資源簡介

6.1.《化學反應與電能變化》學案設計
《化學反應與能量變化》教材分析
本節是 2019人教版高一化學必修第二冊第六章化學反應與能量變化第 1節化學反應與電能變化，化學反應與能量變化這節課的內容屬于化學反應原理范疇，也是化學學科重要的原理性知識之一，是深入認識和理解化學反應特點和進程的入門性知識，同時本節內容又是在社會生產、和科學研究中應用廣泛的知識，是對人類文明進步和現代化發展有重大價值的知識，與我們每個人息息相關，知識的重要性決定了本節學習的重要性。在本課時《化學反應與電能》中，教材主要介紹了原電池原理及其應用（化學電池）。熱能和電能作為化學反應中能量變化的例子，教材的側重不同，前者側重揭示能量變化的本質，后者側重化學能轉變為電能的原理。本節重點知識理論性強，微觀分析多，較為抽象；知識內涵豐富，信息量大。本節內容在教材中有著承上啟下的作用，承上是氧化還原反應的的重要應用之一，啟下是選擇性必修一《化學反應原理》中金屬腐蝕與防護的理論基礎，也是選擇性必修一《化學反應原理》電解原理等知識的基礎。本節內容主要分為兩部分，內容清晰:火力發電、原電池實驗探究(包括概念、工作原理、構成條件)，其中第二部分是重點也是難點，是本節內容的核心部分，應當重點介紹，也為接下來要學習的各類電池打下基礎。
《化學反應與能量變化》課標分析
依據教學目標及高中化學核心素養，對課標分析如下：
核心素養：
1、科學探究:設計實驗認識構成原電池的條件及其原理，判斷原電池的正負極。
2、創新意識:利用原電池原理能設計原電池。
知識與技能：
1、了解火力發電的過程和利弊，從原理和裝置兩個維度分析化學能直接轉化為電能的可能性；
2、利用能量轉化的觀點和氧化還原反應的知識，開放設計原電池裝置和實驗的探究；
3、了解原電池的工作原理和構成原電池的要素，并初步建立原電池模型；
過程與方法：
1、通過理論分析和實驗研究相結合，引導學生探究原電池的工作原理和構成原電池的要素；
2、通過初步建立原電池模型，培養學生化學建模思想，并設計簡單的原電池；
情感態度與價值觀：
1、通過創設情境，增強聯系實際學習化學并將化學知識應用于生活的意識；
2、通過模擬觀看實驗，提高學生觀察能力與分析思維能力；
3、在學習過程中享受探究帶來的快樂，感受化學世界的神奇。
教學重難點：
1、原電池工作原理的分析；原電池構成要素的提煉。
2、開放設計原電池裝置和實驗的探究；對化學能向電能轉化的本質的理解和原理、要素的分析提煉。
《化學反應與能量變化》學情分析
學生在高中化學必修一中已經學習了金屬的性質、電解質溶液、離子反應以及氧化還原反應的相關知識。在能力上，學生已具備良好的觀察能力、思維能力、實驗能力和探索能力。隨著現代科技的不斷發展，學生接觸到的電器以及電子設備越來越多，學生對“電”有著豐富而又強烈的感性認識。在 6.1.1《化學反應與熱能》中學生們了解了化學反應中能量轉化的原因，并感受了探究化學能與熱能的相互轉化過程之后，對化學能與電能之間的轉化問題一定會產生濃厚的興趣。
教學方法：預習、實驗探究、討論、啟發、講解 啟發式.類比、實驗法。小組合作探究法。
教學用具： 多媒體投影儀、電腦、課件、 板書
教師作業指導
化學反應不僅生成新物質，而且伴隨著能量變化。化學鍵的斷裂和形成是化學反應中發生能量變化的主要原因，而化學反應是吸收能量還是放出能量決定于反應物的總能量和生成物的總能量的相對大小，本綜合實踐作業設計從微觀結構和宏觀表現兩方面對化學反應中的能量變化進行了探究。
作業設計：
教學環節 教師活動 學生活動 設計意圖
電能的獲得 【幻燈片】各類電器和電子設備【引入】隨著科學技術的發展和社會的進步，和各種各樣的電器不斷進入現代社會，大大豐富和方便了我們的生活、學習和工作。【設問】使用電器，我們需要電能，那電能從何而來？ 觀察、思考、回答 激發學生的好奇和興趣，帶著進入主題
展示2021年我國發電總量構成圖和火電站工作原理示意圖 【設問】火力發電是怎樣將化學能轉化成電能的？ 結合課本看圖思考分析推斷 1、利用能量守恒定律幫助學生理解火力發電的原理。 2、讓學生通過觀察圖片、圖表等直觀材料，討論發現火力發電的利與弊。
化學能與電能的轉化 【板書】一、火力發電 作業【設疑】：能否進行直接的轉化？ 進一步激發學生的興趣，帶著疑問學習
【過度】將化學能直接轉化成電能，我們需要一種裝置，原電池。【板書】 二、原電池 1、定義-將化學能轉變為電能的裝置叫做原電池 【設問】 原電池的工作原理是什么，是怎樣將化學能轉化為電能的？ 【視頻】原電池工作 直接闡述有原電池這樣一種裝置 觀察現象，解釋出現這些現象的原因 通過學生自主學習，培養學生自學能力 引起學生對原電池的探索興趣 培養學生由實驗進行科學探究的能力
【板書】2、工作原理【分析】氧化還原反應之所以能使導線中產生電流的原因 【講解】 鋅片：Zn - 2e- =Zn2+(氧化反應) 銅片：2H+ + 2e-= H2↑（還原反應） 聯系有關氧化還原反應和電勢差知識理解電池中銅鋅上的的變化及電池的原理通過 跨學科的知識聯系培養學生發散思維和邏輯思維能力，激發學生探究科學奧秘的勇氣
原電池正負極的特點 練習判斷原電池的正負極【總結特點】負極：失電子，電子流出，電流流入，氧化反應，較活潑，溶解正極：得電子，電子流入，電流流入，還原反應，不活潑，有氣泡或增重【強調】 判斷正負極的可靠方法是通過原電池里所發生的氧化還原反應。 觀察現象并分析培養學生由實驗進行科學探究的能力以及分析歸納總結問題的能力
原電池的組成條件 【設問】結合實驗裝置提出問題：原電池由哪幾部分構成？ 【幻燈片】幾組裝置示意圖 【板書】3、組成原電池的條件【幻燈片】 ①有兩種活動性不同的金屬（或一種是非金屬導體或金屬氧化物）作電極②電極材料均插入電解質溶液中（能自發進行氧化還原反應）③兩極相連形成閉合電路 通過原電池的組成以及給出的裝置對比圖學生討論原電池的構成條件 學生提交結論 培養學生分析歸納總結問題的能力 培養學生分析歸納總結問題的能力
歸納知識點
一、火力發電
二、原電池
1、定義
2、本質
3、原電池的工作原理
4、構成原電池的條件
在綜合實踐作業設計問題上，問題的設置和實驗的開展使各小組的學生都能積極參與到學習中來，相互合作，互幫互助，共同分析解決問題，體現了較強的團隊精神和合作意識。學生們既能充分表達自己的意見，還能虛心傾聽他人的意見，善于與人合作、交流。對每一項課堂活動，學生都認真對待，踴躍參與，學習氛圍、探究氛圍濃厚。學生之間、師生之間民主、平等、和諧，實現了共同成長、共同發展。
分小組畫思維導圖
作業布置：
完成課后習題 41頁 2、5、6、7題
反思：
作為化學這門課，設計綜合實踐作業目的是理論知識的講解需要實驗的輔助，需要激發學生探索的精神。新課程改革提出把課堂還給學生，表面上好像解放了老師，其實不然，要讓一堂課的知識點完全由學生自己總結、歸納，目前是不大現實的，所以老師應該在整個課堂中起好啟發、引導作用，而這個引導者的角色并不好當，如果問題太簡單，啟發過了頭，學生起不到思考的作用，此時老師就應該把問題的難度，跨度加大；如果問題太難，引導不到位，最后問題還是由老師自己解決，學生也起不到鍛煉的效果，此時老師就應該對問題多設幾個橋梁，從而減小問題的難度。對這個度的把握，就需要老師站得更高，對知識點和學生的情況有很高的熟悉程度，備課設置問題和相關環節時多考慮學生可能出現情況，上課隨時調整。教學的過程是要引導學生，但決不牽著學生的鼻子；要嚴格要求學生，但決不使學生感到壓抑；要在問題開頭啟發學生思考，決不把最終結果端給學生。新課改要求教師在授課時把學生放在主體地位，讓學生自主地參與和完成課堂中的活動，而教師只是學生中的一員，在整個授課過程中要起好啟發、引導的作用。
《化學反應與能量變化》成果展示
化學這門學科是以探究和實驗為基礎的學科，更加注重學生的自主學習能力、思維能力以及探索精神。通過自主學習、合作探究等活動，學生對教師設計的問題基本上能給予正確解答，知識掌握情況較好。學生力所能及的事讓學生自己去做，學習是學習者自己的體驗與感受，教師不要越俎代庖，遵循“學習任何東西的最佳途徑就是靠自己去發現”的原則，放手讓他們自己研究問題，獲得結論，而不是教師的直接告訴。從而讓學生逐漸學會提出問題、研究問題，讓學生的能力獲得充分發展，尤其是思維能力。通過探究、設問、發言、演示、點評、總結等方式，學生的思維活躍，發現問題、分析問題和解決問題的能力得到鍛煉、提高，思辨能力、語言表達能力也得到培養和提升。教師要設置一個較為平順的過程，減少突兀，少強加于人。問題要提得自然——為什么要研究這個問題呢？怎樣研究這個問題？。基礎知識掌握好之后就要通過一定的練習進行鞏固，同時讓學生檢驗一下自己是否真正對概念進行了徹底理解。在每個知識點后面都有一個測驗。通過測驗，學生們既能復習知識點還能訓練對知識的應用能力，收到較好的效果。在最后，又通過達標檢測對整堂知識進行了貫穿，學生收獲頗多。
觀評記錄
本節是 2019人教版高一化學必修第二冊第六章化學反應與能量變化第 2課時化學反應與電能，第一課時學習了有關化學反應與熱能，這節課則是對化學變化中的能量變化的再探究。本課時所學內容在舊教材中以單獨一節的形式列出，在新教材中也以較長篇幅的展示。可見本課的內容多么重要，尤其是與生活實際聯系非常緊密。對今天這節課的處理具體評析如下:第一、實現了教學目標，抓住了重點，突破了難點。本節課教學時間安排合理，教學重點突出，難點處理得當，注重講練結合，及時鞏固，在學案中，學習目標的設置切合學生實際，要求明確具體，并且明確了高中化學核心素養，能讓學生清楚的知道本節課應掌握哪些知識，在今后的教學實踐中值得借鑒。通過課堂教學，目標基本完成。第二、合理利用了各種教學手段，注意了與學生生活實際相聯系教師在教學過程中重視落實“三講三不講”，注重引導，學生思考積極，教學過程循序漸進，充分體現學生的自主性；突出了化學學科的特點--實驗教學；通過自主探究實驗，視頻模擬實驗，有效的培養了學生觀察對比現象和總結歸納現象的能力，并通過對實驗的分析，培養了學生邏輯思維能力和語言表達能力；利用多種教學手段，提高教學效率；利用 flash動畫演示，將抽象問題具體化，有利于學生理解掌握并激發學生學習興趣；最后的作業布置--趣味實驗(水果電池)可以讓學生體會到化學就在身邊，引發學習興趣。第三、教學程序清晰，版塊之間過渡自然李然然老師通過火力發電、原電池（工作原理、判斷正負極、構成條件等）兩大板塊進行授課，板塊與板塊之間過渡自然、語言過渡有理有據；同時，在板塊內部也設置了自主探究，合作探究等學習方式，通過問題引導、講練結合鞏固新知，教學程序非常清晰明了。總之，在化學教學中，李然然老師切合學生與生活實際，將復雜枯燥的化學知識有意義的授予學生；通過學生對實驗的觀察與探究，將教師拋出的思考問題一一進行合作、自主的解決，真正體現了學生發現學習。
附
《化學反應與能量變化》-教學案
【高考說明】
1、了解化學反應中的能量變化、放熱反應和吸熱反應
2、理解反應熱、燃燒熱和中和熱等概念
3、掌握熱化學方程式的意義及書寫方法
4、能用蓋斯定律進行有關反應熱的簡單計算
【知識梳理】
一、化學反應中的能量變化
化學反應中有新物質生成，同時伴隨有能量的變化。這種能量變化，常以熱能的形式表現出來。（其他如光能、電、聲等）
1 叫做放熱反應。
叫做吸熱反應。
2、常見吸熱反應：⑴ ，⑵ ，⑶ ，⑷
3、常見放熱反應：⑴ ⑵ ，⑶ ，⑷
例1. 下列反應中生成物總能量高于反應物總能量的是
A 碳酸鈣受熱分解 B 乙醇燃燒 C 鋁粉與氧化鐵粉末反應
D 氧化鈣溶于水 E.由乙醇制C2H4 F. 由氯酸鉀制O2
4、能量變化的原因 （聯系圖像！）
⑴從化學鍵角度分析
新鍵生成釋放的能量大于舊鍵斷裂吸收的能量，則反應 。
新鍵生成釋放的能量小于舊鍵斷裂吸收的能量，則反應 。
⑵從能量儲存的角度分析。
反應物總能量大于生成物總能量，反應 。
反應物總能量小于生成物總能量，反應 。
例2.對下列化學反應熱現象，正確的說法是 (　 )
A．放熱的反應發生時不必加熱
　　 B．伴有能量變化的物質變化都是化學變化
C．在一個確定的化學反應中，反應物的總能量與生成物的總能量一定不同
D．吸熱反應需要加熱后才能發生
二、反應熱（焓變）
1、定義：
2、符號：反應熱用 表示，常用單位為 。
3、可直接測量：測量儀器叫做 （如：例7. ）
4、常見的表現形式：燃燒熱，中和熱等
5、計算方法：
①從鍵能角度：ΔH＝
②從能量角度：ΔH＝
例3、CH3-CH3→CH2=CH2+H2，有關化學鍵的鍵能如下：
化學鍵 C-H C=C C-C H-H
鍵能（kJ/mol） 414.4 615.3 347.4 435.3
試列出該反應的反應熱的計算式子。
三、熱化學方程式
1、定義：
2、表示意義：
2H2(g)+O2(g)=2H2O(1)；△H= —571.68kJ·mol-1，表示在 條件下， 和 完全反應生成 時所 的熱量。
3、熱化學方程式的書寫
例4、（1）某可逆反應的反應過程中能量變化如下圖所示，下列敘述中正確的是（ ）
A．當反應達到平衡時，降低溫度， A的轉化率和K值均增大
B．當反應達到平衡時，升高溫度，A的轉化率增大
C．反應體系中加入催化劑對反應熱沒有影響
D．在反應體系中加催化劑，反應速率增大，E1減小E2增大
（2）已知 B 的升華熱為E4KJ/mol,則A(S)+2B(g)C( g) +D(g)
反應的熱化學方程式為：
________________________________________________________
四、蓋斯定律
例5、已知2－丁烯有順、反兩種異構體，在某條件下兩種氣體處于平衡，
A．順-2-丁烯比反-2-丁烯穩定
B．等物質的量順-2-丁烯比反-2-丁烯完全燃燒，前者放熱多
寫出 反-2-丁烯與氫氣反應的熱化學方程式？
總結： ，這個規律被稱為蓋斯定律。如：
有：△H1＝
應用：計算無法直接實驗測量的反應的反應熱。（ 如下(2) ）
例6、已知某溫度下的熱化學方程式：2SO2（氣）+O2（氣）2SO3；△H= -197KJ/mol，在同溫同壓下，向固定容積的密閉容器中通入2molSO2和1molO2，達平衡時放出熱量Q1KJ；向另一相同的密閉容器中通入1.5molSO2，0.75molO2和0.5molSO3，達平衡時放出熱量Q2KJ。下列關系正確的是 （ ）
A．Q1=Q2=197 B．Q1=Q2<197 C．Q1若通入氣體的量分別為amolSO2，bmolO2和cmolSO3 , 達平衡時放熱為Q2，各物質的濃度與上述相同，則Q1 與Q2關系為？
若向另一相同的密閉容器中通入4molSO2 、2molO2 、1molN2，達平衡時放出熱量 Q2KJ，則Q1 與Q2關系為？
例7、（1）有關下列各組熱化學方程式中關系說法正確的是 （ ）
2H2（g）+O2（g）=2H2O（g）； △H1 ＝ -Q1kJ/mol
2H2（g）+O2（g）=2H2O（1）； △H2 ＝ -Q2kJ/mol
H2（g）+1/2O2（g）=H2O（1）；△H3 ＝ -Q3kJ/mol
A．△H1=△H2 B．△H1＜△H2 C． Q1 ＞2Q3 D．△H1＞2△H3
（2）比較下列各組熱化學方程式（同溫同壓下）中Q1、Q2之間的大小關系：
C（s）+O2（g）=CO（g）；△H=-Q1kJ/mol
C（s）+O2（g）=CO2（g）；△H=-Q2kJ/mol ： 　　
4Al（s）+3O2（g）=2Al2O3（s）；△H=-Q1kJ/mol
4Fe（s）+3O2（g）=2Fe2O3（s）；△H=-Q2kJ/mol ： 　　
（3）廢舊印刷電路板的回收利用可實現資源再生，并減少污染。廢舊印刷電路板經粉碎分離，能得到非金屬粉末和金屬粉末。用H2O2和H2SO4的混合溶液可溶出印刷電路板金屬粉末中的銅。已知：
Cu(s)+2H+(aq)=== Cu2+(aq)+H2(g)　 ΔH=64.39kJ·mol-1
2H2O2(l)===2H2O(l)+O2(g)　 ΔH=-196.46kJ·mol-1
H2(g)+ O2(g)===H2O(l)　 ΔH=-285.84kJ·mol-1
在H2SO4溶液中Cu與H2O2反應生成Cu2+和H2O的熱化學方程式為　　　 　。
五、標準燃燒熱
1、概念：在101KPa下， 物質 生成 時所放出的熱量。燃燒熱的單位一般用kJ·mol-1表示。
2、特點：以1mol燃燒物為標準來配平其他物質的系數。
六、中和熱
1、概念：在 溶液中 跟 發生中和反應而生成 水（液態）的反應熱叫做中和熱。例：H＋（aq）＋OH－（aq）＝H2O（l） ΔH＝－57.3kJ/mol
則稀鹽酸＋氫氧化鈉，稀硝酸＋稀氫氧化鉀等強酸與強堿反應生成1mol水都放57.3kJ.
注意：中和熱也是實驗測定的熱效應。
例8、下列關于熱化學反應的描述中正確的是( )
A．HCl和NaOH反應的中和熱△H＝－57.3kJ/mol，則H2SO4和Ca(OH)2反應的中和熱△H＝2×(－57.3)kJ/mol
B．CO(g)燃燒熱為283.0kJ/mol，則2CO2(g)===2CO(g)＋O2(g)反應的△H＝+2×283.0kJ/mol
C．1mol甲烷燃燒生成氣態水和二氧化碳所放出的熱量是甲烷的燃燒熱
例9. 50ml0.50mol/L鹽酸與50ml0.55mol/LNaOH溶液在如圖所示的裝置中進行中和反應。通過測定反應過程中所放出的熱量可計算中和熱。回答下列問題：
（1）注意事項和誤差分析？
（2）若上述HCl和NaOH溶液的密度都近似為1g/cm3，中和后生成的溶液的比熱容C=4.18J·(g-1·0C-1)，實驗起始溫度為t1℃，終止溫度為t2℃,則該中和反應放出熱量為 KJ， KJ/mol（均填表達式）。
（3）實驗中改用60ml0.50mol/L鹽酸與50ml0.55mol/L NaOH溶液進行反應，與上述實驗相比，所求中和熱 （填“相等”或“不相等”），簡述理由： 。
（4）用相同濃度和體積的氨水代替NaOH溶液進行上述實驗，測得的中和熱的數值會 （填“偏大”“偏小”或“無影響”），原因？
【鞏固練習】
1、現有 CO，H2，CO2組成的混合氣體116.6升(標況),經完全燃燒后放出的總熱量為867.9KJ,并生成18克H2O(L),已知2H2 (g)+O2 (g)=2H2O(L)；△H=-571.6KJ/mol ,CO(g)+1/2O2=CO2 (g); △H=-282.8KJ/mol,則燃燒前混合氣體中CO的體積分數最接近于 （ ）
A 80% B 60% C 40% D 20%
2、已知H2(g)、C2H4(g)和C2H5OH(1)的燃燒熱分別是-285.8kJ·mol-1、-1411.0kJ·mol-1和-1366.8kJ·mol-1,則由C2H4(g)和H2O(l)反應生成C2H5OH(l)的△H為 ( )
A．-44.2kJ·mol-1 B．+44.2kJ·mlo-1
C．-330kJ·mol-1 D．+330kJ·mlo-1
3、已知反應：①101kPa時，2C(s)＋O2(g)＝2CO（g）；△H＝－221kJ/mol
②稀溶液中，H＋(aq)＋OH－(aq)＝H2O(1)；△H＝－57.3kJ/mol
下列結論正確的是
A、 碳的燃燒熱大于110.5kJ/mol
B、 ①的反應熱為221kJ/mol
C、 稀硫酸與稀NaOH溶液反應的中和熱為－57.3kJ/mol
D、稀醋酸與稀NaOH溶液反應生成1mol水，放出57.3kJ熱量

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