6.1化学反应与能量变化 第2课时 教案

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第一节
化学反应与能量变化
第2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)了解化学键与能量之间的密切联系。
(2)掌握化学反应中能量变化的主要原因。
【过程与方法】
(1)知道化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因。
(2)使学生了解化学反应中的能量变化，了解吸热反应和放热反应。
(3)学习图表表示吸热反应和放热反应中能量变化的方法，提高观察、分析图表的能力。
【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。
(2)通过研究课题，学习调查研究的方法，培养学生的实践和创新能力。
教学重难点
【教学重点】
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。
【教学难点】
从本质上(微观结构角度)理解化学反应中能量的变化，从而建立起科学的能量变化观。
教学过程
一、导入新课
【投影】中国面对能源危机的新闻图片。
?Sheet2
Sheet1
列1
煤
67.20%
石油
22.70%
天然气
2.80%
水电
7.30%
?
我国能源消费总量已经位居世界第二，约占世界能源消费总量的12%。2013年，我国能源消费总量中煤炭占67.2%，石油占22.7%，天然气占2.8%，水电占7.3%。目前我国面临着常规能源资源约束、过分依赖煤炭污染严重、能源利用效率低等问题。中国石油、天然气资源短缺，需要充分利用国内外两种资源、两个市场，在做好石油节约与替代的同时，要走出国门，积极参与世界油气市场的开发与资源分享，扩大能源的对外贸易和投资。
二、推进新课
教学环节一：了解化学科学与能源的关系
【讲述】能源危机已成为制约一个国家发展的瓶颈，今天我们以化学的眼光来研究能源。
【板书】第二章
化学反应与能量变化
【学生阅读】
能源与材料、信息一起被称为现代社会发展的三大支柱。人类文明始于用火——热能的使用，现代社会的一切活动(从衣食住行到文化娱乐，从社会生产到科学研究等)都离不开能源，在影响全球经济和生活的各种因素中，能源居于首位。可以说能源是现代物质文明的原动力，与我们每个人息息相关。
在现代广泛使用的各种能源中，哪些与化学密切相关？而对能源枯竭的危机，提高能源的利用率和开辟新能源是解决这一问题的两个主要方向，在这方面化学能作出什么贡献？本章将初步讨论这些问题。
【问答】本章讨论的问题：在现代广泛使用的各种能源中，哪些与化学密切相关？面对能源枯竭的危机，提高能源利用率和开辟新能源是解决这一问题的两个主要方向，在这方面化学能做出什么贡献？
【学与问】煤、石油和天然气等化石燃料或它们的制品的燃烧所产生的热能从何而来？与化学物质及化学反应有什么关系？石灰石经高温煅烧生成生石灰，高温提供的热能在分解反应中起什么作用？
【板书】第一节
化学反应与能量
教学环节二：化学反应中化学能与热能的转化
【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
教学环节三：化学反应中能量变化与化学键断裂、生成的关系
【复习】
化学键：使离子相结合或原子相结合的作用力。
键能：拆开1
mol某化学键所需的能量或形成1
mol该化学键所释放的能量。单位：kJ/mol。
【讲解】化学反应过程中伴随着能量变化，在化学反应过程中存在旧键的断裂和新键的形成，旧化学键断裂，要吸收能量；新化学键形成，要放出能量。
【板书】二、化学键与化学反应中能量变化的关系
【分析】2H→H中能量变化？
Imol
H2中含有1mol
H-H键，在25℃、101
kPa条件下，由H原子形成1
mol
H-H键，要放出436
kJ的能量，而断开1
mol
H-H键重新变为H原子，要吸收436
kJ的能量。
【类比分析】CH4——4C-H(吸收能量：4
mol×415
kJ/mol=1
660
kJ)
【例题】以氢气在氯气中燃烧为例，用化学键的观点分析化学反应的本质过程。
H2
+
Cl2
2HCl
H-H
Cl-Cl
H-Cl
断开化学键吸收能量
形成化学键释放能量
(设计意图：通过举例说明化学键与能量的关系，为知识的递进深化提供基础。)
【提升】在反应中，已知H-H键的键能为436
kJ/mol，CI-Cl
键的键能为247kJ/mol，H-CI键的键能为431
kJ/mol，判断该反应是反应。
解析：(1)化学键断裂时需要吸收能量。如果1mol
H2与1mol
Cl2发生反应，断裂化学键吸收的总能量为436
kJ
+
247
kJ=
683
kJ；
(2)化学键形成时需要释放能量。生成2
mol
HCI释放的总能量为431
kJ+431
kJ=862
kJ；
(3)化学键形成时需要释放的能量大于化学键断裂时需要吸收的能量，故反应放热，放出的热量为862
kJ
-
683
kJ=179
kJ。
【讨论】为什么有的化学反应会放出热量，而有的化学反应却需要吸收热量呢？
【结论】是由旧键断裂吸收的能量和新键形成释放的能量的相对大小不同决定的，且键能越大，对应物质越稳定。
【小结】
1.化学反应的特点是有新物质生成，生成物和反应物总能量不同。
2.化学反应中要遵循能量守恒。
3.反应物与生成物的能量差若以热能形式表现即为放热和吸热。如果二者能量比较接近，则放热和吸热不明显。
4.物质稳定性与键能、能量高低的关系：物质本身所具有的能量越高越不稳定键能就越小。
【过渡】一个确定的化学反应在发生过程中是吸收能量还是放出能量，取决于反应物断开化学键吸收的能量和生成物形成化学键释放的能量的相对大小，或者说取决于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小。
教学环节四：化学反应中能量变化与反应物的总能量、生成物的总能量的相对大小的关系
【小组讨论】吸热反应和放热反应中，反应物本身所具有的能量和生成物本身所具有的能量之间的大小关系分别如何？
(提示：可从能量守恒角度分析)
【板书】2.
∑E(反应物)
>
∑E(生成物)——放出能量
∑E(反应物)
<
∑E(生成物)——吸收能量
【投影】水能、化学能变化对比示意图。
【小结】物质所含能量越低，越稳定，键能越大。
(设计意图：水位的变化是学生容易理解的自然现象，通过类比可以使抽象的能量变化关系变得其体、生动。)
【过渡】我们在初中学习过“质量守恒定律”，知道自然界中物质可以相互转化，但是总质量保持不变；同样一种能量可以转化成另种能量，能量也是守恒的，这就是“能量守恒定律”，以上为自然界中的两条基本定律。化学能是能量的一种，它同样可转化成其他形式的能量，如热能、电能等。
教学环节五：了解人类利用能源的三个阶段
【板书】三、人类利用能源的三个阶段
多能源结构时期：
取之不尽的太阳能
前景诱人的地热能
储量丰富的海洋能
异军突起的氢能
令人振奋的核能
无处不在的生物能
三、课堂练习
自主学习：
（一）反应物、生成物的总能量与化学反应中能量变化的关系
根据能量守恒定律，如果反应物总能量高于生成物总能量则反应　　　　(填“放热”或“吸热”，下同)；如果反应物总能量低于生成物总能量则反应　　　　。
（二）化学键与化学反应中能量变化的关系
1.化学键的概念。
化学键是指能够使原子或离子相结合的　　　　，它包含　　　　和　　　　两种作用。?
2.化学键的断裂、形成与能量的吸收、释放。
断裂化学键为原子或离子需要　　　　(填“吸收”或“释放”，下同)能量；形成化学键需要　　　　能量；相同条件下,断裂或形成同一种化学键吸收和释放的能量　　　(填“相等”或“不等”)。
3.旧化学键的断裂和新化学键的形成是化学反应中能量变化的主要原因。
一个确定的化学反应在发生过程中是吸收能量还是放出能量，决定于　　　的相对大小。?
4.化学反应的热效应和键能的关系？
课内探究：
（一）化学能与热能的相互转化
【交流研讨】
1.化学反应遵循　　　　　　　定律和　　　　　　　　定律。?
质量守恒：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?
能量守恒：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?
2.物质发生化学反应的同时还伴随着　　　的变化。化学能是能量的一种形式，可以转化为其他形式的能量如　　　和　　　等。而这种变化通常主要表现为　　　的变化,即　　　或　　　　。如果二者能量比较接近，则放热和吸热不明显。
（二）化学键与化学反应中能量变化的关系
【交流研讨】键能概念：拆开　　所吸收的能量或形成　　所释放的能量。单位：　　　　。1
mol
H2中含有1
mol
H—H键，在25
℃、101
kPa条件下,由H原子形成1
mol
H—H键要放出436
kJ的能量，而断开1
mol
H—H键重新变为H原子要　　　　　的能量。?
【迁移应用】在反应H2+Cl22HCl中，已知H—H键的键能为436
kJ/mol，Cl—Cl键的键能为247
kJ/mol，H—Cl键的键能为431
kJ/mol，判断该反应是　　　　　　反应？并解释原因。?
（三）反应物、生成物的总能量与化学反应中能量变化的关系
【交流研讨】化学反应中能量变化与反应物的总能量、生成物的总能量的相对大小的关系。
∑E(反应物)>∑E(生成物)——　　　　能量；
∑E(反应物)<∑E(生成物)——　　　　能量。?
【迁移应用】下列各图中，表示正反应是吸热反应的图是(　　)
随堂检测：
1.天然气、石油、煤等在地球上的蕴藏量是有限的，因此：①可利用电解水的方法得到氢气作能源；②可用酒精作能源；③砍伐树木作能源；④应开发太阳能、核能等新的能源。上述说法正确的是(　　)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A.只有①
B.①和④
C.②和③
D.只有④
2.下列说法正确的是(　　)
A.物质发生化学反应都伴随着能量变化
B.伴有能量变化的物质变化都是化学变化
C.在一个确定的化学反应关系中，反应物的总能量与生成物的总能量一定不同
D.在一个确定的化学反应关系中，反应物的总能量总是高于生成物的总能量
3.下列选项中说明乙醇作为燃料的优点的是(　　)
①燃烧时发生氧化反应　②充分燃烧的产物不污染环境　③乙醇是一种再生能源　④燃烧时放出大量热量
A.①②③
B.①②④
C.①③④
D.②③④
4.航天飞机用铝粉与高氯酸铵(NH4ClO4)的混合物为固体燃料,点燃时铝粉被氧化放热引发高氯酸铵反应，其化学方程式可表示为：
2NH4ClO4N2↑+4H2O+Cl2↑+2O2↑
下列对此反应的叙述中错误的是(　　)
A.上述反应属于分解反应
B.上述反应瞬间产生大量高温气体推动航天飞机飞行
C.反应从能量变化上说，主要是化学能转变为热能和动能
D.在反应中高氯酸铵只起氧化剂作用
5.已知某反应是放热反应，下列说法正确的是(　　)
A.该反应发生时，一定不需要加热
B.该反应中反应物的总能量小于生成物的总能量
C.该反应中反应物的总能量大于生成物的总能量
D.如果该反应开始后停止加热，反应一定能继续进行
6.1
mol
H—I键的键能是299
kJ/mol。1
mol
I—I键的键能是151
kJ/mol，1
mol
H—H键的键能是436
kJ/mol，则H2(g)+I2(g)2HI(g)的反应是(　　)
A.吸热反应
B.放热反应
C.分解反应
D.可逆反应
答案与解析
自主学习：
（一）放热　吸热
（二）
1.作用力　静电吸引　静电排斥
2.吸收　释放　相等
3.旧键断裂吸收的能量和新键形成释放的能量
4.在化学反应中，从反应物分子转变为生成物分子，各原子内部并没有多少变化，但原子间的结合方式发生了改变。在这个过程中，反应物分子中的化学键部分或全部遭到破坏，生成物分子中的新化学键形成了。在破坏旧化学键时，需要能量来克服原子间的相互作用，在形成新化学键时，由于原子间的相互作用而放出能量，化学反应的热效应来源于反应过程中断裂旧化学键并形成新化学键时的能量变化。化学键键能的大小可粗略计算化学反应的热效应。化学反应的热效应=反应物的键能总和-生成物的键能总和。
课内探究：
（一）1.质量守恒　能量守恒　化学反应前后元素的种类和原子个数不变(或质量保持不变)　化学反应前后体系包含的总能量保持不变
2.能量　光能　热能　热能　吸热　放热
（二）【交流研讨】1
mol化学键　1
mol化学键　kJ/mol　吸收436
kJ
【迁移应用】答案：放热　原因：(1)化学键断裂时需要吸收能量。如果1
mol
H2与1
mol
Cl2发生反应，断裂化学键吸收总能量为436
kJ+247
kJ=683
kJ；
(2)化学键形成时需要释放能量。生成2
mol
HCl释放总能量为431
kJ+431
kJ=862
kJ；
(3)化学键形成时需要释放能量大于化学键断裂时需要吸收能量，故反应放热，放出的热量为862
kJ-683
kJ=179
kJ。
（三）【交流研讨】释放　吸收
【迁移应用】解析：依据∑E(反应物)>∑E(生成物)——释放能量；∑E(反应物)<∑E(生成物)——吸收能量，可知A，∑E(反应物)<∑E(生成物)——吸收能量；B、D，∑E(反应物)>∑E(生成物)——释放能量；C，∑E(反应物)=∑E(生成物)既不吸热也不放热，且这类反应事实上并不存在。
答案：A
随堂检测：
1.D　2.AC　3.D　4.D　5.CD　6.BD
四、课堂小结
1.化学反应放热或吸热可以从两个方面进行理解，一个是化学键的断裂和生成；另一个是反应物、生成物的相对大小。
2.键能越高的物质性质越稳定，本身所含能量越底。
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2课时
化学键与化学反应中能量变化的关系
一、化学能与热能的相互转化
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、化学键与化学反应中能量变化的关系
1.化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因
2.
∑E(反应物)
>
∑E(生成物)——放出能量
∑E(反应物)
<
∑E(生成物)——吸收能量
三、人类利用能源的三个阶段
化学反应
化学反应
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精品试卷·第
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（共
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