對必修模塊“化學能與熱能”有效教學的思考

摘 要：以必修模塊高中化學教材《必修二》中《化學能與熱能》的內容，根據學生的認知規律進行有效教學的思考。

關鍵詞：化學能；化學反應的熱效應；化學鍵；教學設計

本文所討論的內容為人教版《化學2》第二章“化學反應與能量”第一節“化學能與熱能”的教學內容。從化學反應化學鍵的變化與能量的轉化認識化學反應的熱效應，此部分的內容是高中學習的一個重點內容，又對《選修四》的學習起著承前的作用。

一、對教材知識要求的認識

新課標的教學要求：理解化學鍵的斷裂與形成是化學反應是能量變化的主要原因，能夠從微觀結構的變化看化學反應與能量變化過程，建立科學的能量觀。

從課標的要求與本節的內容來看，涉及的知識點有：認識化學反應的熱效應；了解常見的化學反應的熱效應；認識化學能的存在與物質性質之間的關系以及同一物質不同狀態下的化學能高低和化學反應中能量的轉換關系；理解化學鍵的變化過程中的能量變化以及在這種變化過程中分子、原子的能量大小關系及轉化；了解人類文明的發展與對化學能的利用的聯系等。其中從能量變化的角度認識化學反應的熱效應與從微觀化學鍵的角度來解釋化學反應的熱效應是本節的難點。

二、教材的編排與筆者的設計思考

教材從化學鍵引起熱量的變化從而引起化學能與熱能之間的轉化，通過三個典型的實驗體驗化學反應中的熱效應并掌握常見的化學反應的熱效應。其優點是與上一節所學化學鍵內容相扣，先從理論找依據，再從實驗驗證與理解，環環相扣，緊密相連。但在教學的過程中筆者發現，以此編排進行的教學中一開始給出化學鍵的變化與能量的關系對初學化學鍵的學生來說難度過大，引入化學反應中能量的轉化過于生硬，學生容易把微觀的化學鍵變化的相關能量與化學能的變化弄混，在分析中只能機械地記住結論，經常得出自相矛盾的結論，教材中化學能的概念不明確且與其他概念相互關系復雜。因而只有明晰概念，理清關系，才能解決教學中的難點。

只有從尊重學生的認知的角度去設計教學，理順教學關系，才能讓學生成為學習的主人。因而可設計先從分組實驗讓學生從感性上認識化學反應的熱效應，再以能量守恒進入化學能與熱能之間的轉化，最后再用化學鍵在化學反應中的變化解釋能量轉化的設計。這種先讓學生認知現象，再探究本質，理論與實際相結合，或許會更加符合新課標對探究式教學的要求和學生的認知規律。

三、對教材設計實驗的運用

在教學中可先從教材設計了三個典型的實驗，設計探究式學生分組，依據實驗展開問題討論，如下：

實驗2-1放熱反應的概念可用于探究化學反應速率的影響因素金屬與酸反應的熱效應小結

實驗2-2吸熱反應的概念常見的吸熱反應吸熱反應與反應條件的關系

實驗2-3中和反應的熱效應化學反應的熱效應分類與四種基本反應的交叉小結能量的變化是化學反應的另一基本特征

通過三組簡單的實驗與問題探究，充分地利用學生分組討論，教師進行合理的引導，從而使學生對“能量變化是化學反應的另一基本特征”有了深刻的感性認識，激發了學生的學習興趣與培養了探究意識，進一步發問：“化學反應的熱效應究竟由什么決定？”更加能激發學生的思考與預習，為對化學反應熱效應的理論學習打好基礎和做好準備。

四、對化學反應熱效應的理論探究

從探究中認識到有能量變化是化學反應的另一特征，思考能量既不能憑空產生，又不能憑空消失，那么放熱反應放出的能量來自何方，吸熱反應吸收的熱量又去何處了呢？如此從現象到本質的學習提上研究議程，引出物質本身具有化學能可在化學反應中體現出來。

1.什么是化學能

任何物質都有化學能，教學中可認為化學能是物質本身具有的且能在化學變化中體現出來的內能。

問題探究：

（1）同一物質不同狀態的化學能的變化，如，水、水蒸氣、冰。

（2）金剛石與石墨化學能和穩定性比較。

教學結論：

①同一種物質所具有的化學能：氣態 >液態>固態。

②一般來說具有的化學能越高的物質越不穩定，化學性質越活潑。

2.化學能中化學反應中的變化

化學反應中物質變化的同時所對應的化學能也發生了變化。

對比討論：

化學反應中能量的轉化關系：

化學反應A+B=C+D

若物質的化學能的關系：

A與B的化學能>C與D的化學能，則該反應放熱，能量的轉化關系為化學能轉化為熱能。

若物質的化學能的關系：

A與B的化學能

結論：

化學反應的熱效應與反應物的總能量與生成物的總能量的相對大小有關，作圖分析：

■ ■

3.化學能為什么能轉化

化學能的轉化與化學反應的進行過程有關，因而與化學反應中化學鍵的變化有關。

《分析》從化學鍵去分析化學反應的過程：

■

舉例：H2+Cl2=2HCl

（1）從分子拆分為原子需要斷裂化學鍵，把結合緊密的原子分開，需要提供能量，此時外部的能量轉化為原子的化學能。

H—H→H + H 吸收能量436 kJ /mol

E（H2）< 2E（H）

Cl—Cl→Cl+Cl 吸收能量243 kJ /mol

E（Cl2）<2E（Cl）

斷鍵一共需吸收熱量為=436kJ+243kJ=679kJ

（2）原子重新組合為新分子，把高能量的原子結合形成作用，此時多余化學能便會釋放出來轉化為了熱能。

H+Cl→H—Cl放出能量432kJ/mol

E（H）+E（Cl）>E（HCl）

成鍵一共需放出能量為=2×432kJ=864kJ所以：此1mol反應對外放出能量=864kJ-679kJ=185kJ

因而，結合兩個過程的能量的不同變化，由于斷裂的化學鍵與形成的新化學鍵不一樣，因而兩個過程中的化學能的轉化大小一定不相等，因而總體上便會有能量的變化：

當斷鍵所需的總能量小于成鍵所放的總能量時，此反應對外放熱。

當斷鍵所需的總能量大于成鍵所放出的總能量時，此反應對外吸熱。

四、教學實踐過程中的小結

從實驗發現問題到理論解釋再到尋找原因，學生已經完成一輪科學探究式的學習過程。從宏觀的化學反應的能量特征、能量變化再到微觀的化學鍵變化，配合了學生的認知規律與學習能力，同時教學切入點簡單，知識深度層層相扣，各知識點完全成線連結。學生對常見的化學反應的熱效應、化學能的概念、物質的性質與能量的關系，化學反應中能量的相互轉化、化學鍵與能量的關系等知識有了較為深刻的了解，再結合相關的練習，相信一定可以達到新課標的教學要求。

參考文獻：

[1]楊圣群.談基于學生認知能力的“化學能與熱能”的教學[J].化學教與學，2011（03）：21-22.

[2]保志明.從尊重與豐富學生認知的角度設計教學：必修模塊“化學能與熱能”的教學思考[J].中學化學教學參考，2012（08）：14-15.

作者簡介：彭愛華，男，廣東省珠海市，1977年出生，學歷：本科，職稱：中學一級教師，研究方向：中學化學教育。

編輯 王團蘭