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第二章

化学反应与热能

第一节

化学能与热能

第1课时

化学键与化学反应中能量变化的关系

知识与技能：

了解化学键与化学反应中能量变化之间的关系。

过程与方法：

具有较强的问题意识，能够发现和提出有探究价值的化学问题，敢于质疑，勤于思索，逐渐形成独立思考能力，善于与人合作，培养团队精神。

情感态度与价值观：

1．培养学习化学的兴趣，乐于探究物质的奥秘，体验科学的艰辛和喜悦，感受化学世界的奇妙与和谐。

2．学习用图表表示化学反应放出能量和吸收能量的方法，培养学生阅读图表的能力。

重点：

化学键与能量变化的关系。

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。

板书

第一节

化学能与热能

一、化学键与化学反应中能量变化的关系

过渡

很多同学也许会有这样一些疑问：化学反应中为什么会有能量变化?本节课，我们将围绕这些问题，先从微观和宏观的角度来揭示这些秘密。

问题

氢气和氯气的混合气体遇到强光会发生什么现象?为什么? 小结

(学生讨论交流后教师总结)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。

提问

反应中的热量由何而来?氢气和氯气反应的本质是什么? 小结

(学生讨论交流后教师总结)从化学键角度分析氢气和氯气反应的本质。

讲述

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。1 mol H2中含有l mol H—H键，1 mol Cl2中含有1 mol Cl—Cl键，在25℃和101 kPa的条件下，断开1 mol H—H键要吸收436 kJ的能量，断开1 mol Cl—Cl键要吸收242 kJ的能量，而形成1 mol HCl分子中的H—Cl键会放出431 kJ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。

板书

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。

讨论

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与什么因素有关?

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。

课件

(学生画出交流后教师展示)

水由高处向低处流要释放

将水由低处送向高处需提供能量

能量(势能转换为动能)

(电能转换为机械能，再转为势能)

反应物的总能量>生成物的

反应物的总能量<生成物的

总能量(化学反应放出能量)

总能量(化学反应吸收能量) 板书

E(反应物的总能量)>E(生成物的总能量)

化学反应放出能量

E(反应物的总能量)

化学反应吸收能量

问题

请回顾一下，化学反应的特征是什么?通过我们上述的学习，你对化学反应的特征有什么新的认识呢? 小结

(学生回答后教师总结)化学反应在物质发生变化的同时，还伴随有能量的变化。所以说，物质的化学反应与体系的能量变化是同时发生的。

课堂小结

通过本节课的学习，我们了解到，化学键的断裂和形成是化学反应中发生能量变化的主要原因。反应是放出能量还是吸收能量，取决于反应物的总能量与生成物总能量的比较。

板书：

第二章

化学反应与能量

第一节

化学能与热能

一、化学键与化学反应中能量变化的关系

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。

3．E(反应物的总能量)>E(生成物的总能量)

化学反应放出能量

E(反应物的总能量)

化学反应吸收能量

案例（二）

课件

(课件出示中国面对能源危机的新闻图片，并附如下文字)

央视国际消息，中国能源消费总量已经位居世界第二，约占世界能源消费总量的11％。2003年，中国能源消费总量为16．8亿吨标准煤。其中煤炭占67．1％，原油占22．7％，天然气占2．8％，可再生能源占7．3％。目前中国面临着常规能源资源约束、过分依赖煤炭污染严重、能源利用效率低等问题。中国每吨标准煤的产出效率仅相当于日本的lO．3％、欧盟的16．8％。中国石油、天然气资源短缺，需要充分利用国内外两种资源、两个市场，在做好石油节约与替代的同时，走出国门，积极参与世界油气市场的开发与资源分享，扩大能源对外贸易和投资。

讲述

能源危机已成为制约一个国家发展的瓶颈，今天我们以化学的眼光来研究能源。

板书

第二章

化学反应与能量

阅读

教材前言内容

问题

[反问]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热能从何而来?与化学物质及化学反

应有什么关系?石灰石经高温煅烧生成生石灰，高温提供的热能在分解反应中起什么作用? 板书

第一节

化学能与热能

一、化学键与化学反应中能量变化的关系

复习

化学键：使离子相结合或原子相结合的作用。

键能：拆开l mol某键所需的能量叫键能。单位：kJ／mol。

讲解

化学键的形成蕴涵着能量变化，在进行反应时化学键要断裂，吸收能量，反应后形成新化学键要放出能量，反应前反应物能量与反应后生成物能量不相等。

分析

2H—→H2中能量变化?

1 mol H2中含有1 mol H－H，在25℃

l0l kPa条件下，由H原子形成l mol H—H要放出436 kJ的能量，而断开1 mol H—H键重新变为H原子要吸收436 kJ的能量。

类比分析

CH4—→4C+4H(吸收4mol×415 kJ／mol==1660 kJ) 板书

1．化学键的断裂是化学反应中能量变化的主要原因。

讨论

为什么有的化学反应会放出热量，而有的化学反应却需要吸收热量呢? 小结

(学生回答后教师总结)

1．化学反应的特点是有新物质生成，新物质和反应物总能量不同。

2．反应中要遵循能量守恒。

3．反应物与生成物的能量差若以热能形式表现即为放热和吸热。如果二者能量比较接近，则放热和吸热不明显。

强调

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，决定于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小。

讨论

(学生分小组进行讨论)吸热反应和放热反应中，反应物本身所具有的能量和生成物本身所具有的能量之间的大小关系分别如何?(提示：可从能量守恒角度分析) 板书

2．∑E(反应物)>∑E(生成物)——放出能量

∑E(反应物)<∑E(生成物)——吸收能量

过渡

我们在初中学习过“质量守恒定律”，知道自然界中物质可以相互转化，但是总质量保持不变；同样一种能量可以转化成另一种能量，能量也是守恒的，这就是“能量守恒定律”这是两条基本的自然定律，化学能是能量的一种，它同样可转化成其他形式的能量，如热能、电能等。

板书：

第二章

化学反应与能量

第一节

化学能与热能

一、化学键与化学反应中能量变化的关系

1．化学键的断裂是化学反应中能量变化的主要原因。

2．∑E(反应物)>∑E(生成物)——放出能量

∑E(反应物)<∑E(生成物)——吸收能量

第2课时

化学能与热能的相互转化

知识与技能

在化学实验的基础上，通过吸热反应和放热反应的概念，理解化学中能量变化的主要原

因。

过程与方法

具有较强的问题意识，能够发现和提出有探究价值的化学问题，敢于质疑，勤于思索，逐渐形成独立思考能力，善于与人合作，具有团队精神。

情感态度与价值观

1．培养学习化学的兴趣，乐于探究物质的奥秘，体验科学的艰辛和喜悦，感受化学世界的奇妙与和谐。

2．培养参与化学科技活动的热情，有将化学能与热能的化学知识应用于生产，生活实践的意识，能够对与化学能有关的社会和生活问题做出合理的判断，树立正确的能源观。

3．热爱家乡，热爱祖国，树立为中华民族复兴、为人类文明和社会进步而努力学习化学的责任和使命感。

重点：

化学能与热能的相互转化。

难点：

通过吸热反应和放热反应的概念，理解化学中能量变化的主要原因。

板书

第一节

化学能与热能

过渡

很多同学也许会有这样一些疑问：化学反应中的能量变化为什么通常表现为热能的变化呢?本节课，我们将围绕这些问题，先从微观和宏观的角度来揭示这些秘密，然后介绍反应中热效应的表示方法，最后再谈谈化学在能源开发、利用中的作用和地位。

问题

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其原因，并说明反应过程中能量的转变形式。

板书

一、化学能与热能的相互转化

问题

在一支试管中放人一小块生石灰，加入少量水，让学生观察实验现象，再让学生用手触摸试管外壁，然后要求学生回答观察到了什么现象?触摸试管外壁时有何感觉?说明什么问题?并要求学生写出反应方程式。

结论

(学生回答后教师总结)生石灰与水反应生成糊状的氢氧化钙，试管发烫，说明反应放出了热能。

设问

热能是能量的一种表现形式。那么，除刚才的这个反应，其他的化学反应过程中是不是也会有能量变化呢?其表现形式又是怎样的?根据你已有的知识经验举例说明。

小结

物质在发生化学反应的同时还伴随着能量的变化，这些能量变化通常又表现为热量的变化。

过渡

那么，化学变化中热量变化的具体形式又有哪些呢?这将是我们本节课研究的主要内容。下面我们通过实验来进行研究、探讨，从中我们还可以了解到科学研究的一般过程和方法。

实验

(学生分组进行实验)教材第33页实验2—1。

讨论

用眼睛不能直接观察到反应中的热量变化，那么，你将采取哪些简单易行的办法来了解反应中的热量变化?各有什么优缺点? 交流

1．实验过程中，你自己最满意的做法是什么?最不满意的做法是什么? 2．在思考、讨论的过程中，其他同学给了你哪些启示?你又给了他们哪些启示? 实验

见教材第34页实验2—2。

问题

1．通过观察实验现象，你得出了哪些结论?写出反应的化学方程式。

2．你觉得做这个实验时需要注意哪些问题?还可以做哪些改进?实验中对你最有启发的是什么? 小结

化学反应中的能量变化经常表现为热量的变化，有的放热，有的吸热。

设疑

通过前面的学习，我们知道燃烧反应、金属与酸的反应是放热的，而氢氧化钡晶体

与氯化铵晶体的反应是吸热的，那么．作为一类重要而常见的反应，酸与碱的中和反应是放热的还是吸热的呢?下面，请同学们自己通过实验来揭开这个秘密。

实验

(学生分组进行实验)教材第34页实验2—3。

板书

二、中和热的测定

问题

1．通过实验，你得出什么结论?如何解释?

2．通过这个实验，你学到了哪些知识?学会了哪些研究方法?

3．要明显的感知或测量反应中的热量变化，实验中应注意哪些问题?如何减小你与同组同学的实验结果的差异? 4．听完其他小组的汇报，发现他们的哪些做法比你们好?哪些不如你们的好?你现在是否又有了新的想法?假如要让你设计一个能较准确地测量反应中热量变化的装置，它的大体构造是怎样的，你可以和同学交流探讨共同确定。

讲解

1．中和反应都是放热反应。

2．三个反应的化学方程式虽然不同，反应物也不同，但本质是相同的，都是氢离子与氢氧根离子反应生成水的反应，属于中和反应。由于三个反应中氢离子与氢氧根离子的量都相等，生成水的量也相等，所以放出的热量也相等。

3．中和热：酸与碱发生中和反应生成1 mol水所释放的热量称为中和热。

4．要精确地测定反应中的能量变化，一是要注重“量的问题”，二是要最大限度地减小实验误差。

课件

(课件出示相关图片、资料) 板书

三、能源的分类

思考

根据你的经验体会，谈谈你对当前能源利用、开发及能源危机的看法。

小结

化学反应伴随能量变化是化学反应的一大特征。我们可以利用化学能与热能及其他能量的相互转变为人类的生产、生活及科学研究服务。化学在能源的开发、利用及解决日益严重的全球能源危机中必将起到越来越重要的作用，同学们平时可以通过各种渠道来关心、了解这方面的进展，从而深切体会化学的实用性和创造性。

板书

第二章

化学反应与能量

第一节

化学能与热能

一、化学能与热能的相互转化

化学反应

放热反应：放出热量的化学反应

吸热反应：吸收热量的化学反应

二、中和热的测定

三、能源的分类

案

例

(二) 引入

[反问]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热能从何而来?与化学物质及化学反应有什么关系?石灰石经高温煅烧生成生石灰，高温提供的热能在分解反应中起什么作用? 板书

第一节

化学能与热能

一、化学能与热能的相互转化

过渡

我们在初中学习过“质量守恒定律"，知道自然界中物质可以相互转化，但是总质量保持不变；同样一种能量可以转化成另一种能量，能量也是守恒的，这就是“能量守恒定律"这是两条基本的自然定律，化学能是能量的一种，它同样可转化成其他形式的能量，如热能、电能等。我们开始研究化学能与热能的关系。

讲述

化学反应的过程中伴随着能量变化，通常表现为热量的变化。

板书

化学反应

问题那么，化学反应为什么有些是放热反应，有些是吸热反应呢? 讲解

教材第33页实验2—1，注意事项：铝与稀酸和弱酸反应现象不明显，常常需要加热，所以要选择强酸且浓度不要太低。尽量使用纯度好的铝条，反应前要用砂纸打磨光亮，这样进行实验时，用手触摸才能明显感觉到反应放热，用温度计测量效果会更好。

实验

(学生分组进行实验)教师巡视指导，填写实验记录

实验步骤

在一支试管中加2～3 mL 6 mol/L的盐酸溶液

眼睛看到的现象

用手触摸的感觉

用温度计测量的数据

向含有盐酸溶液的试管中插

入用砂纸打磨光的铝条

结论

讲解

教材第34页实验2—2，注意事项：这个实验成功的关键是在短时间内反应充分进行，使体系温度快速降低，将玻璃片上的水凝固。实验中要注意两点：(1)将Ba(OH)2·8H2O晶体研磨成粉末，以便与NH4Cl晶体充分接触；(2)由于该反应属于固相反应，一定要在晶体混合后立即用玻璃棒快速搅拌混合物，以使它们很快起反应；(3)反应放出有刺激性气味的氨气，会造成学习环境的污染，所以要注意对氨气的吸收。

实验

阅读教材并根据已有知识设计实验方案和实验步骤如下：填写实验记录

实验步骤

实验现象

得出结论

将晶体混合后立即用玻

有刺激性气味的气体产

有NH3气

璃棒快速搅拌混合物

生．该气体能使湿润的

生成

紫色石蕊试纸变蓝

用手触摸烧杯下部

用手拿起烧杯

感觉烧杯变凉

反应吸热

烧杯下面的带有几滴水

反应吸收热量

的玻璃片(或小木板)粘

使体系温度降低，

到了烧杯底部

使水结成冰

实验现象

玻璃片脱离上面烧杯底部

混合物成糊状

得出结论

冰融化

有水生成

实验步骤

将粘有玻璃片的烧杯放在盛有热水的烧杯上一会儿再拿起

反应完后移走烧杯上的多孔塑料片，观察反应物

用化学方程式表示上述反应：

Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl==BaCl2+2NH3↑+l0H2O 问题

1．整个实验中有哪些创新之处?

2．在实验过程中对你最有启迪的是什么?

讲解

教材第34页实验2—3，实验注意事项：通过三组强酸和强碱之间的反应对比实验，定性的抽象出“中和热”概念。在实验中要注意：(1)三组实验所处条件要相同，如使用的仪器、外界环境中温度和压强要相同；(2)三组实验酸和碱的用量要相同，以保证生成水的量相同。(3)控制相同的反应时间。

实验

(学生分组进行实验)三个学生分成一组进行实验，其中每个学生做一个实验并记录现象和数据，供组内交流、比较使用，然后讨论得出结论。最后向全班汇报，进行组间交流。

步骤一：三个学生各取一个大小相同的试管，分别做一个实验并记录实验现象和数据。

步骤二：汇总实验现象和数据并列表比较。

步骤三：对实验进行原理性抽象——为什么强酸与强碱发生反应时都会放出热量? 讨论分析

三个反应的化学方程式和离子方程式分别为：

—

HNO3+NaOH===NaN03+H2O，H++OH==H2O —

HCl+NaOH===NaCl+H2O，H++OH===H2O —

HCl+KOH===KCl+H2O，H++OH===H2O 小结

由此可见，三个反应的化学方程式虽然不同，反应物也不同，但是它们的反应本质一相同，都是H+与OH反应生成水的反应，属于中和反应，其离子方程式都是：H++OH——===H2O。所以，可提出推测，即中和反应都放热。由于三个反应中H+和OH的量都相等，则生成水的量也相等，故放出的热量也相等(在上述三个实验中，温度上升的幅度接近)。

概念

酸与碱发生中和反应生成1 mol H2O时所释放的热量称为中和热。

讲述

化学反应大部分为放热反应，如铝片与盐酸的反应是放热反应。木炭、氢气、甲烷等在氧气中的燃烧反应也都是放热反应。少部分是吸热反应，如二氧化碳与碳的反应。

阅读

科学视野：生物体中的能量转化在生物体内也是普遍存在的。例如植物通过光合作用使光能转化为化学能储存在所形成的淀粉等糖类中。人通过食物将淀粉等糖类摄人体内，通过一系列化学反应(生化反应)释放出能量，维持人的生理活动。在分子水平上，化学和生物学正在出现交叉和融合。化学必将对生物与生命科学的发展做出更大的贡献。

问题

1．生物氧化与化学氧化有是什么异同?

2．化学与生物学能否出现交叉?为什么? 板书

2．(1)生物体中的能量变化

科学视野

投影：1．社会发展与能源利用

2．人类利用能源的三个阶段

板书

(2)社会发展与能源利用

小结

我们可以利用化学能与热能及其他能量的相互转变为人类的生产、生活及科学研究服务。化学在能源的开发、利用及解决日益严重的全球能源危机中必将起到越来越重要的作用，同学们平时可以通过各种渠道来关心、了解这方面的进展，从而深切体会化学的实用性和创造性。

板书：

第二章

化学反应与能量

第一节

化学能与热能

一、化学能与热能的相互转化

1．化学反应

放热反应：放出热的化学反应

吸热反应：吸收热的化学反应

2．(1)生物体中的能量变化；(2)社会发展与能源利用。