必修2 第二 化學反應與能量
第一節(jié) 化學能與熱能
一．教材分析
在學生對化學鍵有了初步的認識后，本節(jié)書從“化學鍵的破與立”出發(fā)，初步建立起以化學鍵為中心的化學反應及其能量變化的微觀認識框架，突出人們研究化學反應的目的不僅是圍繞其物質(zhì)變化，還有能量變化。使學生懂得從這兩個角度重新關注化學反應，從而為認識化學反應和應用化學反應奠定基礎。
本節(jié)書內(nèi)容屬于化學反應原理的范疇，是重要的原理性知識之一，在學生形成知識體系的過程中起到承上啟下的作用。初中化學從燃料的角度初步學習了“化學與能”的一些基本知識，學生已經(jīng)知道化學反應伴隨著能量變化。而在選修模塊“化學反應原理”中，將從科學概念的層面和定量的角度比較系統(tǒng)深入地學習化學反應和能量的原理。因此，本節(jié)內(nèi)容既是對初中化學相關內(nèi)容的提升與拓展，又是為選修“化學反應原理”奠定必要的基礎。
本節(jié)書在探討化學反應能量變化的同時，還通過“生物體中的能量轉(zhuǎn)化”和“社會發(fā)展與能利用”引出現(xiàn)代能危機、提高能利用率和開發(fā)新能等與化學學科密切相關的內(nèi)容，體現(xiàn)化學學科的實用性和重要性，增進學生對化學的興趣和情感。
二．目標
1．知識與技能目標：
（1）知道化學反應有物質(zhì)變化的同時還伴隨著能量的變化，這些能量變化通常又表現(xiàn)為熱量的變化。
（2）能從化學鍵的角度（微觀角度）理解化學反應中能量變化的主要原因，并能根據(jù)事實判斷吸熱反應、放熱反應。
（3）通過化學能與熱能的相互轉(zhuǎn)變，理解“能量守恒定律”，初步建立起科學的能量觀。知道化學反應是吸收能量還是放出能量，取決于的總能量與生成物的總能量的相對高低。（宏觀角度）
2.過程與方法目標：
（1）通過閱讀圖2-1，學習用圖表表示吸熱反應和放熱反應中能量變化的方法，并從中歸納出能量轉(zhuǎn)化的規(guī)律，培養(yǎng)學生觀察、閱讀、分析圖表和歸納信息的能力；
（2）通過實驗2-1、實驗2-2，讓學生體驗化學反應中的能量變化和掌握判斷吸熱反應和放熱反應的簡易方法；
（3）通過實驗2-3（改進），讓學生明白定量實驗對精確度的要求（實驗操作、多組實驗），同時培養(yǎng)學生根據(jù)實驗現(xiàn)象、結(jié)論進行歸納和概括，從而形成“中和熱”概念的能力；
（4）結(jié)合P34“思考與交流2”，培養(yǎng)學生從減小誤差的角度（實驗裝置、實驗操作）設計定量實驗的能力；
3.情感態(tài)度與價值觀目標：
通過P35“科學視野”，讓學生體會化學學科能夠解決能量轉(zhuǎn)化率、利用率低的問題，同時化學學科在開發(fā)合成新能方面有著核心意義，增進學生學習化學的熱情，體會化學學習的價值。
三．重點：
1．化學能與熱能的內(nèi)在聯(lián)系及相互轉(zhuǎn)變。
2．從宏觀和微觀角度理解化學反應中能量變化的原因，建立科學的能量變化觀。
四．教學難點：從本質(zhì)上（微觀結(jié)構(gòu)角度）理解化學反應中能量的變化。
五．教學主線：（第一時）
六．教學流程：
第一時：
【情境引入】利用P32《學與問》
①天然氣燃燒可以利用在北方暖氣設備中，其化學原理是什么？ （CH4+2O2=====CO2+2H2O放出的熱量，可以做演示實驗）
熱量從何而？（物質(zhì)中都有化學能）
②石灰石經(jīng)過高溫煅燒才能變成生石灰，高溫條起什么作用？（熱能對反應的支持）
【思考與交流】通過以上兩個例子，結(jié)合你的知識，你知道化學反應中有哪些變化？你對化學反應的特征有什么進一步的認識？（化學反應中有物質(zhì)變化，也有能量變化）
【過渡】為什么化學反應中存在能量的變化？接下，我們將從微觀和宏觀的角度分析。
【提問】在第一我們學習化學鍵后，對化學反應的本質(zhì)有了怎樣的新認識？化學鍵是指什么？
【小結(jié)】斷裂化學鍵要吸收能量，形成化學鍵會放出能量，這就是化學反應發(fā)生能量變化的主要原因。
【投影】資料：在25℃和101kPa的條
斷開化學鍵吸收形成化學鍵放出
H-H436kJ/molH-H436kJ/mol
C-H415kJ/molC-H415kJ/mol
【思考】請問斷開1mol CH4所有的C-H需要吸收多少能量？（吸收4mol×415kJ/mol＝1660kJ）
【引導】從微觀的角度看，一個確定的化學反應完成后的結(jié)果是吸收能量還是放出能量，由什么決定？（所有斷鍵吸收的總能量與所有形成新鍵放出的總能量的相對大�。�
【過渡】上面我們從微觀角度分析了化學反應能量變化的主要原因，那么從宏觀角度又是判斷一個反應到底是放熱還是吸熱呢？
【學生活動】閱讀P33圖2-1，盡量從圖中歸納出能量轉(zhuǎn)化的規(guī)律。
①能量有不同形式，可以相互轉(zhuǎn)化；
②化學反應中能量是守恒的；
③當E反應物＞E生成物，化學反應放出能量；當E反應物＜E生成物，化學反應吸收能量。
【小結(jié)】我們在初中學習過“質(zhì)量守恒定律”，知道自然界中物質(zhì)可以相互轉(zhuǎn)化，但是總質(zhì)量保持不變；同樣一種能量可以轉(zhuǎn)化成另一種能量，能量也是守恒的，這就是“能量守恒定律”這是兩條基本的自然定律。
【練習】以天然氣燃燒為例，填寫“大于”或“小于”
斷鍵吸收的總能量小于形成新鍵放出的總能量；反應物的總能量大于生成物的總能量
【過渡】在天然氣燃燒取暖的例子中，化學反應的能量變化主要表現(xiàn)為什么？（熱量的變化，有些是吸熱反應，有些是放熱反應）在實驗中通過哪些途徑能說明能是吸熱反應還是放熱反應？（觸摸反應器、溫度變化）
【學生活動】分組實驗2-1
①明白實驗目的（了解鋁和鹽酸反應中熱量變化的情況）
②完成實驗，填寫實驗表格
實驗步驟眼睛看到的現(xiàn)象用手觸摸的感覺用溫度計測量的數(shù)據(jù)
在一支試管中加入2~3mL 6mol/L鹽酸
向含有鹽酸的試管中插入打磨過的鋁條
實驗結(jié)論
實驗拓展思考①放熱反應是否不需要任何條就能反應？
②你還知道哪些反應是放熱反應？（金屬與酸的反應，燃料的燃燒，中和反應，物質(zhì)氧化）
【過渡】是否每個實驗都能通過溫度計測定溫度變化從而說明熱量變化情況？
【學生活動】分組實驗2-2。先閱讀實驗2-2，
①該實驗通過什么現(xiàn)象說明熱量變化？
②聞氣味的目的？
③完成實驗，填寫實驗表格
實驗步驟實驗現(xiàn)象得出結(jié)論
將晶體混合后立即用玻璃棒快速攪拌混合物
用手觸摸燒杯底部
用手拿起燒杯
反應完后移走燒杯上的多孔塑料片，觀察混合物
涉及的化學方程式：
實驗拓展思考
（總結(jié)吸熱反應與加熱的關系）①吸熱反應是否必須要加熱才能發(fā)生？
②需要加熱才能發(fā)生的反應是否一定是吸熱反應？
③你還知道哪些反應是吸熱反應？（需要持續(xù)加熱的反應）
【小結(jié)】學生歸納本內(nèi)容。
第二時：
教學主線：
教學流程：
【前練習】
【過渡】上節(jié)我們了解了放熱反應和吸熱反應。而中和反應是一類重要的反應，根據(jù)上節(jié)，結(jié)合反應物的狀態(tài)，通過什么途徑說明熱量變化呢？（反應前后溫度改變）
【學生活動】實驗2-3（這是一個半定量的實驗，結(jié)合緊接著的“思考與交流”，就要求學生對定量實驗要從實驗裝置、實驗操作等方面考慮減少誤差的問題，要求較高，不同學�？梢愿鶕�(jù)實際情況選擇：（1）知識性介紹，直接引出“多次測量”和裝置的要求；
（2）按照教師用書改進三組實驗，加深對定量實驗和“中和熱”的理解）
反應物及用量酸HNO3 50mL 1mol/LHCl 50mL 1mol/LHCl 50mL 1mol/L
堿NaOH 50mL 1mol/LNaOH 50mL 1mol/LOH 50mL 1mol/L
混合前溫度室溫室溫室溫
混合后溫度
結(jié)論
三組實驗共性概括強酸強堿發(fā)生中和反應時放出熱量
實驗前思考：①實驗中保證哪些條相同？
②為何要“緩緩地傾入燒杯中”？
③為何要“用玻璃棒攪拌”？
④混合后的溫度如何讀出？（強調(diào)本說的“溶液溫度變化過程”）
實驗中注意：A.三組實驗所處條要相同，如使用的儀器、外界環(huán)境中溫度和壓強要相同；
B.三組實驗酸和堿的用量要相同，以保證生成水的量相同；
C.控制相同的反應時間。
實驗后思考：①寫出三個反應的化學方程式和離子方程式。
②溫度的變化說明什么問題？溫度變化的幅度如何，說明什么問題，為什么？
（中和反應都放熱；中和反應的本質(zhì)相同，三個反應中反應了的H+和OH-離子的量都相等，放出的熱量相等）
【小結(jié)】為了專門描述中和反應的熱量變化，我們使用“中和熱”的概念。把酸與堿發(fā)生反應生成1molH2O時所釋放的熱量稱為中和熱。
【提問】上述三個反應各自所釋放的熱量是否就是中和熱？（不是）
【思考與交流】如果要通過實驗測定鹽酸與氫氧化鈉反應的中和熱，你認為在設計實驗裝置和操作時應該注意哪些問題？
【學生討論】
【小結(jié)】在設計實時應從以下方面考慮，減小實驗誤差：
（1）實驗原理：多次平行實驗取平均值
（2）實驗裝置：①使用絕熱裝置，避免熱量散發(fā)到反應體系之外；
②鹽酸跟氫氧化鈉溶液混合后液面上方的空間盡可能小
③使用精確度高的儀器和準確濃度的溶液
（3）實驗操作：①準確量取溶液體積
②反應過程中充分攪拌
【過渡】可見，化學反應伴隨著能量變化是化學反應的基本特征之一。人類利用化學能轉(zhuǎn)化為熱能的原理獲取所需的大量熱量正在改變著我們的生活，指導著生產(chǎn)和科研。
【投影】燃料燃燒、發(fā)射火箭的圖片或視頻
【過渡】化學家還常常利用熱能促進很多化學反應得以發(fā)生，例如制備物質(zhì)。
【學生活動】閱讀P37后練習7并完成。
【小結(jié)】能量越高越不穩(wěn)定。
【過渡】其實化學反應涉及的能量變化在生物界是普遍存在的，請閱讀P35“科學視野1”，思考化學反應在不同的反應條和進行方式下能量變化如何？
【小結(jié)】同一個化學反應在不同的反應條和進行方式下，反應最終產(chǎn)物一樣，本質(zhì)相同，所放出的能量相等，但是能量的轉(zhuǎn)化率和利用率不同。
【過渡】雖然如此，但是化學學科的研究卻能解決能量轉(zhuǎn)化率和利用率不高的問題，并能通過化學找到更多的高效能。閱讀P35“科學視野2”，思考現(xiàn)代廣泛使用的各種能中，那些和化學有關？
【小結(jié)】柴草、化石燃料的燃燒；氫能、生物智能、核能、太陽能的開發(fā)與利用。
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