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2019-2020年高中化學(xué)《化學(xué)能與熱能》教案6 新人教版必修2 一、教學(xué)設(shè)計 能源與人類的生存和發(fā)展息息相關(guān)。本章通過對化學(xué)反應(yīng)中能量變化的探討，使學(xué)生感悟到過去化學(xué)反應(yīng)在人類利用能源中所充當(dāng)?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(guān)鍵作用，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，教育學(xué)生關(guān)心能源、環(huán)境等與現(xiàn)代社會有關(guān)的化學(xué)問題。 本節(jié)課的教學(xué)是圍繞化學(xué)能與熱能的關(guān)系而展開的。教學(xué)分為三個部分： 在第一部分中教材先從化學(xué)鍵知識入手，說明化學(xué)鍵與能量之間的密切聯(lián)系，揭示了化學(xué)反應(yīng)中能量變化的主要原因。然后分析了化學(xué)反應(yīng)過程中反應(yīng)物和生成物的能量儲存與化學(xué)反應(yīng)吸收還是放出能量的關(guān)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(chǔ)。 在第二部分中教材通過三個實驗，說明化學(xué)反應(yīng)中能量變化主要表現(xiàn)為熱量的形式，提出吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)的概念。這部分內(nèi)容強調(diào)了科學(xué)探究和學(xué)生活動，讓學(xué)生在實驗探究中認(rèn)識和感受化學(xué)能與熱能之間相互轉(zhuǎn)化及其研究過程，學(xué)會定性和定量的研究化學(xué)反應(yīng)中熱量變化的科學(xué)方法。 在第三部分中教材為了拓寬學(xué)生的科學(xué)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(guān)系，使學(xué)生建立正確的能量觀。 關(guān)于化學(xué)反應(yīng)與能量之間的關(guān)系，學(xué)生在初中化學(xué)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(rèn)識。本節(jié)教學(xué)內(nèi)容是讓學(xué)生在學(xué)習(xí)物質(zhì)結(jié)構(gòu)初步知識之后，從本質(zhì)上認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)與能量的關(guān)系。 本節(jié)教學(xué)重點：化學(xué)能與熱能之間的內(nèi)在聯(lián)系以及化學(xué)能與熱能的相互轉(zhuǎn)化。 本節(jié)教學(xué)難點：從本質(zhì)上（微觀結(jié)構(gòu)角度）理解化學(xué)反應(yīng)中能量的變化，從而建立起科學(xué)的能量變化觀。 依據(jù)以上分析，建議將本節(jié)課的教學(xué)分為三個課堂教學(xué)單元：理論思考教學(xué)，實驗探究教學(xué)，實際應(yīng)用教學(xué)。這三個教學(xué)單元相互聯(lián)系，同時又各自平行獨立，其中任何一個單元都可以作為教學(xué)切入點進行課堂整體教學(xué)，這樣就形成了以下幾種教學(xué)思路： 【教學(xué)設(shè)計Ⅰ】以理論思考教學(xué)作為切入點。 從復(fù)習(xí)化學(xué)鍵知識入手→啟發(fā)學(xué)生思考化學(xué)反應(yīng)中“化學(xué)鍵的破與立”與化學(xué)反應(yīng)中能量變化的關(guān)系→進入理論思考教學(xué)→引發(fā)學(xué)生考慮化學(xué)能與熱能相互轉(zhuǎn)化的問題→進入實驗探究教學(xué)→提出人類如何利用化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的熱量問題→進入實際應(yīng)用教學(xué)。 這一教學(xué)思路強調(diào)的是理論的指導(dǎo)作用，啟發(fā)學(xué)生從理論出發(fā)提出化學(xué)反應(yīng)中能量變化的幾種科學(xué)假設(shè)，然后設(shè)計實驗對各種假設(shè)進行驗證，以此培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用理論知識解決實際問題的能力。 理論思考教學(xué)單元中，應(yīng)充分利用學(xué)生已有的結(jié)構(gòu)化學(xué)知識、化學(xué)鍵模型、圖表和多媒體課件等課堂內(nèi)的教學(xué)資源，運用模擬課件將“化學(xué)鍵的斷裂和形成是化學(xué)反應(yīng)中能量變化的主要原因”這一抽象復(fù)雜的知識直觀化和形象化，運用對比、比喻、聯(lián)想等教學(xué)方法進行“一個確定的化學(xué)反應(yīng)在發(fā)生過程中是吸收能量還是放出能量，決定于反應(yīng)物的總能量與生成物的總能量的相對大小”的教學(xué)，力求用直觀化的圖表說明問題，注意新、舊知識的銜接和啟發(fā)學(xué)生進行討論和對比。 【教學(xué)設(shè)計Ⅱ】以實驗探究教學(xué)作為切入點。 首先從一個燃燒實驗入手→啟發(fā)學(xué)生理解物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)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(xué)→提出“為什么有的化學(xué)反應(yīng)吸熱，而有的化學(xué)反應(yīng)放熱” 的問題→進入理論思考教學(xué)→提出人類如何利用化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的熱量問題→進入實際應(yīng)用教學(xué)。 這一教學(xué)思路強調(diào)的是科學(xué)研究的一般過程，即應(yīng)用實驗創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，引發(fā)學(xué)生發(fā)現(xiàn)并提出新的問題，設(shè)計并進行實驗用以收集、整理事實和數(shù)據(jù)，再得出結(jié)論，抽象出吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)的概念，然后上升到理論高度去理解概念，最后應(yīng)用到實際中去。整個教學(xué)過程即是一個完整的科學(xué)探究過程。 實驗探究教學(xué)單元中，在探討化學(xué)反應(yīng)放熱、吸熱本質(zhì)時，要使學(xué)生明確三點：1.熱量變化是化學(xué)反應(yīng)中能量變化的主要表現(xiàn)形式；2.化學(xué)反應(yīng)過程中的能量守恒；3.化學(xué)反應(yīng)在發(fā)生過程中是吸熱還是放熱，決定于反應(yīng)物的總能量與生成物的總能量的相對大小。實驗2-1、2-2、2-3是教學(xué)中非常重要的課內(nèi)教學(xué)資源，為了最大限度的發(fā)揮其教學(xué)價值，建議將實驗2-1和實驗2-3安排為學(xué)生分組實驗，因為放熱現(xiàn)象不能用眼睛直接觀察到，學(xué)生親自動手實驗有利于觸摸反應(yīng)器和觀察溫度計，能增強感性認(rèn)識。由于實驗2-2中產(chǎn)生氨氣，因此要在通風(fēng)條件好的環(huán)境下安排學(xué)生分組實驗，此實驗直觀，現(xiàn)象明顯、有趣，能很好的調(diào)動學(xué)生的參與熱情。經(jīng)過分組實驗，學(xué)生有了完整豐富的感性認(rèn)識后，引導(dǎo)學(xué)生進行高質(zhì)量的理性分析則是至關(guān)重要的。通過學(xué)生匯報、小組內(nèi)交流、填寫實驗報告等多種多樣的形式，給學(xué)生創(chuàng)造機會學(xué)習(xí)對現(xiàn)象的描述和分析、對實驗事實和數(shù)據(jù)的處理、依據(jù)事實和數(shù)據(jù)進行抽象等科學(xué)方法。最后，為了能使實驗教學(xué)進入高層次的創(chuàng)造性實驗和創(chuàng)造性思維階段，可以提出一些富有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)問題或任務(wù)，供學(xué)生在課堂內(nèi)討論或課外深入學(xué)習(xí)。例如，除了觸摸、使用溫度計和觀察少量水是否結(jié)冰等方法外，還有沒有其他指示反應(yīng)放熱或吸熱的方法？將你認(rèn)為可行的方法列出來，并根據(jù)這些方法設(shè)計實驗；在定性實驗的基礎(chǔ)上能否定量測定一個反應(yīng)所放出或吸收的熱量？如果能，應(yīng)該怎樣設(shè)計實驗？你怎樣設(shè)計實驗比較兩個反應(yīng)放出能量的大??？ 【教學(xué)設(shè)計Ⅲ】以實際應(yīng)用教學(xué)作為切入點。 首先讓學(xué)生觀看人類開發(fā)和利用能源的錄像、圖片等，或提出一個有關(guān)能源的社會實際問題進行討論→進入實際應(yīng)用教學(xué)→使學(xué)生認(rèn)識到化學(xué)反應(yīng)所釋放出的能量是當(dāng)今世界上最重要的能源，研究化學(xué)反應(yīng)中能量變化的重要意義→進入實驗探究教學(xué)→引導(dǎo)學(xué)生考慮怎樣從本質(zhì)上去理解：為什么有的化學(xué)反應(yīng)吸熱，而有的化學(xué)反應(yīng)放熱？→進入理論思考教學(xué)。 這一教學(xué)思路強調(diào)的是將化學(xué)研究與社會的生存和發(fā)展密切聯(lián)系起來，引導(dǎo)學(xué)生從實際出發(fā)去研究化學(xué)反應(yīng)。 實際應(yīng)用教學(xué)單元中，注意較多地滲透化學(xué)社會學(xué)的觀點，要求的知識比較淺顯但涉及的知識面廣，這部分內(nèi)容在課堂內(nèi)不要講得過深、過細(xì)和過多，應(yīng)側(cè)重于調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)熱情，引導(dǎo)學(xué)生充分利用課外教學(xué)資源進行學(xué)習(xí)。在課堂內(nèi)建議選擇有針對性的錄像片段、具有說服力的圖片、數(shù)據(jù)資料供學(xué)生觀看和閱讀，然后進行討論和分析。同時，給學(xué)生一些學(xué)習(xí)問題和學(xué)習(xí)任務(wù)，鼓勵學(xué)生充分利用課外教學(xué)資源進行學(xué)習(xí)，如上網(wǎng)學(xué)習(xí)，去圖書館查閱資料，到社會上去調(diào)研，尋找日常生活中與能量有關(guān)的現(xiàn)象等，也可下發(fā)一些課后閱讀資料讓學(xué)生分析并寫出報告。 本節(jié)課整體教學(xué)結(jié)構(gòu)及流程圖為： 二、活動建議 【實驗2-1】 實驗要點：鋁與稀酸和弱酸反應(yīng)現(xiàn)象不明顯，常常需要加熱，所以要選擇強酸且濃度不要太低。盡量使用純度好的鋁條，反應(yīng)前要用砂紙打磨光亮，這樣進行實驗時，用手觸摸才能明顯感覺到反應(yīng)放熱，用溫度計測量效果會更好。 實驗報告設(shè)計： 實驗?zāi)康?1.了解鋁與鹽酸反應(yīng)中熱量變化的情況； 2.學(xué)會觀察和測定化學(xué)反應(yīng)中熱量變化的方法。 實驗要求 組內(nèi)成員共同合作完成下列三個欄目中所要求的學(xué)習(xí)任務(wù)。 實驗活動時間： 小組成員姓名： 思考與討論 1.鋁與鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式： 。 2.在反應(yīng)過程中你將能看到什么現(xiàn)象？ 3.用眼睛不能直接觀察到反應(yīng)中的熱量變化，你將采取哪些簡單易行的辦法來了解反應(yīng)中的熱量變化？ 4.要明顯的感知或測量反應(yīng)中的熱量變化，你在實驗中應(yīng)注意哪些問題？ 實驗記錄 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(jié)　　論 反思與評價 （一）個人反思和總結(jié) 1.通過這個實驗?zāi)銓W(xué)到了哪些化學(xué)知識？學(xué)會了哪些實驗方法？ 2.在整個過程中，你最滿意的做法是什么？你最不滿意的做法是什么？ （二）組內(nèi)交流和評價 1.在思考、討論過程中，同組成員給了你哪些啟示？你又給了同組成員哪些啟示？ 2.在實驗過程中，同組成員給了你哪些幫助？你又給了同組成員哪些幫助？ （三）組間交流和評價 1.當(dāng)聽完其他小組的匯報后，發(fā)現(xiàn)他們的哪些做法比你們小組的好？哪些不如你們的好？ 2.當(dāng)聽完其他小組的匯報后，你是否又有了新的想法？ 根據(jù)你在這次活動中的收獲和表現(xiàn)，以10分制計算，你的得分是 ：。請闡述理由： 。 請將你的報告送交到老師處。謝謝合作！ *實驗步驟也可以讓學(xué)生自己設(shè)計和填寫。 【實驗2-2】 實驗要點：這個實驗成功的關(guān)鍵是在短時間內(nèi)反應(yīng)充分進行，使體系溫度快速降低，將玻璃片上的水凝固。實驗中要注意兩點：（1）將Ba(OH)28H2O晶體研磨成粉末，以便與NH4Cl晶體充分接觸；（2）由于該反應(yīng)屬于固相反應(yīng)，一定要在晶體混合后立即用玻璃棒快速攪拌混合物，以使它們很快起反應(yīng)；（3）反應(yīng)放出有刺激性氣味的氨氣，會造成學(xué)習(xí)環(huán)境的污染，所以要注意對氨氣的吸收。 建議實驗探究過程如下： （一）提出研究的題目 在常溫下氫氧化鋇晶體與氯化銨晶體反應(yīng)過程中能量的變化。 （二）收集實驗證據(jù) 1.閱讀教材并根據(jù)已有知識設(shè)計實驗方案和實驗步驟如下： 圖 2-1 氫氧化鋇晶體與氯化銨晶體的反應(yīng) 2.根據(jù)上述實驗方案和步驟討論實驗過程中應(yīng)注意的問題。 3.分組實驗，觀察實驗現(xiàn)象，收集實驗事實。 4.匯報實驗現(xiàn)象和結(jié)果。 （三）整理并得出結(jié)論 1.列表整理實驗事實和結(jié)論： 實驗步驟 實驗現(xiàn)象 得出結(jié)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(yīng)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(yīng)吸收熱量使體系溫度降低，使水結(jié)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(yīng)完后移走燒杯上的多孔塑料片，觀察反應(yīng)物 混合物成糊狀 有水生成 2.用化學(xué)方程式表示上述反應(yīng)： Ba(OH)28H2O+2NH4Cl==BaCl2+2NH3↑+10H2O （四）反思與評價 1.整個實驗中有哪些創(chuàng)新之處？ 2.在實驗過程中對你最有啟迪的是什么？ 【實驗2-3】建議將教材中的實驗改為下列三組對比實驗。 實驗要點：通過三組強酸和強堿之間的反應(yīng)對比實驗，定性的抽象出“中和熱”概念。在實驗中要注意：（1）三組實驗所處條件要相同，如使用的儀器、外界環(huán)境中溫度和壓強要相同；（2）三組實驗酸和堿的用量要相同，以保證生成水的量相同；（3）控制相同的反應(yīng)時間。 三個學(xué)生分成一組進行實驗，其中每個學(xué)生做一個實驗并記錄現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，供組內(nèi)交流、比較使用，然后討論得出結(jié)論。最后向全班匯報，進行組間交流。 步驟一：三個學(xué)生各取一個大小相同的試管，分別做一個實驗并記錄實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)。 步驟二：匯總實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)并列表比較。 反應(yīng)物 及用量 酸 HNO3 50 mL 1 mol/L HCl 50 mL 1 mol/L HCl 50 mL 1mol/L 堿 NaOH 50 mL 1 mol/L NaOH 50 mL 1 mol/L KOH 50 mL 1mol/L 混合前溫度 室溫 室溫 室溫 混合后溫度 t1 t2 t3 結(jié) 論 HNO3與NaOH發(fā)生中和反應(yīng)時放熱 HCl與NaOH發(fā)生中和反應(yīng)時放熱 HCl與KOH發(fā)生中和反應(yīng)時放熱 對實驗進行 歸納和概括 強酸與強堿發(fā)生中和反應(yīng)時放出熱量 步驟三：對實驗進行原理性抽象──為什么強酸與強堿發(fā)生反應(yīng)時都會放出熱量？ 本質(zhì)分析──三個反應(yīng)的化學(xué)方程式和離子方程式分別為： HNO3+NaOH=NaNO3+H2O，H+ + OH- = H2O HCl+NaOH=NaCl+H2O，H+ + OH- = H2O HCl+KOH=KCl+H2O，H+ + OH- = H2O 由此可見，三個反應(yīng)的化學(xué)方程式雖然不同，反應(yīng)物也不同，但是它們的反應(yīng)本質(zhì)相同，都是H+與OH-離子反應(yīng)生成水的反應(yīng)，屬于中和反應(yīng)，其離子方程式都是：H+ + OH- = H2O。所以，可提出推測，即中和反應(yīng)都放熱。由于三個反應(yīng)中H+和OH-離子的量都相等，則生成水的量也相等，故放出的熱量也相等（在上述三個實驗中，溫度上升的幅度接近）。 形成概念──酸與堿發(fā)生中和反應(yīng)生成1molH2O時所釋放的熱量稱為中和熱。 三、問題交流 【學(xué)與問】 這里所列舉的兩類反應(yīng)說明了化學(xué)反應(yīng)與熱能之間的辯證關(guān)系以及它們之間的相互轉(zhuǎn)化： 一方面，用煤、石油、天然氣的燃燒放熱來說明化學(xué)能向熱能的轉(zhuǎn)化，人們利用這些化學(xué)反應(yīng)獲取能量；另一方面，用CaCO3經(jīng)過高溫煅燒分解生成CaO來闡述熱能對化學(xué)反應(yīng)的支持作用，人們利用熱能來完成常溫下很難發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。 總之，通過列舉實例和提出問題，引導(dǎo)學(xué)生不僅思考化學(xué)反應(yīng)與能量的關(guān)系和相互轉(zhuǎn)化問題，還要探討背后的本質(zhì)問題。 【思考與交流】 學(xué)生通過實驗認(rèn)識和感受中和反應(yīng)中的熱量變化，教材又提出了“如何通過實驗來測定鹽酸與氫氧化鈉反應(yīng)的中和熱”的問題，將定性實驗探究引向定量實驗探究上。這對學(xué)生的實驗技能要求更高，因為學(xué)生在設(shè)計定量實驗時要考慮的因素更多。在設(shè)計實驗裝置和操作時應(yīng)從兩個方面考慮，一是注重“量”的問題，如① 反應(yīng)物的濃度和體積取定值；② 測量反應(yīng)前后的溫度值；③ 做平行實驗取平均值。二是盡量減小實驗誤差，如① 用經(jīng)過標(biāo)定的鹽酸和氫氧化鈉溶液；② 量液器最好使用移液管；③ 攪拌使反應(yīng)充分進行；④ 及時散熱，使混合液溫度均衡；⑤ 溫度計的精確度高，最好使用精度為0.1 ℃或更高的溫度計；⑥ 鹽酸跟氫氧化鈉溶液混合后液面上方的空間盡可能??；⑦ 使用絕緣裝置，避免熱量散發(fā)到反應(yīng)體系之外；⑧ 溫度計要讀準(zhǔn)確。 四、習(xí)題參考 1.吸收能量，放出能量，反應(yīng)物總能量與生成物總能量的相對大小。 2.熱量，放出。 3. C、H元素，CO2、H2O。 4. ②③④⑤⑥，①。 5.反應(yīng)物中化學(xué)鍵斷裂需要吸收能量，生成物中化學(xué)鍵形成則要放出能量，當(dāng)成鍵放出的能量大于斷鍵吸收的能量時，反應(yīng)最終放出能量，這部分能量以熱的形式放出就是熱能。吸熱反應(yīng)所吸收的熱量被用于破壞反應(yīng)物中的化學(xué)鍵。 6.同意乙同學(xué)的說法。因為放熱反應(yīng)是成鍵放出的能量大于斷鍵吸收的能量，但化學(xué)反應(yīng)首先需要能量來斷鍵。