高中化学必修二“化学反应与能量变化”教学设计

【教学内容】

“化学反应与能量变化”这一章节能够分为两大教学板块：（1）热能与化学能的互相转化；（2）化学反应过程中能量变化与化学键间的关系。第一教学板块主要利用两个实验来阐述何为放热反应、何为吸热反应，并表明“化学反应主要通过热量的形式来表示能量的变化”。该部分主要引导学生进行科学探究，采用定量与定性的研究方式分析化学反应中的能量变化，进而让学生在实验活动中深度感受热能与化学能的转化过程。第二教学板块则将“化学反应本质”作为切入口，首先通过生成新键释放能量与断裂旧键吸收能量来探究能量与化学键间的紧密联系，进一步剖析化学反应过程中发生能量变化的根本原因；随后比较生成物与反应物间的能量差异来分析“释放、吸收能量”与“化学反应”间的关系，最终得出“能量守恒”的规律。

文章聚焦“化学反应与能量变化”中第一教学板块内容，通过图文并茂的形式向学生展示了化学能与热能的关系，进而帮助学生树立良好的能量观。

【学情分析】

高中阶段学生能够充分利用自身的生活实践经验以及所学的化学知识来对本节知识建立感性认知，而“化学反应与能量变化”就是要求学生在感性认知的基础上获得理性认识：任意化学反应均会由于生成物与反应物间总能量的差异而发生能量的变化；任意化学反应在发生过程中均会伴随新键的生成与旧键的断裂，只是生成新键释放的能量与断裂旧键吸收的能量不一样。

【教学目标】

1.通过理论探究与实践操作相结合的方式，引导学生进一步理解化学反应中能量变化的主要原因。

2.通过观察实验现象，鼓励学生基于实验数据感知能量与化学键间的紧密联系。

3.利用实验活动激发学生对化学学科的情感，充分调动学生的学习兴趣。

4.通过学习了解开源节流的重要意义，培养学生的社会责任意识，让学生理解社会发展程度与人均耗能之间的关系。

【教学重难点】

理解实验对化学学习的基础作用，体会理论与实践的关系。

【教学方法】

1.重视化学实验对化学学习的基础作用。

2.采取归纳综合类比分析、学以致用等多种手段加强学生对本节学习内容的理解。

【教学准备】

准备实验用品：6 mol/L的盐酸、砂纸、铝条、温度计、Ba（OH）2·8H2O晶体、NH4CI晶体、大小不同的烧杯、玻璃杯、稀硫酸、棉花、小试管、热水、0.5 mol/L的盐酸、0.5 mol/L 的硝酸、0.55 mol/L氢氧化钠溶液、0. 55 mol/L的氢氧化钾溶液、碎纸条、硬纸板。

【教学过程】

一、导入新课

［引入］现代社会中，人类的一切活动（从衣食住行到文化娱乐，从社会生产到科学研究等）都离不开能量，而许多能量的利用与化学反应中的能量变化密切相关。从煤、石油和天然气等提供的热能，到各种化学电池提供的电能的电能，都是通过化学反应获得的。

［过渡］化石燃料燃烧会释放大量的热。除了燃烧，其他化学反应也伴随着放热或吸热现象。

二、新课讲授

教学环节一：通过实验了解化学反应与能量的关系

◎实验1

在一支试管中加入2mL 2mol/L盐酸，并用温度计测量其温度；再向试管中放入用砂纸打磨光亮的铝条，观察现象，并测量溶液温度的变化。

［教师讲解］

在实验操作中尽量选择纯度更高的铝条，且需要在实验前使用砂纸将铝条打磨光亮，这样才能够保障温度计的测量效果，且能够在用手触摸时感受到明显的放热现象。铝条与弱酸或稀盐酸反应的现象不明显，因此本次实验中选择的盐酸浓度不易过低。

［分组操作］教师一边巡视，一边进行指导。

［完成记录］（见表1）

［讨论与思考］

（1）在反应过程中你能观察到什么现象？

（2）用手触摸感觉到的现象如何利用上节课的理论解释？

（3）由于无法用眼睛直观观察热量变化情况，你认为还能够使用哪些方便快捷的方式分析化学反应中的热情变化呢？

（设计意图：实验的方法是化学学习的基础方法，实验是解决化学问题的常用手段。）

［评价与反思］

1.组间的评价和交流

（1）在聆听完所有小组的实验汇报后，你们认为哪一小组的实验操作更加科学？哪一小组又有值得改进的地方呢？

（2）在聆听完所有小组的实验汇报后，你们是否想出了新的实验优化方式？

2.组内的评价和交流

（1）在合作学习中，哪位成员启发了你的思维？你又为其他成员提供了哪些新的想法？

（2）在动手操作中，你给成员们提供了哪些帮助？成员们又为你提供了哪些帮助？

3.个人的总结与反思

（1）在本次实验活动中你学到了哪些实验设计方法？理解了哪些化学知识？

（2）在这次实验中你最不满意的做法有哪些？最满意的做法有哪些？

◎实验2

精准称取10g的NH4Cl与20g的Ba（OH）2·8H2O，并将这些晶体捣碎研细后放入烧杯中，随后将滴有几滴水的木片放在烧杯下方。快速用玻璃棒搅拌烧杯内晶体，当闻到些许气味后立马将玻璃片盖至烧杯口处，拿起烧杯认真观察实验现象，并用手掌触摸烧杯底部（见图1）。

［教师讲解］

本次实验操作的关键点在于两个晶体能在短时间内充分发生化学反应，只有这样才能够迅速降低体系温度，进而让玻璃片上的水滴发生凝固。活动中有三大注意事项：（1）实验前应将Ba（OH）2·8H2O充分捣碎，确保其能够与NH4Cl完全混合；（2）因为本实验为固相反应，学生应当在两种晶体混合后迅速用玻璃棒进行搅拌，确保二者能快速发生反应；（3）在实验过程中会释放氨气，对周边环境造成污染，因此实验结束后需完成氨气的回收工作。

［分组操作］

认真阅读教材内容，并利用所学知识来设计实验方案。

［完成记录］（见表2）

实验结束后，教师用化学方程式表示上述两个反应：

［板书］

6HCI+2Al=3H2↑+2AlCl3 反应放热

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

教学环节二：通过实验测定中和热

［实验方法］中和热的测定

1.阐述中和热的定义

2.实验测定方法

（1）所用装置（不完整，见图2）：

（2）实验试剂：提前称取50mL的0.55mol/L氢氧化钠溶液，以及50mL的0.50mol/L盐酸。将二者倒入上述实验装置中进行中和反应。

（3）由于本次实验中释放的热量约等于水溶液吸收的热量，因此可采用如下公式来计算热量数值：Q=（t-t0）cm，m（单位：g）代表了水溶液的质量；c为固定数值4.18J/（g·℃），代表了水的比热容。

［讨论与思考］

1.为什么需要在大小烧杯的间隙中塞满碎纸条呢？

2.观察实验2中装置可发现，其还缺少哪一种玻璃用品？

3.中和热的数值为什么与反应中释放的热量相等？

［分组操作］

将班级学生划分为三人小组进行亲自实验，并完成如下实验记录表。要求组内每一学生均能够独立做完一个实验，随后进行组内讨论，归纳得出实验规律。最终各小组派代表进行成果汇报，开展组间交流。

［完成记录］（见表3）

［讨论分析］

三个中和反应的离子方程式及化学方程式应为：

（1）OH-+H+=H2O

KOH+HCl=H2O+KCl

（2）OH-+H+=H2O

NaOH+HCl=H2O+NaCl

（3）OH-+H+=H2O

NaOH+HNO3=H2O+NaNO3

［小组汇报］

虽然这三个化学反应的反应物不一样，化学方程式也不一样，但三者的本质是相同的，均属于中和反应，为OH-与H+生成水的过程，离子方程式为OH-+H+=H2O，因此我们能够推断出“中和反应均会释放热量”的规律。由于实验中三个反应内OH-与H+物质的量均保持一致，最终生成水的量也应当相同，最终反应结束后释放的热量也应保持一致，温度上升的幅度趋于一致。

［深度剖析］

请利用化学理论知识阐述为何中和反应均为放热反应？

［实验总结］

要想精准测量中和反应中热量的释放数值，就应不断优化实验装置以及操作方式，具体为：（1）关注实验中的“量”，即完成重复实验后计算平均值、精准测量中和反应前后温度计的数值、固定反应物的体积和浓度数值等。（2）尽可能降低实验误差，要提前标定好氢氧化钠与盐酸的溶液，使用移液管进行量液，充分搅拌混合溶液，使用精度更高的温度计，反应体系之外安装绝缘装置。

（设计意图：中和热的概念属于延伸教学，主要是为了强化学生对能量与化学反应的理解，并提高学生对二者的实践应用能力。）

教学环节三：怎样判断一个化学反应属于吸热反应还是放热反应

［教师讲解］

实际上，我们学过的大多数化学反应均属于放热反应，如自发进行的氧化还原反应、大部分化合反应以及酸与金属混合后进行的燃烧反应等。只有一少部分化学反应属于吸热反应，如多数分解反应、碳与水的反应、氯化铵晶体与八水合氢氧化钡间的反应、一氧化碳还原氧化铜的反应、碳与二氧化碳间的反应等。

［实践运用］

下图（见图3）中的两个化学反应能够更好地阐述热能与化学反应间的辩证关系，并能够直观看出二者间的互相转化。

［联系实际］

日常生活中人们往往会运用“化学能转化成热能”的反应原理来进行相关的生产生活，进而获得所需的能量（发射火箭、炸药开山、燃烧化石燃料等）。此外，化学科学家也会利用这一原理来保障很多反应的顺利推进（分解化合物、高温冶炼金属等），从而更好地发现各类物质的性质与成份。

三、随堂训练

1.下面四个选项中有关能量转化的表述不正确的是（ ）

A.燃烧燃料只是把化学能转化为热能的形式

B.生命体内的化学反应具有更高的能量转化率

C.照明设备能够将电能转化为人们需要的光能

D.光合作用能够将太阳能转化为化学能

2.下面四个选项中既属于吸热反应，又属于氧化还原反应的是（ ）

A.NH4Cl与Ba（OH）2·8H2O间的反应

B.甲烷在氧气中发生燃烧

C.CO2与灼热的木炭发生的反应

D.稀硫酸与锌粒发生的反应

【教学反思】

实验教学中，化学教师应引导学生以小组为单位，共同探讨实验方案、优化操作流程、观察实验现象，并科学处理实验数据，最终整合相关信息得出结论。实验教学更加强调学生的主观能动性，要求教师为学生创造自由的交流、讨论空间，从而保障课堂教学的实效性。例如，在讲解氢氧化钠和盐酸的中和反应实验时，化学教师可以将班级学生划分为三人的实验小组，鼓励学生在保障实验效果的前提下将常规操作器具替换为生活物品。该方式不仅能够避免药品出现浪费，还能够锻炼学生的钻研精神。

（作者单位：贵州省毕节二中）

编辑：陈鲜艳