“化學反應中的熱量”教學設計*

甘玉琴 嚴建波

（江蘇省蘇州中學 江蘇 蘇州 215000）

一、設計思路

能源是國民經濟發展和人民生活所必需的重要物質基礎，而化學反應中所釋放的能量是當今世界上最重要的能源，因此在新課程中特別突出了化學反應與能量轉化這部分內容。新課程標準強調：“從學生已有的經驗和將要經歷的社會生活實際出發，幫助學生認識化學與人類生活的密切關系”［1］。本課通過生活實例引入，激發學習熱情，然后通過三個定性實驗讓學生親身感受化學反應中的熱量，在此過程中，產生認知沖突，接著教師利用傳感器實驗解惑，體現了定量實驗的重要性。其后，通過一些具體反應實例歸納了常見的放熱和吸熱反應，從具體到一般，符合認知規律。接下來，不同于常規思路，并不討論化學反應中熱量變化的原因，而是討論“在化學方程式中如何體現熱量的變化”，即從定量的角度研究化學反應中的熱量，自然引出熱化學方程式，過渡自然。在此部分教學中，注重學生參與，利用“任務驅動”模式，變被動為主動，通過課本信息的閱讀，促進學生閱讀能力、知識遷移能力以及分析歸納、語言表達等能力的提高。基于“從生活到化學，化學回歸生活”的教育理念，本課以自熱飯盒引入，最后又以此結課，首尾呼應，真切的讓學生體會到我們的化學是真實有用的化學。

二、教學設計與流程

【課的引入】視頻短片——廣告：自熱飯盒。

【提出問題】已知自熱飯盒的底部分別放置有CaO粉末和水，請問自熱原理是什么？

【學生分析】CaO 和水反應生成 Ca（OH）2的同時，放出大量的熱，加熱米飯。

（設計意圖：通過觀看視頻，了解化學反應中熱量的應用，激發學習興趣，同時從生活走進化學親切自然。）

【總結】研究表明，在化學反應中，反應物轉化為生成物的同時，必然伴隨有能量的變化，而能量的變化又主要表現為熱量的變化。

【學生實驗】通過三個小實驗來切實感受化學反應中的熱量變化。

實驗一：向試管中放入一段用砂紙打磨過的鎂條，加入約5mL稀鹽酸，用手感知試管外壁溫度的變化。

實驗二：將適量 Ba（OH）2·8H2O（s）和 NH4Cl（s）置于保鮮袋中混合，迅速扎緊袋口，用手感知保鮮袋外部溫度的變化（友情提醒：實驗過程中不要打開保鮮袋口）。

實驗三： 各取 25mL 0．25mol/L鹽酸和 0．25mol/L氫氧化鈉溶液，在燒杯中進行中和反應，用手感知燒杯外壁溫度的變化。

（設計意圖：通過真實實驗探究，親身感受化學反應中的熱量變化，調動學生學習的積極性）

【匯報結果】實驗一：試管外壁發燙，溫度升高，說明此反應放出熱量。

實驗二：保鮮袋外部溫度降低，說明此反應吸收熱量。

實驗三：用手觸摸燒杯外壁無法感知溫度變化。

【質疑】實驗三中燒杯中液體溫度是否一定沒有發生變化呢？如何準確判斷？

【討論】部分學生知道酸堿中和反應會放出熱量，但此處并未感觸到溫度的升高，產生認知沖突。學生提出可以用溫度計進行定量測量。

【教師實驗】（指出用溫度計是可行的）借助于高科技手段-手持技術來實時監測燒杯中液體溫度的變化。

如圖1安裝實驗儀器。點擊傳感器操作界面中“采集”按鈕，傳感器開始采集燒杯中溫度數據，計算機屏幕適時記錄燒杯中溫度變化。如圖2所示，圖中曲線所示為向鹽酸中加入氫氧化鈉溶液后液體溫度的變化。

圖1 反應裝置示意圖

圖2 反應容器中適時溫度變化情況

（設計意圖：此處的實驗揭示采用了完全不同尋常的傳感器實驗，將高科技實驗手段應用于簡單的實驗，揭示了科學的真理，學生在此過程中深入感受到了科學探究的嚴密性，科學思維的廣度得到拓展。且傳感器實驗新奇，大大提高了學習興趣。）

【學生觀察】根據圖像，明顯看到在倒入氫氧化鈉溶液的瞬間，體系的溫度突然升高。同時溫度只升高1．3度左右，因此我們的觸覺無法感知，以上實驗說明酸堿中和反應也會放出熱量。

（此處觀察時，學生首先看到液體溫度在升高，但不一定注意到溫度升高的數值，教師適時提出圖像的觀察分析需定性定量相結合，使學生的圖像分析能力得到提高。）

【總結】有的化學反應放出熱量，有的吸收熱量。據此可將化學反應分為放熱反應和吸熱反應，這是化學反應的又一種分類方法。

【提出問題】根據大家生活經驗和已有化學知識，請指出下列反應是放熱反應還是吸熱反應？

1．CaO與H2O的反應

2．金屬與酸反應

4．鹽酸和氫氧化鈉中和反應

5．高溫鍛燒石灰石

6．木炭的燃燒

7．炸藥的爆炸

8．木炭與水蒸氣高溫得到水煤氣的反應

9．高溫下木炭與CO2反應生成CO的反應

10．鋁熱反應

【匯報結果】1、2、4、6、7、10 為放熱反應

3、5、8、9 為吸熱反應

【教師歸納】常見的放熱反應有：

a．所有燃燒反應

b．酸堿中和反應

c．金屬與酸生成氣體的反應

d．大多數的化合反應

e．鋁熱反應

常見的吸熱反應包括：

a．Ba（OH）2·8H2O（s）+2NH4Cl（s）=BaCl2（aq）+2NH（g）+10H2O（l）

d．大多數的分解反應

（設計意圖：利用生活經驗和已有化學知識，學生已能判斷一些具體反應的熱量變化情況，在此基礎上教師進行歸納，符合“從具體到一般，從感性到理性”的認知規律，避免將知識強加給學生，學生易于接受。）

【過渡】化學反應中既然有熱量的變化，那么如何在化學方程式中體現出來呢？化學家提出用熱化學方程式來表示。那么什么是熱化學方程式？熱化學方程式的意義又是什么？課本是最好的老師，請大家仔細閱讀課本P35［2］，并思考投影上的問題。

（設計意圖：“授人以魚，不如授人以漁”，閱讀能力是一項重要的學習能力，教師應當在日常教學中適時培養。此處采用“閱讀式教學”，讓學生帶著問題進行閱讀，通過“任務驅動”可以提高閱讀的質量和效果。）

【問題】什么是熱化學方程式？

【學生匯報】熱化學方程式是表明反應放出或吸收熱量的化學方程式

【問題】方程式（1）（2）分別表示什么意義？

（1）CaCO3（s）=CaO（s）+CO2（g） ΔH=+178．5kJ·mol-1

（2）C（s）+O2（g）=CO2（g） ΔH=-393．6kJ·mol-1

【學生匯報】通過教材的閱讀，學生容易得出方程式（1）（2）的意義。

【追問】在方程式的右邊出現了ΔH，它的涵義是什么？

【學生歸納】它表明了反應放熱或吸熱情況，稱為反應熱，它有正負之分，“-”表示放熱，“+”表示吸熱，單位一般采用kJ/mol。

【提出問題】以下2個熱化學方程式，它們分別表示什么意義？

① 2H2（g）+O2（g）=2H2O（g） ΔH1=-484kJ·mol-1

② 2H2（g）+O2（g）=2H2O（l） ΔH2=-571．6kJ·mol-1

（學生根據課本上兩個熱化學方程式的意義，可順利得出其它熱化學方程式的意義，此處培養了學生的知識遷移能力。）

【追問】兩個反應放出的熱量不相同。為什么？

【學生討論】生成物水的狀態不同。

【教師引導】那么從氣態水轉化為液態水，是需要吸收熱量還是放出熱量？

【學生】放出熱量。

【歸納總結】所以在相同條件下，生成氣態水放出的熱量要少。由此看出，物質的狀態不同，反應熱也不相同。因此在熱化學方程式中應注明物質的狀態。

【提出問題】熱化學方程式③，它表示的意義呢？

③ H2（g）+1/2O2（g）=H2O（l） ΔH3=-285．8kJ·mol-1

【學生匯報】1mol H2與1/2mol O2完全反應，生成1mol液態 H2O，放出 285．8kJ的熱量

【追問】其中的化學計量數：1、1/2、1含義是什么？是否表示物質的分子數？

【學生匯報】不表示，表示該物質的物質的量。

【追問】在普通的化學方程式中化學計量數是否可表示物質的分子數？是否可表示物質的物質的量？

【共同討論】都可以，因此在普通的化學方程式中計量數一般取整數，但在熱化學方程式中的計量數只表示物質的物質的量，故可以是整數，必要時也可以取分數。

【對比思考】觀察方程式②③，相同的反應，化學計量數不同，ΔH的值不同，化學計量數與ΔH之間有何種關系？

【學生討論】學生很容易看出②的化學計量數是③的兩倍，ΔH的值也是③的兩倍，故ΔH的數值與化學計量數成正比。

【問題】在熱化學方程式中，ΔH的單位是kJ·mol-1，每mol的涵義什么？代表每摩爾物質嗎？

【思考】學生能判斷出它并不代表每摩爾物質，但對于具體的涵義幾乎無法回答。

【教師評價】肯定學生回答，并對難點進行講解：它的涵義是每mol反應。

①：每mol反應表示2mol H2與1mol O2完全反應，生成2mol氣態H2O（②③反應略），即各物質的物質的量均按照化學計量數進行。對于相同的化學反應，化學計量數不同，每mol反應的意義不同，故反應熱也不同。

（設計意圖：熱化學方程式涵義的理解是一個難點，常規的直接講解法，學生只能被動接受。以上教學過程反復采用“提出問題-討論-解決問題”這一教學模式，以三個熱化學方程式為基礎，提出一系列問題，層層遞進，整個過程學生參與度高，思維處于活躍狀態，知識的獲取由被動變為主動。）

【問題】熱化學方程式與普通的化學方程式意義有何不同？普通的化學方程式可以體現什么的變化？

【學生思考】第一個問題比較抽象，同學難以回答。設置的第二個問題較簡單，學生可思考得到是物質的變化，它對第一個問題的回答可起到引導作用。

【追問】熱化學方程式除了體現物質的變化，還可以體現什么的變化？

【共同討論】熱化學方程式不僅體現了物質的變化，還表明了能量的變化。

【知識運用】小計算：

2H2（g）+O2（g）=2H2O（l） ΔH2=-571．6kJ·mol-1

根據以上熱化學方程式，計算1g H2完全燃燒生成液態水，將放出多少熱量？

【計算結果】142．9kJ。

【分析講解】1g燃料便放出如此多的熱量，H2屬于高能燃料，同時反應得到水，無污染，同時它又是最潔凈的燃料。

（設計意圖：“學以致用”，利用化學知識解決問題，回歸生活，讓學生感受到我們學習的化學是“有用”的化學）

【提出問題】熱化學方程式與普通的化學方程式意義不同，那么書寫又有何區別呢？

【學生討論】此時學生通過以上一系列問題的解答已對熱化學方程式有了清晰的理解，通過分組討論，相互補充，不難得出以下結論：

書寫熱化學方程式的注意點：

①熱化學方程式中反應物、生成物必須注明聚集狀態（不標沉淀符號和氣體放出符號）。

固-s 液-l 氣-g 溶液-aq

②ΔH只能寫在方程式的右邊，注意正負號，注意單位。

③熱化學方程式中的計量系數表示該物質的物質的量，可以是整數，必要時也可以取分數，并且同一反應，計量數不同，ΔH的數值不同。

【教師補充】此外ΔH的數值與反應的溫度和壓強有關，因此書寫熱化學方程式時應注明反應的溫度和壓強。但中學化學所用的ΔH的數據，一般都是在101kPa和298K時的數據，因此無需特別注明。

④應注明反應的溫度和壓強，如不注明則指298K、101kPa。

【學生練習】完成下列熱化學方程式：

①1g焦炭與適量水蒸氣反應生成一氧化碳和氫氣，需吸收 10．94kJ的熱量

②0．3mol的氣態高能燃料乙硼烷（B2H6）在氧氣中燃燒，生成固態B2O3和液態水，放出649．5kJ熱量

【練習點評】根據學生書寫中出現的問題進行講解并強調（如ΔH的單位）。

【知識運用】56g氧化鈣與適量水生成氫氧化鈣固體，放出熱量57．86kJ，此反應可應用于自熱飯盒。已知50kJ的熱量大約可使200g米飯溫度升高80度左右，問此過程需要多少克氧化鈣與水。

（設計意圖：本課以“自熱飯盒”引入，最后又回歸到此，首尾呼應，體現了從生活到化學再從化學回歸生活的思想。并且問題的切入從定性轉向定量，科學思維的深度得到拓展，同時也讓學生感受到了化學的魅力。）

三、教學反思

本節課的教學內容是基于蘇教版化學必修2專題2第二單元的第一課時內容進行設計的。不同于常規思路，筆者在歸納完放熱反應及吸熱反應后，并未討論化學反應中的能量觀點，而是討論熱化學方程式的涵義，目的是讓學生從定性和定量兩個方面較全面理解“化學反應中的熱量”。在教學活動中，注重知識與生活的聯系，學生能夠積極主動、真心實意的參與課堂，課堂效率得到了提高。

在學生實驗中，對課本上實驗2進行了改進，操作更簡單，現象更明顯。在學生感受完放熱反應和吸熱反應后，補充實驗3（沒有明顯熱效應），引發認知沖突，接著通過新奇的傳感器實驗解惑，在獲取知識的同時，充分體驗到科技的魅力。學生熱情高漲，學習積極性被充分調動。

本課容量大，其中熱化學方程式涵義的理解是一個難點，理論性強。在教學中采用問題引導式、閱讀式教學，通過一系列問題引導閱讀，層層遞進，整個教學活動中學生的參與面寬，每個學生都被不同程度地調動起來，充分發揮了學生在學習活動中的主體作用。在教學活動中，不僅傳授知識，更注重培養學生多種學習能力。

［1］ 中華人民共國和教育部．普通高中化學課程標準［S］．北京：人民教育出版社，2003：2

［2］ 王祖浩．普通高中課程標準實驗教科書化學 2［M］．南京：江蘇教育出版社，2011：35