資源簡介

教學設計
課程基本信息
學科 高中化學 年級 高一 學期 春季
課題 化學反應與能量變化（第一課時）
教學目標
1.通過實驗和已有知識、經驗感受化學反應中的能量變化，知道常見的吸熱反應和放熱反應，樹立物質變化中伴隨能量變化的觀念。
2.能從反應物與生成物所具有的能量、化學鍵的斷裂與形成兩個角度理解化學反應中能量變化的主要原因，提升證據推理能力。
3.了解人類對化學反應中能量的利用情況，感受化學學科的社會價值，培養科學態度與社會責任。
教學內容
教學重點：化學反應中能量變化的本質。
教學難點：利用化學鍵的斷裂和形成簡單計算反應的吸、放熱。
教學過程
【環節一】感受化學反應中的能量變化 【導入】“暖寶寶”的放熱原理 同學們用過暖寶寶嗎？用過的同學都知道，暖寶寶使用起來非常方便，只要撕開包裝，它就會慢慢變暖，你可以粘在腹部，肩膀，背部，腿部！ 【問題一】為什么撕開包裝暖寶寶就慢慢變暖了呢？ 【教師】我們再看看淘寶上對暖寶寶的宣傳：可以持續發熱10小時，還能保持530C恒溫。 【問題二】為什么可以持續發熱10小時？還能恒溫發熱？ 【探究】了一探究竟，我撕開了包裝，還把這層無紡布袋也剪開了！大家可以看到一團黑黑的固體。同學們，看到這么黑黑的一片，你首先想到了什么物質？活性炭？如果只有活性炭肯定達不到這個效果！ 【展示】暖寶寶成分：還原鐵粉、活性炭、鹽、蛭石、水、吸水樹脂 【教師】此后，我把暖寶寶拆開后一直暴露在空氣中，這是久置的暖寶寶成分。大家關注一下黑色的固體變成了什么顏色？ 【學生】黑色的固體變成了紅棕色，紅棕色的物質很有可能是Fe2O3。“暖寶寶”的放熱原理就是利用鐵的氧化反應放熱。 【解惑】 1.當把密封的外包裝撕開，O2會滲進無紡布袋內，與袋內粉末發生化學變化并釋放熱量。 2.持續發熱10小時，產品使用了蛭石來保溫。 3.530C恒溫發熱，是通過透氣膜的透氧速率進行控制的。 【過渡】通過上面的分析，我們可以看出化學反應不僅有新的物質生成，還伴有能量的變化，其中主要以熱能的形式放出。 【問題三】是否所有的化學反應過程都會釋放能量？ 【教材實驗6-1】鎂和鹽酸的反應。 在一支試管中加入2 mL 2 mol·L-1鹽酸,并用溫度計測量其溫度。再向試管中放入用砂紙打磨光亮的鎂條,觀察現象,并測量溶液溫度的變化。 【教材實驗6-2】Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl反應。 將20 g Ba(OH)2·8H2O晶體研細后與10 g NH4Cl晶體一起放入燒杯中,并將燒杯放在滴有幾滴水的木片上,用玻璃棒快速攪拌,聞到氣味后迅速用玻璃片蓋上燒杯,用手觸摸燒杯下部,試著用手拿起燒杯。觀察現象。 【過渡】通過我們剛剛做的兩個反應我們可以知道：并不是所有的化學反應都放熱。我們可以依據化學反應中的熱量變化給化學反應分類。 【定義】化學上把釋放熱量的化學反應稱為放熱反應，如鎂和鹽酸反應；化學上把吸收熱量的化學反應稱為吸熱反應，如八水合氫氧化鋇和氯化銨晶體的反應。 【總結】常見的放熱反應有：活潑金屬與酸的反應；所有的燃燒反應；酸堿中和反應；多數化合反應。 常見的吸熱反應有：堿與銨鹽的反應；多數分解反應；灼熱的碳與二氧化碳的反應以及氫氣和氧化銅的反應。 【環節二】從宏觀角度（總能量）理解化學反應中能量變化的本質 【問題四】化學反應過程中為什么會有能量的變化？為什么有的化學反應釋放熱量，有的化學反應吸收熱量？ 【學生】各種物質都具有能量，物質的組成、結構與狀態的不同，所具有的能量不同！ 【教師】類比重力勢能：水從高處往低處流，重力勢能減小，轉化為動能。 根據能量守恒定律：反應物的總能量高→生成物的總能量低，放出能量。 【思考】以能量為縱坐標，反應歷程為橫坐標，畫出反應物總能量與生成物總能量的變化過程： 【學生】 【總結】放熱反應可以看成是反應物所具有的化學能轉化為熱能釋放出來. 【教師】同理：水從低處往高處流，重力勢能增大，需要外界提供電能。根據能量守恒定律：反應物的總能量低→生成物的總能量高，吸收能量。 【思考】以能量為縱坐標，反應歷程為橫坐標，畫出反應物總能量與生成物總能量的變化過程： 【學生】 【總結】吸熱反應可以看成是熱能轉化為化學能被生成物所“儲存”。 【環節三】從微觀角度（斷鍵、成鍵）理解化學反應中能量變化的本質 【問題五】碳燃燒屬于放熱反應，但碳燃燒需要引燃，那為什么放熱反應還需要引燃呢？ 【引導】化學反應本質：舊鍵的斷裂和新鍵的形成。舊鍵的斷裂吸收熱量，新鍵的形成釋放能量。若斷鍵吸收能量>成鍵釋放能量→吸熱反應；斷鍵吸收能量<成鍵釋放能量→放熱反應。 【舉例】以氫氣與氯氣化合反應為例： 【資料卡】斷開1mol鍵要吸收的能量H-H：436KJ；Cl-Cl：243kJ；H-Cl：431kJ 吸收的能量 = 436+243 =679 kJ 放出的能量 =431×2 = 862 kJ 斷鍵吸收能量<成鍵釋放能量→放熱反應。 【思考】以能量為縱坐標，反應歷程為橫坐標，畫出反應物斷鍵與生成物成鍵導致反應物與生成物總能量變化過程： 【學生】 【回顧】燃燒的三大條件：①可燃物；②達到著火點；③具有充足的氧氣。為什么要達到著火點？延伸問題：為什么放熱反應僅僅引燃即可？放熱反應、吸熱反應與加熱有什么關系？ 【學生】要達到著火點是因為斷鍵要吸熱；放熱反應可以提供能量，因此只需要引燃即可；放熱反應、吸熱反應與加熱沒有必然的關系。 【補充】但若一個化學反應需要持續加熱，則該化學反應一定是吸熱反應。如C+CO2，H2與CuO就是常見的吸熱反應。 【總結】剛剛我們已經從經驗、宏觀、微觀、熱成像多角度認識化學反應中能量變 經驗角度 宏觀角度 微觀角度 【問題六】是不是所有的化學反應，不是放熱反應就是吸熱反應？ 【補充實驗】在一支試管中加入2mLNaHCO3溶液，并用溫度計測量其溫度。再向試管中放入同濃度的同體積的醋酸，觀察現象，并測量溶液溫度的變化。 實驗現象：產生大量氣泡；溫度計的示數無明顯變化。 【疑惑】除了吸熱反應和放熱反應，那還存在既不放熱又不吸熱的反應？ 【引導】除了用溫度計測量溫度變化來感受化學反應中能量變化，生活中還有沒有比較靈敏的測量熱量變化的方法？ 【展示】紅外感應測溫儀。紅外感應測溫儀可以對準人的額頭、手腕等部位測體溫。同學們看右側這張紅外熱成像圖，人臉部額頭溫度稍高，熱成像顯示為暖色，溫度低的其他區域為冷色。 【過渡】那我們常見的化學反應熱成像會呈現什么樣的畫面呢？ 【視頻】播放Na與H2O的反應，小蘇打和白醋的反應的熱成像儀拍攝的視頻 【結論】小蘇打和白醋的反應并不是既不放熱又不吸熱的反應，而是吸熱反應。 【總結】各種物質都具有能量，物質的組成、結構與狀態的不同，所具有的能量不同！理論上，所有的化學反應都伴隨能量變化。 【學以致用】隨著人們生活節奏的加快,市場上出現了多種類型的“即食飯盒”等快速給食物加熱的產品。將一無色液體加入發熱包中,放上裝米飯的盒子,過幾分鐘米飯馬上就熱氣騰騰,可以食用。請你推測其發熱包和無色液體可能是如下哪個組合？(　　) A.硝酸銨和水　　B.濃硫酸和水 C.氧化鈣和水 D.固體酒精和水 【改編】如果你是商家，突然發現沒有CaO了，但是你身邊還有醋酸、小蘇打、鐵粉、酒精，你可以選擇什么物質代替？ 【學生】根據常見的放熱反應，我們還可以選鐵粉和醋酸來替代！ 【環節四】體會化學學科的社會價值 【過渡】人類利用化學反應的熱能始于火的發現，從早期的以樹枝雜草為主要能源，到現代以煤、石油和天然氣為主要能源，人類獲取熱能的主要途徑都是通過物質的燃燒。 【教師】同學們，你們知道嗎？生活在現代社會的你，每天的耗能大約是原始社會一百多個人的耗能。在原始社會人均耗能每天8000 kJ，早期的農業社會人均耗能每天5×104 kJ，現代的信息化社會人均耗能每天1×106 kJ，可見人均耗能會隨著社會的進步、科技的發展越來越多。而化石燃料作為人類利用最多的常規能源，其利用過程中面臨哪些亟待解決的問題？ 【學生】一是其儲量有限，短期內不可再生；二是煤和石油產品燃燒排放的粉塵、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳等是大氣污染物的主要來源。 【課后思考】為改善人類的生存環境，促進社會可持續發展，人類與日俱增的能源需求與能源危機如何應對？由化石燃料引發的大氣污染如何改善？請同學們課后從這兩方面收集相關資料并提出自己的觀點。 【課堂總結】今天我們學習的內容主要包含從經驗，宏觀，微觀和熱成像四個角度學習放熱反應和吸熱反應，通過學習化學反應中的熱量變化理解化學反應中能量變化的本質，并探討其與生活的聯系。 【課堂練習】 1．下列反應中能量變化趨勢與下圖一致的是( ) A．氫氧化鋇晶體與氯化銨晶體混合 B．中和反應 C．木炭在氧氣中發生不完全燃燒 D．生石灰和水的反應 【答案】A 【解析】生成物的總能量大于反應物的總能量，說明此反應為吸熱反應。和的反應為吸熱反應；中和反應、、均為放熱反應。故答案為：A。 2.某反應的能量變化如圖所示。則有關該反應的敘述正確的是(　 　) A．是吸熱反應 B．生成物比反應物穩定 C．該反應一定是氧化還原反應 D．向外界放出的熱量為(E2－E3) 【答案】B 【解析】該反應的反應物能量高于生成物，是放熱反應，故A錯誤； 生成物能量低于反應物，所以生成物比反應物穩定，故B正確； 該反應不一定是氧化還原反應，故C錯誤； 向外界放出的熱量為(E1－E3)，故D錯誤。

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