6.1化学反应与能量变化 第1课时 教案

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第一节
化学反应与能量变化
第1课时
本章教材分析
1.教材地位和作用
(1)本章内容分为两个部分——化学反应与能量变化、化学反应速率和限度，都属于化学反应原理范畴，是化学学科最重要的原理性知识之一，也是深入认识和理解化学反应特点
和进程的入门性知识。同时，本章内容又在社会生产、生活和科学研究中有广泛的应用，对人类文明进步和现代化发展有重大价值，与我们每个人息息相关。因此，化学能对人类的重要性和化学反应速率、限度及其条件控制对化学反应的重要性，决定了本章学习的重要性。
初中化学从燃料的角度初步学习了“化学与能源”的一些知识，在选修4《化学反应原理》中，将从科学概念的层面和定量的角度比较系统、深入地学习化学反应与能量、化学反应速率和化学平衡的原理。本章内容既是对初中化学相关内容的提升与拓展，又是为选修4《化学反应原理》的学习奠定必要的基础。
学生通过学习化学能与热能、化学能与电能的相互转化及其应用，对化学在提高能源的利用率与开发新能源中的作用与贡献有初步的认识；通过引入新型化学电池开发与利用的知识，学生将对化学的实用性和创造性有更多的体会；通过对化学反应速率和限度的学习与讨论，学生将对化学反应的条件有更深的认识。这些都会增进学生对化学学习的兴趣，使学生体会化学学习的价值。
(2)内容的选择与呈现
新课程标准关于化学反应与能量及化学反应速率与限度的内容在初中化学、高中必修模块和选修模块中均有安排，既有学习的阶段性，又有必修、选修的层次性，在具体内容上前后还有交叉和重叠，学生概念的形成和发展呈现一种螺旋式上升的状态。
根据新课程标准，关于化学反应中能量变化的原因，在此只点出化学键的断裂和形成是其主要原因，并笼统地将化学反应中吸收或放出能量归结为反应物的总能量与生成物的总能量的相对高低，不予深究。
关于化学能与热能、化学能与电能的相互转化，侧重讨论化学能向热能或电能的转化，以及化学能直接转化为电能的装置——化学电池，主要考虑其应用的广泛性和学习的阶段性。在化学电池中，通过原电池和传统干电池(锌锰电池)初步认识化学电池的化学原理和结构，并不要求上升为规律性的知识；通过介绍新型电池(如锂离子电池、燃料电池等)体现化学电池的改进与创新，初步形成科学技术的发展观。
关于化学反应速率及其影响因素，通过实例和实验使学生形成初步认识，不涉及对反应速率进行定量计算或同一反应中不同物质间反应速率的相互换算。反应限度是通过实验和化学史实(炼铁高炉尾气之谜)来说明其存在，虽涉及了反应的“可逆性”及“平衡状态”，但未从原理、定义的高度予以重点讨论。反应条件的控制是建立在上述二者的基础之上，选取了“燃料的燃烧效率”这一常见的典型例子进行综合分析，从中了解控制反应条件的重要性，训练分析问题的思路与方法。这一实例分析，既与学生的日常生活经验相联系，又与初中“燃料的燃烧”相衔接。
本章在选材上尽量将化学原理与实验、实例相结合，对化学概念或术语(如化学能、化学电池、催化剂、反应限度等)采用直接使用或叙述含义而不下定义的方式出现，以降低学习的难度。同时注意与学生经验、社会发展、高新技术、化学史实、相关学科(如物理、生物等)相联系，力求使本章学习内容在相应的“知识生态”中呈现，体现其知识的生长性、环境性、综合性和发展性。
2.教学重点和难点
●教学重点
(1)化学能与热能之间的内在联系，以及化学能与热能的相互转化。
(2)化学能与电能之间相互转化。
(3)化学反应速率和反应的限度。
●教学难点
(1)化学能与热能之间的内在联系。
(2)化学能转化为电能的原理。
(3)化学反应的限度。
教材分析
本节课分为两个部分：第一部分，化学能与热能的相互转化；第二部分，化学键与化学反应中能量变化的关系。在第一部分中通过两个实验，说明化学反应中能量变化主要表现为热量的形式，提出吸热反应和放热反应的概念。这部分内容强调了科学探究和学生活动，让学生在实验探究中认识和感受化学能与热能之间的相互转化及其研究过程，会定性和定量的研究化学反应中热量变化的科学方法强化理论对实践的指导作用。在第二部分中教材先从化学反应的本质是旧键断裂吸收能量和新键生成释放能量的角度入，说明化学键与能量之间的密切联系，揭示化学反应中能量变化的主要原因；后分析化学反应过程中反应物和生成物总能量的不同，揭示化学反应与吸收还是放出能量的关系，后面强调“与质量守恒一样,能量也是守恒的”的观点奠定了基础。教材为了拓宽学生的科学视野，文并茂地说明了生物体内生命活动过程中的能量转化、能源与人类社会发展的密切关系，使学生建立正确的能量观。
学情分析
学生们通过自己所掌握的化学知识及生活常识已经对化学反应伴随能量变化有了一定的感性认识，本节内容就是要在此基础上将化学反应与能量的关系初步上升为理性认识：任学反应都会有旧键断裂和新键生成，只是旧键断裂吸收的能量和新键生成释放的能量不同；任何化学反应都会因反应物和生成物总能量的不同而伴随能量的变化。
教学目标
【知识与技能】
(1)化学能与热能的关系。
(2)进步理解化学反应中能量变化的主要原因。
【过程与方法】
(1)重视化学实验对教学的基础作用，加强学生的亲身感受。
(2)依据实验现象体验化学键与能量、反应物与生成物相对能量高低与能量之间的密切联系。
(3)使学生了解人均耗能与社会发展程度的关系。
【情感态度与价值观】
(1)通过实验激发学生对化学学习的兴趣和情感，认识理论对实践的指导作用。
(2)通过学习了解开源节流的重要意义，培养社会责任意识。
教学重难点
理解实验对化学学习的基础作用,体会理论与实践的关系。
教学方法
1.重视化学实验对化学学习的基础作用。
2.采取归纳综合类比分析、学以致用等多种手段加强学生对本节学习内容的理解。
教学准备
准备实验用品：6
mol/L的盐酸、砂纸、铝条、温度计、Ba(OH)2·8H2O晶体、NH4CI晶体、大小不同的烧杯、玻璃杯、稀硫酸、棉花、小试管、热水、0.5
mol/L的盐酸、0.5
mol/L
的硝酸、0.55
mol/L氢氧化钠溶液、0.
55
mol/L的氢氧化钾溶液、碎纸条、硬纸板。
教学过程
一、导入新课
【引入】
现代社会中，人类的一切活动（从衣食住行到文化娱乐，从社会生产到科学研究等）都离不开能量，而许多能量的利用与化学反应中的能量变化密切相关。从煤、石油和天然气等提供的热能，到各种化学电池提供的电能的电能，都是通过化学反应获得的。
【过渡】化石燃料燃烧会释放大量的热。除了燃烧，其他化学反应也伴随着放热或吸热现象。
二、推进新课
教学环节一：通过实验了解化学反应与能量的关系
【板书】一、化学反应与能量的相互转化
【实验6-1】在一支试管中加入2mL
2mol/L盐酸，并用温度计测量其温度。再向试管中放入用砂纸打磨光亮的镁条，观察现象，并测量溶液温度的变化。
【讲解】由于铝与稀酸或弱酸反应现象不明显，常常需要加热，所以要选择强酸且浓度不要太低。尽量使用纯度好的铝条，反应前要用砂纸打磨光亮，这样进行实验时，用手触摸才能明显感觉到放热，用温度计测量效果会更好。
【分组实验】巡视指导
【填写实验记录】
实验步骤
眼睛看到的现象
用手触摸的感觉
用温度计测量的数据
在一支试管中加入2~3
mL
6
mol/L的盐酸
——
——
——
向含有盐酸的试管中插人用砂纸打磨光的铝条
结论
【思考与讨论】
1.在反应过程中你能观察到什么现象？
2.用手触摸感觉到的现象如何利用上节课的理论解释？
3.用眼睛不能直接观察到反应中的热量变化，你将采取哪些简单易行的办法来了解反应中的热量变化？
4.要明显的感知或测量反应中的热量变化，你在实验中应注意哪些问题？
(设计意图：实验的方法是化学学习的基础方法，实验是解决化学问题的常用手段。)
【反思与评价】
1.个人反思和总结
(1)通过这个实验你学到了哪些化学知识？学会了哪些实验方法？
(2)在整个过程中，你最满意的做法是什么？你最不满意的做法是什么？
2.组内交流和评价
(1)在思考、讨论过程中，同组成员给了你哪些启示？你又给了同组成员哪些启示？
(2)在实验过程中，同组成员给了你哪些帮助？你又给了同组成员哪些帮助？
3.组间交流和评价
(1)当听完其他小组的汇报后，发现他们的哪些做法比你们小组的好？哪些不如你们的好？
(2)当听完其他小组的汇报后，你是否又有了新的想法？
【实验6-2】将20g
Ba(OH)2·8H2O晶体研细后与10g
NH4Cl晶体一起放入烧杯中，并将烧杯放在滴有几滴水的木片上。用玻璃棒快速搅拌，闻到气体后迅速用玻璃片盖上烧杯，用手触摸杯壁下部，试着用手拿起烧杯。观察现象。
【讲解】由于这个实验成功的关键是在短时间内反应要充分进行，使体系温度迅速降低，将玻璃片上的水凝固。实验中要注意三点：(1)将Ba(OH)2·8H2O晶体研磨成粉末，以便与NH4Cl晶体充分接触；(2)由于该反应属于固相反应，一定要在晶体混合后立即用玻璃棒快速搅拌混合物，以使它们尽快发生反应；(3)反应放出有刺激性气味的氨气，会造成学习环境的污染，所以要注意对氨气的吸收。
【分组实验】阅读教材并根据已有知识设计实验步骤如下：
【填写实验记录】
实验步骤
实验现象
得出结论
将两种晶体混合后立即用玻璃棒快速搅拌
有刺激性气味的气体产生，该气体能使湿润的紫色石蕊试纸变蓝
有NH3生成
用手触摸杯壁下部
感觉烧杯变凉
反应吸热
用手拿起烧杯
烧杯下面的带有几滴水的木片粘到了烧杯底部
反应吸收热量，使体系温度降低，使水结成冰
将沾有木片的烧杯放在盛有热水的烧杯上，一会儿再拿起
木片脱离上面烧杯底部
冰融化
反应完后移走烧杯上的多空塑料片，观察反应物
混合物成糊状
有水生成
用化学方程式表示上述反应：
【反思与评价】
1.整个实验中有哪些创新之处？
2.在实验过程中对你最有启迪的是什么？实验现象说明能量是如何转化的，你能从几个方面给予解析？
【板书】2Al
+
6HCI
=
2AlCl3
+
3H2↑
反应放热
Ba(OH)2·8H2O
+
2NH4Cl
=
BaCl2
+
2NH3↑+
10H2O
反应吸热
【板书】一、化学能与热能的相互转化
【讲述】化学反应的过程中伴随着能量变化，通常表现为热量的变化。
【投影】吸、放热与能量关系。
【板书】
放热反应：放出热的化学反应
吸热反应：吸收热的化学反应
【投影】
【小结】依据能量守恒，可总结为如下公式：
E(反应物)=E(生成物)+Q
(能量守恒定律)
Q＞0为放热反应
Q＜0为吸热反应
教学环节二：通过实验测定中和热
【板书】二、中和热的测定
【实验方法】中和热的测定
1.中和热的定义：在稀溶液中，酸与碱发生中和反应生成1
mol
H2O时所释放的热量。
2.测定方法：
(1)所用装置(不完整)：
(2)所用试剂：
50mL
0.50mol/L盐酸与50mL
0.55mol/L
NaOH溶液在如图所示的装置中进行中和反应。
(3)中和反应放出的热量近似等于水溶液吸收的热量，其计算公式为Q=cm(t-t0)，其中c表示水的比热容，数值为4.18
J/(g·℃)，m表示水溶液的质量(单位：g)。
【思考】
(1)如何通过测定反应过程中所放出的热量来计算中和热？
(2)从实验装置上看，图中尚缺少的一种玻璃用品是什么？
(3)烧杯间为什么填满碎纸条？
(4)大烧杯上如不盖硬纸板，会对求得的中和热数值产生什么影响？
(5)实验中改用60
mL
0.50
mol/L盐酸与50
mL
0.55
mol/L
NaOH溶液进行反应，与上述实验相比，所放出的热量是否相等，所求中和热是否相同？
(6)用相同浓度和体积的氨水代替NaOH溶液进行上述实验，测得的中和热的数值会发生什么样的变化？
【学生分组实验23】三个学生分成一组进行实验，其中每个学生做一个实验并记录现象和数据，供组内交流、比较使用，然后讨论得出结论。最后向全班汇报，进行组间交流。
【填写实验记录】
反应物及用量
酸
HNO3
50
mL
0.5
mol/L
HCl
50
mL
0.5
mol/L
HCl
50
mL
0.5
mol/L
碱
NaOH
50
mL
0.55
mol/L
NaOH
50mL
0.55
mol/L
KOH
50mL
0.55
mol/L
混合前温度
室温t0
室温t0
室温t0
混合后温度
t1
t2
t3
结论
HNO3与NaOH发生中和反应时放热
HCl与NaOH发生中和反应时放热
HCl与KOH发生中和反应时放热
对实验进行归纳和概括
强酸与强碱发生中和反应时放出热量
【讨论分析】三个反应的化学方程式和离子方程式分别如下：
HNO3
+
NaOH
=
NaNO3
+
H2O
H+
+
OH-
=
H2O
HCl
+
NaOH
=
NaCl
+
H2O
H+
+
OH-
=
H2O
HCl
+
KOH
=
KCl
+
H2O
H+
+
OH-
=
H2O
【小组发言】由此可见，三个反应的化学方程式虽然不同，反应物也不同，但是它们的反应木质相同，都是H+与OH-生成水的反应，属于中和反应，其离子方程式都是H+
+
OH-
=
H2O。所以，可提出推测，即中和反应都放热。由于三个反应中H+、OH-的物质的量都分别相等，则生成水的量也相等，故放出的热量也相等(在上述三个实验中，温度上升的幅度接近)。
【小组分析】从理论上分析中和反应为何是放热反应？
【总结】要想提高中和热测定的准确性，在设计实验装置和操作时应从两个方面考虑，一是注重“量”的问题，如：(1)反应物的浓度和体积取定值；(2)测量反应前后的温度值；(3)做平行实验取平均值。二是尽量减小实验误差，如：(1)用经过标定的盐酸和氢氧化钠溶液；(2)量液时最好使用精度更高的移液管；(3)搅拌使反应充分进行(思考为何用环形玻璃搅拌棒);(4)及时散热,使混合液温度均衡；(5)温度计的精度高，最好使用最小刻度为0.1
C的精度或者更高的温度计；(6)酸与碱溶液混合后液面上方的空间尽可能小；(7)使用绝缘装置，避免热量散发到反应体系之外；(8)温度计读数要准确，并记录所测最高温度值。
【板书】H+
+
OH-
=
H2O
反应放热
(设计意图：本概念是课外延伸部分，目的是加深学生对化学反应与能量的理解和简单应用。)
教学环节三：如何判断某反应是放热还是吸热反应
【总结】化学反应大部分为放热反应，如金属与水或酸的反应燃烧反应、大多数的化合反应、自发进行的氧化还原反应(如铝热反应等)。少部分是吸热反应，如二氧化碳与碳的反应、水与碳的反应、大多数的分解反应、H(或CO)还原氧化铜等的反应、八水合氢氧化钡晶体与氯化铵晶体的反应。
【应用】以下所列举的两类反应说明了化学反应与热能之间的辩证关系以及它们之间的相互转化：
煤、石油、天然气的燃烧(产生)
CaCO3经过高温煆烧分解成CaO(动力)
【讲述】人类常常利用化学能转化为热能的原理来获取所需的能量进行生活生产和科研，如化石燃料的燃烧、炸药开山、发射火箭等；化学家们也常常利用热能使很多化学反应得以发生，从而探索物质的组成、性质或制备所需的物质，如高温冶炼金属、分解化合物等。
【学生阅读】科学视野：生物体中的能量转化
能量转化在生物界也是普遍存在的。例如，植物通过光合作用使光能转化为化学能储存在所形成的淀粉等糖类中，人通过膳食将淀粉等糖类物质摄入体内，并通过体内的一系列化学反应(生化反应)释放出能量，以维持人的生理活动。糖类在人体内发生的氧化还原反应与体外的燃烧相比，本质相同，最终产物一样(都是二氧化碳和水)，所放出的能量也相等。但是，二者的反应条件和进行方式并不相同。生物氧化是在体温条件和酶的催化下，经一系列连续的化学反应逐步进行的，能量的转化率和利用率都很高。而糖类在体外的燃烧通常需要在高温下才能发生，当反应进行剧烈时，常伴随着发光和放热，能量很难得到理想的转化和充分的利用。因此，在能源利用上模拟有关生物化学过程的研究，是一个极具吸引力又极其艰巨的课题。
三、课堂练习
1.有关下列能量转化的认识不正确的是(　　)
A.植物的光合作用使得太阳能转化为了化学能
B.人类使用照明设备是将电能转化为了光能
C.生物体内的化学变化过程在能量转化上比在体外发生的一些能量转化更为合理、有效
D.燃料燃烧时只是将化学能转化为了热能
2.下列反应既属于氧化还原反应，又是吸热反应的是(　　)
A.锌粒与稀硫酸的反应
B.灼热的木炭与CO2反应
C.甲烷在氧气中的燃烧反应
D.Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应
3.为减少汽车对城市大气的污染，近年来中国成功地开发出了以新燃料作能源的“绿色汽车”。这种汽车可避免有毒的有机铅、苯和苯的同系物以及多环芳烃的排放,保护环境。这种“绿色汽车”的燃料是(　　)
A.甲醇
B.汽油
C.柴油
D.重油
4.下列变化中属于吸热反应的是(　　)
①液态水汽化　②将胆矾加热变为白色粉末　③浓硫酸稀释　④氯酸钾分解制氧气　⑤生石灰跟水反应生成熟石灰
A.①④
B.②③
C.①④⑤
D.②④
5.关于吸热反应的说法正确的是(　　)
A.凡需加热的反应一定是吸热反应
B.只有分解反应才是吸热反应
C.使用催化剂的反应是吸热反应
D.CO2与CaO化合是放热反应，则CaCO3分解是吸热反应
6.一种“即食即热型快餐”适合外出旅行时使用。其内层是用铝箔包裹的、并已加工好的真空包装食品，外层则是分别包装的两包化学物质，使用时拉动预留在外的拉线，使这两种化学物质反应，此时便可对食物进行加热，这两包化学物质最合适的选择是(　　)
A.浓硫酸与水
B.生石灰与水
C.熟石灰与水
D.氯化钠与水
7.氢气在氯气中燃烧时产生苍白色火焰。在反应过程中，破坏1
mol氢气中的化学键消耗的能量为Q1
kJ，破坏1
mol氯气中的化学键消耗的能量为Q2
kJ，形成1
mol氯化氢中的化学键释放的能量为Q3
kJ。下列关系式中，正确的是(　　)
A.Q1+Q2>Q3
B.Q1+Q2>2Q3
C.Q1+Q2D.Q1+Q2<2Q3
8.能源可划分为一级能源和二级能源，自然界以现成方式提供的能源称为一级能源；需依靠其他能源的能量间接制取的能源称为二级能源。氢气是一种高效而没有污染的二级能源，它可以由在自然界中大量存在的水来制取：2H2O(l)2H2(g)+O2(g)，该反应需要吸收大量的热。下列叙述正确的是(　　)
A.风力是二级能源
B.水力是二级能源
C.天然气是一级能源
D.电能是一级能源
答案与解析
1.D　2.B　3.A　4.D　5.D　6.B
7.解析：燃烧反应均属于放热反应，旧键断裂吸收的能量一定小于新键形成释放的能量。
答案：D
8.C
四、课堂小结
本节课通过实验使学生了解了化学能转化为热能的事实，加深了学生对能量转化的理性认识。
板书设计
第二章
化学反应与能量
第1节
化学反应与能量变化
第1课时
化学键与热能的相互转化
一、化学反应与能量的相互转化
2Al
+
6HCI
=
2AlCl3
+
3H2↑
反应放热
Ba(OH)2·8H2O
+
2NH4Cl
=
BaCl2
+
2NH3↑+
10H2O
反应吸热
放热反应：放出热的化学反应
吸热反应：吸收热的化学反应
二、中和热的测定
H+
+
OH-
=
H2O
反应放热
化学反应
热能
化学反应
化学反应
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