高中化學(xué)必修二“化學(xué)反應(yīng)與能量變化”教學(xué)設(shè)計

【教學(xué)內(nèi)容】

“化學(xué)反應(yīng)與能量變化”這一章節(jié)能夠分為兩大教學(xué)板塊：（1）熱能與化學(xué)能的互相轉(zhuǎn)化；（2）化學(xué)反應(yīng)過程中能量變化與化學(xué)鍵間的關(guān)系。第一教學(xué)板塊主要利用兩個實驗來闡述何為放熱反應(yīng)、何為吸熱反應(yīng)，并表明“化學(xué)反應(yīng)主要通過熱量的形式來表示能量的變化”。該部分主要引導(dǎo)學(xué)生進行科學(xué)探究，采用定量與定性的研究方式分析化學(xué)反應(yīng)中的能量變化，進而讓學(xué)生在實驗活動中深度感受熱能與化學(xué)能的轉(zhuǎn)化過程。第二教學(xué)板塊則將“化學(xué)反應(yīng)本質(zhì)”作為切入口，首先通過生成新鍵釋放能量與斷裂舊鍵吸收能量來探究能量與化學(xué)鍵間的緊密聯(lián)系，進一步剖析化學(xué)反應(yīng)過程中發(fā)生能量變化的根本原因；隨后比較生成物與反應(yīng)物間的能量差異來分析“釋放、吸收能量”與“化學(xué)反應(yīng)”間的關(guān)系，最終得出“能量守恒”的規(guī)律。

文章聚焦“化學(xué)反應(yīng)與能量變化”中第一教學(xué)板塊內(nèi)容，通過圖文并茂的形式向?qū)W生展示了化學(xué)能與熱能的關(guān)系，進而幫助學(xué)生樹立良好的能量觀。

【學(xué)情分析】

高中階段學(xué)生能夠充分利用自身的生活實踐經(jīng)驗以及所學(xué)的化學(xué)知識來對本節(jié)知識建立感性認知，而“化學(xué)反應(yīng)與能量變化”就是要求學(xué)生在感性認知的基礎(chǔ)上獲得理性認識：任意化學(xué)反應(yīng)均會由于生成物與反應(yīng)物間總能量的差異而發(fā)生能量的變化；任意化學(xué)反應(yīng)在發(fā)生過程中均會伴隨新鍵的生成與舊鍵的斷裂，只是生成新鍵釋放的能量與斷裂舊鍵吸收的能量不一樣。

【教學(xué)目標】

1.通過理論探究與實踐操作相結(jié)合的方式，引導(dǎo)學(xué)生進一步理解化學(xué)反應(yīng)中能量變化的主要原因。

2.通過觀察實驗現(xiàn)象，鼓勵學(xué)生基于實驗數(shù)據(jù)感知能量與化學(xué)鍵間的緊密聯(lián)系。

3.利用實驗活動激發(fā)學(xué)生對化學(xué)學(xué)科的情感，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

4.通過學(xué)習(xí)了解開源節(jié)流的重要意義，培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任意識，讓學(xué)生理解社會發(fā)展程度與人均耗能之間的關(guān)系。

【教學(xué)重難點】

理解實驗對化學(xué)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)作用，體會理論與實踐的關(guān)系。

【教學(xué)方法】

1.重視化學(xué)實驗對化學(xué)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)作用。

2.采取歸納綜合類比分析、學(xué)以致用等多種手段加強學(xué)生對本節(jié)學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解。

【教學(xué)準備】

準備實驗用品：6 mol/L的鹽酸、砂紙、鋁條、溫度計、Ba（OH）2·8H2O晶體、NH4CI晶體、大小不同的燒杯、玻璃杯、稀硫酸、棉花、小試管、熱水、0.5 mol/L的鹽酸、0.5 mol/L 的硝酸、0.55 mol/L氫氧化鈉溶液、0. 55 mol/L的氫氧化鉀溶液、碎紙條、硬紙板。

【教學(xué)過程】

一、導(dǎo)入新課

［引入］現(xiàn)代社會中，人類的一切活動（從衣食住行到文化娛樂，從社會生產(chǎn)到科學(xué)研究等）都離不開能量，而許多能量的利用與化學(xué)反應(yīng)中的能量變化密切相關(guān)。從煤、石油和天然氣等提供的熱能，到各種化學(xué)電池提供的電能的電能，都是通過化學(xué)反應(yīng)獲得的。

［過渡］化石燃料燃燒會釋放大量的熱。除了燃燒，其他化學(xué)反應(yīng)也伴隨著放熱或吸熱現(xiàn)象。

二、新課講授

教學(xué)環(huán)節(jié)一：通過實驗了解化學(xué)反應(yīng)與能量的關(guān)系

◎?qū)嶒?

在一支試管中加入2mL 2mol/L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鋁條，觀察現(xiàn)象，并測量溶液溫度的變化。

［教師講解］

在實驗操作中盡量選擇純度更高的鋁條，且需要在實驗前使用砂紙將鋁條打磨光亮，這樣才能夠保障溫度計的測量效果，且能夠在用手觸摸時感受到明顯的放熱現(xiàn)象。鋁條與弱酸或稀鹽酸反應(yīng)的現(xiàn)象不明顯，因此本次實驗中選擇的鹽酸濃度不易過低。

［分組操作］教師一邊巡視，一邊進行指導(dǎo)。

［完成記錄］（見表1）

［討論與思考］

（1）在反應(yīng)過程中你能觀察到什么現(xiàn)象？

（2）用手觸摸感覺到的現(xiàn)象如何利用上節(jié)課的理論解釋？

（3）由于無法用眼睛直觀觀察熱量變化情況，你認為還能夠使用哪些方便快捷的方式分析化學(xué)反應(yīng)中的熱情變化呢？

（設(shè)計意圖：實驗的方法是化學(xué)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)方法，實驗是解決化學(xué)問題的常用手段。）

［評價與反思］

1.組間的評價和交流

（1）在聆聽完所有小組的實驗匯報后，你們認為哪一小組的實驗操作更加科學(xué)？哪一小組又有值得改進的地方呢？

（2）在聆聽完所有小組的實驗匯報后，你們是否想出了新的實驗優(yōu)化方式？

2.組內(nèi)的評價和交流

（1）在合作學(xué)習(xí)中，哪位成員啟發(fā)了你的思維？你又為其他成員提供了哪些新的想法？

（2）在動手操作中，你給成員們提供了哪些幫助？成員們又為你提供了哪些幫助？

3.個人的總結(jié)與反思

（1）在本次實驗活動中你學(xué)到了哪些實驗設(shè)計方法？理解了哪些化學(xué)知識？

（2）在這次實驗中你最不滿意的做法有哪些？最滿意的做法有哪些？

◎?qū)嶒?

精準稱取10g的NH4Cl與20g的Ba（OH）2·8H2O，并將這些晶體搗碎研細后放入燒杯中，隨后將滴有幾滴水的木片放在燒杯下方。快速用玻璃棒攪拌燒杯內(nèi)晶體，當(dāng)聞到些許氣味后立馬將玻璃片蓋至燒杯口處，拿起燒杯認真觀察實驗現(xiàn)象，并用手掌觸摸燒杯底部（見圖1）。

［教師講解］

本次實驗操作的關(guān)鍵點在于兩個晶體能在短時間內(nèi)充分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，只有這樣才能夠迅速降低體系溫度，進而讓玻璃片上的水滴發(fā)生凝固。活動中有三大注意事項：（1）實驗前應(yīng)將Ba（OH）2·8H2O充分搗碎，確保其能夠與NH4Cl完全混合；（2）因為本實驗為固相反應(yīng)，學(xué)生應(yīng)當(dāng)在兩種晶體混合后迅速用玻璃棒進行攪拌，確保二者能快速發(fā)生反應(yīng)；（3）在實驗過程中會釋放氨氣，對周邊環(huán)境造成污染，因此實驗結(jié)束后需完成氨氣的回收工作。

［分組操作］

認真閱讀教材內(nèi)容，并利用所學(xué)知識來設(shè)計實驗方案。

［完成記錄］（見表2）

實驗結(jié)束后，教師用化學(xué)方程式表示上述兩個反應(yīng)：

［板書］

6HCI+2Al=3H2↑+2AlCl3 反應(yīng)放熱

2NH4Cl+Ba（OH）2·8H2O=10H2O+2NH3↑+BaCl2反應(yīng)吸熱

教學(xué)環(huán)節(jié)二：通過實驗測定中和熱

［實驗方法］中和熱的測定

1.闡述中和熱的定義

2.實驗測定方法

（1）所用裝置（不完整，見圖2）：

（2）實驗試劑：提前稱取50mL的0.55mol/L氫氧化鈉溶液，以及50mL的0.50mol/L鹽酸。將二者倒入上述實驗裝置中進行中和反應(yīng)。

（3）由于本次實驗中釋放的熱量約等于水溶液吸收的熱量，因此可采用如下公式來計算熱量數(shù)值：Q=（t-t0）cm，m（單位：g）代表了水溶液的質(zhì)量；c為固定數(shù)值4.18J/（g·℃），代表了水的比熱容。

［討論與思考］

1.為什么需要在大小燒杯的間隙中塞滿碎紙條呢？

2.觀察實驗2中裝置可發(fā)現(xiàn)，其還缺少哪一種玻璃用品？

3.中和熱的數(shù)值為什么與反應(yīng)中釋放的熱量相等？

［分組操作］

將班級學(xué)生劃分為三人小組進行親自實驗，并完成如下實驗記錄表。要求組內(nèi)每一學(xué)生均能夠獨立做完一個實驗，隨后進行組內(nèi)討論，歸納得出實驗規(guī)律。最終各小組派代表進行成果匯報，開展組間交流。

［完成記錄］（見表3）

［討論分析］

三個中和反應(yīng)的離子方程式及化學(xué)方程式應(yīng)為：

（1）OH-+H+=H2O

KOH+HCl=H2O+KCl

（2）OH-+H+=H2O

NaOH+HCl=H2O+NaCl

（3）OH-+H+=H2O

NaOH+HNO3=H2O+NaNO3

［小組匯報］

雖然這三個化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)物不一樣，化學(xué)方程式也不一樣，但三者的本質(zhì)是相同的，均屬于中和反應(yīng)，為OH-與H+生成水的過程，離子方程式為OH-+H+=H2O，因此我們能夠推斷出“中和反應(yīng)均會釋放熱量”的規(guī)律。由于實驗中三個反應(yīng)內(nèi)OH-與H+物質(zhì)的量均保持一致，最終生成水的量也應(yīng)當(dāng)相同，最終反應(yīng)結(jié)束后釋放的熱量也應(yīng)保持一致，溫度上升的幅度趨于一致。

［深度剖析］

請利用化學(xué)理論知識闡述為何中和反應(yīng)均為放熱反應(yīng)？

［實驗總結(jié)］

要想精準測量中和反應(yīng)中熱量的釋放數(shù)值，就應(yīng)不斷優(yōu)化實驗裝置以及操作方式，具體為：（1）關(guān)注實驗中的“量”，即完成重復(fù)實驗后計算平均值、精準測量中和反應(yīng)前后溫度計的數(shù)值、固定反應(yīng)物的體積和濃度數(shù)值等。（2）盡可能降低實驗誤差，要提前標定好氫氧化鈉與鹽酸的溶液，使用移液管進行量液，充分攪拌混合溶液，使用精度更高的溫度計，反應(yīng)體系之外安裝絕緣裝置。

（設(shè)計意圖：中和熱的概念屬于延伸教學(xué)，主要是為了強化學(xué)生對能量與化學(xué)反應(yīng)的理解，并提高學(xué)生對二者的實踐應(yīng)用能力。）

教學(xué)環(huán)節(jié)三：怎樣判斷一個化學(xué)反應(yīng)屬于吸熱反應(yīng)還是放熱反應(yīng)

［教師講解］

實際上，我們學(xué)過的大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)均屬于放熱反應(yīng)，如自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)、大部分化合反應(yīng)以及酸與金屬混合后進行的燃燒反應(yīng)等。只有一少部分化學(xué)反應(yīng)屬于吸熱反應(yīng)，如多數(shù)分解反應(yīng)、碳與水的反應(yīng)、氯化銨晶體與八水合氫氧化鋇間的反應(yīng)、一氧化碳還原氧化銅的反應(yīng)、碳與二氧化碳間的反應(yīng)等。

［實踐運用］

下圖（見圖3）中的兩個化學(xué)反應(yīng)能夠更好地闡述熱能與化學(xué)反應(yīng)間的辯證關(guān)系，并能夠直觀看出二者間的互相轉(zhuǎn)化。

［聯(lián)系實際］

日常生活中人們往往會運用“化學(xué)能轉(zhuǎn)化成熱能”的反應(yīng)原理來進行相關(guān)的生產(chǎn)生活，進而獲得所需的能量（發(fā)射火箭、炸藥開山、燃燒化石燃料等）。此外，化學(xué)科學(xué)家也會利用這一原理來保障很多反應(yīng)的順利推進（分解化合物、高溫冶煉金屬等），從而更好地發(fā)現(xiàn)各類物質(zhì)的性質(zhì)與成份。

三、隨堂訓(xùn)練

1.下面四個選項中有關(guān)能量轉(zhuǎn)化的表述不正確的是（ ）

A.燃燒燃料只是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能的形式

B.生命體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)具有更高的能量轉(zhuǎn)化率

C.照明設(shè)備能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為人們需要的光能

D.光合作用能夠?qū)⑻柲苻D(zhuǎn)化為化學(xué)能

2.下面四個選項中既屬于吸熱反應(yīng)，又屬于氧化還原反應(yīng)的是（ ）

A.NH4Cl與Ba（OH）2·8H2O間的反應(yīng)

B.甲烷在氧氣中發(fā)生燃燒

C.CO2與灼熱的木炭發(fā)生的反應(yīng)

D.稀硫酸與鋅粒發(fā)生的反應(yīng)

【教學(xué)反思】

實驗教學(xué)中，化學(xué)教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生以小組為單位，共同探討實驗方案、優(yōu)化操作流程、觀察實驗現(xiàn)象，并科學(xué)處理實驗數(shù)據(jù)，最終整合相關(guān)信息得出結(jié)論。實驗教學(xué)更加強調(diào)學(xué)生的主觀能動性，要求教師為學(xué)生創(chuàng)造自由的交流、討論空間，從而保障課堂教學(xué)的實效性。例如，在講解氫氧化鈉和鹽酸的中和反應(yīng)實驗時，化學(xué)教師可以將班級學(xué)生劃分為三人的實驗小組，鼓勵學(xué)生在保障實驗效果的前提下將常規(guī)操作器具替換為生活物品。該方式不僅能夠避免藥品出現(xiàn)浪費，還能夠鍛煉學(xué)生的鉆研精神。

（作者單位：貴州省畢節(jié)二中）

編輯：陳鮮艷