化学反应与能量转化liugai201303

化学反应与能量教学专题研讨北京市通州区潞河中学姚新平一、化学反应与能量教学的重要性（一）国家是怎样要求的——课程标准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。考试大纲：1.了解氧化还原反应的本质是电子的转移。了解常见的氧化还原反应。2.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。

3.了解化学能与热能的相互转化。了解吸热反应、放热反应、反应热等概念。4.了解热化学方程式的含义，能用盖斯定律进行有关反应热

的简单计算。5.了解能源是人类生存和社会发展的重要基础。了解化学在

解决能源危机中的重要作用。6.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。了解常见化学电源的种类及其工作原理。7.理解金属发生电化学腐蚀的原因，金属腐蚀的危害，防止

金属腐蚀的措施。解读：跟课程标准相比较，有以下差别：1.更注重知识与能力。2.对实验性的叙述减少，因为现阶段高考中没有实际实验操作。3.化学的学科价值叙述减少，因为高考毕竟考的更多的是知识

和能力这个维度，情感态度与价值观的渗透应主要在新课阶

段。4.氧化还原反应是电化学的基础；同时，氧化还原反应的热能

是现代社会能源供给的主要形式。所以，把氧化还原反应跟

能量放在了一起。也给我们一个启示，学好这部分，必须学

好氧化还原反应这个概念。（二）本部分的学科价值1.社会价值2.知识价值3.教育价值4.科学价值5.升学价值二、化学反应与能量教学存在的问题1.缺乏认识问题的高度（1）从社会价值认识①电化学工业②化学电源③金属的腐蚀与防护④在医学方面的应用（2）不谈化学史电池的出现其实也就是电化学的起源。电化学的起源是比较古老的，1932年在巴格达东方的遗迹中发现了公元前250-226年被称为巴格达电池的发掘物。它可以说是一个最早的电池了。铜制的圆筒陶瓷壶到了1780年，意大利的解剖学家路易吉·阿罗西奥·伽伐尼在解剖青蛙时发现不同金属的两端接触青蛙时有电流通过，这种电流称为动物电。这个现象被同国的物理学家伏打进行了补充实验，并研制成功了“伏打电堆”（3）不谈前景①电化学技术是材料科学研究不可缺少的重要方法②电化学能源③化学和生物传感器④生物电化学、有机电化学及导电聚合物2.缺乏科学内涵或曰缺乏科学性

具体来说，我们的课堂缺乏“实证性、严密性、认知冲突、问题意识”。实证和可重复是科学的存在的依据。

为什么要培养学生问题意识？古人云“为学患无疑，疑则有进”爱因斯坦说过“发现问题比解决问题更重要。”美国学者布鲁巴克说：

“最精湛的教学艺术，就是让学生提出问题”。（1）是培养学生创新精神的需要。（2）是全面培养学生思维能力的需要（3）是新的学习方式的需要

学生问题意识的现状：

传统教育强调要培养“分析问题与解决问题的能力”，教师重视的是研究如何设计问题，启发学生如何回答，而忽视了对学生问题意识的培养，使学生思维不活跃，想象力不丰富，创新精神缺乏，既使有学生提问也仅仅是做不出的习题，提不出高质量的问题。

3.对内容的深度挖掘不够，缺乏思维能力的培养4.理论与实际的联系不足5．教学中应考痕迹明显,但更多的是重复训练（1）兴趣培养缺失（2）不重视原理教学，寄希望于大量机械的、重复的练习三、化学反应与能量教学的改进策略

1.放眼看世界，低头思教学

现代社会，后互联网时代，我们的教学不可局限于课本，局限于中国，局限于当代，要从历史到未来，从国内到国外。

能源与战争

能源与生活

能源与环境

能源与未来可控核聚变2.化学是科学，不是文科，更不单是应考的内容赏析江敏老师（南京市金陵中学）的“原电池”一课（P22---P41）原电池南京市金陵中学江敏实验室制取H2反应的再认识实验1将Zn粒投入到4mL2mol/L的盐酸溶液中，观察

反应的现象溶液温度升高有气体产生Zn+2H+=Zn2++H2↑氧化还原反应2e-(显性)Zn溶解(隐性)(新的感知)(理性认识)电子的转移氧化还原反应中电子转移的实证实验2将Zn粒置于培养皿中，加入适量2mol/L的H2SO4溶

液，使其浸没Zn粒。Zn粒表面有气泡产生Cu一端有气泡产生Zn+2H+=Zn2++H2↑2e-

将铜丝的一端触抵在Zn粒表面，铜丝的另一端浸没于H2SO4溶液中。一种能够产生电流的装置ZnCuH2SO4Ae-e-当装置中产生电流时，还发生了什么？实验3取等质量的Mg条，用铜丝夹持后分别以下列两种方式与15mL2mol/LH2SO4溶液反应烧杯A中的温度高于烧杯B中的温度注：A中用铜丝夹持Mg条，有利于与酸的接触和反应AB实验4在A烧杯中增加一段与B烧杯中相同质量和形状的铜丝，以消除传热的误差烧杯A中的温度依旧高于烧杯B中的温度实验室制取H2反应的再认识将Zn粒投入到2mL4mol/L的盐酸溶液中，观察反应的现象溶液温度升高有气体产生Zn+2H+=Zn2++H2↑氧化还原反应2e-(显性)Zn溶解(隐性)(新的感知)(理性认识)电子的转移电流有序-电能当装置中产生电流时，还发生了什么？MgCue-e-RZnCuH2SO4e-e-一种能够将化学能转化为电能的装置—原电池负极–Zn：正极–Cu：Zn-2e-==Zn2+2H++2e-==H2↑

Zn-H原电池（-）（+）原电池的整体工作状态ZnCuH2SO4e-e-Zn2+H+溶液中离子的迁移负极：Zn2+溶出，向正极迁移外电路电子由负极流向正极形成闭合电路（-）（+）正极：H+消耗，H+向正极迁移阳离子(H+\Zn2+)向正极迁移H+

能量转化过程中的遗憾e-Zn粒表面的气体因为形成闭合电路而消失了吗？Zn2+

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Zn表面气体出现，表明原电池能量转化效率的降低提高能量转化效率的基本方法之一ZnZnSO4CuH2SO4Zn2+H+

当初步解决原电池工作时的能量转化效率以后，人们关注的下一个问题将是……?KCl提高电池容量的办法电池的规模—由小到大伏打堆电池的体积—由大到小手机的变化—负极材料直接相关CaNa提高电池比容量的办法思考：

等质量的短周期金属单质，分别与足量的酸反应，放出H2的质量由多到少的排列顺序是？BeLiAlMg每转移1mole-所需金属的质量：FeNiZn…PbH2CaNa化学电源研发、应用之路BeFeNiZn…Pb1836年1859年1890年1899年1992年H2

2000年LiAlMg2010年中国基本金属产量统计金属年产量（吨）精炼铜4793000吨电解铝15650000吨锌5265000吨铅4316000吨镍214086吨镁830000吨负极材料选择受资源和技术等因素影响当能量间的转化被忽略之后Mg条用铜丝夹持仅仅就是起固定作用？形成原电池以后，加快了反应的速率。A、B两烧杯中的Mg条被铜丝夹持后，保持了反应条件的一致性。实验5向Zn与H2SO4反应的溶液中，滴加CuSO4溶液，Zn表面变颜色变深，同时产生气体的速率变快思考：1.为什么纯铁具有极好的抗腐蚀性能，而铁合金（含C）

却很容易生锈？2.当铁合金表面涂有含Zn的涂层，会发生怎样的结果？

CaNa化学电源的发展趋势BeLiAlMgFeNiZn…PbH2比容量大、效率高放电速率快正极材料和电解质溶液的研究比容量大CaNaBeLiAlMgFeNiZn…Pb1836年1859年1890年1899年1992年H2化学电源的起点市场份额的80%以上燃料电池未来新能源的方向化学电源的发展趋势CaNa化学电源的发展趋势BeLiAlMgFeNiZn…PbH2比容量大效率高放电速率快正极材料和电解质溶液的研究金属-空气电池化学电源的起点技术改进资源丰富占据巨大市场份额性价比高无记忆效应ZnPbH2燃料电池未来新能源的方向评“原电池”一课（江敏）——

“化学课的科学内涵”一、科学的基础是事实，化学事实是化学学习的原点1.化学史2.化学实验3.生产生活事实二、认知冲突是问题解决的动力三、科学成果的产生源于严密的推理四、建立科学模型是归纳更是认识新问题的工具五、对“科学的价值——学科的价值”的再认识六、兴趣与坚持3.思维能力是素质的核心内容之一如何培养学生的问题意识：（1）营造融洽的师生关系，民主和谐的课堂气氛，让学生敢问（2）探究的教育氛围，激发学习的兴趣，让学生想问（3）创设问题情景，教给学生发现问题的方法，让学生可问

（4）加强双基教学，丰富知识结构，形成学生提问技能

（5）把化学课堂教学伸向社会，拓宽培养问题意识的渠道

培养学生的问题意识需注意的几个问题（1）关于问题的品质（2）教师不能把自己的思维习惯强加给学生（3）教师要加强学习,积累知识,提高驾驭课堂的能力

（4）加强学生间的互动作用（5）问题意识的培养要重过程轻结果

要重视思维品质的培养

思维是人脑对客观现实的概括和间接的反映，思维能力是人们在感性认识的基础上，运用分析归纳假设想象等思维的基本方法，形成概念并进行判断和推理，从而获得对事物本质和规律的认识能力。注意培养学生良好的思维品质，对于学生的一生都有益处。（1）鼓励不同见解，培养学生思维的独立性（2）突破思维的局限性，培养思维的开阔性（3）透过现象看本质，培养学生思维的深刻性（4）透过传授知识的逻辑性，培养学生思维的逻辑性（5）加强解题能力训练，培养学生思维的敏捷性关于原电池的微课：潞河中学夏添老师：基于“问题解决”和“逻辑思维”的微课欣赏(P49---P64)人教版——普通高中课程标准实验教科书《化学》选修4原电池潞河中学夏添

第四章第一节第一课时1、自发的氧化、还原反应分别放在两

个电极上发生。2、化学能转化成电能。二、复习铜锌原电池原理一、根据实验仪器、实验药品，组装了

铜-锌原电池。观察实验现象。实验现象不足之处如何改进？Cu、Zn表面都有气泡产生Zn电极自身形成微小原电池，有能量的损耗电流不持续电流表指针偏转幅度逐渐变小闭合回路锌锰干电池即使不用，放置过久，也可能会漏液失效（作为电解质的NH4Cl的水溶液显酸性）必修2p42为什么？“南孚聚能环”“一节更比六节强”“南孚聚能环”“塑料筒”分析，增加塑料筒能起到什么作用？避免了氧化剂和还原剂直接接触改进铜锌原电池装置问题？没有形成闭合回路。盐桥的制作：盐桥中一般装有饱和KCl溶液和琼脂制成的胶冻，胶冻的作用是防止管中溶液流出，K+和Cl-能在胶冻能自由移动.

改进后避免了氧化剂与还原剂直接接触造成能量损失。电流持续、稳定。【启示】氧化剂和还原剂不直接接触也能发生反应。H2SO4CuZnAZnSO4H2SO4ZnCuA改进盐桥SO42－Zn2+e－e－SO42－H+K+H2ZnK+Cl－K+Cl－K+Cl－K+Cl－K+Cl－Cl－K+K+Cl－K+K+K+Cl－Cl－K+Cl－Cl－Cl－ZnSO4H2SO4双液原电池工作原理盐桥的作用离子库、导体生活中的电池“膜”改变结构改变电极永久性人造心脏锂电池改变电解质溶液必修2p42为了延长电池寿命和提高其性能，人们将电解池内的电解质NH4Cl换成湿的KOH，并在构造上改进，制成了碱性锌锰电池。课后思考：电流表指针也发生了偏转。？4.与化学能源相关的实际是教学的出发和归宿（1）为什么要重视实际?（2）与化学能源相关的实际有哪些？（3）理论怎样跟实际关联——加强学生活动建议开展以下学生活动：①观看影像或讨论：化学反应与能量转化。②调查与交流：家庭使用煤气、液化石油气、煤等的热能利用效率，提出提高能源利用率的合理化建议。

③查阅资料：人类社会所面临的能源危机以及未来新型能源。④讨论：太阳能储存和利用的途径。⑤查阅资料并交流:化学暖炉”、“热敷袋”的构造和发热原理⑥讨论：选择燃料的依据。

⑦查阅资料并交流：火箭推进剂的主要成分和燃烧热。

⑧实验探究：电能与化学能的相互转化。

⑨调查市场常见化学电池种类，讨论它们的工作原理、生产工艺和回收价值。

⑩查阅资料并交流：防止钢铁腐蚀的方法。5.应考要有，但不是全部（1）目的要明确（2）知识面要宽（3）知识系统、完善（4）练习不在多，而在精（5）妥善解决教学中的难点妥善解决教学中的难点：①

解决一个认识：从定性到定量②

由键能计算反应热③

物质能量状态高低与物质稳定性做好一个铺垫：氧化还原反应④

全面、深刻理解概念的内涵和外延

核心概念有：燃烧热、中和热、原电池、电解⑤

盖斯定律及应用（化学反应热的计算）⑥

电极的规定及电极反应方程式的书写⑦

电解氯化钠溶液（氯碱工业）失电子、化合价升高、被氧化得电子、化合价降低、被还原四组概念之间的联系：氧化剂+还原剂还原产物+氧化产物还虱生痒痒做好铺垫：氧化还原反应①解决一个认识：从定性到定量。△H=（+436+243–2×431）kJ/mol=–183

kJ/mol②由键能计算反应热:△H=+反应物的键能总和—反应物的键能总和A、石墨比金刚石更稳定B、金刚石和石墨可以相互转化C、金刚石比石墨稳定D、金刚石和石墨不能相互转化AB③物质能量状态高低与物质稳定性C(石墨s)C(金刚石s)

ΔH=

+700

kJ/mol

预测HCNOFClH436C415331N389293153O465343201138F568486272184157C=C620C=O708若干化学键的键能（kJ/mol，25℃

）H2+F2=2HFH2+Cl2=2HCl

预测当生成2molHF和2molHCl时，哪个反应放出的热量多？H2（g）+F2（g）==2HF（g）△H=—543kJ/molH2（g）+Cl2（g）==2HCl2（g）△H=—183kJ/mol⑤“燃烧热”概念的理解

定义：在25℃,101kPa时，1mol

物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量，叫做该物质的燃烧热。

①研究条件：25℃,101kPa②反应程度：完全燃烧，产物是稳定的氧化物。

如:C→