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高一化学教案:《化学能与电能》教学设计
一、教学内容分析
本节课教学是人教版高中化学必修Ⅱ中第二章《化学反应与能量》第二节《化学能与电能》的第一课时。与元素化合物的知识相比,化学反应原理部分内容更注重学科知识的应用、整合以及学生的思维的有序性和缜密性的培养。本章是学生第一次接触到化学反应与能量之间的相互关系,是化学理论知识在工业生产中的重要应用。而本节内容则是侧重于化学能转化为电能的研究,从知识上说则是氧化还原反应的重要应用之一,也是实现氧化还原反应这一主干知识的螺旋式上升的一个重要环节。因此本节课的重心是实现通过氧化还原反应将化学能转变成电能的装置的研究。
二、学生情况分析
1.知识基础
学生通过必修I的学习,已经了解了氧化还原反应的实质是电子的得失或偏移,通过初中物理的学习已经知道带电粒子的定向移动形成电流,知道电流的形成的基本条件:有电源,形成闭合回路。但是学生对于将一个氧化还原反应分为两个半反应在两个不同场所发生这种情况是第一次接触,因此在本节课教学中设置了“将锌粉和稀硫酸直接接触进行反应”这一演示实验和“如何检验是否有电流产生?”这一问题,淡化了其中相对于他们知识水平而言较为难以理解的电极电势的知识,而从实际需要出发,实现氧化剂和还原剂分开的设计思想,然后通过实验事实的直观材料去分析原电池的工作原理,降低难度,符合学生的认知规律。
2.实验技能基础
经过几个月的高中学习训练,学生已经具备一定动手能力和实验设计能力,且由于物理课上的训练,学生也已经具备一定的电路组装能力。因此本节课主要采用学生实验获得大量的感观材料之后加以分析的方法来进行学习。
三、教学设计总体思路
基于以上分析,我采取了以下的设计思路:
设计出一套可以将化学能转变成电能的装置的必要性→设计出一套可以将化学能转变成电能的装置的可行性(氧化还原反应的实质的分析)→设计出一套原电池→分析原电池的形成条件→研究原电池的工作原理(氧化还原反应的实际应用)。本节课的内容主要由“能否实现直接将化学能直接转变成电能?”、“如何实现直接将化学能直接转变成电能?”、“如何确保实现直接将化学能直接转变成电能?”和“化学能是如何直接转变成电能的?”这四个问题贯穿起来,学生在思考这些问题的过程中,思维的发散性和缜密性都得到了一定程度的锻炼,同时也加深了对氧化还原反应的理解,了解了氧化还原反应和原电池装置之间的联系。而在实施过程中,在实验用品的选择上,我提供了多样化的实验用品,让学生可以积累到尽可能多的实验素材,获取更多的感观材料,然后从众多的材料中找出共性、规律,从而使学生的思维的有序性得到一定程度的锻炼,与此同时,对原电池的形成条件这一知识的理解也就顺理成章了。
四、教学目标设计
1.基本目标
知识与技能目标
了解原电池的形成条件;了解铜锌稀硫酸原电池的工作原理;了解原电池的形成条件。
过程与方法目标
能分析氧化还原反应与原电池之间的联系;学会根据简单的氧化还原反应设计出一套原电池,并分析其工作原理。
情感、态度、价值观目标
通过对设计出原电池装置的必要性的研究,激发学生的环保意识;通过对设计原电池装置的可行性及其实现条件的思考与交流,培养学生解决问题的意识和加强学生解决问题的能力。通过对原电池的形成条件的研究,提高归纳总结和分类处理信息的能力。
2.发展性目标
知识与技能目标
能从本质上理解原电池的形成条件和工作原理,加强对氧化还原反应和原电池原理之间的联系的理解。
过程与方法目标
能有序的思考方案设计的可行性原则,能从众多的感观材料中提取分析出共性和规律。
情感、态度、价值观目标
体会思维的快乐和思维得到实验肯定的成功的喜悦。
3.教学重点的分析与确定
本节课是学生初次接触原电池的知识,而在后面的选修模块中还会详细介绍原电池原理的不同应用,加深对原电池原理的充分理解。因此我将本节课的重点定位为:理解氧化还原反应与原电池原理之间的联系,了解原电池的形成条件和简单原电池原理的分析。
4.教学难点的分析与确定
学生此时对于氧化还原反应的知识已经有一定程度的储备,但是化学反应原理的实际应用却是第一次接触,而对于将一个氧化还原反应分为两个半反应在两个不同场所发生也十分陌生,因此我将本节课的难点定位为:原电池装置的设计。
五、教学过程设计
1.教学流程图
2.教学资源的开放性措施
本节课所选用和开发的教学资源主要体现在两个方面:
一是学生实验:本节课提供给学生探究原电池的形成条件的用品有:稀硫酸、硫酸铜溶液、酒精、锌片2个、铜片两个、镁条两根、碳棒两个、电流计、电解槽两个、导线若干。这就要求学生能用控制变量的思想将实验方案进行分类→组装实验用品进行实验→通过实验确定是否有电流产生→确定原电池的形成条件。这是一次开放性较大的实验,而我设计这一环节的目的主要是培养学生思维的有序性和严谨性。学生在这一环节若不进行有序实验,他得到的信息将会十分繁杂,规律的提取将十分困难,相反,若是进行了有序思维后进行实验,他得到的实验信息将十分有条理,规律的得出也就顺理成章了。
二是数字化的工具和媒体。在探究原电池的形成条件这一环节,在学生汇报自己的实验信息时,我选用了Excel表格来记录,再利用Excel表格的筛选功能,对信息进行重置,这样设计的主要原因是:探究原电池的形成条件这一环节的设置主要的目的是培养学生思维的有序性,但是学生本身的思维水平参差不齐,有一部分学生并不能做到有序实验,因此他们在规律的得出上存在一定的障碍,而我用Excel表格处理的方法可使他们无序的实验信息变得有序,从而实现帮助他们得出实验结论这一目的。
3.问题情境的开放性措施
整节课是围绕着化学能直接转变成电能的装置这一核心用几个问题贯穿而成,我认为在本节课中开放性较大的问题情境有:
问题
设计的目的和作用
①我们能不能利用某一类型的反应,将化学能直接转变成电能?如果可以,该反应是属于什么类型的反应?
迅速复习巩固各种基本反应类型的特点,强化对氧化还原反应实质的认识,体现新课程理念中“螺旋式上升”这一特点。
②以Zn+2H+=Zn2++H2↑为例分析,如何能检测到反应中是否有电流产生?请设计一套简易装置来验证你的猜想。
让学生初步认识原电池中,氧化还原反应被分成两个半反应在两个不同场所中发生,为后面的原电池原理的研究打下基础,通过对装置的设计,培养学生解决问题的能力。
③电极材料除了锌、铜可否是别的材料?反应液除了稀硫酸可否是别的液体?设计实验方案探究原电池的形成条件。
用控制变量的思想,让学生自行安排实验的顺序,让学生体会到有序思维的优越性
④以锌、铜、稀硫酸原电池为例,分析电池的正负极,并分析两极上可能发生的变化。
让学生根据实验现象分析原电池的原理,强化对原电池中,氧化还原反应被分成两个半反应在两个不同场所中发生的理解,使学生感受知识从感性到理性的提升。
4.学生活动的开放性措施
本节课在学生活动的安排上,主要包括理论探究(上表问题②)和实验探究(上表问题③)两个部分,有一定的开放程度,能充分调动学生的探究欲望发挥其积极性,让知识的生成变成学生自发自觉的一种行为。在理论探究活动中,有些学生可综合考虑各方面因素,得出正确的结论,而有些同学考虑并不全面,设计的装置图或多或少有些缺憾;在实验探究中,有的同学能很好地运用控制变量的思想,进行方案设计后进行实验,获得较多的有序的实验信息,规律的得出相对轻松,而有一部分同学动手比动脑快,需要一定的提示才能获得规律,在这两种探究活动中,体现出了学生的个体差异。
5.教学进程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
情境引入
【讲述】2008年年初的雪灾中,大雪阻碍了交通,造成煤供应不上,使得许多火力发电厂的供电能力大大降低。因此造成了许多南方省市的大面积停电,给国家带来了巨大的经济损失。没有了电,人民的生活也很不方便。由于原料来源丰富,建厂占地面积小,成本和技术要求都比较低,火力发电目前在我国的电力结构中居首位,占了总电量的80%以上。那么,储存在煤中的化学能是如何转变成电能的呢?
【展示】火力发电的工作原理示意图
【提问】根据图示分析其中发生的能量形式的转换。
【讲述】从储存在煤中的化学能到最终转变成电能,经历了多个环节,每一个环节的转化,能量都不可能是100%利用的,那么必将造成大量能源的损耗,实际上目前我国火力发电中,能源的利用率仅为30%~40%。而且,煤作为一种不可再生资源,终将会有用完的一天,因此我们不得不思考以下问题:
1.能不能找到一类物质来代替煤发电?
2.能不能减少中间的能量转化环节而将化学能直接变为电能?
分析火力发电的过程中的能量形式的转换。
化学能转变为热能;
热能转变成机械能;
机械能转变成电能;
进入情境,激发兴趣和思考
创设问题情境,激发兴趣
从生活情境引入,说明设计一套从化学能转化成电能的装置的必要性
原电池装置的设计
【提问】我们能不能利用某一类型的反应,将化学能直接转变成电能?如果可以,该反应是属于什么类型的反应?
【观察学生反应情况可适当予以提示】
1.电流的实质是什么?
2.我们已经学过那些类型的化学反应?这些反应类型的特点是什么?
3.哪种类型的反应最有可能实现将化学能转变成电能的设想?
思考、交流后回答:要想产生电能,需要有电流产生,而电流的实质是带电粒子的定向移动,我们所学过的反应中,只有氧化还原反应具备这一特征,即电子从还原剂转移至氧化剂。
加强氧化还原反应与原电池原理之间的联系,让学生深刻理解氧化还原反应是原电池形成的前提条件这一事实。实现对设计一套从化学能转化成电能的装置的可行性的研究
【演示实验】锌粉与稀硫酸反应
【提问】是否观察到电流产生?为什么?
【提问】通过同学们刚才的分析,我们知道化学能转化成电能则一定有电流产生,而刚才的实验中我们并没有观察到电流的产生,那么我们如何检测反应中是否有电流产生呢?请以反应Zn+2H+=Zn2++H2↑为例分析,设计一套实验装置,来验证你的猜想。并用实验证明之。
【板书】化学能与电能
一、原电池
1.定义:将化学能转变成电能的装置。
观察现象:有无色气体产生;没有观察到电流产生,因为没有外电路,没有电流计。
思考、交流后画出装置简图;用实验验证是否有电流产生。汇报实验信息。
生1:实验装置
实验现象:无电流产生
生2:实验装置
实验现象:无电流产生
生3:实验装置
实验现象:有电流产生生4:实验装置:
实验现象:有电流产生
让学生更深刻理解原电池将氧化还原反应分为氧化反应和还原反应在两个不同场所反应发生
原电池形成条件的探究
【讲述】通过实验我们知道铜-锌-稀硫酸可以形成原电池,但是刚才大家所设计的装置中,不是所有的装置都产生了电流,这说明原电池的形成需要一定的条件,请大家分析刚才的几个装置图,找出原电池的形成必须满足哪些条件?
分析,交流后回答:
(1)形成闭合回路。
进行阶段性总结,让学生对充分认识到原电池装置的基本要素之一:形成闭合回路,对后面探究原电池形成的其他条件时的实验起指导作用,节约试验时间。
【板书】2.形成条件
(1)形成闭合回路
笔记
【提问】电极材料除了锌、铜可否是别的材料?反应液除了稀硫酸可否是别的液体?设计实验方案探究原电池形成的其他条件。
【用excel表格记录学生汇报的实验信息,提问选择该实验顺序的理由】
实验
整理记录,汇报
培养学生思维的有序性及实验能力和口头表达能力
【根据学生要求用excel表格筛选功能整理实验信息】
【提问】对刚才产生电流和没有产生电流的实验装置进行分析,并总结出原电池的形成条件?
【板书】
(2)有自发发生的氧化还原反应
(3)有两种活泼性不同的金属做电极;
(4)有电解质溶液。
根据实验信息的汇总总结原电池形成的其他条件:
(2)有自发发生的氧化还原反应
(3)有两种活泼性不同的金属做电极;
(4)有电解质溶液。
根据试验信息总结出共性、规律,加强对原电池形成条件的认识,培养学生的信息处理能力
原电池的工作原理分析
【提问】我们已经设计出了一套完整的原电池装置,成功的实现了化学能直接向电能的转变,那么原电池是如何实现这一转变的呢?以写出Zn-Cu-稀硫酸原电池为例分析电池的正负极,并分析两极上可能发生的化学变化,说明是氧化反应还是还原反应,并尝试写出两极上的电极反应式。
【板书】
3.工作原理
负极 Zn Zn-2e-=Zn2+ 氧化反应
正极 Cu 2H++2e-=H2↑ 还原反应
分析
交流
写电极反应方程式
笔记
提高学生分析问题的能力和逻辑思维能力
反馈练习
分析下列原电池装置中,正极上可能出现的现象。
分析后回答:碳棒上附着一层红色物质。
课堂信息反馈,作为学习效果评价的一个方面。
课后思考
【作业】原电池装置的被设计出来给我们的生活带来了巨大的便利,我们生活中的各种化学电源(干电池、充电电池等)都是以原电池装置为雏形的,那么从简单的原电池到各种各样的化学电源,我们还有多远的路要走呢?请大家选择一种自己感兴趣的化学电源,查阅相关资料,了解其化学原理。
查阅资料,了解一种或多种原电池的化学原理
进一步强化对原电池原理的认识;从知识的实用性出发,激发学习兴趣;为下一节课化学电源做准备。
六、教学评价设计
1.学生学习效果评价
根据课堂实时反馈和学案完成情况我统计和分析了学生的学习效果:(1)从知识层面上,都了解了原电池与氧化还原反应之间的关系,认可原电池的形成条件,会判断简单原电池的正负极,书写相应的电极反应式,一小部分同学了解了有关盐桥的简单知识。(2)从过程与方法层面,所有同学都能根据装置图进行验证性实验,得出相关实验信息,并详细记录,一部分同学能有条理的设计出相应的实验方案,进行验证,分析试验信息,得出规律。
2.教师教学效果评价
在本节课中,我通过设计原电池这一装置的可行性研究这一环节,为基础较好的同学搭建一个较好的平台,实现学科内以及学科间知识的综合以及对氧化还原反应相关知识的提升,而同时也复习了各种基本反应类型特别是氧化还原反应的特征;通过设置原电池装置的设计这一环节,实现不同层次学生之间的相互交流和合作,让基础较好的同学在设计过程中充分体会到思维的快乐和成功的体验,而基础较差同学也可在其他同学的知道和启发下进行思维与理解。而通过设计原电池形成条件探究这一环节,基础好的同学可通过有序思维,用控制变量的思想指导自己的实验,从而快速得出实验结论,而让基础较差同学积累较多的实验现象这样的直观素材,并在此基础上尝试找出共性,与此同时同时也通过“你是如何决定选取这些材料进行实验的?”这一问题的启发,实现对思维的有序性的培养。
七、教学反思
本节课的内容始终围绕着化学转变成电能这一核心问题展开,与以往的教学设计相比,更注重氧化还原反应与原电池原理之间的联系,让学生更深刻认识到原电池是氧化还原反应知识的应用,真正体现了对氧化还原反应这一主干知识的理解的螺旋式上升,符合新课程理念。起初,有的老师表示这节课的有些环节对于高一学生来说有些难,比如装置的设计环节,可能对学生来说就是一个障碍,但是根据实施情况来看,还是有一部分学生能够综合考虑各方面因素,设计出合适的装置,而其他的同学也能理解这种被设计出来的装置,也实现了不同层次的学生的不同程度的发展,让不同层次的学生得到不同程度的发展也是这节课的特点之一。经过这节课,我更加相信学生的潜力是无穷的,我们不能因为教学大纲的条条框框就限制了学生思维的发展,而应该利用不同的课型来给他们更多的锻炼机会。
但是遗憾的是如果我们在某些环节上过多的给学生探究的机会的话往往就会造成学时的不够,在这节课实施的过程中,我曾几次精简教案,都发现完很难在40分钟之内完成,因此如果时间更充裕一些,我想完成效果会更好一些。
高一化学必修2《化学能与热能》教学反思
一、成功之处
1、研究学情,剖析教材,整合内容
在初中的化学课程和生活常识的积累中,学生都能够了解能源与人类生产生活的发展有着密切的联系,对于能源转化也并不陌生,但未能从能量变化角度认识和理解化学反应的本质。在高二选修模块《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。所以本节内容既是对初中化学相关内容的提升与拓展,又是为选修《化学反应原理》奠定必要的基础。本次教学中考虑到高一学生现阶段未学习化学键等抽象概念,学生如何从微粒观、能量转化观、能量守恒观,去理解化学反应中的能量变化本质就成为了本节课的重难点。同时把握好必修与选修内容和教学难度差异就成为了本节课设计中始终贯彻的思想。为了突破重难点,本次教学对课程内容进行了整合取得了较好的教学效果。2、巧设引入,激起兴趣,导出主题
课程设计中利用“铝热反应”的教师演示实验,将非常直观、富有刺激性的现象——火花四溅,红热的固体,带给学生“化学反应中伴随着光能和热能的产生”的观念。同时引入本节课主旨,并抛出疑问:“化学反应都会放出热量吗?”学生思考实验观察的现象是否都符合所有的化学反应的规律,激起学生探索新知的欲望。3、知线明晰,符合认知,突破重难点
本节课程并未按照教材编排,为了学生更好地理解抽象内容,将课程主线进行了整合(1)巧用对比实验,让学生思考发问
选取镁条与盐酸反应,Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应实验进行对比探究,学生在“火热与冰凉”两重天中感受化学反应能量变化,建立感性认知,自然而然发出疑问:“为何有些化学反应放热,有些化学反应吸热?”,让学生在实验中发现问题,在问题解决中体验快乐学习。(2)利用微观动画,降低抽象理解门槛
如何让未学习过化学键知识的学生理解化学反应的本质是旧化学键断裂,新化学键形成的过程,从断键吸收能量,成键放出能量的角度解释反应放热或吸热的原因,动画模拟就成了最好的教学手段。动画模拟H2和Cl2反应中将化学键的变化过程分成三部分,让学生更清楚地理解断键与成键,并了解其中存在吸收能量和放出能量两过程。同时与初中学习的《分子与原子》知识相结合,既联系了原有的知识,降低了抽象概念理解的门槛,又提升了认知维度和深度。(3)利用柱状图宏观分析,建立能量转化观,能量守恒观
建立化学反应中的能量转化关系和能量守恒理念,是本节课的重难点。在先前教学中发现,教材中的水能势能图学生能解能量是可以相互转化的,但是却不能很好地建立化学反应中能量守恒关系。利用柱状图的设计补差块,可以让学生更直观认识到反应物总能量,生成物总能量和放出热量或吸收热量之间的关系,突破教学难点。学生理解化学反应中既可能有能量的释放又可能有能量的储存,进而从能量的角度重新认识了化学反应过程。(4)精编习题,巩固知识,提升能力
小结和练习都经过了精心设计,涵盖本节课所学,强调了微观断键、成键理论分析和宏观能量相对大小这两个角度对化学反应中能量变化的理解。4、环节紧凑,讲练结合
教学中从感性认识到理性认知的过程中,教学环节紧凑有致。在微观化学键角度分析和宏观物质能量角度分析上都在理论解释的基础之上增加一道例题。在微观分析中,通过H2和Cl2反应中断键和成键能量的计算,既能加深对微观动画的理解,又能提供数据支持,逐层铺设小台阶,使学生更容易接受。
微观分析和宏观分析都分别回归两个探究实验,每次回归都是对理论分析的升华,加深对化学反应放热或吸热本质原因的理解,也形成对能量守恒观的多次强调和应用,利于学生建立守恒观念。
5、注重学生化学素质能力、实验创新意识的培养
化学课程不仅教授化学知识,还应注重学生基本素质能力的培养,例如引入实验“铝热反应”和两个实验探究,学生观察实验现象,总结描述,实验记录,展示实验报告等环节中培养了学生学习化学的“看,听,说,写”基本素养,培养学生探究精神。在描述氨气气味时,学生错误地描述为“臭”,这也是学生化学现象描述不规范的常见错误,我抓住此次教学时机给与及时纠正,规范学生化学术语。在探究实验Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应中会产生大量氨气,污染教学环境,我将实验装置进行了改进,既能将实验产生的氨气进行收集,也能使学生观察到气球微胀,导出生成物氨气。改进的实验装置体现了绿色化学理念,也传递给学生科学创新的意识,鼓励学生勇于创新。
6、板书设计条理清晰
王永策校长曾说过:“多媒体只是一种教学辅助手段,并非主要教学方式,不能只用多媒体,不写板书,只有两者合理结合才能取得好的教学效果。”在板书设计中钱晓英老师给与了我很多修改意见。最后设计出的板书保留了完整的教学重难点内容,层次分明,利于学生回顾所学。
二、不足之处
本节课的不足之处主要表现以下几点:
1、讲授略多,放手不足。部分内容学生可以理解,并独立说出,但作为年轻老师的我,教学经验还不足,在课堂上对学生能力还不够信任,没有给学生足够的空间和时间。
2、对学生的关注还不够。对学生展示实验报告中出现的NH4OH写法上的错误,并没有及时纠正,这也是我本次授课最遗憾的地方。也说明了我在课堂教学把控以及对学生的关注度还有待提高。
通过这次参赛,我深刻认识到了自身教学仍然有不足之处,认识到作为教师对教材深入分析的必要性和重要性,只有对教材,对学生分析到位,才能改进教学,提高教学能力。
化学能与热能教案
教案一
知识与技能
1、能从化学键的角度理解化学反应中能量变化的主要原因
2、通过化学能与热能的相互转变,理解“能量守恒定律”
过程与方法
能从微观的角度来解释宏观化学现象,进一步发展想象能力。
情感态度与价值观
1、初步建立起科学的能量观,加深对化学在解决能源问题中重要作用的认识。
2、通过师生互动,增加师生感情
教学重点
1.化学能与热能的内在联系及相互转变。
2.从本质上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。
教学难点
1.化学能与热能的内在联系及相互转变。
2.从本质上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。
教学方法启发引导、探究式
教学媒体多媒体、实验
教学内容师生活动
[[创设问题情景]
氢气和氯气的混合气体遇到强光会发生什么现象?为什么?
[学生思考、讨论]
氢气和氯气的混合气体遇到强光会发生爆炸。这是因为反应在有限的空间里进行,放出大量的热,使周围气体急剧膨胀。
[进一步思考]
反应中的热量由何而来?氢气和氯气反应的本质是什么?
[学生思考、讨论]
从化学键角度分析氢气和氯气反应的本质。
板书:一、化学键与化学反应中能量的变化关系
[教师补充讲解]
化学反应的本质是反应物中化学键的断裂和生成物中化学键的形成。化学键是物质内部微粒之间强烈的相互作用,断开反应物中的化学键需要吸收能量,形成生成物中的化学键要放出能量。氢气和氯气反应的本质是在一定的条件下,氢气分子和氯气分子中的H-H键和Cl-Cl键断开,氢原子和氯原子通过形成H-Cl键而结合成HCl分子。1molH2中含有1molH-H键,1molCl2中含有1molCl-Cl键,在25℃和101kPa的条件下,断开1molH-H键要吸收436kJ的能量,断开1molCl-Cl键要吸收242kJ的能量,而形成1molHCl分子中的H-Cl键会放出431kJ的能量。这样,由于破坏旧键吸收的能量少于形成新键放出的能量,根据“能量守恒定律”,多余的能量就会以热量的形式释放出来。
[归纳小结]
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、能量是守恒的。
[[练习反馈]
已知拆开1molH2中的化学键要吸收436kJ的能量,拆开1molO2中的化学键要吸收496kJ的能量,形成水分子中的1molH-O键要放出463kJ的能量,试说明2H2+O2=2H2O中的能量变化
[讲解]
刚才我们从微观的角度分析了化学反应中能量变化的主要原因,那么,又怎样从宏观的角度来判断一个反应到底是放热还是吸热的呢?各种物质中都含有化学键,因而我们可以理解为各种物质中都储存有化学能。化学能是能量的一种形式,它可以转化为其他形式的能量。不同物质由于组成、结构不同,因而所包含的化学能也不同。在化学反应中,随着物质的变化,化学能也随之改变,如H2与Cl2、O2的反应。那么,一个化学反应吸收能量还是放出能量是由什么决定的呢?
[学生讨论、交流]
1、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
的总能量和生成物的总能量的相对大小。
2、画出反应物、生成物总能量的大小与反应中能量变化的关系示意图
[思考与分析]
甲烷燃烧要放出热量,水电解产生氢气和氧气,试从化学键和物质所含能量的角
度分析气原因,并说明反应过程中能量的转变形式。
[提出问题]
前面我们通过对具体反应的分析,从微观和宏观两个角度探讨了化学反应中能量变化的主要原因,知道了化学能和其它能量是可以相互转变的,还知道化学反应中能量变化通常表现为热量的变化。那么,怎样把物质变化和热量变化统一地表达出来呢?你可以在和同学讨论的基础上提出自己的想法,并对其他同学提出的表达方式作出评价。
补充练习:
1、下列说法不正确的是()
A化学反应除了生成新物质外,还伴随着能量的变化
B物质燃烧和中和反应均放出热量
C分解反应肯定是吸热反应
D化学反应是吸热还是放热决定于生成物具有的总能量和反应物具有的总能量
2、已知金刚石在一定条件下转化为石墨是放热的。据此,以下判断或说法正确的是()
A需要加热方能发生的反应一定是吸热反应B放热反应在常温下一定很容易发生
C反应是放热还是吸热,必须看反应物和生成物所具有的总能量的相对大小
D吸热反应在一定条件下也能发生
3、有专家指出,如果将燃烧产物如CO2、H2O、N2等利用太阳能使它们重新组合变成CH4、CH3OH、NH3等的构想能够成为现实,则下列说法中,错误的是()
A可消除对大气的污染B可节约燃料
C可缓解能源危机D此题中的CH4、CH3OH、NH3等为一级能源
4、已知破坏1molN≡N键、H-H键和N-H键分别需要吸收的能量为946kJ、436kJ、391kJ。试计算1molN2(g)和3molH2(g)完全转化为NH3(g)的反应热的理论值,并写出反应的热化学方程式。
5、“用天然气、煤气代替煤炭作为民用燃料”这一改变民用燃料结构的重大举措,具有十分重大的意义请分析其优点,并将你的观点和同学讨论交流
教案二
化学能与热能
一、化学键与化学反应中能量变化的关系
[基础知识回顾]
什么是化学键?它有哪些主要类型?其特点各是什么?
1、断开化学键吸收能量
1molH2中含有1molH—H键,常温常压下使1molH2变为2molH原子断开了1molH—H键,需要吸收436KJ的热量。
2、形成化学键放出能量
由2molH原子生成1molH2,有1molH—H键生成,生成过程中向外界释放436KJ的热量。
小结:形成1molH—H键释放的能量与断开1molH—H键吸收的能量相等。
3、化学变化中能量变化的主要原因(微观方面)
⑴化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因。
⑵化学反应的实质是用化学键理论可表述为旧化学键的断裂和新化学键的形
成。
⑶化学键与化学反应中能量变化的关系
当E1E2,反应吸热;当E1E2,反应放热。
思考:为什么许多放热反应一开始要加热才能进行呢?
答:反应的条件与反应的热效应没有必然的联系,每一个反应都有特定的条件,例如燃烧都是放热反应,但是要达到着火点。
4、反应能量变化的判定(宏观方面)
⑴各种物质都储存有化学能。
⑵反应物的总能量生成物的总能量,反应放出能量。
⑶反应物的总能量生成物的总能量,反应吸收能量。
5、两条基本的自然定律
⑴质量守恒定律:化学反应前后物质发生转化,但是物质的总质量保持不变。
⑵能量守恒定律:一种形式的能量可以转化为另一种形式的能量,转化的途径和能量形式可以不同,但是体系包含的总能量不变,亦即总能量是守恒的。
[注]质量与能量也是相互联系的(质量和能量也可以相互转化),故统称为质能守恒定律。
6、放热反应和吸热反应
⑴化学反应中的能量变化,通常主要表现为热量的变化———吸热或者放热。
⑵放热反应:反应物的总能量大于生成物的总能量的化学反应。
⑶吸热反应:反应物的总能量小于生成物的总能量的化学反应。
[注]常见的放热反应和吸热反应:
(1)放热反应
①燃烧反应②中和反应③物质的缓慢氧化④金属与水或酸反应⑤部分化合反应
(2)吸热反应①氢氧化钡晶体与氯化铵晶体
②大多数分解反应
高一化学必修2《化学能与热能》课堂实录
老师:同学们,大家好。从今天开始,我们将进入第二章的学习。既然我们要学习新的一章内容,首先,我们就得知道第二章都会讲述什么知识点。现在,请大家把课本翻到目录部分,大家分析一下,目录里都提到了哪些重要的词汇?
学生1:化学反应、能量、化学能。
老师:还有哪些重要的词汇呢?
学生2:电能、热能、还有速度、限度。
老师:非常好,大家回答得都是正确的。请问刚才提到的能量、化学能、热能、电能之间是什么关系呢?哪位同学给我们谈谈自己的看法。
学生3:我认为电能、热能、化学能都属于能量。
老师:这名同学的回答完全正确。既然电能热能化学能都属于能量的一种,哪么,生活中还有什么能量呢?
学生:光能、声能、核能、潮汐能等等
老师:大家说的都非常好,现在,请大家把课本翻到37页,现在都看第8题的阅读内容(3行文字),并说出这篇阅读想告诉我们什么信息。首先请一位同学朗读这段文字,随后我们找同学回答我们的问题。
学生4:从这段内容里,我们知道了生物质,生物质就是生物质能的简称,也是一种能量,主要是指植物直接或间接提供的能量。
老师:这位同学回答得太棒了,非常精确,简洁明了。从刚才大家的讨论和分析中,我们知道能量分为许多的种类。比如Mg带在O2中燃烧时,产生耀眼的白光。在这个化学反应的过程中,耀眼的白光属于“光能”(学生一起回答)。在比如,我们大家都知道炸药,当我们点燃炸药的时候,就会听到什么呢?对,听到巨大的爆炸声音。这又是什么能呢?“声能”(学生一起回答)。对,就是声能,当我们听到爆炸声的同时,还会发现爆炸的结果会把人烧伤,人为什么会被烧伤呢?“有大量的热量产生”(学生一起回答)。当然是由于爆炸的同时产生了大量的热,才把人烧伤的,说明爆炸的过程中释放出了热量。这又是什么能量的形式呢?“热能”(学生一起回答)。
既然第二章的内容是化学反应与能量,哪么,化学反应和能量之间是什么关系呢?谁来给大家谈谈自己的想法呢?
学生5:化学反应的过程中,往往伴随各种能量的转化。
老师:完全正确,说明大家对这节课的内容做了详细地预习。非常好,现在我们总结一下:化学反应和能量之间存在以下的关系任何化学反应的过程必然伴随着能量的变化。从能量的形式来看,化学反应中的能量变化通常表现为热量的变化。
既然化学反应中的能量变化通常表现为热量的变化,所以,本章的第一节课就讲的是化学反应和热能之间的关系。第二节课讲的是化学反应和电能之间的关系。了解了本章节内容之间的关系,现在,我们将进入第一节内容的学习,请大家把书翻到32页,给大家2分钟的时间,阅读第一部分的第一自然段,然后我们一起分析本段的重点内容。
好了,时间已经到了,现在我们请一个同学谈谈第一自然段里的重点内容。
学生6:物质中的原子之间是通过化学键结合的,当物质发生化学反应时,断开反应物中的化学键要吸收能量,而形成生成物中的化学键要放出能量。
老师:谁还能再补充一下呢?在这一段内容里还有哪些重要的数据呢?这些数据也是重点内容。
学生7:由H原子形成1molH-H键,需要放出436kJ的能量,断开1molH-H键,需要吸收436kJ的能量。
老师:还有什么重要的数据呢?
学生8:1molCH4中含有4mol的C-H键,断开1mol的C-H键需要吸收415kJ的能量,形成1molC-H键,需要放出415kJ的能量。
老师:大家回答的太好了,现在,我们一起来总结一下刚才大家整理出来的重点内容。(老师写出对应的板书内容,并同时讲解知识)。现在,我们一起来看黑板,我们知道1个H2分子中含有两个氢原子,所以1摩尔H2分子中含有两摩尔H原子(学生一起回答)。这两摩尔的H原子之间通过一种看不见摸不着的力量,这种力量我们用三个字来描述,应该是化学键(学生一起回答),H原子之间通过化学键,既不能太靠近,也不能远离,保持着固定的距离,形成了稳定的物质氢气分子。
现在,我们来讨论这样的一个问题,如何才能把1molH-H键,让它断裂成为2mol单独的H原子呢?为了清除地理解这个问题,我们来分析一下生活中类似的情况吧。
我们把这两个氢原子比作两个同学,这俩同学之间有一种看不见摸不着,但真实存在的力量,那就是最最亲密的同学情谊。现在我们的目的是破坏他们的情谊,让他们成为两个独立的主体,谁也不理谁。现在,请同学们发挥自己的想象力和分析问题解决问题的能力,看看如何才能达到我们这个最最凶狠的目的呢?
学生9:让他们打架,给他们制造矛盾。
老师:不错,方法还行。前提条件是这两个同学亲密无间,是非常好的朋友,让他们打架,他们能同意吗,当然不会同意了,所以,我认为,要达到分离他们的目的,必须采用四个字,那就是“挑拨离间”,我们需要不间断地制造他们之间的矛盾,让甲同学看到乙同学,就像看到眼中钉,让乙同学看到甲同学,就像看到肉中刺,让两位同学心中的怒火越聚越多。我们都知道这样的一句话“不在沉默中爆发,就在沉默中灭亡”,随着怒火的集聚,总有一天,这两个曾经亲密无间的同学,就会成为仇人,关系破裂,永远的分开。这就好像我们刚才提到的氢气分子中的化学键的断裂,断裂之后形成了单独的两个氢原子。如果把亲密无间的同学情谊比作化学键,挑拨离间的怒火就像一种热量,这两个同学自己吸收了怒火之后,怒火中烧,关系破裂,成为两个永不相见的独立个体。现在,我们的问题就产生了,如何才能破坏物质内部存在的化学键呢?也就是说,如何把1molH2变成2mol单独的H原子呢?
学生10:吸收能量,断裂化学键,把氢气分子转化为单独的氢原子。
老师:说的太好了,这位同学都可以替代老师的位置了,他的想法与老师的想法一模一样。现在我们在把这个同学的想法再总结一下。只要是断裂化学键,就必须吸收热量。我们还可以理解为要断裂同学情谊,就得吸收怒火,所以我们用四个字来描述:断键,吸热(板书重点内容)。
刚才我们谈的是断裂化学键,也就是挑拨离间,破坏同学之间的情谊。这两个曾经亲如兄弟的同学,现在反目为仇,多么令人心寒呀,既然关系已经破裂了,又如何让他们缩短距离,重新走到一起,形成亲密关系呢?现在,请大家给他们出谋划策。
学生11:告诉他们真相,让他们再次走到一起。
老师:不错,这确实是一个办法。如果他们正在气头上,你觉得你这个时候去劝架,或者说出真相,他们能相信你吗?当然不能(学生一起回答)。是呀,大家都是非常聪明,非常明智的人,他们在气头上,如果你去劝架,也许你会被他们的怒气所误伤,所以,我的观点是“时间”,时间是磨灭一切误会消除一切怨恨的最好的武器。随着时间的推移,这两个同学会慢慢成长,在成长的过程中,他们一定会意识到曾经的矛盾就像鸡毛蒜皮,或者说,连鸡毛蒜皮都不如,在他们的内心深处,早都原谅了对方,只是没有机会表达双发的悔恨之情而已。有一天,清空高照,他们远远地看着对方,四目相对,走进,拥抱。说出了最好听的三个字“我错了,原谅我吧,我们仍然做最好的朋友吧”(学生开心地笑着,并认同老师的观点)。
故事讲完了,我们的问题又出现了,如何让两个单独的原子再次重新结合形成稳定的物质,也就是说如何让两个单独的原子再次形成看不见摸不着但真实存在的作用力,也就是说再次形成化学键呢?
学生12:让这两个同学心中的怒火慢慢消失,最好重新成为好朋友。
老师:回答的非常好。心中的怒火就好比是热能,心中的怒火越多,吸收的热能越多,就会爆发以致破裂。心中的怒火慢慢消失,就好比放出热能,随着时间的推移,慢慢成长,经历了很多的挫折,看清楚了人生,释放了心中的怒气,认识到自己的错误,重拾逝去的情谊,两个曾经的好友,重新成为最好最值得信任的朋友。
所以说,形成化学键,需要释放热能。我们可以简单地描述为:成键,放热(板书重要的内容)。
了解了断键吸热和成键放热,在这一自然段里,还有一些重要的数据,这些数据又是什么意思呢?接下来我们一起来分析一个问题,现在大家一起看黑板。
我们已经知道,如果要把1molH2(结构式为H-H)变成2mol单独的H原子,就必须吸收热量,才能达到目的。既然需要吸收能量,最少需要吸收多少能量,才能达到预期的目的呢?(学生一起回答)对,大家回答的非常正确,就是吸收436kJ的热量。也就是说破坏1molH2中的H-H化学键,必须吸收436kJ的热量。所以我们说H-H键的键能是436KJ/mol。请问,C-H键的键能又是多少呢?
学生13:C-H键的键能是415KJ/mol。
老师:我们班的同学太棒了,真的好聪明呀。老师为你们感到骄傲。接下来,还有几个问题,仍然请同学们来回答。希望大家仔细地思考。
问题一、我们已经知道H-H键的键能是436KJ/mol,也就是说破坏1molH2中的H-H化学键,必须吸收436kJ的热量。如果要破坏2molH2中的H-H化学键,必须吸收多少kJ的热量呢?如果要破坏3mol、4mol或nmol的H-H化学键,必须吸收多少kJ的热量呢?
学生14:2×436=872,答:要破坏2molH2中的H-H化学键需要吸收872kJ的热量。要破坏nmolH2中的H-H化学键需要吸收n×436kJ的热量。
老师:回答的非常好。
问题二、既然已经知道H-H键的键能是436KJ/mol,请问如果要让两摩尔单独的H原子形成1molH-H化学键,应该怎么办呢?如果要形成2molH2中的H-H化学键,3mol、4mol或nmol的H-H化学键,又该怎么办呢?谁来给大家分析一下呢?
学生15:形成化学键是放出热量。形成1molH-H化学键,必须放出436kJ的热量,形成nmolH-H化学键,必须放出n×436kJ的热量。
老师:这位同学回答的非常好,下面我们来总结一下。化学键是一种看不见摸不着的作用力,键能数据则描述了化学键的力量的强弱大小。如果要断裂化学键,就得吸收热量,吸收热量的数据和键能数据有关。如果要形成化学键,就得放出热量,释放热量的数据和键能数据也有关系(板书)。
问题三:从CH4的化学式,我们知道它的电子式,从电子式我们知道了它的结构式,从结构式,我们知道1molCH4分子中含有4mol(学生一起回答)C-H化学键,知道了C-H化学键的键能,请问,破坏1molCH4分子,需要怎么办?
学生16:破坏1molCH4分子,形成4molH原子和1molC原子,需要吸收4×415=1660kJ的热量。
老师:这位同学的答案,大家还有没有异议呢?看来大家和他的答案是一样的,那我只能说,你们都太聪明,只要给自己认真学习的时间和机会,你们都会成为学习最棒的同学。
了解了化学键的断裂和形成与热量的关系,知道断键和成键,一定会有热量的吸收和释放。化学反应的基本特征是有新物质生成,那么,在化学反应的过程中,热量又有怎样的变化呢?接下来,我们继续看黑板,我们一起来分析氢气和氯气的反应过程。(板书并讲解)。
我们知道,H2和Cl2反应在点燃或光照的条件下生成HCl气体。接下来,咱们写出H2和Cl2以及HCl气体的电子式和结构式,知道这些物质之间都存在着化学键。要形成HCl气体,就必须由单独的H原子和单独的Cl原子形成化学键,释放能量才能够生成新的物质HCl气体。显然这个生成产物的路线是非常正确的,那么,问题又来了,请问单独的H原子和单独的Cl原子,又是由谁来提供的呢?或者说,这个化学反应中的那些物质可以转化成为单独的H、Cl原子呢?
学生17:当然只能是作为反应物的H2和Cl2分子转化为单独的H、Cl原子了。
老师:请问,在这个转化的过程中,是吸收热量还是放出热量呢?吸收热量(学生一起回答)。大家都回答得非常好。现在,老师把大家的观点总结一下,任何的化学反应,都会有反应物和生成物。也就是说化学反应的目的就是让反应物转化为生成物,就以H2和Cl2反应在点燃或光照的条件下生成HCl气体为例,反应物是H2和Cl2物质,生成物是HCl气体,我们把单独的H、Cl原子取一个新的名字,就叫中间粒子吧。所以,我们说任何的化学反应的过程都包含了两个固定的过程。第一个过程是把反应物转化为中间粒子的过程,在这个过程里,只有从外界吸收大量的热量,才能破坏反应物中的化学键,才能把反应物拆分为简单的粒子。第二个过程就是把中间粒子转化为生成物的过程,在这个过程里,中间粒子释放大量的热量,重新形成化学键,生成新的物质。所以我们说任何化学反应的过程都有热量的转化,既然任何反应的过程都会存在热量的转化,现在,问题又出来了,如何判断一个化学反应是放热反应还是吸热反应呢?(板书)
学生18:既然任何的化学反应都包含了两个过程,一个放热一个吸热,因此我们可以比较这两个过程中能量的多少,最终得出结论,如果吸的热量少放的热量多,则是放热反应。反之,应该是吸热反应。
老师:回答的完全正确,这也是我们判断放热反应和吸热反应的方法之一(板书重点内容)。在我们的生活中,我们经常会发现某某同学长胖了,某某同学最近瘦了,那么,我们能否用长胖、变瘦的观点来分析对比放热反应和吸热反应的情况呢?现在我们来讨论这样的几个问题。一个化学反应必然包括反应物和生成物,如果我们需要判断是否长胖或变瘦,就必须有原来和后来的对比,请问反应物和生成物这两个谁应该充当原来呢?当然是反应物充当原来,生成物充当后来(学生一起回答)。如果原来比后来瘦了,也就是说反应物的总能量比生成物的总能量小,请问是吸了热量还是放了热量呢?当然是吸收了热量,所以是吸热反应。相反的情况必然就是放热反应了。这也是我们判断吸热反应和放热反应的另一种方法。(板书)
老师:布置作业。
请大家下去后完成学案上的对应内容。
老师:知道了如何判断放热反应和吸热反应,在化学学习中,会有许多的化学反应,那么,哪些反应是吸热反应,哪些反应又是放热反应呢?现在,请大家把课本翻到33页,我们来看几个小实验。请同学们分别来操作这些实验,并告诉我们现象和结论。
学生活动:全班的同学分成六个小组,完成自己组内的3个实验,并填写课本上的表格,随后和其它小组讨论并总结结论。实验在试管中加入2~3ml6mol/L的盐酸,在插入用砂纸打磨光的铝条。观察现象,并用温度计测量溶液温度的变化。将氢氧化钡晶体和氯化铵晶体一起放到小烧杯里,闻气味,并用手触摸烧杯壁的底部,观察现象。在烧杯中加入一定量的盐酸,测量温度,另外在另一个烧杯中加入氢氧化钠溶液,测量温度,把两种液体混合起来,再次测量温度的变化。
老师:现在,请大家把学案翻到26页,从26页的特别提醒部分,我们知道,化学反应分为两部分,放热反应和吸热反应。刚才同学们所完成的实验是这部分中的哪一个类型呢?
学生19:盐酸和氢氧化钠的反应是放热反应,属于酸碱中和反应。所以我们说酸碱中和反应都是放热反应。
学生20:氢氧化钡和氯化铵的反应是典型的吸热反应,同时产生刺激性气味的气体,这种气体应该是氨气。
学生21:金属铝与盐酸的反应是放热反应,属于活泼金属与水或活泼金属与酸的反应类型。
老师:大家都回答的非常好。我们知道燃烧都是放热反应,大多数的化合反应也是放热反应,谁能给大家谈谈自己对这个问题的看法呢?
学生22:我是这样想的,化合反应是把多种物质转化为一种物质,一定需要形成新的化学键。形成化学键需要释放出热量。所以,我认为大多数的化合反应都是放热反应。
老师:非常棒,回答得非常好,现在,我们再来分析一下分解反应的情况吧。分解反应是把一种物质转化为多种物质。就必须要断裂化学键(学生一起回答),就必须要吸收大量的热量。因此我们说,大多数的分解反应是吸热反应。现在,我们来总结一下放热反应和吸热反应的规律(板书)。
老师:小结本节主要内容。
本节课我们的内容就讲完了,现在我们来小结一下本节的重点吧。通过本节课的学习,我们知道能源的种类非常多,而且能源之间还可以相互转化,比如今天我们就知道了化学能和热能之间可以相互转化。断裂化学键必然需要吸收热量,形成化学键必然需要释放热量。一个固定的化学反应是放热反应还是吸热反应可以通过两个方法来判断。好多的化学反应,我们还对这些反应进行了分类,知道了放热反应的类型和吸热反应的类型。
老师:布置作业。
完成学案25页的问题思考和26页冲关习题1、2。
老师:下课。
文章来源:http://m.jab88.com/j/108795.html
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