人教版高中化学必修2（教案+习题）2.1 化学能与热能（一）
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人教版高中化学必修2（教案+习题）2.1 化学能与热能（二）.doc
　　课题：第一节 化学能与热能(二) 授课班级
　　课  时
　　教
　　学
　　目
　　的 知识与技能 1、了解化学能与化学反应中能量变化之间的关系
　　1、 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
　　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，勤于思考，逐步形成独立思考能力，善于与人合作，具有团队精神
　　情感态度
　　价值观 1、通过实验激发学生学习化学的兴趣和情感
　　2、培养学生严谨求实、勇于探索的科学精神。
　　3、有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，能够对化学能有的社会和生活问题做出合理的判断
　　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
　　难 点 设计探究实验
　　知
　　识
　　结
　　构
　　与
　　板
　　书
　　设
　　计 一、化学键与化学反应中能量变化的关系
　　1、引起化学反应中的能量变化：
　　1、宏观：在化学反应中，反应物的总能量与生成物的总能量间的能量差
　　。∑E（反应物）＞∑E（生成物）——放出能量
　　∑E（反应物）＜∑E（生成物）——吸收能量
　　2、 微观：化学键的断裂是化学反应中能量变化的主要原因
　　（1）、键能：拆开1 mol某键所需的能量叫键能。单位：kJ/mol。
　　破坏化学键时要吸收能量，形成化学键时放出能量
　　（2）、物质的化学反应与体系的能量变化是同时发生的，只要有化学反应就一定有能量变化。
　　二、化学能与热能的相互转化
　　放热反应：放出热的化学反应
　　化学反应                                                                                 
　　吸热反应：吸收热的化学反应
　　教学过程
　　教学步骤、内容 教学方法
　　【引入】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，各种物质中都含有化学键，因而我们可以理解为各种物质中都储存有化学能。化学能是能量的一种形式，它也可以转化为其他形式的能量。不同物质由于组成、结构不同，因而所包含的化学能也不同。在化学反应中，随着物质的变化，物质的化学反应与体系的能量变化是同时发生的，只要有化学反应就一定有能量变化，如H2 与Cl2、O2的反应。那么，一个化学反应吸收能量还是放出能量是由什么决定的呢？
　　【板书】一、宏观上化学反应能量变化的原因
　　【板书】1、宏观：在化学反应中，反应物的总能量与生成物的总能量间的能量差
　　【投影】图2-1水能、化学能对比示意图
　　【投影一】水由高处向地处的流动
　　【提问】水往高处流的过程中，能量发生了什么变化？
　　【回答】重力势能转化为动能
　　【提问】化学反应中，由总能量高的反应物生成总能量低的生成物时，能量发生了什么变化？
　　【回答】反应释放出能量（即化学能转化为其它能量）
　　【讲解】水由高处向上流要释放能量，势能转换为动能，同理，反应物的总能量>生成物的总能量，化学反应放出能量。
　　【板书】1、∑E（反应物）＞∑E（生成物）——放出能量
　　【投影二】水由低处送向高处
　　【讲解】反之将水由低处送向高处需提供能量(电能转换为机械能，再转换为重力势能)，同理，在化学反应中反应物的总能量<生成物的总能量，化学反应吸收能量。
　　【板书】2、∑ E（反应物）＜∑E（生成物）—— 吸收能量
　　【思考与交流】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】二、化学能与热能的相互转化
　　【讲解】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
　　放热反应：放出热的化学反应
　　【板书】 化学反应                                                                                 
　　吸热反应：吸收热的化学反应
　　【投影】吸放热与能量关系
　　【复习】化学键：使离子相结合或原子相结合的作用。
　　*键能：拆开1 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，
　　【分析】2H→H2中能量变化？
　　【讲解】1mol H2中含有1molH－H，在250C 101kPa条件下，由H原子形成1molH－H要放出436kJ的能量，而断开1molH－H重新变为H原子要吸收436kJ的能量。
　　【板书】1、键能：拆开1 mol某键所需的能量叫键能。单位：kJ/mol。 破坏化学键时要吸收能量，形成化学键时放出能量
　　【讲解】不同物质形成的化学键能量不同，而化学键存在于不同的物质间，物质发生化学变化时，反应物和生成物的能量不同，这样的过程就出现了能量变化。
　　【类比分析】CH4→4C+4H（吸收4mol×415kJ/mol=1660kJ）
　　【板书】2、物质的化学反应与体系的能量变化是同时发生的，只要有化学反应就一定有能量变化。
　　【提问】氢气和氯气的混合气体遇到强光会发生爆炸，放出大量的热。反应中的热量由何而来？氢气和氯气反应的本质是什么？从微观上（从化学键角度）加以分析。
　　【讲解】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。1molH2中含有1molH-H键，1mol Cl2中含有1mol Cl-Cl键，在25℃和101kPa的条件下，断开1molH-H键要吸收436kJ的能量，断开1mol Cl-Cl键要吸收242 kJ的能量，而形成1molHCl分子中的H-Cl键会放出431 kJ的能量。
　　【投影分析】在25℃和101kPa的条件下，1mol H2与1mol Cl2反应：
　　H2         2H 消耗能量约436 kJ
　　Cl2      2Cl 消耗能量约242 kJ
　　+） 2H + 2Cl      2HCl 释放能量约862 kJ
　　H2 + Cl2      2HCl 共放热约184 kJ
　　【讲解】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】3、引起化学反应中的能量变化：
　　微观：化学键的断裂是化学反应中能量变化的主要原因。
　　【思考与交流】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？
　　【投影小结】
　　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。
　　【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，反应是放热还是吸热，取决于反应物的总能量与生成物的总能量的比较。
　　【自我评价】
　　1.在反应H2 + Cl2 ＝2HCl中，已知H－H键能为436kJ，Cl－Cl键能为243kJ，H－Cl键能为431kJ，判断该反应是
　　A. 吸热反应              B. 放热反应
　　C. 吸收183 kJ热量        D.放出183 kJ热量
　　2、已知反应A＋B＝C＋D为放热反应，对该反   应的下列说法中正确的是（  ）
　　A.  A的能量一定高于C      B.  B的能量一定高于D
　　C.  A和B的总能量一定高于C和D的总能量
　　D.  该反应为放热反应，故不必加热就一定能发生
　　3、氢气在氧气中燃烧产生蓝色火焰，在反应中，破坏1molH－H键消耗的能量为Q1kJ，破坏1molO = O键消耗的能量为Q2kJ，形成1molH－O键释放的能量为Q3kJ。下列关系式中正确的是（        ）
　　A.2Q1 +  Q2  > 4Q3       B、2Q1 + Q2  < 4Q3
　　C、Q1  +  Q2  < Q3      D、Q1  + Q2  = Q3
　　教学回顾：
　　本节课我们结合已有的知识经验，以实验为主要的研究手段，初步探讨了化学反应中的能量变化及其主要形式。通过实验引导学生学习易于掌握。课堂教学效果较好。
　　课题：第二章 化学反应与能量
　　第一节 化学能与热能(一) 授课班级
　　课  时
　　教
　　学
　　目
　　的 知识与技能 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
　　过程与方法 1、 具有较强的问题意识，能够发现和提出化学能与热能的探究性问题，敢于质疑，勤于思考，
　　逐步形成独立思考的能力。
　　2、在教师的指导下与同学合作完成科学探究实验
　　情感态度
　　价值观 1、 发展学习化学的兴趣，乐于探究物质变化的奥秘，体验科学探究的艰辛和喜悦，感受化学
　　世界的奇妙与和谐。
　　2、 有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感和使命感。
　　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
　　知
　　识
　　结
　　构
　　与
　　板
　　书
　　设
　　计 第二章  化学反应与能量  
　　第一节   化学能与热能
　　一、化学能(chemical energy)与热能(heat energy)的相互转化
　　1、铝与盐酸反应中的能量变化
　　结论：铝与盐酸反应放热
　　2、Ba(OH)2 ·8H2O 与NH4Cl 反应中的能量变化
　　结论：该反应是吸热反应
　　3、酸碱中和反应中的能量变化
　　结论：该反应是放热反应
　　酸与碱发生中和反应生成1molH2O时所释放的热量称为中和热。
　　二、常见的吸热反应和放热反应
　　1、放热反应：物质与氧气的反应 ；燃料的燃烧；中和反应；金属与酸；活泼金属与水的反应 ；生石灰和水反应；大部分化合反应
　　2、吸热反应：C+CO2 ；C+H2O；H2 +CuO；Ba(OH)2 ·8H2O +NH4Cl； Fe+H2O （g）；大部分分解反应
　　三、化学能的利用
　　教学过程
　　教学步骤、内容
　　【板书】第二章  化学反应与能量
　　【学生阅读】前言内容
　　【讲解】通过阅读本章前言，我们知道本章我们要解决的核心问题：在现代广泛使用的各种能源中，那些与化学密切相关？面对能源枯竭的危机，提高能源利用率和开辟新能源是解决这一问题的两个主要方向，在这方面化学能做出什么贡献？
　　【提问】]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？
　　【回答】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。
　　化学反应      热能
　　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；另一方面，人们利用热能来完成常温下很难发生的化学反应，用CaCO3经过高温煅烧分解生成CaO 来阐述热能对化学反应的支持作用，
　　【引入】演示实验：往一片棉花里加入两药匙的过氧化钠，然后滴加几滴水，观察现象。
　　【提问】问什么棉花可以燃烧，燃烧的条件是什么？
　　【分析】燃烧的条件：可燃物、氧气、可燃物的温度达到着火点
　　2Na2O2+2H2O==4NaOH+2O2↑
　　【讲解】可燃物是棉花、反应产生了氧气，那么可燃物达到着火点的温度是怎么产生的？
　　【回答】该反应放出热量使得棉花 温度升高从而达到棉花的着火点
　　【设问】热能是能量的一种表现形式。那么，除刚才的这个反应，其它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。
　　【回答】学生回答并举例
　　【归纳小结】物质在发生化学反应的同时都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。（除此之外还有的反应表现为还有光能、电能的变化）
　　【板书】一、化学能与热能的相互转化
　　【设疑】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。
　　【演示实验一】镁条与盐酸的反应能量的变化
　　【板书】1、镁条与盐酸的反应能量的变化
　　【投影】实验步骤：在试管里加入2-3 mL 6 mol/L 的盐酸，再插入镁条，立即用手触摸试管外壁，感受其温度，并用温度计测量溶液的温度，做好记录，当反应进行到大量气泡冒出时，再用手触摸试管外壁感受其温度，并用温度计测量溶液的温度，做好记录。
　　【讲解】注意事项：镁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。尽量使用纯度好的镁条，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。
　　【投影小结】
　　实验现象：试管外壁和溶液的温度，反应后比反应前高，有大量气泡逸出。
　　实验结论：铝与盐酸反应产生H2 ，并放出热量。该反应是放热反应
　　方程式：Mg+2HCl == MgCl2+H2
　　【板书】结论：铝与盐酸反应放热
　　【实验二】Ba(OH)2 ·8H2O 与NH4Cl 反应中的能量变化
　　【板书】2、Ba(OH)2 ·8H2O 与NH4Cl 反应中的能量变化
　　【投影实验】
　　实验步骤 实验现象 得出结论
　　1、将晶体混合后立即用玻璃棒快速搅拌混合物 有刺激性气味的气体产生，该气体能使湿润的紫色石蕊试纸变蓝 有NH3气生成
　　2、用手触摸烧杯下部 感觉烧杯变凉 反应吸热
　　3、用手拿起烧杯 烧杯下面的带有几滴水的玻璃片（或小木板）粘到了烧杯底部 反应吸收热量使体系温度降低，使水结成冰
　　4、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 玻璃片脱离上面烧杯底部 冰融化
　　5、反应完后移走烧杯上的多孔塑料片，观察反应物 混合物成糊状 有水生成
　　【讲解】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。
　　【投影小结】1、方程式：Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl==BaCl2+2NH3↑+10H2O
　　2、玻璃棒的作用：搅拌，使混合物充分接触
　　3、反应物成糊状的原因：结冰粘结
　　【板书】结论：该反应是吸热反应
　　【实验三】酸碱中和反应中的能量变化
　　【板书】3、酸碱中和反应中的能量变化
　　【投影实验】实验步骤：在50 mL 烧杯中加入20 mL 2 mol/L的盐酸，测其温度。另用量筒量取20 mL 2mol/L NaOH溶液，测其温度，并缓慢地倾入烧杯中，边加边用玻璃棒搅拌。观察反应中溶液温度的变化过程，并作好记录。
　　盐酸温度/℃ NaOH 溶液温度/℃ 中和反应后溶液温度/℃
　　室温 室温 温度升高
　　【提问】是不是所有强碱与强酸的反应都放热呢？下面让我们做一组对比实验。
　　【设疑】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？
　　【讲解】由此可见，强酸与强碱的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相同，都是H+与OH-离子反应生成水的反应，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。
　　【板书】结论：该反应是放热反应
　　3、酸与碱发生中和反应生成1molH2O时所释放的热量称为中和热。
　　【讲解】最后，让我们一起来总结一下常见的吸放热反应
　　【板书】二、常见的吸热反应和放热反应
　　1、放热反应：
　　（1）、燃料的燃烧C + O2 ＝ CO2      
　　（2）、中和反应HCl + NaOH = NaCl + H2O    
　　（3）、活泼金属与水或酸的反应
　　（4）、大部分化合反应
　　（5）、食物的缓慢氧化
　　【板书】2、吸热反应
　　（1）、大多数分解反应：CaCO3 = CaO + CO2↑ 
　　（2）、Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应：
　　Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl＝BaCl2+2NH3↑+10H2O  
　　(3）、碳与CO2气体的反应： C + CO2 ＝2CO    
　　(4)、碳与水蒸气的反应：C + H2O＝CO + H2  
　　(5)、氢气还原氧化铜：H2+CuO = H2O+Cu   
　　【讲解】人类不但利用化学能转化为热能的原理来获取所需的能量进行生活、生产和科研，如化石燃料的燃烧、炸药开山、发射火箭等。化学家们也常常利用热能使很多化学反应得以发生。从而探索物质的组成、性质或制备所需的物质，如高温冶炼金属、分解化合物等。
　　化学反应伴随着能量变化是化学反应的一大特征。化学物质的化学能通过化学反应转化为热能，是人类社会发展的动力之源；而热能转化为化学能又是人们进行化学科研创造新物质不可缺少的条件和途径。
　　【学生阅读】科学视野：生物体中的能量转化
　　【讲解】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入体内，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。…生物氧化是在…。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。
　　【板书】三、化学能的利用
　　【投影】1、社会发展与能源利用（图2-3不同社会发展水平时期的人均耗能量）
　　【投影】2、人类利用能源的三个阶段
　　(1) 柴草时期：（图2-4中国古代制陶图）
　　【讲解】柴草时期(火的发现至18世纪产业革命)以树枝杂草为主要能源。其主要贡献是：(1) 推动了人类文明的进步 (2) 钻木取火使人类告别了“茹毛饮血”的生活，熟食促进了人的进化 (3) 陶瓷、炼铜、冶铁等化学工艺在烈火中诞生，促进物质文明。
　　【投影】(2) 化石能源时期：（图2-5汽车发动机汽缸中燃料燃烧）
　　【讲解】化石能源时期(18世纪中期至现代) 以煤、石油、天然气为主要能源。主要贡献：(1) 促进了冶金工业的发展和蒸汽机的推广，推动了近代产业革命。 (2) 推动了汽车、飞机等工业的发展，加速了现代工业化的过程。
　　【投影】(3) 多能源结构时期：
　　【讲解】多能源结构时期，可再生能源和清洁能源(绿色能源)将成为新能源的主力军。太阳能、氢能、核能、生物能、地悫地表能将成为能源家庭族的主要成员。主要贡献：(1) 满足人们生产、生活所需的能源。(2) 提高了能源的利用率 (3) 最大限度地减少对环境的污染
　　【小结】 化学反应伴随着能量变化是化学反应的基本特征之一。化学物质中的化学能通过化学反应转化为热能，提供了人类生存和发展需要的能量和动力，而热能转化为化学能又是人们进行化工生产、研制新物质不可或缺的条件和途径。
　　【自我评价】
　　1. 下列说法正确的是   (     )
　　A. 大多数的化合反应是释放能量的反应   B. 大多数分解反应是吸收能量的反应
　　C. 释放能量的反应都不需要加热          D. 吸收能量的反应都需要加热
　　2. 下列反应既属于氧化还原反应,又属于吸热反应的是
　　A.铝片与稀盐酸的反应   B. Ba(OH)2 ·8H2O 和NH4Cl 的反应
　　C.灼热的炭与CO2 的反应   D.甲烷在氧气中的燃烧反应
　　3、下列说法正确的是（       ）
　　A.需要加热才能发生的反应一定是吸热反应   B.任何放热反应在常温条件下一定能发生反应
　　C.反应物和生成物所具有的总能量决定了反应结果是放热还是吸热
　　D.吸热反应在一定条件下也能发生反应
　　4、有关下列能量转化的认识不正确的是(    )
　　A．植物的光合作用使得太阳能转化为了化学能 B．人类使用照明设备是将电能转化为了光能
　　C．生物体内的化学变化过程在能量转化上比在体外发生的一些能量转化更为合理、有效
　　D．燃料燃烧时只是将化学能转化为了热能
　　5、绿色能源是指使用过程中不排放或排放极少污染物的能源，如一级能源中的水能、地热、天然气等；二级能源中电能、氢能等。下列能源属于绿色能源的是（    ）
　　① 太阳能  ② 风能  ③ 石油  ④ 煤  ⑤ 潮汐能  ⑥ 木材
　　A.①②③     B.③④⑤     C.④⑤⑥     D.①②⑤
　　6、下列反应中，属于吸热反应的是（    ）
　　A.活泼金属跟酸反应     B.制造水煤气     C.酸碱中和反应         D.镁条燃烧