第二单元 化学反应中的能量教案评析

《化学反应与能量变化》教学设计

指导思想与理论依据

本教学设计首先依据《普通高中化学课程标准》对能量的要求：了解反应热和焓变的含义；认识热化学方程式的意义，能正确书写热化学方程式并利用热化学方程式进行简单计算。北京高考大纲中的要求“通过化学键的断裂和形成，能说明化学反应中能量变化的原因”；“通过化学能与热能的相互转换，认识常见的能量转化形式及其重要应用”；“能正确书写热化学方程式并根据盖斯定律进行有关计算”。

依据《化学反应原理》模块的功能定位，发展学生的在“能量”方面的学科素养，建立整体的能量观，知道化学反应原理在生产、生活和科学研究中的应用，明确了教学设计的核心目标：初步了解焓变的含义，从焓变的角度看体系能量的改变，了解热化学方程式这种外在的表现形式与体系能量之间的关联。根据环境所需，选择恰当的反应体系为我所用。

焓是状态函数，在恒压反应过程中，我们用焓变来定量的衡量体系的能量变化。化学键的变化是引起反应体系能量变化的主要因素，但并不是全部。物质的聚集态、体系所处的反应环境等对于体系能量均有一定的影响，而这些因素均在热化学反应方程式中均逐一外显。焓变是一个统括性的衡量体系能量的概念，它的“正负”

帮助我们明晰体系与环境之间的能量转化；帮助学生整体的看待体系的能量，从而进行选择、评价，为我所用。

教学背景分析

教学内容：化学热力学可以解决化学反应中能量变化的问题，同时可以解决化学反应进行的方向和进行的限度问题。在中学化学中，感知化学反应能量的变化，并加以应用的重任落在了化学能与热能这样的章节上。

本节内容《化学反应与能量变化》提出一个重要的物理量焓，并引导学生利用焓变来定量表征体系的能量变化。学生首先利用键能计算几个化学反应中的能量变化，在单一物质体系的转化中感受“化学键”的局限，仅有它是不够的。学生从化学键的角度出发逐一探讨物质、微粒数目、物质的聚集态、温度压强等其他因素对体系能量的影响，并在热化学方程式的理解过程中，全面地认识物质和体系的能量。用符号语言定量表征特定反应的热效应，利用焓变来衡量反应吸放热的多少，体现其基本应用价值；让学生在本节内容的学习中树立起化学反应的能量转化观以及定量研究能量转化的思想，从理论和定量层面更深入地让学生体会和感受到运用化学变化实现能量转化的重大意义。

学生情况：

1

（1）学生已有知识背景

从微观原子及其内部角度学习了化学键的形成，了解到化学变化过程中电子的得失或转移，即电子运动状态的变化引起了势能的改变，从而初步了解到能量是怎样存在的。在高一必修化学能与热能的章节中建立了体系与环境的关系，知道化学能可以转化为其他形式的能量，理解化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因，学会从微观和宏观两个角度判断一个化学反应是吸收能量还是放出能量，初步学会从物质和能量两个角度认识一个化学反应。

（2）学生认识障碍点分析

学生同意物质是具有能量的，但是不能说明物质能量的本质是什么；认为键能就是化学能。学生认为化学键是能量改变的主要因素，也用化学键去解释化学反应的能量改变，但物质总能量跟化学键有何关系时，学生往往不知如何解释；学生知道微粒之间有作用力，但这与能量有什么关系，他们无法将两者建立起联系。学生不太追寻物质为什么具有能量，能量到底是什么贡献的，当他追寻时，他又有很多的困惑，例如不能用动能和势能去统一他们对能量本质的认识。他们没有办法把化学键和物质的能量联系起来，只能接受断键吸收能量，成键释放能量。

对于为什么要学习化学反应中的能量没有知觉，用知识解决生活中的问题的意识薄弱。从能量视角看反应到底意味着什么？能帮我们干什么？从实验现象的角度，学生看能量变化是从温度这个指标来看的，但是为什么要建立焓变，用焓变去看体系的能量改变，引出焓变这个指标后，对于看体系的能量变化又有什么独特的意义和价值，学生是不清楚的。

（3）学生的认识发展分析

基于学生的已有认识和学习障碍点分析，在本节课中，学生将首先感受在单一物质体系的转化中感受“化学键”的局限，在引导学生分析原因的过程中，他们会发现化学键的因素是主要的，但温度、压强、状态、微粒的个数乃至种类都对“能量”起到一定的影响，总括性的概括体系的能量，建立焓变，初步了解建立焓变的必要性，较之过去更加深入的，全面的研究体系的能量。通过热化学反应方程式的解读，进一步了解焓变与化学反应之间的关系。通过对自然固氮和人工固氮反应的分析，感受化学学科在人类选择、应用化学反应时所起的作用。

教学方式：讨论、讲授

教学手段：多媒体

教学目标

知识与技能：

①能够用键能计算反应中能量变化。能够运用化学键解释体系能量的变化。

②了解焓变的涵义。能够整体的看待体系的能量。

2

③认识热化学方程式的意义。解释热化学方程式的内涵。

过程与方法：

①通过对比H2O(l)和H2O(g)单一物质体系能量的差异，体会键能在表达体系能量的局限。通过分析影响体系能量变化的其他因素，归纳并初步建立“焓变”的概念。

②利用图示理解△H正负值的涵义，及与吸热、放热反应之间的联系。理解△H正负值与体系和环境之间能量转变的关系。

③通过分析热化学方程式中各符号的含义，认识其意义。通过相关热化学方程式，比较体系能量的差异，评价相关反应，选择相应的反应体系为我所用。

情感态度与价值观：

通过对自然固氮和人工固氮反应的分析，感受化学学科在人类选择、应用化学反应时所起的作用。

教学过程

教学阶段

教师活动

【引入】：化学键的断裂和形成是物质在化学反应中发生能量变化的主要原因。

【展示】图片：

环节一：

基础回顾

【提问】

①请同学们说明图片中包含了哪些信息？

②图中的箭头是什么意思？

③能量怎么转变？

④你是否能够判断该反应吸热多还是放热多？

学生活动

【看图，思考】

设置意图

时间安排

明确化学键的

变化是体系能【分析回答】氢分子和氯分量变化的主要子中的共价键断键，分别形因素

成2个氢原子和2个氯原子，氢原子和氯原子重新形成新的共价键，形成2个氯化氢分子。断键吸收热量，成键释放能量。可以通过键能计算吸放热的多少。

【观察、讨论】

【分析回答】

参加反应的物质，化学键的键能，反应的计量数即参加反应的微粒数不同，不能判断以上两个反应产生能量的大小

3 2min 【展示】

①H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g) ②2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) 【提问】

①请同学们预测这两个反应的能量变化是否相同？为什么？

②除物质以外还有其他吗？

③物质不同，化学键的种类也不同，你预测这两个反应的能量变化是否相同？

环节二：

建立概念

【总结】物质的种类、数量、

化学键等都对体系的能量产生一定的影响。

【展示】部分键能数据

计算反应①和②的能量变化，判断它是吸热反应还是放热反应。

【投影】：

③2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) 利用键能数据计算反应③的能量变化。

【提问】

①你的计算结果是怎样的？是否说明H2O(g)与H2O(l)的能量相等？

②H2O(l)变成H2O(g)过程中，是什么因素引起了状态的改变？你觉得还有哪些因素会引起这种改变？

【提问】请总结，除了键能的改变外，还有哪些因素可以引起体系能量的改变？

【板书】影响体系能量的相关因素

【讲解】基于多种因素对能量产生影响，科学家们定义了“焓变”来统括性的表达体系能量的变化。

【总结】化学键的变化；物质的聚集态；物质本身、微粒数目；温度、压强等。

【倾听】

什么是焓变

帮助学生全面地了解与体系能量有关的因素，学习焓变的概念

【计算、讨论】

【描述计算过程】

【计算】

【议论交流】

体系聚集态的不同，能量不同。这是由于分子间距离发生改变造成的。而压强、温度的变化都能造成分子间距离的变化，从而引起体系能量的改变。

帮助学生了解除化学键外，物质的聚集态；温度、压强也对体系能量产生影响。

15min

环节三：

理解概念

【提问】“焓变”符号中的“△”有何意义？

【介绍】△H=H生成物-H反应物

【展示】

【提问】如何通过焓变理解反应体系和环境之间的能量转化？

【介绍】△H数值的来源

（1）具体反应的热交换

（2）精确的热力学计算

（3）用键能估算

【提问】

为什么用键能“估算”？

【思考、回答】

【看图，分析】

【思考，再认识】

△H＞0 吸热反应 △H＜0 放热反应

【倾听】

【思考，再认识】

化学键依然是影响体系能量4 了解△H的“+”和“—”与体系、环境之间能量交换的关系

强化化学键的变化是体系能量变化的核

15min

环节三：

理解概念

变化的核心因素。

【展示】

①H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g)

△H= -241.8kJ/mol ②2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)

△H= -571.6kJ/mol 【提问】

①以上两个方程式有什么意义？

【交流分析】解读热化学方程式；解释计量数“1/2”、状态、△H的负值等在方程式中的意义。

【思考，交流】

②你能否计算出H2O(g)= 说明该热化学反应方程式的H2O(l)的“△H”？

该式子中内涵

“△H”的内涵是什么？

（1）1mol氮气和1mol氢气【展示】反应生成2mol一氧化氮气③N2(g)+O2(g)=2NO(g)

体吸收180.5 千焦的能量。

△H= +90.25kJ/mol

（2）反应物断键吸收的总能具体表达该热化学方程式的量高于生成物成键时释放的意义。完整解释该反应吸收能总能量。

量的原因。吸收的能量谁提（3）生成物的总能量高于反供？这样的反应容易发生应物的总能量。

吗？

【展示】化学变化的过程中有物质的变化，亦有能量的变化。看自然界中氮的转化图。

自然界中的一种固氮方式是雷电作用。原理如下：N2+O2=2NO 2NO+O2=2NO2

3NO2+H2O=2HNO3+NO 【提问】现有以下三个反应可用于合成NO

【看图，聆听】

心。

热化学方程式是统括性的展现体系能量变化的表达方式。

学生在其中感受、理解△H的数值、化学计量数的大小、状态等在热化学方程式中的意义。

环节四：

实践应用

【回顾知识】

【分析、思考、回答】

①

N2(g)+O2(g)=2NO(g)

△H= +180.5kJ/mol

②N2(g)+2CO2(g)=2CO(g)

+2NO

△H= +746.48kJ/mol

③2NO2(g)=O2 (g) +2NO (g)

△H= +114.14kJ/mol ！

你会选择哪个反应用以合成【评价】自然界的“选择”NO，说明理由！

【展示】

④4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g) +6H2O (g) △H= -905.48kJ/mol 【提问】NO经过进一步的反应才能转化为HNO3或NO3-进入土壤为植物吸收。NO可看作制备HNO3的物质基础。对【分析、思考】

从吸放热的角度选择、评价反应

5 从“物质”和“能量”两个角度关注自然

界“雷电固氮”的科学性和必然性。

从能量视角评价、选择反应

8min

比反应①和④，你会选择哪个反应制NO？为什么？

【提问】

①自然界选择了N2和O2来合成NO，同学们选择NH3和O2的反应来生成NO。对于同学们的选择，你们认为该反应的物质基础是什么？

②工业上NH3是怎样合成的呢？

③你预测合成氨的反应时吸热反应还是放热反应？

【展示】

N2 (g)+3H2(g)=2NH3(g) △H= -92.2kJ/mol 【提问】合成氨反应的反应条件之一是高温，因此在制备合成氨的过程中还需要外界提供制造高温环境的热量。如果提供以下反应，你会选择哪一个？说明理由。

【小结】

借助氮的循环，评价工业合成氨的反应。

环节五：

总结提升

【交流讨论】

从吸放热反应；物理变化或化学变化；反应物来源；能量的大小；反应条件等角度评价、选择化学反应。

应用所学知识解决实际问题。

5min 板书设计

化学反应与能量变化

一.影响体系能量的相关因素

三. 热化学反应方程式

1.化学键的变化

H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g)

△H= -241.8kJ/mol 2.状态

2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)

△H= -571.6kJ/mol 3.物质、数目

注明：物质的状态、温度、压强

4.温度、压强

四. 应用

二.焓变

“△H”

△H>0 1.定义

化学变化

吸热反应 能

量

2.单位

物理变化

△H<0 放热反应 3.

△H=H生成物-H反应物

4. △H＞0 吸热反应 反应物

反应条件

△H＜0 放热反应

产

物

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