化學能與熱能教案

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一、教學設計

能源與人類的生存和發展息息相關。本章通過對化學反應中能量變化的探討，使學生感悟到過去化學反應在人類利用能源中所充當的角色，在未來人類解決能源危機、提高能源利用率和開發新能源等方面中的關鍵作用，以激發學生學習化學的興趣，教育學生關心能源、環境等與現代社會有關的化學問題。

本節課的教學是圍繞化學能與熱能的關系而展開的。教學分為三個部分：

在第一部分中教材先從化學鍵知識入手，說明化學鍵與能量之間的密切聯系，揭示了化學反應中能量變化的主要原因。然后分析了化學反應過程中反應物和生成物的能量儲存與化學反應吸收還是放出能量的關系，為后面強調“與質量守恒一樣，能量也是守恒的”的觀點奠定了基礎。

在第二部分中教材通過三個實驗，說明化學反應中能量變化主要表現為熱量的形式，提出吸熱反應和放熱反應的概念。這部分內容強調了科學探究和學生活動，讓學生在實驗探究中認識和感受化學能與熱能之間相互轉化及其研究過程，學會定性和定量的研究化學反應中熱量變化的科學方法。

在第三部分中教材為了拓寬學生的科學視野，圖文并茂地說明了生物體內生命活動過程中的能量轉化、能源與人類社會發展的密切關系，使學生建立正確的能量觀。

關于化學反應與能量之間的關系，學生在初中化學中已經有所了解，在他們的生活經驗中也有豐富的感性認識。本節教學內容是讓學生在學習物質結構初步知識之后，從本質上認識化學反應與能量的關系。

本節教學重點：化學能與熱能之間的內在聯系以及化學能與熱能的相互轉化。

本節教學難點：從本質上（微觀結構角度）理解化學反應中能量的變化，從而建立起科學的能量變化觀。

依據以上分析，建議將本節課的教學分為三個課堂教學單元：理論思考教學，實驗探究教學，實際應用教學。這三個教學單元相互聯系，同時又各自平行獨立，其中任何一個單元都可以作為教學切入點進行課堂整體教學，這樣就形成了以下幾種教學思路：

教學設計Ⅰ以理論思考教學作為切入點。

從復習化學鍵知識入手→啟發學生思考化學反應中“化學鍵的破與立”與化學反應中能量變化的關系→進入理論思考教學→引發學生考慮化學能與熱能相互轉化的問題→進入實驗探究教學→提出人類如何利用化學反應產生的熱量問題→進入實際應用教學。

這一教學思路強調的是理論的指導作用，啟發學生從理論出發提出化學反應中能量變化的幾種科學假設，然后設計實驗對各種假設進行驗證，以此培養學生應用理論知識解決實際問題的能力。

理論思考教學單元中，應充分利用學生已有的結構化學知識、化學鍵模型、圖表和多媒體課件等課堂內的教學資源，運用模擬課件將“化學鍵的斷裂和形成是化學反應中能量變化的主要原因”這一抽象復雜的知識直觀化和形象化，運用對比、比喻、聯想等教學方法進行“一個確定的化學反應在發生過程中是吸收能量還是放出能量，決定于反應物的總能量與生成物的總能量的相對大小”的教學，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學生進行討論和對比。

教學設計Ⅱ以實驗探究教學作為切入點。

首先從一個燃燒實驗入手→啟發學生理解物質發生化學反應的同時還伴隨著能量的變化，而這些能量變化通常又表現為熱能變化→進入實驗探究教學→提出“為什么有的化學反應吸熱，而有的化學反應放熱”的問題→進入理論思考教學→提出人類如何利用化學反應產生的熱量問題→進入實際應用教學。

這一教學思路強調的是科學研究的一般過程，即應用實驗創設教學情境，引發學生發現并提出新的問題，設計并進行實驗用以收集、整理事實和數據，再得出結論，抽象出吸熱反應和放熱反應的概念，然后上升到理論高度去理解概念，最后應用到實際中去。整個教學過程即是一個完整的科學探究過程。

實驗探究教學單元中，在探討化學反應放熱、吸熱本質時，要使學生明確三點：1.熱量變化是化學反應中能量變化的主要表現形式；2.化學反應過程中的能量守恒；3.化學反應在發生過程中是吸熱還是放熱，決定于反應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是教學中非常重要的課內教學資源，為了最大限度的發揮其教學價值，建議將實驗2-1和實驗2-3安排為學生分組實驗，因為放熱現象不能用眼睛直接觀察到，學生親自動手實驗有利于觸摸反應器和觀察溫度計，能增強感性認識。由于實驗2-2中產生氨氣，因此要在通風條件好的環境下安排學生分組實驗，此實驗直觀，現象明顯、有趣，能很好的調動學生的參與熱情。經過分組實驗，學生有了完整豐富的感性認識后，引導學生進行高質量的理性分析則是至關重要的。通過學生匯報、小組內交流、填寫實驗報告等多種多樣的形式，給學生創造機會學習對現象的描述和分析、對實驗事實和數據的處理、依據事實和數據進行抽象等科學方法。最后，為了能使實驗教學進入高層次的創造性實驗和創造性思維階段，可以提出一些富有挑戰性的學習問題或任務，供學生在課堂內討論或課外深入學習。例如，除了觸摸、使用溫度計和觀察少量水是否結冰等方法外，還有沒有其他指示反應放熱或吸熱的方法？將你認為可行的方法列出來，并根據這些方法設計實驗；在定性實驗的基礎上能否定量測定一個反應所放出或吸收的熱量？如果能，應該怎樣設計實驗？你怎樣設計實驗比較兩個反應放出能量的大小？

教學設計Ⅲ以實際應用教學作為切入點。

首先讓學生觀看人類開發和利用能源的錄像、圖片等，或提出一個有關能源的社會實際問題進行討論→進入實際應用教學→使學生認識到化學反應所釋放出的能量是當今世界上最重要的能源，研究化學反應中能量變化的重要意義→進入實驗探究教學→引導學生考慮怎樣從本質上去理解：為什么有的化學反應吸熱，而有的化學反應放熱？→進入理論思考教學。

這一教學思路強調的是將化學研究與社會的生存和發展密切聯系起來，引導學生從實際出發去研究化學反應。

實際應用教學單元中，注意較多地滲透化學社會學的觀點，要求的知識比較淺顯但涉及的知識面廣，這部分內容在課堂內不要講得過深、過細和過多，應側重于調動學生的學習興趣和學習熱情，引導學生充分利用課外教學資源進行學習。在課堂內建議選擇有針對性的錄像片段、具有說服力的圖片、數據資料供學生觀看和閱讀，然后進行討論和分析。同時，給學生一些學習問題和學習任務，鼓勵學生充分利用課外教學資源進行學習，如上網學習，去圖書館查閱資料，到社會上去調研，尋找日常生活中與能量有關的現象等，也可下發一些課后閱讀資料讓學生分析并寫出報告。

本節課整體教學結構及流程圖為：

二、活動建議

實驗2-1

實驗要點：鋁與稀酸和弱酸反應現象不明顯，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放熱，用溫度計測量效果會更好。

實驗報告設計：

實驗目的1.了解鋁與鹽酸反應中熱量變化的情況；

2.學會觀察和測定化學反應中熱量變化的方法。

實驗要求組內成員共同合作完成下列三個欄目中所要求的學習任務。

實驗活動時間：小組成員姓名：

思考與討論

1.鋁與鹽酸反應的化學方程式：。

2.在反應過程中你將能看到什么現象？

3.用眼睛不能直接觀察到反應中的熱量變化，你將采取哪些簡單易行的辦法來了解反應中的熱量變化？

4.要明顯的感知或測量反應中的熱量變化，你在實驗中應注意哪些問題？

實驗記錄

實驗步驟*

眼睛看到的現象

用手觸摸的感覺

用溫度計測量的數據

在一支試管中加入2～3mL6mol/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

結論

反思與評價

（一）個人反思和總結

1.通過這個實驗你學到了哪些化學知識？學會了哪些實驗方法？

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.當聽完其他小組的匯報后，發現他們的哪些做法比你們小組的好？哪些不如你們的好？

2.當聽完其他小組的匯報后，你是否又有了新的想法？

根據你在這次活動中的收獲和表現，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生自己設計和填寫。

實驗2-2

實驗要點：這個實驗成功的關鍵是在短時間內反應充分進行，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)2·8H2O晶體研磨成粉末，以便與NH4Cl晶體充分接觸；（2）由于該反應屬于固相反應，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；（3）反應放出有刺激性氣味的氨氣，會造成學習環境的污染，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過程中能量的變化。

（二）收集實驗證據

1.閱讀教材并根據已有知識設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

2.根據上述實驗方案和步驟討論實驗過程中應注意的問題。

3.分組實驗，觀察實驗現象，收集實驗事實。

4.匯報實驗現象和結果。

（三）整理并得出結論

1.列表整理實驗事實和結論：

實驗步驟實驗現象得出結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生，該氣體能使濕潤的紫色石蕊試紙變藍有NH3氣生成用手觸摸燒杯下部感覺燒杯變涼反應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吸收熱量使體系溫度降低，使水結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完后移走燒杯上的多孔塑料片，觀察反應物混合物成糊狀有水生成

2.用化學方程式表示上述反應：

Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl==BaCl2+2NH3↑+10H2O

（四）反思與評價

1.整個實驗中有哪些創新之處？

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）控制相同的反應時間。

三個學生分成一組進行實驗，其中每個學生做一個實驗并記錄現象和數據，供組內交流、比較使用，然后討論得出結論。最后向全班匯報，進行組間交流。

步驟一：三個學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象和數據。

步驟二：匯總實驗現象和數據并列表比較。

反應物

及用量

酸

HNO350mL1mol/LHCl50mL1mol/LHCl50mL1mol/L

堿

NaOH50mL1mol/LNaOH50mL1mol/LKOH50mL1mol/L

混合前溫度

室溫

室溫

室溫

混合后溫度

t1

t2

t3

結論

HNO3與NaOH發生中和反應時放熱HCl與NaOH發生中和反應時放熱HCl與KOH發生中和反應時放熱

對實驗進行

歸納和概括

強酸與強堿發生中和反應時放出熱量

步驟三：對實驗進行原理性抽象──為什么強酸與強堿發生反應時都會放出熱量？

本質分析──三個反應的化學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，三個反應的化學方程式雖然不同，反應物也不同，但是它們的反應本質相同，都是H+與OH-離子反應生成水的反應，屬于中和反應，其離子方程式都是：H++OH-=H2O。所以，可提出推測，即中和反應都放熱。由于三個反應中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──酸與堿發生中和反應生成1molH2O時所釋放的熱量稱為中和熱。

三、問題交流

學與問

這里所列舉的兩類反應說明了化學反應與熱能之間的辯證關系以及它們之間的相互轉化：

一方面，用煤、石油、天然氣的燃燒放熱來說明化學能向熱能的轉化，人們利用這些化學反應獲取能量；另一方面，用CaCO3經過高溫煅燒分解生成CaO來闡述熱能對化學反應的支持作用，人們利用熱能來完成常溫下很難發生的化學反應。

總之，通過列舉實例和提出問題，引導學生不僅思考化學反應與能量的關系和相互轉化問題，還要探討背后的本質問題。

思考與交流

學生通過實驗認識和感受中和反應中的熱量變化，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。這對學生的實驗技能要求更高，因為學生在設計定量實驗時要考慮的因素更多。在設計實驗裝置和操作時應從兩個方面考慮，一是注重“量”的問題，如①反應物的濃度和體積取定值；②測量反應前后的溫度值；③做平行實驗取平均值。二是盡量減小實驗誤差，如①用經過標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小；⑦使用絕緣裝置，避免熱量散發到反應體系之外；⑧溫度計要讀準確。

四、習題參考

1.吸收能量，放出能量，反應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.反應物中化學鍵斷裂需要吸收能量，生成物中化學鍵形成則要放出能量，當成鍵放出的能量大于斷鍵吸收的能量時，反應最終放出能量，這部分能量以熱的形式放出就是熱能。吸熱反應所吸收的熱量被用于破壞反應物中的化學鍵。

6.同意乙同學的說法。因為放熱反應是成鍵放出的能量大于斷鍵吸收的能量，但化學反應首先需要能量來斷鍵。