会；通过对化学反应速率和限度的讨论，学生将从原理上加深对化学反应条件的认识。这些都会增进学生对化学的兴趣和情感，体会化学学习的价值。由于本章内容在初中化学、高中必修模块和选修模块中均有安排，体现了学习的阶段性和层次性，在具体内容上前后还有交叉和重叠，因此，教师在教学时要充分注意到这一点。既要加强教学内容与实际的联系，体现化学的实用性和重要性，又要注意知识的前后联系和阶段性、渐进性，把握教材内容的深度、广度，防止任意拓宽加深，增加学生负担。第一节 化学能与热能 （第1课时）一、教学目标1、 通过实验使学生解化学反应中能量变化的主要表现形式，理解吸热反应、放热反应、中和热等基本概念2、 通过实验探究使学生了解科学研究的一般过程和基本方法，初步培养其解决实际问题的科学探究能力。3、 通过实验教学激发学生学习化学的兴趣，初步培养学生交流、合作、反思、评价的能力。二、教学重点：吸热反应、放热反应、中和热等基本概念。三、教学难点：实验探究的基本过程和方法。四、教学过程：创设问题情景 在一支试管中放入一小块生石灰，加入少量水，让学生观察实验现象，再让学生用手触摸试管外壁，然后要求学生回答观察到了什么现象？触摸试管外壁时有何感觉？说明什么问题？并要求学生写出反应方程式。结论 生石灰与水反应生成糊状的氢氧化钙，试管发烫，说明反应放出了热能。设问 热能是能量的一种表现形式。那么，除刚才的这个反应，其它的化学反应过程中是不是也会有能量变化呢？其表现形式又是怎样的？根据你已有的知识经验举例说明。学生举例、说明归纳小结物质在发生化学反应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。设疑 那么，化学变化中热量变化的具体形式又有哪些呢？这将是我们本节课研究的主要内容。下面我们通过实验来进行研究、探讨，从中我们还可以了解到科学探究的一般过程和方法。实验探究1【实验2-1】实验要点：铝与稀酸和弱酸反应现象不明显，常常需要加热，所以要选择强酸且浓度不要太低。尽量使用纯度好的铝条，反应前要用砂纸打磨光亮，这样进行实验时，用手触摸才能明显感觉到反应放热，用温度计测量效果会更好。实验报告设计：实验目的 1.了解铝与盐酸反应中热量变化的情况； 2.学会观察和测定化学反应中热量变化的方法。实验要求 组内成员共同合作完成下列三个栏目中所要求的学习任务。实验活动时间： 小组成员姓名： 思考与讨论1.铝与盐酸反应的化学方程式： _。2.在反应过程中你将能看到什么现象？3.用眼睛不能直接观察到反应中的热量变化，你将采取哪些简单易行的办法来了解反应中的热量变化？4.要明显的感知或测量反应中的热量变化，你在实验中应注意哪些问题？实验记录实验步骤*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23mL6mol/L的盐酸溶液 向含有盐酸溶液的试管中插入用砂纸打磨光的铝条 结论 反思与评价（一）个人反思和总结1.通过这个实验你学到了哪些化学知识？学会了哪些实验方法？2.在整个过程中，你最满意的做法是什么？你最不满意的做法是什么？（二）组内交流和评价1.在思考、讨论过程中，同组成员给了你哪些启示？你又给了同组成员哪些启示？2.在实验过程中，同组成员给了你哪些帮助？你又给了同组成员哪些帮助？（三）组间交流和评价1.当听完其他小组的汇报后，发现他们的哪些做法比你们小组的好？哪些不如你们的好？2.当听完其他小组的汇报后，你是否又有了新的想法？根据你在这次活动中的收获和表现，以10分制计算，你的得分是 。请阐述理由: _。请将你的报告送交到老师处。谢谢合作！实验探究2 实验2-2实验要点：这个实验成功的关键是在短时间内反应充分进行，使体系温度快速降低，将玻璃片上的水凝固。实验中要注意两点：（1）将Ba(OH)28H2O晶体研磨成粉末，以便与NH4Cl晶体充分接触；（2）由于该反应属于固相反应，一定要在晶体混合后立即用玻璃棒快速搅拌混合物，以使它们很快起反应；（3）反应放出有刺激性气味的氨气，会造成学习环境的污染，所以要注意对氨气的吸收。实验探究过程如下：（一）提出研究的题目在常温下氢氧化钡晶体与氯化铵晶体反应过程中能量的变化。（二）收集实验证据1.阅读教材并根据已有知识设计实验方案和实验步骤如下：2.根据上述实验方案和步骤讨论实验过程中应注意的问题。3.分组实验，观察实验现象，收集实验事实。4.汇报实验现象和结果。（三）整理并得出结论1.列表整理实验事实和结论：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下部用手拿起烧杯将粘有玻璃片的烧杯放在盛有热水的烧杯上一会儿再拿起反应完后移走烧杯上的多孔塑料片，观察反应物2.用化学方程式表示上述反应：_.（四）反思与评价1.整个实验中有哪些创新之处？2.在实验过程中对你最有启迪的是什么？2、你觉得做这个实验时需要注意哪些问题？还可以做哪些改进？实验中对你最有启发的是什么？小结化学反应中的能量变化经常表现为_。设疑通过前面的学习，我们知道燃烧反应、金属与酸的反应是_热的，而氢氧化钡晶体与氯化铵晶体的反应是_热的，那么，作为一类重要而常见的反应，酸与碱的中和反应是放热的还是吸热的呢？下面，请同学们自己通过实验来揭开这个秘密。实验探究3 【实验2-3】改进为下列的三组对比实验进行。讨论与交流实验要点：通过三组强酸和强碱之间的反应对比实验，定性的抽象出“中和热”概念。在实验中要注意：（1）三组实验所处条件要相同，如使用的仪器、外界环境中温度和压强要相同；（2）三组实验酸和碱的用量要相同，以保证生成水的量相同；（3）控制相同的反应时间。步骤一：三个学生各取一个大小相同的试管，分别做一个实验并记录实验现象和数据。步骤二：汇总实验现象和数据并列表比较。 反应物及用量酸HNO3 50 mL 1 mol/LHCl 50 mL 1 mol/LHCl 50 mL 1mol/L碱NaOH 50 mL 1 mol/LNaOH 50 mL 1 mol/LKOH 50 mL 1mol/L混合前温度室温室温室温混合后温度t1t2t3结 论 对实验进行归纳和概括思考：对实验进行原理性抽象为什么强酸与强碱发生反应时都会放出热量？ 讨论与交流1、通过实验，你得出什么结论？如何解释？2、通过这个实验，你学到了哪些知识？学会了哪些研究方法？3、要明显的感知或测量反应中的热量变化，实验中应注意哪些问题？如何减小你与同组同学的实验结果的差异？4、听完其他小组的汇报，发现他们的哪些做法比你们好？哪些不如你们的好？你现在是否又有了新的想法？假如要让你设计一个能较准确地测量反应中热量变化的装置，它的大体构造是怎样的，你可以和同学交流探讨共同确定。教师讲解1、中和反应都是放热反应。2、三个反应的化学方程式虽然不同，反应物也不同，但本质是相同的，都是氢离子与氢氧根离子反应生成水的反应，属于中和反应。由于三个反应中氢离子与氢氧根离子的量都相等，生成水的量也相等，所以放出的热量也相等。3、中和热：酸与碱发生中和反应生成1mol水所释放的热量称为中和热。4、要精确地测定反应中的能量变化，一是要注重“量的问题”，二是要最大限度地减小实验误差。总结本节课我们结合已有的知识经验，以实验为主要的研究手段，初步探讨了化学反应中的能量变化及其主要形式。相信通过学习，同学们会有许多收获。但是，随着学习的深入，也必然会有更深层次的问题涌现出来，比如：化学反应中为什么伴随有能量的变化？为什么有的反应放热，有的反应吸热？如何来合理地表达反应中的能量变化？等等。这些问题我们将在下一节课上进一步探讨。练习与实践第一节 化学能与热能 （第2课时）一、教学目标1、使学生能从化学键的角度理解化学反应中能量变化的主要原因，学会判断放热反应和吸热反应，初步掌握热化学方程式的书写。2、 使学生能从微观的角度来解释宏观化学现象，建立起微观世界和宏观世界的联系，初步培养其想象能力。3、 使学生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，加深其对化学在解决能源问题中重要作用的认识，增强学习化学的兴趣。二、教学重点：化学能与热能的内在联系及相互转变。三、教学难点：从本质上理解化学反应中能量的变化，从而建立起科学的能量变化观。四、教学过程：导入 通过上节课的学习，我们对化学反应中的能量变化有了初步的认识，知道了反应中的能量变化通常表现为热量的变化放热或者吸热，也了解了中和热的概念。那么，很多同学会有这样一些疑问：化学反应中为什么会有能量变化？为什么不同反应的热效应不同？本节课，我们将围绕这些问题，先从微观和宏观的角度来揭示这些秘密，然后介绍反应中热效应的表示方法，最后再谈谈化学在能源开发、利用中的作用和地位。创设问题情景 氢气和氯气的混合气体遇到强光会发生什么现象？为什么？学生思考、讨论 氢气和氯气的混合气体遇到强光会发生爆炸。这是因为反应在有限的空间里进行，放出大量的热，使周围气体急剧膨胀。进一步思考 反应中的热量由何而来？ 氢气和氯气反应的本质是什么？学生思考、讨论 从化学键角度分析氢气和氯气反应的本质。教师补充讲解 化学反应的本质是旧键的断裂和新键的形成，化学键是分子或化合物里的原子之间强烈的相互作用。断开反应物中的化学键需要吸收能量，而形成生成物中的化学键要放出能量。氢气和氯气反应的本质是在一定的条件下，氢气分子和氯气分子中的H-H键和Cl-Cl键断开，氢原子和氯原子通过形成H-Cl键而结合成HCl分子。1molH2中含有1molH-H键，1mol Cl2中含有1mol Cl-Cl键，在25和101kPa的条件下，断开1molH-H键要吸收436kJ的能量，断开1mol Cl-Cl键要吸收242 kJ的能量，而形成1molHCl分子中的H-Cl键会放出431 kJ的能量。这样，由于破坏旧键吸收的能量少于形成新键放出的能量，根据“能量守恒定律”，多余的能量就会以热量的形式释放出来。归纳小结 1、 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、 能量是守恒的。练习反馈已知拆开1molH2中的化学键要吸收436kJ的能量，拆开1molO2中的化学键要吸收496 kJ的能量，形成水分子中的1mol H-O键要放出463 kJ的能量，试说明2H2+O2=2H2O中的能量变化。讲解刚才我们从微观的角度分析了化学反应中能量变化的主要原因，那么，又怎样从宏观的角度来判断一个反应到底是放热还是吸热的呢？各种物质中都含有化学键，因而我们可以理解为各种物质中都储存有化学能。化学能是能量的一种形式，它可以转化为其他形式的能量。不同物质由于组成、结构不同，因而所包含的化学能也不同。在化学反应中，随着物质的变化，化学能也随之改变，如H2 与Cl2、O2的反应。那么，一个化学反应吸收能量还是放出能量是由什么决定的呢？学生讨论、交流1、 一个确定的化学反应在发生过程中是吸收能量还是放出能量取决于反应物的总能量和生成物的总能量的相对大小。 2、 画出反应物、生成物总能量的大小与反应中能量变化的关系示意图。思考与分析 甲烷燃烧要放出热量，水电解产生氢气和氧气，试从化学键和物质所含能量的角度分析气原因，并说明反应过程中能量的转变形式。提出问题前面我们通过对具体反应的分析，从微观和宏观两个角度探讨了化学反应中能量变化的主要原因，知道了化学能和其它能量是可以相互转变的，还知道化学反应中能量变化通常表现为热量的变化。那么，怎样把物质变化和热量变化统一地表达出来呢？你可以在和同学讨论的基础上提出自己的想法，并对其他同学提出的表达方式作出评价。教师讲解 热化学方程式的含义及朗读和书写的注意点练习反馈 乙炔（ C2H2）气体在氧气中完全燃烧会放出大量的热，形成高温火焰，可以用于焊接或切割金属。已知0。5 mol乙炔完全燃烧生成液态水会放出649 kJ的热量，试写出反应的热化学方程式，并计算1Kg乙炔完全燃烧放出的热量。教师讲解乙炔