资源简介

教学设计
课程基本信息
学科 化学 年级 高一 学期 春季
课题 化学反应与热能
教科书 书 名：《化学》高中必修第二册人教版教材 出版社：人民教育出版社
教学目标
了解化学反应伴随着能量的变化，知道常见的吸热反应和放热反应，树立物质变化中伴随能量变化的观念。 能从反应物、生成物的能量变化和化学键的断裂与形成两个角度分析吸热反应和放热反应，培养宏观辨识与微观探析的学科核心素养，提升证据推理能力。 通过多种渠道了解人类对化学反应中能量的利用情况，体会提高燃烧效率、开发高能清洁燃料的重要性，感受化学学科的社会价值。 基于火箭发射相关素材，激励学生努力学习化学，深耕化学领域，开发更优质的燃料，培养科学精神与社会责任的学科核心素养。
教学重难点
教学重点： 化学反应中能量变化的本质。 知道常见的吸热反应和放热反应。 化学键与化学反应能量变化的关系。 教学难点： 从本质上理解化学反应中能量的变化，建立科学的能量变化观。
教学过程
【引入】同学们，你知道今年的5月30日我们国家发生了件什么大事吗？ 播放火箭发射视频。 【过渡】神州十六载人飞船搭载长征二号F遥十六火箭圆满发射。那载人飞船为什么能上天？火箭发射靠什么提供能量？这些问题的答案，都离不开化学。今天这节课，老师将带领大家一起探寻化学反应与热能的奥秘。 【实验探究】播放教材实验6-1和实验6-2视频。学生认真观看视频、记录现象并分析得出
结论。化学反应过程中存在热量变化。 【过渡】现在你能从热量变化的角度对化学反应进行分类吗？ 环节一、从热量变化的角度对化学反应进行分类 放热反应：释放热量的化学反应 吸热反应：吸收热量的化学反应 【学生活动】回顾所学知识，你能列举出哪些放热反应和吸热反应呢？ 学生根据反应现象进行分析，举出实例。 【师】总结出常见的放热反应和吸热反应。 常见的放热反应： ①所有燃烧反应 ②酸碱中和反应 ③大多数化合反应 ④活泼金属跟水或酸的反应 ⑤物质的缓慢氧化 ⑥铝热反应 常见的吸热反应： ①大多数分解反应 ②氢氧化钡与氯化铵的反应 ③盐酸与碳酸氢钠的反应 ④灼热的炭与二氧化碳的反应 【学生活动】判断： 放热反应一定容易发生，吸热反应一定不容易发生。 物质的变化过程有热量放出，该过程一定是放热反应。 【生1】错。例如铝热反应为放热反应，但需要高温条件；八水合氢氧化钡与氯化铵的反应为吸热反应，但在常温下就可以进行。 【生2】错。比如浓硫酸溶于水，物质液化、凝华等，这些过程都有热量放出，但由于不是化学反应，所以不能叫做放热反应，只是放热过程。 【师】回答正确。 【过渡】为什么有些反应放热，而有些反应吸热呢？ 环节二、宏观辨识反应的能量变化 【学生活动】绘制放热反应和吸热反应中生成物与反应物能量的相对位置图 【师】你画对了吗？ 【师】从反应物和生成物总能量变化分析放热反应和吸热反应。 放热反应：反应物总能量 > 生成物总能量 吸热反应：反应物总能量 < 生成物总能量 【学生活动】思考：这两个反应对应的能量图有什么区别呢？ （1）CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(g) （2）CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l) 【生】由于同种物质不同状态所具有的能量不同，并且气态高于液态，液态高于固态。而反应一生成气态水，反应二生成液态水，所以反应二释放的能量更多。 【师】同学分析得很到位。 【师】从宏观来看，各种物质都具有能量，物质的组成、结构与状态不同，所具有的能量也不同。当反应物的总能量大于生成物的总能量，化学反应放出能量。放热反应可以看成是反应物所具有的化学能转化为热能释放出来。当反应物的总能量小于生成物的总能量，化学反应吸收能量。吸热反应可以看成是热能转化为化学能被生成物所“储存”。 【师】需要加热才能发生的反应一定是吸热反应吗？你能举例说明吗？ 【生】不一定，比如氢气和氯气燃烧就是放热反应。 【师】那这个时候可能就有同学会问，既然氢气和氯气燃烧是放热反应，为什么一开始需要点燃呢？ 【过渡】为了解答这个问题，我们需要从化学反应的本质入手，微观探析能量变化的本质。 环节三、微观探析能量变化的本质 【师】我们已经学过，化学反应的本质是旧化学键的断裂与新化学键的形成。断键会吸收能量，成键会放出能量。 【学生活动】根据下列图示计算1mol H2和1mol Cl2反应的相关能量变化。 (1)反应物断裂的化学键吸收的总能量为 E吸=436kJ+243kJ=679kJ (2)生成物形成化学键放出的总能量为 E放=431kJ+431kJ=862kJ (3)每mol反应进行后，生成2mol HCl (g)，放出或吸收热量为 E总=679kJ-862kJ= -183kJ，放出热量为183kJ。 【师】反应物断裂化学键吸收的总能量为断开1mol H-H键和1mol Cl-Cl键吸收的能量之和。生成物形成化学键放出的总能量为形成2mol H-Cl键放出的能量之和。用吸收的能量减去放出的能量就可以得到反应能量变化差值。由于该反应吸收的总能量小于放出的总能量，即E总小于零，该反应为放热反应。 【师】需要注意的是，我们将体系吸收的能量定义为“+”，放出的能量定义为“-”，“-183 kJ”说明该反应放出183 kJ的热量。在相同条件下，由原子形成1 mol化学键时所放出的能量，与断开1 mol相同化学键所吸收的能量是相等的。若某反应为吸热反应，则该反应的逆向反应为放热反应。例如，1 mol H2 和1 mol Cl2 反应生成2 mol HCl，释放183 kJ能量；那么2 mol HCl分解生成1 mol H2 和1 mol Cl2吸收的能量为183 kJ。 【学生活动】练一练：长征二号F遥十六运载火箭使用燃料为液氢和液氧。请同学们暂停视频，从微观角度分析反应H2(g) + 1/2 O2(g) = 1/2 H2O(g)的吸放热情况。 化学键H-HO=OH-O键能（kJ/mol）436498463.4
E总= 436 + 498× 1/2 - 463.4 ×2× 1/2 = -241.8 kJ 【师】你算对了吗？我们一起来看一下。在这个过程中，断开1mol H-H键需要吸收436kJ能量，断开1/2mol O=O键需要吸收498乘以1/2 kJ能量。需要注意，1mol水中含有2mol H-O键，因此，形成1/2mol气态水，释放的能量为463.4乘以2乘以1/2 kJ。 【师】细心的同学已经注意到，我们计算的是，氢气和氧气燃烧的能量变化。根据之前的学习，反应物为气态释放的能量更多，那为什么火箭燃料却用的是液氢和液氧呢？ 【师】通过查阅资料可知，氢气的密度很小，实际使用中需要液化来提高它的体积能量密度。 【过渡】同学们，现在你能解释，为什么氢气和氯气燃烧是放热反应，一开始却需要点燃了吗？ 【师】既然化学反应中反应物断键都需要吸收能量，为什么有些化学反应不用加热就能进行呢？断键吸收的热量来自于哪里呢？ 【生】当断键需要的热量比较小时，吸收外界环境的热量就能为断键提供能量。所以，反应条件与断键需要吸收的热量大小有关，与反应吸热还是放热无关。 【过渡】说得很好。基于上述学习，我们可以从宏观、微观两个角度构建化学反应吸放热的判断模型。 四、构建化学反应吸放热的判断模型 宏观角度：反应物总能量E反——生成物总能量E生 若E生＜E反，反应放热；反之，反应吸热。 微观角度： 若E1＜E2，反应放热；反之，反应吸热。 五、如何解决能源利用中的问题 【学生活动】阅读教材第34-35页，交流以下三个问题。 1.人类利用能源分为哪几个阶段？ 2.化石能源利用过程中面临哪些问题？ 3.如何解决能源利用中的问题？ 【师】我们一起来听听这位同学是怎么说的吧。 【生】人类对能源的利用可以分为三个阶段：柴草时期、化石能源时期、多能源结构时期。 化石燃料是人类利用最多的常规能源，但是在利用过程中面临两方面的问题。一是储量有限且短期内不可再生，二是煤和石油产品燃烧排放的粉尘等是大气污染物的主要来源。为了改善人类的生存环境，促进社会可持续发展，需要节能并寻找清洁的新能源。 【师】今年9月7日，我们国家利用长征四号丙火箭，又一次将卫星送入预定轨道。该火箭使用燃料为偏二甲肼和四氧化二氮，与液氢、液氧不同。火箭发射会根据不同的需求，选择不同的燃料。而这些火箭推进剂也各有优劣。 【师】期待各位同学，努力学习化学，深耕化学领域，开发更优质的燃料，帮助人类探索更加广阔的星辰大海！ 【师】本节课就上到这里，这是课后作业，同学们，再见。

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