第二单元 化学反应中的能量教学实录与评析

专题2 化学反应与能量转化

第2单元

化学反应中的热量

能源是国民经济发展和人民生活所必需的重要物质基础，能源科学技术的每一次重大突破，都会引起一场技术革命，都会把人类支配自然的能力提到更高的水平，因此，新课程突出了化学反应与能量转化这一教学。在初中科学中，从燃料的角度初步学习了“化学与能源”的一些知识，第1专题又学习了化学键的知识，此时，教材安排“化学反应中的热量”这部分内容，使学生能更好地理解化学反应的本质，化学反应中的热量变化的根本原因是由化学键的断裂和形成引起的。在选修模块《化学反应原理》中，将从科学概念的层面和定量的角度更深入地学习，因此，本专题内容既是对初中自然科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。

本单元总的特点是从生产生活中的现象引出问题，通过讨论分析获得知识，再应用于生产生活实际。由于本单元的内容比较多，所以把它分成三个课时来讲。第一课时通过学生列举生产生活中常见的能量转化的例子及学生探究试验，使学生从宏观的角度感性地认识吸热和放热反应，然后通过能量守恒定律及图表把学生带入微观的角度，从化学反应的本质旧键断裂吸热、新键形成放热的角度理解化学反应中热量变化的根本原因。本课时的重点是化学能与热能的内在联系及相互转变，以及能从宏观和微观的角度来理解吸热反应和放热反应，难点是从化学反应的本质来理解吸热反应和放热反应，主要通过学生自学和列关系式表示变化过程来突破难点。第二课时中，由第一课时的相关计算自然地引出反应热的概念及计算，热化学方程式的书写是本课时的重点，也是难点，主要通过让学生比较书本出现的三个热化学方程式，归纳出书写热化学方程式的注意点，并通过随堂练习总结书写步骤，加以巩固。第三课时知识性的内容比较少，本课时侧重于学生情感、态度、价值观的学习，通过练习使学生意识到，燃料的热值大小是选用燃料的标准之一，燃料的充分燃烧释放的热量多，污染小，从而引出燃料充分燃烧的条件。通过交流、讨论、分析使用化石燃料的弊端和减少弊端的方法，增强学生努力学习化学的责任感和使命感。

本单元第一课时，主要通过学生实验和学生讨论的方式从宏观的角度学习化学反应中的热量变化，培养学生的观察能力，发展学生学习化学的兴趣，认识到我们的生活其实与化学息息相关；从微观的角度理解化学反应中的热量，比较抽象，所以主要通过讲授法，引导学生自己思考、主动发现热量变化与化学键的关系、解决问题，发展学生的想象力，从能量守恒的角度分析化学方程式。第二课时，热化学方程式的书写及简单计算，内容有一定难度，所以主要采用讲授法和练习法，以及比较的方法，让学生在听讲的同时，通过练习对所学知第

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识进一步巩固提高，同时培养学生解题的规范性和解题能力。第三课时，主要让学生在习题中领悟，在讨论中理解，如何把所学的化学反应中的热量变化运用于实际生产生活，培养学生理论联系实际，交流、合作、反思、评价的学习习惯。

课时分配

化学反应中的热量变化 2课时

燃料燃烧释放的热量 1课时

第一课时 化学反应中的热量变化（一）

整体设计

三维目标

1.知识与技能

(1)通过生产和生活中的一些实例，了解化学能可以转化为热能、电能、光能等。

(2)通过实验得出吸热反应和放热反应的概念，并从化学反应中反应物的总能量与生成物的总能量的变化理解概念。

(3)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.过程与方法

(1)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。

(2)通过实验探究体验科学研究的一般过程，了解科学研究的基本方法。

(3)学习图表表示吸热反应和放热反应中能量变化的方法。

3.情感态度与价值观

(1)通过化学能与热能的相互转变，理解“能量守恒定律”，初步建立起科学的能量观。

(2)通过实验发展学习化学的兴趣，进一步形成交流、合作、反思、评价的学习习惯。

教学重点

化学能与热能的内在联系及相互转变；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；吸热反应和放热反应。

教学难点

吸热反应和放热反应的判断。

课前准备

投影仪、幻灯片、试管、托盘天平、药匙、塑料薄膜袋、皮筋、砂纸、镁条、2 mol·L的盐酸、氢氧化钙固体、氯化铵晶体。

教学过程

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知识回顾

化学反应速率是衡量一个化学反应进行快慢程度的物理量，它用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示。决定化学反应速率的内因是反应物本身的性质，浓度、温度、压强、催化剂等外界条件也能改变化学反应速率，而且都有一定的规律。可逆反应是普遍存在的，通常我们把进行程度不太大的反应用可逆符号来表示，可逆反应都只能进行到一定的限度，此时，可逆反应就达到了该条件下的化学平衡状态，在该条件下反应物的转化率达到最大值。在化学平衡状态时，正反应速率等于逆反应速率，各组分的浓度保持不变，条件改变，平衡就被破坏。

导入新课

人类最早利用的化学现象是什么？燃烧。

早期古人怎么取火？钻木取火。

［分析］人类的进步和发展与火有密切的联系，对于燃烧的探究是一个既古老而又年轻的课题，过去我们曾经研究过，现在仍然在研究，将来还会继续研究。为什么对燃烧这一古老的化学现象我们要一直研究下去呢？因为研究燃烧中的反应、能量变化、燃烧效率及产物对环境的影响，对人类的生存和发展有着重要的意义。今天我们就来研究化学反应中的能量变化。

推进新课

一、化学反应中的热量变化

在当今世界上使用最广的能源是哪种能源？你身边接触到最为常见的能源是什么样的能源？

化学反应释放出的能量是当今世界上最重要的能源。最为常见的能源是热能。许多化学反应中伴随着热量的放出或吸收。

[板书]一、化学反应中的热量变化

化学反应中的能量变化通常表现为热量的变化。

［活动与探究］1.向一只试管中放入用砂纸打磨光亮的镁条，加入5 mL 2 mol·L的盐酸，用手触摸外壁，有什么感觉？

2.向完好的塑料薄膜袋中加入约7 g氢氧化钙，再加入约10 g氯化铵晶体，排出袋内空气，扎紧袋口，将固体混匀，使之充分反应。用手触摸塑料袋，有什么感觉？

［分析］冷和热说明了温度的高低不同，这个温度差是怎么引起的，温度的变化说明了反应过程中有热量的变化。反应放热使温度升高，反应吸热使温度降低。

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[板书]1.放热反应 ①有热量放出的化学反应。

2.吸热反应 ①吸收热量的化学反应。

［分析］化学反应会伴随着放热和吸热，同学们马上就想到了，冬天冷了可以利用放热反应作热敷袋，夏天热了可以自己制作冰袋，有兴趣的同学可以上网查找资料，自制小冰袋。

［讨论］举例说明，有哪些常见的吸热反应和放热反应。

［小结］常见的放热反应：1.金属与酸生成氢气的反应

2.酸碱中和反应

3.所有燃烧反应

4.大多数化合反应

5.浓硫酸、生石灰的溶解……

常见的吸热反应：1.大多数分解反应

2.电离反应

3.氢氧化钙、氢氧化钡与铵盐的反应

4.C+CO2高温

2CO C+H2O(g)高温

CO+H2

5.硝酸铵的溶解……

［练习］1.“交流与探讨”书P35第1题

（1）放热反应 （2）吸热反应 （3）放热反应 （4）放热反应

2.是否吸热反应一定需要加热？而放热反应一定不要加热？要加热的反应都是吸热反应吗？

［提示］Ca(OH)2与NH4Cl反应是吸热反应，但不需要加热，燃烧是放热反应，但需要加热达到着火点。要加热的反应不一定是吸热反应，要持续加热的反应是吸热反应。

［分析］对于一个放热反应而言，反应物的总能量=生成物的总能量+放出的热量，所以反应物的总能量＞生成物的总能量；对于一个吸热反应而言，反应物的总能量+吸收的热量=生成物的总能量，所以反应物的总能量＜生成物的总能量。我们可以用下图表示：

放热反应 吸热反应

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[板书]放热反应中：②反应物的总能量＞生成物的总能量（E反＞E生）

吸热反应中：②反应物的总能量＜生成物的总能量（E反＜E生）

［练习］1.已知反应X+Y====M+N为放热反应，对该反应下列说法一定正确的是（ ）

A.X的能量一定高于M B.Y的能量一定高于N C.X和Y的总能量一定高于M和N的总能量

D.因为该反应为放热反应，故不必加热就可发生

2.“问题解决”书P35

［分析］化学反应的实质——化学键的断裂与形成，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，氢原子和氯原子再通过形成H—Cl键而结合成HCl分子。化学键断裂时需要吸收能量，化学键形成时需要释放能量。化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因。对于一个可逆反应而言，正反应如果是放热反应，逆反应则是吸热反应，且放出或吸收的热量是相等的。

[板书]二、化学反应的本质

旧化学键的断裂，新化学键的形成。断键吸热，成键放热。

放热反应：③反应物断键吸收的总能量＜生成物成键放出的总能量

吸热反应：③反应物断键吸收的总能量＞生成物成键放出的总能量

［学生自学］书P36“资料卡”

键能：拆开1 mol气态物质中某种共价键需要吸收的能量，就是该共价键的键能。

如拆开1 mol H2中的H—H键需要吸收436.4 kJ能量，所以氢气的键能就为436.4 kJ·mol。它也表示，形成1 mol H—H键就会放出436.4 kJ能量。

［练习］

1.已知H2的键能为436 kJ·mol，I2的键能为151 kJ·mol，HI的键能为298 kJ·mol,求2HI====H2+I2是吸热反应还是放热反应？

2.已知HCl的键能为431 kJ·mol,对比HI的键能，哪个大，哪个更稳定？

［分析］

1. 2HI====H2+I2

反应物断键吸收总能量：2×298 kJ=596 kJ

一)生成物成键放出总能量：436 kJ+151 kJ=587 kJ 第

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9 kJ＞0 所以吸收的总能量＞放出的总能量，为吸热反应。

2.HCl的键能大于HI的键能，HCl稳定。

［分析］键能越大，共价键越不容易破坏，形成的物质也就越稳定，则该物质本身所具有的能量就越低。

值得注意的是：物质的总能量是物质本身内能的总和，而断键吸收或成键放出的能量则是外．．界供给的，因此两者是两个不同的概念。

课堂小结

这节课我们从宏观到微观的角度分析了化学能与热能之间的相互转化，揭示了化学反应的本质是反应物化学键的断裂，生成物化学键的形成。学习了吸热反应和放热反应的概念，以及从多个角度判断、比较吸热反应和放热反应。

布置作业

1.物质之间发生化学反应时，一定发生变化的是（ ）

A.颜色 B.状态 C.化学键 D.原子核

2.判断下列反应是吸热反应的是（ ）

A.镁条燃烧 B.高温下木炭燃烧

C.电解水 D.酸碱中和反应

3.下列反应中生成物总能量高于反应物总能量的是（ ）

A.碳酸钙受热分解 B.乙醇燃烧

C.铝粉与氧化铁粉末反应 D.氧化钙溶于水

4.关于吸热反应和放热反应，下列说法中错误的是（ ）

A.需要加热才能进行的反应一定是吸热反应

B.化学反应中的能量变化，除了热量外，还可以是光能、电能等 C.化学反应过程中的能量变化，也服从能量守恒定律

D.反应物的总能量高于生成物的总能量时，发生放热反应

[答案]1.C 2.C 3.A 4.A 板书设计

化学反应中的热量变化

一、化学反应中的热量变化

化学反应中的能量变化通常表现为热量的变化。

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1.放热反应

①有热量放出的化学反应。

②反应物的总能量＞生成物的总能量（E反＞E生）。

③反应物断键吸收的总能量＜生成物成键放出的总能量。

2.吸热反应

①吸收热量的化学反应。

②反应物的总能量＜生成物的总能量（E反＜E生）。

③反应物断键吸收的总能量＞生成物成键放出的总能量。

二、化学反应的本质

旧化学键的断裂，新化学键的形成。

断键吸热，成键放热。

教学反思

本课时自始至终贯穿从宏观到微观这一条线索，通过设置一个比一个深入的问题，把学生从宏观逐渐带入微观，符合学生的认知规律，认知过程。通过书本“活动与探究”，让学生动手实验，亲身体会反应过程中的放热和吸热。通过列举常见的放热反应和吸热反应，使学生对反应中的热量变化有更感性的认识。追根究底，“究竟是什么原因引起了反应中热量的变化呢？与物质本身具有的能量有什么关系？”把学生带入微观，通过能量守恒定律，配以直观的图片，让学生认识到反应物与生成物总能量的大小与反应中放热或吸热的关系。通过“问题解决2”使学生自己总结出化学反应的本质，能通过计算“断键吸热，成键放热”的相对大小来判断吸热反应和放热反应。本课时把后面的键能提到这儿来讲，虽然知识点多了，但能加强本单元的系统性。实验Ca(OH)2与NH4Cl的反应如果作为学生实验，还是能得到很好的效果，又环保，但如果是教师演示实验，最好将氢氧化钙改用为Ba(OH)2·8H2O以提高反应的效果。

备课资料

1.化学反应的分类：

从基本反应类型分

化合反应、分解反应、置换反应、复分解反应

从有无离子参加的角度反应分

从有无化合价变化的角度分

离子反应、分子反应

氧化还原反应、非氧化还原反应

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从能量的变化的角度分

从反应的限度分

2.键参数和分子的性质

键参数是用于表示化学键性质的物理量，包括键能、键长、键角、键的极性等。键参数和分子的性质之间有一定的相关性。

(1)键能

在101 kPa、25 ℃时，将1 mol理想气体分子AB拆开为气态原子A和B时，所需的能量叫做AB的离解能(单位为kJ·mol)。对双原子分子而言，离解能就是键能(E)，它是指破裂1 mol键(单键)所需要的能量。通常键能愈大，表明化学键愈牢固，由该键组成的分子也就愈稳定。例如，HCl的键能E(H—Cl)=431 kJ·mol，HI的键能E(H—I)=299 kJ·mol，HCl比HI稳定，HI受热时较易分解。

(2)键长

分子中两个原子核间的平均距离叫做键长(或核间距)。理论上用量子力学的近似方法可以算出键长。通常是用光谱或衍射等实验方法来测定键长。

一般来说，两原子之间所形成的键愈短，键能就愈大，键愈强，愈牢固。综上所述，可以用键能和键长两个键参数定量地描述化学键的特征。

(3)键角

键角指分子中键与键之间的夹角。键角是表示分子空间结构的一个重要参数。例如，H2S分子中2个S—H键之间的夹角是92°，这表明H2S分子是平面三角形结构。

一般来说，如果已知某分子中的键长和键角的数据，就可确定该分子的几何构型(分子在空间呈现的几何形状)。例如，已知CO2分子的C===O键长是0.11 nm，O===C===O键角等于180°，就可得知CO2分子是直线形的非极性分子，据此也可推断它的物理性质。又如，已知NH3分子里的H—N—H键角是107°18′，N—H键长是0.102 nm，就可推断NH3分子是三角锥形的极性分子。

3.等电子微粒

(1)电子总数为10的微粒

单原子核

双原子核

分子

Ne HF 阴离子

N、O、F

OH

-3-2--+-1-1-1放热反应、吸热反应

可逆反应、不可逆反应

阳离子

Na，Mg，Al

2+3+第

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三原子核

四原子核

五原子核

(2)电子总数为18的微粒

H2O NH3

CH4

NH2

CH3

--

H3O



NH4+

单原子核

双原子核

三原子核

四原子核

五原子核

更多原子核

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分子

Ar F2、HCl H2S H2O2、PH3

SiH4、CH3F N2H4、C2H6、CH3OH

阴离子

P3-、S2-、Cl-

HS-、O22

HO-2

CH--3O、C2H3

阳离子

K+、Ca2+

PH+4

N+2H5