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本节课的教学是围绕化学能与热能的关系而展开的。
教学分为三个部分:
在第一部分中教材先从化学键知识入手,说明化学键与能量之间的密切联系,揭示了化学反应中能量变化的主要原因。
然后分析了化学反应过程中反应物和生成物的能量储存与化学反应吸收还是放出能量的关系,为后面强调“与质量守恒一样,能量也是守恒的”的观点奠定了基础。
在第二部分中教材通过三个实验,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相互转化及其研究过程,学会定性和定量的研究化学反应中热量变化的科学方法。
在第三部分中教材为了拓宽学生的科学视野,图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。
关于化学反应与能量之间的关系,学生在初中化学中已经有所了解,在他们的生活经验中也有丰富的感性认识。
本节教学内容是让学生在学习物质结构初步知识之后,从本质上认识化学反应与能量的关系。
依据以上分析,建议将本节课的教学分为三个课堂教学单元:
理论思考教学,实验探究教学,实际应用教学。
这三个教学单元相互联系,同时又各自平行独立,其中任何一个单元都可以作为教学切入点进行课堂整体教学,本节采用以实验探究教学作为切入点的教学思路。
教学时可以从一个燃烧实验入手→启发学生理解物质发生化学反应的同时还伴随着能量的变化,而这些能量变化通常又表现为热能变化→进入实验探究教学→提出“为什么有的化学反应吸热,而有的化学反应放热”的问题→进入理论思考教学→提出人类如何利用化学反应产生的热量问题→进入实际应用教学。
这一教学思路强调的是科学研究的一般过程,即应用实验创设教学情境,引发学生发现并提出新的问题,设计并进行实验用以收集、整理事实和数据,再得出结论,抽象出吸热反应和放热反应的概念,然后上升到理论高度去理解概念,最后应用到实际中去。
整个教学过程即是一个完整的科学探究过程。
实验探究教学单元中,在探讨化学反应放热、吸热本质时,要使学生明确三点:
1.热量变化是化学反应中能量变化的主要表现形式;
2.化学反应过程中的能量守恒;
3.化学反应在发生过程中是吸热还是放热,决定于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小。
实验2-1、2-2、2-3是教学中非常重要的课内教学资源,为了最大限度的发挥其教学价值,建议将实验2-1和实验2-3安排为学生分组实验,因为放热现象不能用眼睛直接观察到,学生亲自动手实验有利于触摸反应器和观察温度计,能增强感性认识。
由于实验2-2中产生氨气,因此要在通风条件好的环境下安排学生分组实验,此实验直观,现象明显、有趣,能很好的调动学生的参与热情。
经过分组实验,学生有了完整丰富的感性认识后,引导学生进行高质量的理性分析则是至关重要的。
通过学生汇报、小组内交流、填写实验报告等多种多样的形式,给学生创造机会学习对现象的描述和分析、对实验事实和数据的处理、依据事实和数据进行抽象等科学方法。
最后,为了能使实验教学进入高层次的创造性实验和创造性思维阶段,可以提出一些富有挑战性的学习问题或任务,供学生在课堂内讨论或课外深入学习。
例如,除了触摸、使用温度计和观察少量水是否结冰等方法外,还有没有其他指示反应放热或吸热的方法?
将你认为可行的方法列出来,并根据这些方法设计实验;
在定性实验的基础上能否定量测定一个反应所放出或吸收的热量?
如果能,应该怎样设计实验?
你怎样设计实验比较两个反应放出能量的大小?
实际应用教学单元中,注意较多地渗透化学社会学的观点,要求的知识比较浅显但涉及的知识面广,这部分内容在课堂内不要讲得过深、过细和过多,应侧重于调动学生的学习兴趣和学习热情,引导学生充分利用课外教学资源进行学习。
在课堂内建议选择有针对性的录像片段、具有说服力的图片、数据资料供学生观看和阅读,然后进行讨论和分析。
同时,给学生一些学习问题和学习任务,鼓励学生充分利用课外教学资源进行学习,如上网学习,去图书馆查阅资料,到社会上去调研,寻找日常生活中与能量有关的现象等,也可下发一些课后阅读资料让学生分析并写出报告。
本节课整体教学结构及流程图为:
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。
课时安排2
(第1课时)
知识与技能
1.了解化学键与化学反应中能量变化之间的关系。
2.在化学实验的基础上,通过吸热反应和放热反应的概念,理解化学反应中能量变化的主要原因。
3.重视利用能量守恒定律的知识分析和解决一些化学问题。
教具准备:
投影仪。
[导入新课]化学反应都有新物质产生,同时还伴随着能量变化。
人们利用化学反应,有时主要是为了制取所需要的物质,有时却主要是为了利用化学反应所释放出的能量。
例如,人们利用氢氧焰来焊接金属,主要就是利用氢气和氧气化合时所放出的能量。
在当今社会中,人类所需能量的绝大部分是由化学反应产生的,特别是由煤、石油和天然气等化石燃料或它们的制品的燃烧所产生的(如图)。
由此可见,研究化学反应及其能量变化对于我们是多么重要!
[板书]第一节化学能与热能
为什么化学反应有的表现吸热有的表现出放热呢?
化学能与热能之间有什么关系呢?
[推进新课]
师:
播放动画。
例H2分子的生成。
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。
[板书]一、化学键与化学反应中能量变化的关系
[学生自学]:
阅读课本p32页第二段
从宏观上看,一个化学反应发生了,伴随着通常伴随着发热(有时也吸热)发光等现象。
那么从微观上看化学反应中的最小微粒是什么呢?
【原子。
】
原子间是怎样从新排列组合的呢?
【通过化学键。
板书:
1、化学反应的实质:
旧键的断裂和新键的形成
通过阅读课本和观看2个H原子生成一个H2动画,化学键的形成和破坏能量有何关系?
【破坏化学键要吸收能量;
形成化学键时放出能量。
化学反应中的能量变化的主要原因是:
化学键的破和立。
2、化学键与化学反应中能量变化
(1)破坏化学键吸收能量;
形成化学键放出能量。
通过看书,我们知道破坏1molH—H键要吸收435.3KJ能量,这就是它的键能。
(2)键能:
破坏(或形成)1mol化学键所吸收(或放出)的能量
那么一个反应究竟是放出能量还是吸收能量,取决于什么呢?
【破坏反应物化学键所吸收的能量与形成生成物化学键所放出的能量的相对多少,若前者较多,则吸收能量,若后者较多,则放出能量。
(3)△E=生成物的键总和—反应物键能总和
师生互动:
E(H—H)=435.3KJ/mol,E(C—H)=414.4KJ/mol,E(C—C)=347.4KJ/mol,E(C=C)=615.3KJ/mol.
有下列反应:
CH3CH3CH2=CH2+H2
要破坏6molC—H键和1molC—C键,同时生成4molC—H键、1molC=C键和1molH—H键;
因此,△E=615.3KJ/mol×
1+414.4KJ/mol×
4+435.3KJ/mo×
1-(414.4KJ/mol×
6+347.4KJ/mol×
1)
=-126KJ/mol。
即1molCH3CH3分解要吸收126KJ能量
我们知道,每一种物质都具有一定的能量,请同学们思考:
化学反应过程中是否遵循能量守恒?
【遵守】
因此,我们可以从能量守恒的角度去理解反应中的能量变化。
二、从能量守恒的角度理解反应中的能量变化
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,决定于反应物总能量与生成物总能量的相对大小,
△E=反应物总能量—生成物总能量
展示图片或播放动画。
请同学位讨论下列问题:
.化学反应中能量变化的主要表现形式是什么?
相同物质的量的不同物质所具有的化学能是否相等?
【热量变化是主要形式,其它形式的能忽略不计】
【不相等】
[板书]三、化学能与热能的相互转化
△E=E(反应物的总能量)—E(生成物的总能量)>
0时,反应为放热反应。
(化学能转化为热能)
△E=E(反应物的总能量)—E(生成物的总能量)<
0时,反应为吸热反应。
(热能转化为化学能)
[P32-“学与问”]
这里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:
[板书]
一方面,用煤、石油、天然气的燃烧放热来说明化学能向热能的转化,人们利用这些化学反应获取能量;
(师:
要求学生举例说明)
另一方面,例如用CaCO3经过高温煅烧分解生成CaO,金属的冶炼来阐述热能对化学反应的支持作用,人们利用热能来完成常温下很难发生的化学反应。
总结:
物质的燃烧一般是化学能转化成热能;
但也有些化学反应相反。
化学能还能与其他能量之间相互转化
投影:
各种能量之间的相互转化。
[P32-“思考与交流”]
【化学反应不仅有新物质生成(质变),还是一个定量的变化(由化学议程式的化学计量数确定),而且伴随着能量的变化。
[知识拓展]
光学知识应用
例在绿色植物光合作用中,每放出1个O2分子要吸收8个波长为6.88x10-7m的光量子。
同时,每放出1molO2,植物能储存469kJ的能量.求绿色植物在光合作用中能量的转换效率为多少(普朗克常数值h=6.63x10-37kJ·
S).
解析每放出1molO2吸收的能量为:
所以能量的转换效率为:
(469kJ/1392.3kJ)×
100%=33.7%
[布置作业]
教材P36T1、T9、T12
[板书设计]
一、化学键与化学反应中能量变化的关系
三、化学能与热能的相互转化
[活动与探究]
太阳能与人类生存学生自学,阅读P35
例《科学美国人》杂志在1971年7月刊登的“地球的能量资源”一文中提供了如下数据:
到达地球表面太阳辐射能的几条主要去路
单位109kJ/s
直接反射
52000
以热能的方式离开地球
81000
水循环
40000
大气流动
370
光合作用
40
请选用以上数据计算:
1.地球对太阳能的利用率为____.
2.通过光合作用,每年有_____kJ的太阳能转化为化学能(每年按365天计).
3.每年由绿色植物通过光合作用为我们生存的环境除去:
氧化碳的质量为A,试根据能量关系列出A的计算式(列式中缺少的数据用符号表示).所缺数据的化学含义为_.
解析:
本题解题关键是利用能量守恒定律。
本题是以“地球的能量资源”为中心论题的深度聚合型综合题,涉及到葡萄糖分子式、光合作用原理及化学方程式、不同形式能量的转化等,此题情境新、立意高,结合生物、地理等相关学科知识,就能正确解答.先计算地球对太阳能的利用率,“直接反射”与“以热能方式离开地球”的太阳能地球没有利用,而用于“水循环”、“大气流动”和“光合作用”的太阳能,仅仅只有23.3%,每年有1.26×
1018kJ(计算略)的太阳能通过光合作用转变成化学能,它是地球生物得以生存的根本源泉.绿色植物通过光合作用进行了碳循环,为环境除去二氧化碳,转化为碳水化合物,反应式为6CO2+6H2O-C6H12O6+6O2,每年
有Akg的二氧化碳转化为葡萄糖,每生成1mol葡萄糖所需要吸收的能量为Q,则
参考练习
1.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.①②③B.①②④C.①③④D.②③④
2.航天飞机用铝粉与高氯酸铵(NH4ClO4)的混合物为固体燃料,点燃时铝粉氧化放热引发高氯酸铵反应,其方程式可表示为:
2NH4ClO4=N2↑+4H2O↑+Cl2↑+2O2↑+Q(该反应为放热反应)
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.上述反应瞬问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
3.近20年来,对以氢气作为未来的动力燃料氢能源的研究获得了迅速发展,像电一样,氢是一种需要依靠其他能源如石油、煤、原子能等的能量来制取的所谓“二级能源”,而存在于自然界的可以提供现成形式能量的能源称为一级能源,如煤、石油、太阳能和原子能等。
为了有效发展民用氢能源,首先必须制得廉价的氢气,下列可供开发又较经济且资源可持续利用的制氢气的方法是()
A.电解水B.锌和稀硫酸反应C.光解海水D.以石油、天然气为原料
4.下列说法正确的是()
A.化学反应中的能量变化,通常表现为热量的变化
B.反应物的总能量高于生成物的总能量时发生吸热反应
C.Ba(OH)2·
8H2O与NH4Cl的反应是放热反应D.木炭在氧气中的燃烧是吸热反应
5.1998年出现的全球温度大幅度升高,产生了显著的“厄尔尼诺”现象,于旱和暴雨灾难危害了许多地区。
为了防止气候变暖的进一步恶化,联合国环境保护组织于1998年通过大会要求各国减少工业排放量的气体是()
A.二氧化硫B.二氧化碳C.氮的氧化物D.氟里昂
6.下列说法正确的是()
A.若氢气和氧气化合是放热反应,则水电解生成氢气和氧气是吸热反应。
B.需要加热才能进行的反应是吸热反应
C.反应放出的热量的多少与反应物的质量和状态无关
D.对放热反应A+B→C+D,A、B的能量总和小于C、D的能量总和
7.人类对于能源的利用大致可以分为三个时代,柴草能源、化石能源、多能源时代。
以下说法正确的是()
A原始社会人类学会利用火,他们以天然气取暖,吃熟食,从事生产活动
B.目前我国广大农村生火做饭使用的都是化石原料
C.多能源时代指的是新能源时代,包括有核能、太阳能、氢能
D.化石燃料的燃烧没有污染
8.在25℃101kPa下,1mold的白磷(化学式为P4)完全燃烧放出的热比4mol的红磷(化学式为P)完全燃烧放出的的热多。
反应方程式为:
式分别为:
P4(s)+5O2(g)=P4O10(s);
4P(s)+5O2(g)=P4O10(s);
由此判断,下列说法正确的是()
(A)由红磷转化为白磷是吸热反应,等质量时红磷能量比白磷高
(B)由红磷转化为白磷是放热反应,等质量时红磷能量比白磷低
(C)由红磷转化为白磷是放热反应,等质量时红磷能量比白磷高
(D)由红磷转化为白磷是吸热反应,等质量时红磷能量比白磷低
9.铁粉和硫粉混合后,平铺在横放的试管中.只给铺有混合物的试管的一端加热.反应能自行进行下去.生成硫化亚铁清写出方程式,并从化学反应和热能的关系解释这个反应。
(1)化学方程式____________________;
(2)_________________________________。
10.2001年5月,中国宣布将推广“车用乙醇汽油”。
所谓乙醇汽油就是在汽油里加入适量乙醇混合而成的一种燃料。
(1)乙醇燃烧不完全时,有CO生成。
用下图装置确证乙醇产物有CO、CO2和H2O,可将乙醇燃烧产物依次通过(按气流从左到右顺序填装置编号)。
(2)实验时可观察到装置2中A瓶中的溶液变浑浊。
A瓶溶液的作用是。
B瓶溶液的作用是,C瓶溶液的作用是。
(3)装置3的作用是;
装置1中所盛的是溶液,作
用是。
(4)装置4中所盛的固体药品是,可以确证的产物是,尾
气应如何处理?
(填写处理方法)。
参考练习参考答案
1.D有机物燃烧时都发生氧化还原反应,不是乙醇作为燃料的特点。
2.D2NH4ClO4=N2↑+4H2O↑+Cl2↑+2O2↑+Q中NH4ClO4既是氧化剂有是还原剂。
3.C4.A5.B6.A7.C新能源有多种形式。
8.D生成等物质的量的无氧化二磷,白磷放出的热量多。
9.
(1)Fe+S=FeS
(2)Fe和S反应需要达到一定的温度,才能进行。
所以开始时要加热。
Fe和S反应是放热反应,放出的热量足以维持这一温度,使反应能进行到底。
10.
(1)4231
(2)验证CO2存在;
除去混合气体中的CO2;
证明CO2已被除尽。
(3)将CO氧化成CO2,澄清石灰水;
检验由与CuO反应所生成的CO2,从而确证有CO气体。
(4)无水硫酸铜H2O点燃
(第2课时)
1.获得化学能与热能化学实验的基础知识和基本技能,学习实验研究的方法,能设计并完成吸热反应和放热反应的化学实验。
2.形成吸热反应和放热反应的概念。
教学重点
实验探究和通过实验探究化学反应与能量的关系,掌握吸热反应和放热反应的概念。
教学难点
设计探究实验引出吸热反应和放热反应的概念。
教具准备
温度计、玻璃棒、烧杯、50ml量筒、玻璃片、砂纸、试管。
6mol.L-1HCl,2mol.L-1HCl,2mol.L-1NaOH,Ba(OH)2.8H2O,NH4Cl.CuSO4.5H2O晶体,铝条。
大烧杯(500ml)
3只、
硬纸板(有孔)3块、小烧杯(100~150ml)3只、
带圈玻璃搅拌器3支、
温度计(100℃,1/10)3支、
碎纸条
3只、量筒(50ml)
6只、保温杯3只、
盐酸(1.00mol/L)、氢氧化钠溶液1.1mol/L)。
教学过程
[新课导入]
三.化学能与热能的相互转化
(1)实验2-1铝与盐酸反应
[推进新课]
请同学们回答实验P33实验2-1实验目的?
【①了解铝与盐酸反应中热量变化的情况;
【②学会观察和测定化学反应中热量变化的方法。
本实验为什么要用砂纸打磨铝片?
【因为铝片表面有氧化膜,它阻止了H+与铝片接触,使反应不能进行。
[合作探究]
用投影展示内容,并引导学生合作探究
①铝与盐酸反应的化学方程式:
___________________________________。
生:
到黑板上写出。
②在反应过程中将要看到什么现象?
预测
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?
讨论得出多种方案。
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?
【盐酸浓度不能太小、实验操作要迅速、温度计要灵敏……】
请同学们开始做分组实验(在学生做实验的过程中,老师要巡视并指导。
)
明确了实验目的和步骤后,进行组内分工,有做实验的同学,有做记录的同学。
开始实验
实验步骤:
(1).用砂纸打磨铝条;
(2).取试管并加入2~3mL 6mol/L的盐酸溶液
(3).用温度计测量溶液在反应前后的温度。
实验记录:
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2~3mL 6mol/L的盐酸溶液
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- 关 键 词:
- JAB221 化学能 热能