2019-2020年高中化學《化學能與熱能》教案14 新人教版必修2.doc

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2019-2020年高中化學《化學能與熱能》教案14 新人教版必修2 能源與人類的生存和發(fā)展息息相關。本章通過對化學反應中能量變化的探討，使學生感悟到過去化學反應在人類利用能源中所充當?shù)慕巧?，在未來人類解決能源危機、提高能源利用率和開發(fā)新能源等方面中的關鍵作用，以激發(fā)學生學習化學的興趣，教育學生關心能源、環(huán)境等與現(xiàn)代社會有關的化學問題 一、教材分析 1. 地位和功能：能源是國際社會共同關注的重要話題。本節(jié)知識在社會生產(chǎn)、生活和科學研究中有著廣泛的應用，是對人類文明進步和現(xiàn)代化發(fā)展有重大價值的知識，與我們每個人息息相關。通過化學能與熱能的學習，學生將對化學在提高能源的利用率和開發(fā)新能源中的作用與貢獻有初步認識；初步樹立起科學的能源觀；這將增進學生對化學科學的興趣與情感，體會化學學習的價值。 本節(jié)內(nèi)容屬于化學反應原理范疇。在初中已從燃料的角度初步學習了“化學與能源”的一些知識，在高中選修4中還將從科學概念的層面和定量的角度比較系統(tǒng)深入地再學習。因此本節(jié)內(nèi)容既是對初中化學相關內(nèi)容的提升與拓展，又是為選修4奠定必要的基礎。 2. 內(nèi)容的選擇與呈現(xiàn)： 本節(jié)課的教學是圍繞化學能與熱能的關系而展開的。教學分為三個部分： 在第一部分中教材先從化學鍵知識入手，說明化學鍵與能量之間的密切聯(lián)系，揭示了化學反應中能量變化的主要原因。然后分析了化學反應過程中反應物和生成物的能量儲存與化學反應吸收還是放出能量的關系，為后面強調(diào)“與質(zhì)量守恒一樣，能量也是守恒的”的觀點奠定了基礎。 在第二部分中教材通過三個實驗，說明化學反應中能量變化主要表現(xiàn)為熱量的形式，提出吸熱反應和放熱反應的概念。在第三部分中教材為了拓寬學生的科學視野，圖文并茂地說明了生物體內(nèi)生命活動過程中的能量轉(zhuǎn)化、能源與人類社會發(fā)展的密切關系，使學生建立正確的能量觀。 關于化學反應與能量之間的關系，學生在初中化學中已經(jīng)有所了解，在他們的生活經(jīng)驗中也有豐富的感性認識。本節(jié)教學內(nèi)容是讓學生在學習物質(zhì)結構初步知識之后，從本質(zhì)上認識化學反應與能量的關系。 關于化學反應中能量變化的原因，根據(jù)課程標準，只點出化學鍵的斷裂和形成是其主要原因即止，并籠統(tǒng)地將反應中吸收或放出能量歸結為反應物的總能量與生成物的總能量的相對高低，不予深究。這已比初中相關內(nèi)容上升了一個水平層次，而定量的討論則在選修4中學習。 關于化學能與熱能的相互轉(zhuǎn)化，側(cè)重討論化學能向熱能的轉(zhuǎn)化，主要考慮其應用的廣泛性和學習的階段性。 3、教學目標： （1） 知識與技能：知道化學反應中能量變化的主要原因；知道一個化學反應是吸收能量還是放出能量的決定因素；通過實例和實驗，了解化學能與熱能的相互轉(zhuǎn)化，了解化學能轉(zhuǎn)化為熱能的應用及其對人類文明發(fā)展的貢獻。 （2） 過程與方法：通過實驗，理解化學反應中能量變化主要表現(xiàn)為熱量的形式，形成吸熱和放熱的概念；通過科學探究和學生活動，讓學生在實驗探究中認識和感受化學能和熱能之間相互轉(zhuǎn)化，體會定性和定量的研究化學反應中熱量變化的實驗方法。 （3）情感、態(tài)度、價值觀：感知生物體內(nèi)生命活動過程中的能量轉(zhuǎn)化，能源與人類的密切關系，深刻體會到化學知識與生活的密切聯(lián)系，建立正確的能量觀；通過實驗培養(yǎng)學生的探究意識，提高學生的觀察、思考的能力，體現(xiàn)合作學習，讓學生自主地獲取知識，感受到學習的樂趣。 3、教材重難點： 教學重點：化學能與熱能之間的內(nèi)在聯(lián)系以及化學能與熱能的相互轉(zhuǎn)化。 教學難點：從本質(zhì)上（微觀結構角度）理解化學反應中能量的變化，從而建立起科學的 能量變化觀。 二、學情分析 化學課程標準關于化學反應與能量的內(nèi)容在初中化學、高中化學2和選修4中均有安排，體現(xiàn)了知識生長與學習的層次性，在具體內(nèi)容上注意前后呼應與銜接，呈現(xiàn)一種螺旋式上升形態(tài)。前一章的化學鍵的內(nèi)容也為本節(jié)關于反應中能量的變化分析奠定了基礎，加上三個直觀的實驗演示，對于吸熱放熱的問題，學生還是比較容易理解的。如何讓學生體會到化學知識與生活的密切聯(lián)系，建立正確的能量觀是本節(jié)內(nèi)容的一個難點。 三、教法分析： 在初中有關知識的基礎上通過閱讀、交流討論、實驗探究等手段達到教學目標。這部分內(nèi)容強調(diào)科學探究和學生活動，讓學生在實驗探究中認識和感受化學能與熱能之間相互轉(zhuǎn)化及其研究過程，學會定性和定量的研究化學反應中熱量變化的科學方法。 本節(jié)課整體教學結構及流程圖為： 結合教參第二套教學設計思路，以實驗探究教學作為切入點：首先從一個燃燒實驗入手→啟發(fā)學生理解物質(zhì)發(fā)生化學反應的同時還伴隨著能量的變化，而這些能量變化通常又表現(xiàn)為熱能變化→進入實驗探究教學→提出“為什么有的化學反應吸熱，而有的化學反應放熱” 的問題→進入理論思考教學→提出人類如何利用化學反應產(chǎn)生的熱量問題→進入實際應用教學。 四、教學過程 第一節(jié) 化學能與熱能 第1課時 [創(chuàng)設問題情景] 在一支試管中放入一小塊生石灰，加入少量水，讓學生觀察實驗現(xiàn)象，再讓學生用手觸摸試管外壁，然后要求學生回答觀察到了什么現(xiàn)象？觸摸試管外壁時有何感覺？說明什么問題？并要求學生寫出反應方程式。 [結論] 生石灰與水反應生成糊狀的氫氧化鈣，試管發(fā)燙，說明反應放出了熱能。 [設問] 熱能是能量的一種表現(xiàn)形式。那么，除剛才的這個反應，其它的化學反應過程中是不是也會有能量變化呢？其表現(xiàn)形式又是怎樣的？根據(jù)你已有的知識經(jīng)驗舉例說明。 [學生舉例、說明] [歸納小結] 物質(zhì)在發(fā)生化學反應的同時還伴隨著能量的變化，這些能量變化通常又表現(xiàn)為熱量的變化。 [設疑] 那么，化學變化中熱量變化的具體形式又有哪些呢？這將是我們本節(jié)課研究的主要內(nèi)容。下面我們通過實驗來進行研究、探討，從中我們還可以了解到科學研究的一般過程和方法。 [演示實驗] 實驗步驟* 眼睛看到的現(xiàn)象 用手觸摸的感覺 用溫度計測量的數(shù)據(jù) 在一支試管中加入2～3mL　6mol/L的鹽酸溶液 向含有鹽酸溶液的試管中插入用砂紙打磨光的鋁條 結　　論 [思考與討論] 用眼睛不能直接觀察到反應中的熱量變化，那么，你將采取哪些簡單易行的辦法 來了解反應中的熱量變化？各有什么優(yōu)缺點？ [反思、交流與評價] 1、實驗過程中，你自己最滿意的做法是什么？最不滿意的做法是什么？ 2、在思考、討論的過程中，其他同學給了你哪些啟示？你又給了他們哪些啟示？ [演示實驗] 見教材實驗2-2 列表整理實驗事實和結論： 實驗步驟 實驗現(xiàn)象 得出結論 將晶體混合后立即用玻璃棒快速攪拌混合物 有刺激性氣味的氣體產(chǎn)生，該氣體能使?jié)駶櫟淖仙镌嚰堊兯{ 有NH3氣生成 用手觸摸燒杯下部 感覺燒杯變涼 反應吸熱 用手拿起燒杯 燒杯下面的帶有幾滴水的玻璃片（或小木板）粘到了燒杯底部 反應吸收熱量使體系溫度降低，使水結成冰 將粘有玻璃片的燒杯放在盛有熱水的燒杯上一會兒再拿起 玻璃片脫離上面燒杯底部 冰融化 反應完后移走燒杯上的多孔塑料片，觀察反應物 混合物成糊狀 有水生成 [思考與討論] 1、通過觀察實驗現(xiàn)象，你得出了哪些結論？寫出反應方程式。 2、你覺得做這個實驗時需要注意哪些問題？還可以做哪些改進？實驗中對你最有 啟發(fā)的是什么？ [小結] 化學反應中的能量變化經(jīng)常表現(xiàn)為熱量的變化，有的放熱，有的吸熱。 [設疑] 通過前面的學習，我們知道燃燒反應、金屬與酸的反應是放熱的，而氫氧化鋇晶體與氯化銨晶體的反應是吸熱的，那么，作為一類重要而常見的反應，酸與堿的中和反應是放熱的還是吸熱的呢？下面，請同學們自己通過實驗來揭開這個秘密。 [學生分組實驗] 建議按教參P22頁的三組對比實驗進行。 [討論與交流] 1、通過實驗，你得出什么結論？如何解釋？ 2、通過這個實驗，你學到了哪些知識？學會了哪些研究方法？ 3、要明顯的感知或測量反應中的熱量變化，實驗中應注意哪些問題？如何減小你與同組同學的實驗結果的差異？ 4、聽完其他小組的匯報，發(fā)現(xiàn)他們的哪些做法比你們好？哪些不如你們的好？你現(xiàn)在是否又有了新的想法？假如要讓你設計一個能較準確地測量反應中熱量變化的裝置，它的大體構造是怎樣的，你可以和同學交流探討共同確定。 [教師講解] 1、中和反應都是放熱反應。 2、三個反應的化學方程式雖然不同，反應物也不同，但本質(zhì)是相同的，都是氫離 子與氫氧根離子反應生成水的反應，屬于中和反應。由于三個反應中氫離子與氫氧根離子的量都相等，生成水的量也相等，所以放出的熱量也相等。 3、中和熱：酸與堿發(fā)生中和反應生成1mol水所釋放的熱量稱為中和熱。 4、要精確地測定反應中的能量變化，一是要注重“量的問題”，二是要最大限度地 減小實驗誤差。 [總結] 本節(jié)課我們結合已有的知識經(jīng)驗，以實驗為主要的研究手段，初步探討了化學反應中的能量變化及其主要形式。相信通過學習，同學們會有許多收獲。但是，隨著學習的深入，也必然會有更深層次的問題涌現(xiàn)出來，比如：化學反應中為什么伴隨有能量的變化？為什么有的反應放熱，有的反應吸熱？如何來合理地表達反應中的能量變化？等等。這些問題我們將在下一節(jié)課上進一步探討。 第一節(jié) 化學能與熱能 第2課時 教學目標： 1、能從化學鍵的角度理解化學反應中能量變化的主要原因，初步學會熱化學方程式的書寫。 2、能從微觀的角度來解釋宏觀化學現(xiàn)象，進一步發(fā)展想象能力。 2、 通過化學能與熱能的相互轉(zhuǎn)變，理解“能量守恒定律”，初步建立起科學的能量觀， 加深對化學在解決能源問題中重要作用的認識。 重點難點： 1.化學能與熱能的內(nèi)在聯(lián)系及相互轉(zhuǎn)變。 2.從本質(zhì)上理解化學反應中能量的變化，從而建立起科學的能量變化觀。 教學過程： [導入] 通過上節(jié)課的學習，我們對化學反應中的能量變化有了初步的認識，知道了反應中 的能量變化通常表現(xiàn)為熱量的變化——放熱或者吸熱，也了解了中和熱的概念。那么，很多同學也許會有這樣一些疑問：化學反應中為什么會有能量變化？為什么不同反應的熱效應不同？本節(jié)課，我們將圍繞這些問題，先從微觀和宏觀的角度來揭示這些秘密，然后介紹反應中熱效應的表示方法，最后再談談化學在能源開發(fā)、利用中的作用和地位。 [創(chuàng)設問題情景] 氫氣和氯氣的混合氣體遇到強光會發(fā)生什么現(xiàn)象？為什么？ [學生思考、討論] 氫氣和氯氣的混合氣體遇到強光會發(fā)生爆炸。這是因為反應在有限的空間里進行，放出大量的熱，使周圍氣體急劇膨脹。 [進一步思考] 反應中的熱量由何而來？ 氫氣和氯氣反應的本質(zhì)是什么？ [學生思考、討論] 從化學鍵角度分析氫氣和氯氣反應的本質(zhì)。 [教師補充講解] 化學反應的本質(zhì)是反應物中化學鍵的斷裂和生成物中化學鍵的形成。化學鍵是物質(zhì)內(nèi)部微粒之間強烈的相互作用，斷開反應物中的化學鍵需要吸收能量，形成生成物中的化學鍵要放出能量。氫氣和氯氣反應的本質(zhì)是在一定的條件下，氫氣分子和氯氣分子中的H-H鍵和Cl-Cl鍵斷開，氫原子和氯原子通過形成H-Cl鍵而結合成HCl分子。1molH2中含有1molH-H鍵，1mol Cl2中含有1mol Cl-Cl鍵，在25℃和101kPa的條件下，斷開1molH-H鍵要吸收436kJ的能量，斷開1mol Cl-Cl鍵要吸收242 kJ的能量，而形成1molHCl分子中的H-Cl鍵會放出431 kJ的能量。這樣，由于破壞舊鍵吸收的能量少于形成新鍵放出的能量，根據(jù)“能量守恒定律”，多余的能量就會以熱量的形式釋放出來。 [歸納小結] 1、 化學鍵的斷裂和形成是化學反應中能量變化的主要原因。 2、 能量是守恒的。 [練習反饋] 已知拆開1molH2中的化學鍵要吸收436kJ的能量，拆開1molO2中的化學鍵要吸收496 kJ的能量，形成水分子中的1mol H-O鍵要放出463 kJ的能量，試說明2H2+O2=2H2O中的能量變化。 [講解] 剛才我們從微觀的角度分析了化學反應中能量變化的主要原因，那么，又怎樣從宏觀的角度來判斷一個反應到底是放熱還是吸熱的呢？各種物質(zhì)中都含有化學鍵，因而我們可以理解為各種物質(zhì)中都儲存有化學能?；瘜W能是能量的一種形式，它可以轉(zhuǎn)化為其他形式的能量。不同物質(zhì)由于組成、結構不同，因而所包含的化學能也不同。在化學反應中，隨著物質(zhì)的變化，化學能也隨之改變，如H2 與Cl2、O2的反應。那么，一個化學反應吸收能量還是放出能量是由什么決定的呢？ [學生討論、交流] 1、 一個確定的化學反應在發(fā)生過程中是吸收能量還是放出能量取決于反應物 的總能量和生成物的總能量的相對大小。 2、 畫出反應物、生成物總能量的大小與反應中能量變化的關系示意圖。 [思考與分析] 甲烷燃燒要放出熱量，水電解產(chǎn)生氫氣和氧氣，試從化學鍵和物質(zhì)所含能量的角 度分析氣原因，并說明反應過程中能量的轉(zhuǎn)變形式。 [提出問題] 前面我們通過對具體反應的分析，從微觀和宏觀兩個角度探討了化學反應中能量變化的主要原因，知道了化學能和其它能量是可以相互轉(zhuǎn)變的，還知道化學反應中能量變化通常表現(xiàn)為熱量的變化。那么，怎樣把物質(zhì)變化和熱量變化統(tǒng)一地表達出來呢？你可以在和同學討論的基礎上提出自己的想法，并對其他同學提出的表達方式作出評價。 [教師講解] 熱化學方程式的含義及朗讀和書寫的注意點 [練習反饋] 乙炔（ C2H2）氣體在氧氣中完全燃燒會放出大量的熱，形成高溫火焰，可以用于焊 接或切割金屬。已知0。5 mol乙炔完全燃燒生成液態(tài)水會放出649 kJ的熱量，試寫出 反應的熱化學方程式，并計算1Kg乙炔完全燃燒放出的熱量。 [教師講解] 乙炔是一種重要的烴類，煤、石油、天然氣的主要成分也是各種烴類，它們在燃燒 時都會放出大量的熱，所以煤、石油、天然氣在能源中扮演了極為重要的角色，對促進 人類社會的發(fā)展具有重要的作用。 [閱讀相關圖片、資料或播放錄像] [思考、交流] 根據(jù)你的經(jīng)驗體會，談談你對當前能源利用、開發(fā)及能源危機的看法。 [總結] 任何化學反應除遵循質(zhì)量守恒外，同樣也遵循能量守恒。反應物與生成物的能量差若以熱量形式表現(xiàn)即為放熱反應或吸熱反應(E反：反應物具有的能量；E生：生成物具有的能量)： 在學習這部分內(nèi)容時，應該重視實驗探究方法在學習新知識中的作用，通過科學探究可以幫助和加深我們對化學能與熱能之間相互轉(zhuǎn)化及其研究過程的認識，學會從定性和定量兩個方面去研究化學反應中的能量變化。 了解生物體內(nèi)生命活動過程中的能量轉(zhuǎn)化、能源與人類社會發(fā)展的密切關系，建立起正確的能量觀。除了課本知識外，也應通過閱讀科普讀物、多聽科普講座、多讀書和看報紙等多種途徑去獲取這些方面的知識。 化學反應伴隨能量變化是化學反應的一大特征。我們可以利用化學能與熱能及其它 能量的相互轉(zhuǎn)變?yōu)槿祟惖纳a(chǎn)、生活及科學研究服務?；瘜W在能源的開發(fā)、利用及解決 日益嚴重的全球能源危機中必將起帶越來越重要的作用，同學們平時可以通過各種渠道來關心、了解這方面的進展，從而深切體會化學的實用性和創(chuàng)造性。 補充練習： 一、選擇題(每題只有一個正確答案) 1．氫氧化鈉與鹽酸的反應屬于( )。 A．吸熱反應 B．放熱反應 C．既是吸熱反應也是放熱反應 D．都不是 2． “搖搖冰”是一種即用即冷的飲料。吸食時將飲料罐隔離層中的化學物質(zhì)和水混合后搖動即會制冷。該化學物質(zhì)可能是( )。 A．氯化鈉 B．固體硝酸銨 C．生石灰 D．蔗糖 3．下列物質(zhì)加入水中顯著放熱的是( )。 A．生石灰 B．固體NaCl C．無水乙醇 D．固體NH4N03 4．對于放熱反應，下列說法正確的是( ) A．產(chǎn)物H20所具有的總能量高于反應物H2和O2所具有的總能量 B．反應物H2和O2所具有的總能量高于產(chǎn)物H2O所具有的總能量 C．反應物H2和O2所具有的總能量等于產(chǎn)物H2O所具有的總能量 D．反應物H2和02具有的能量相等 5．關于吸熱反應的說法正確的是( )。 A．凡需加熱的反應一定是吸熱反應 B．只有分解反應才是吸熱反應 C．使用催化劑的反應是吸熱反應 D．C02與CaO化合是放熱反應，則CaC03分解是吸熱反應 6．已知金剛石在一定條件下轉(zhuǎn)化成石墨是放熱的。據(jù)此，以下判斷或說法正確的是( )。 A．需要加熱方能發(fā)生的反應一定是吸熱反應 B．放熱反應在常溫下一定很容易發(fā)生 C．反應是放熱還是吸熱，必須看反應物和生成物所具有的總能量的相對大小 D．吸熱反應在一定條件下也能發(fā)生 7．有關下列能量轉(zhuǎn)化的認識不正確的是( )。 A．植物的光合作用使得太陽能轉(zhuǎn)化為了化學能 B．人類使用照明設備是將電能轉(zhuǎn)化為了光能 C．生物體內(nèi)的化學變化過程在能量轉(zhuǎn)化上比在體外發(fā)生的一些能量轉(zhuǎn)化更為合理、有效 D．燃料燃燒時只是將化學能轉(zhuǎn)化為了熱能 8．近年來，廣州市的大部分公交車及部分出租車已采用LPG(液化石油氣)作為汽車的燃料，其主要目的在于( )。 A．防止石油短缺 B．降低成本 C．減少對大氣的污染 D．加大發(fā)動機的動力 9．下列情況不造成環(huán)境污染的是( )。 A．燃燒液化石油氣 B．燃燒管道煤氣 C．燃燒氫氣 D．燃燒木材 10． 一種“即食即熱快餐”適合外出旅游時使用，其內(nèi)層是用鋁箔包裹的并已加工好的真空包裝食品，外層則是分別包裝的兩包化學物質(zhì)，使用時拉動預留在外的拉線，使這兩包化學物質(zhì)反應，此時便可對食物進行加熱，這兩包化學物質(zhì)最適合選擇的是（ ） A、濃H2SO4與水 B、生石灰與水 C、熟石灰與水 D、氯化鈉與水 二、填空題 11．從能量的角度看，斷開化學鍵要 ，形成化學鍵要 ?；瘜W反應是釋放能量還是吸收能量取決于 。 12．當反應物的總能量高于生成物時，該反應為 反應；當反應物的總能量低于生成物時，該反應為 反應。 13．下列反應中，屬于放熱反應的是 ，屬于吸熱反應的是 。①煅燒石灰石(主要成分是CaC03)制生石灰(CaO) ②燃燒木炭取暖 ③炸藥爆炸 ④酸與堿的中和反應 ⑤生石灰與水作用制熟石灰 ⑥食物因氧化而腐敗