高中化学人教版必修2教案：第二章 化学反应与能量2-1化学能与热能

第二章化学反应与能量
第1节化学能与热能
第1课时
【教学目标】
⑴知道化学反应的本质是什么？
⑵能分析化学反应中能量变化的主要原因
⑶掌握从化学键的观点来分析能量的变化
(4) 了解能量守恒定律
【教学重点】掌握从化学键的观点来分析能量的变化。

【教学难点】运用能量守恒定律公式的简单计算。

【教学过程】
[介绍] 能源与材料、信息一起被称为现代社会发展的三大支柱。

能源是人类赖以生存和发展的物质基础，我们每时每刻、分分秒秒都离不开它。

迄今为止，人类所能利用的能源主要是化学能、电能、以及核能等等。

但是，由于人类大量开发和浪费资源，造成了资源的不合理利用从而引发了不可回避的能源危机。

在现代广泛使用的各种能源中，哪些与化学密切相关？面对能源枯竭的危机，提高能源的利用率和开辟新能源是解决这一问题的两个主要方向，在这方面化学能作出什么贡献？本章初步讨论这些问题。

[创设情景] 在一支试管中放入一小块生石灰，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。

[问题] 煤、石油、天然气的主要化学成分是烃类等有机物（煤中含有大量的碳），它们燃烧时放出热能。

你一定想知道，这种能量从何而来?它与化学物质和化学反应有什么关系？石灰石（主要成分是碳酸钙）要经过高温煅烧才能变成生石灰，高温提供的热能在石灰石的分解反应中起到什么作用？
[板书] 一、化学键与化学反应中能量变化的关系
[思考]不同的燃料其组成不同，燃烧后放出的热量也不相等。

为什么不同的燃料燃烧时放出的热量会不同？燃料在燃烧反应中产生的热能来自哪里？
1、化学键与化学反应中能量变化的关系
⑴化学反应的本质是什么？
以氢气在氯气中燃烧为例，用化学键的观点分析反应的本质过程。

点燃
H2 + Cl2 ==== 2HCl
一个化学反应的的过程，本质上就是旧化学键断裂和新化学键形成的过程。

⑵化学反应中能量变化的主要原因
点燃
H2 + Cl2 ==== 2HCl
吸收能量吸收能量放出能量
化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因。

⑶从化学键的观点来分析能量的变化
一个化学反应的的过程，本质。

吸收能量放出能量
[问题] 一个化学反应是否为放热还是吸热取决于什么呢？
取决于所有断键吸收的总能量与所有形成新键放出的总能量的相对大小。

[想一想] 在化学反应中，随着物质的变化，既有反应物中化学键的断裂，又有生成物中化学键的形成，化学能也随之而改变。

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？
[解释] 实验测得，在25℃,101KPa条件下，将1molH2(H-H)变为2molH原子需吸收436kJ能量，而2molH原子变成1molH2(H-H)放出436kJ能量，这个能量就是H-H的键能。

键能越大化，学键越牢固，含该键的分子越稳定。

某些键的键能(kJ/mol)
键键能键键能
H－H 436 C－H 415.0
Cl－Cl 242.7 O－H 462.8
Br－Br 193.7 N－H 390.8
I－I 152.7 H－Cl 431.8
C－C 347.7 H－I 298.7
[想一想] 对于某个确定的化学反应，如何判断它是放出能量还是吸收能量呢？
[例题选讲] 在反应H2+ Cl2＝2HCl中，已知：H－H 键能为436kJ，Cl－Cl键能为247kJ，
H－Cl键能为431kJ，判断该反应是反应
[解析] 则(1)化学键断裂时需要吸收能量。

吸收总能量为：436kJ＋247kJ＝683 kJ，
(2)化学键形成时需要释放能量。

释放总能量为：431kJ＋431kJ＝862 kJ，
(3)反应中放出的热量的计算：862kJ—683kJ=179kJ
不难看出：生成物的键能大于反应物的键能，所以，为放热反应。

•[结论] 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。

水由高处向低处流要释放能量将水由低处抽向高处需提供能量
（势能转化为动能）（电能转化机械能，再转化为势能）
反应物的总能量＞生成物的总能量反应物的总能量＜生成物的总能
化学反应放出能量化学反应吸收热量
[小结] 反应物的总能量 = 生成物的总能量 + 放出的热量
生成物的总能量 = 反应物的总能量 + 吸收的热量
化学反应的过程,可以看成是能量的“贮存”或“释放”的过程
规律：
（1）如果反应物所具有的总能量高于生成物所具有的总能量，那么在发生化学反应时，就有部分能量以热的形式释放出来；
（2）如果反应物所具有的总能量低于生成物所具有的总能量，那么在发生化学反应时，反应物就需要吸收能量，才能转化为生成物。

能量公式化：E（反应物）＝E（生成物）＋Q
(能量守恒定律）
E（反应物）－E（生成物）＝Q
Q>0为放热反应
Q<0为吸热反应
[课堂练习]
1、当物质发生化学变化时，断开反应物中的化学键要能量，而形成生成物
中的化学键要能量。

1molH2中含有 H—H键，在25℃和101kPa的条件下，使1molH2变为2molH断开了 H—H键，需要 436kJ的热量，而由2mol H原子生成 1mol H2，有 H—H键生成，需要 436kJ的热量。

1、已知拆开1molH2中的化学键要吸收436kJ的能量，拆开1molO2中的化学键要吸收496 kJ的能量，形成水分子中的1mol H-O键要放出463 kJ的能量，试说明2H2+O2=2H2O中的能量变化。

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。

3、已知金刚石在一定条件下转化为石墨是放热的。

据此，以下判断或说法正确的是（）
A 需要加热方能发生的反应一定是吸热反应
B 放热反应在常温下一定很容易发生
C 反应是放热还是吸热，必须看反应物和生成物所具有的总能量的相对大小
D吸热反应在一定条件下也能发生
4、已知破坏1mol N≡N键、H-H键和N-H键分别需要吸收的能量为946kJ、436kJ、391kJ。

试计算1molN2（g）和3 molH2（g）完全转化为 NH3(g)的反应热的理论值。

[课堂小结]
[课堂反思]
化学能与热能
第2课时
[教学目标]
1、能根据事实判断吸热反应、放热反应，能说出中和热的涵义。

2、了解化学能的应用。

3、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。

4、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】进一步理解化学反应与能量之间的变化关系。

【教学难点】化学能与热能的转化关系。

【教学过程】
[复习] 两条基本的自然定律：质量守恒定律和能量守恒定律。

[板书] 二、化学能与热能的相互转化
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。

[学生举例]
[归纳小结]
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。

[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。

[分组实验] 见教材P33实验2-1。

[思考与讨论]
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？
[交流与评价]
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？
[演示实验] 见教材实验2-2
[思考与讨论]
1、通过观察实验现象，你得出了哪些结论？写出反应方程式。

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。

[分组实验] 建议按教参P34页的三组对比实验进行。

[讨论与交流]
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？
[教师讲解]
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1mol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。

[总结和板书计划]
二、化学能与热能的相互转化
1、两条基本的自然定律
（1）质量守恒定律：
（2）能量守恒定律：一种能量可以转化为另一种能量，
总能量保持不变。

（1）放热反应
（2）吸热反应
根据能量变化情况角度分：
（1）化学上把有热量放出的化学反应叫做放热反应
（2）化学上把吸收热量的化学反应叫做吸热反应
规律：
三、化学能的应用
1、利用热量进行生活、生产和科研。

2、利用热能使很多化学反应得以发生。

反应过程 反应过程
能
量
[课堂练习]
1、下列反应中属吸热反应的是（）
A.镁与盐酸反应放出氢气
B.氢氧化钠与盐酸的反应
C.硫在空气或氧气中燃烧
D.Ba(OH)2•8H2O与NH4Cl反应
2、下列说法不正确的是（）
A.化学反应除了生成新物质外，还伴随着能量的变化
B.放热反应不需要加热即可发生
C.需要加热条件的化学反应都是吸热反应
D.1mol硫酸与足量氢氧化钠发生中和反应生成水所释放的热量称为中和热。

3、城市使用的燃料，现大多为煤气、液化石油气。

煤气的主要成分是CO、H2的混合气体，
它由煤炭与水蒸气在高温下反应制得，故又称水煤气。

试回答：
（1）写出制取水煤气的主要化学方程式，该反应是——————反应（填吸热、放热）。

（2）设液化石油气的主要成分为丙烷（C3H8 ）,其充分燃烧后产物为CO2和 H2O，试比较完全燃烧等质量的C3H8及CO所需氧气的质量比。

4、比较完全燃烧同体积下列气体需要的空气体积的大小：
5、天然气（以甲烷计）、石油液化气（以丁烷C4H10计）、水煤气（以CO、H2体积比1：1
计）
6、两位同学讨论放热和吸热反应。

甲说加热后才能发生的化学反应是吸热反应，乙说反
应中要持续加热才能进行的反应是吸热反应。

你认为他们的说法正确吗？为什么？
[课堂小结]
[课堂反思]
化学能与热能
【学习目标】
1、知识与技能目标：
(1)．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)．了解吸热反应和放热反应。

(3)．通过生产、生活中的实例了解化学能与热能的相互转化。

2、过程与方法目标：
(1)．通过实验活动及结果分析获得正确的认识。

(2)．通过逐步深入的讨论交流建立知识结构。

(3)．通过实际应用检验学习成果，体验学习成就。

3、情感态度价值观：
(1)．在实践中获得学习成果，体验科学认知过程。

(2)．共享信息，形成互助的学习氛围，提高个体学习的责任感。

【学习重难点】：
重点：化学反应中能量变化的主要原因以及化学能转化为热能的重大意义。

难点：从本质（微观结构角度）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。

【学习过程】
第一阶段：实验探究
实验目的：探究化学反应过程中的能量变化
实验药品：生石灰、水、Zn、盐酸、Ba(OH)2·8H2O、NH4Cl、NaOH溶液
实验内容现象结论
CaO与H2O
Zn与盐酸
Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl
NaOH溶液与盐酸
【思考】：物质发生化学反应的同时还伴随着能量的变化，而这些能量变化通常又表现为热能变化。

为什么有的化学反应吸热，而有的化学反应放热？
第二阶段：预测分析
1、各种物质都储存有化学能，不同的物质储存的化学能不同。

．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．看书33页图示：
当反应物总能量＞生成物总能量时，反应为反应；
当反应物总能量 < 生成物总能量时，反应为反应。

根据能量守恒定律，反应物的总能量（E反）、生成物总能量（E生）、放出的能量（E）之间的关系：放热反应中：
吸热反应中：
练习：H2和Cl2反应生成HCl是放热反应，比较反应物H2和Cl2的总能量（E反）与生成物HCl 的总能量（E生）大小关系：
•强酸与强碱反应的实质是H＋＋OH－=H2O，中和反应是放热反应。

酸与碱发生
生成称为中和热。

3、大胆预测：化学反应中的能量从哪里来？
．．．．．．．．．．．．．
请你以H2和Cl2化合生成HCl的反应为例从化学键角度分析其中的能量变化。

已知该反应为放热反应，则拆开化学键需要的总能量（E拆）、形成化学键的总能量（E成）与放出的能量（E）之间的关系：。

第三阶段：实际应用
【思考】：阅读课本34～36页，人类如何利用化学反应产生的热量？
第四阶段：一试身手
1、物质之间发生化学反应时，一定发生变化的是（）
A.颜色（若不正确，请举反例：）
B.状态（若不正确，请举反例：）
C.化学键（若不正确，请举反例：）
D.原子核（若不正确，请举反例：）
2、下列说法不正确的（）
A.需要加热才能进行的反应一定是吸热反应
B.化学反应开始时都需要吸收能量
C.E（拆键）< E（成键），则反应放热
D.可逆反应若正向放热，则逆向一定吸热
3、资料：拆开1molH2吸热436kJ，拆开1molCl2吸热243kJ，形成1molHCl放热431kJ。

请你算一算“氢气和氯气反应生成氯化氢”的反应是吸热过程还是放热过程。

简单说说你的依据。

化学能与热能
能源与人类的生存和发展息息相关。

本章通过对化学反应中能量变化的探讨，使学生感悟到过去化学反应在人类利用能源中所充当的角色，在未来人类解决能源危机、提高能源利用率和开发新能源等方面中的关键作用，以激发学生学习化学的兴趣，教育学生关心能源、环境等与现代社会有关的化学问题
一、教材分析
1. 地位和功能：能源是国际社会共同关注的重要话题。

本节知识在社会生产、生活和科
学研究中有着广泛的应用，是对人类文明进步和现代化发展有重大价值的知识，与我们每个人息息相关。

通过化学能与热能的学习，学生将对化学在提高能源的利用率和开发新能源中的作用与贡献有初步认识；初步树立起科学的能源观；这将增进学生对化学科学的兴趣与情感，体会化学学习的价值。

本节内容属于化学反应原理范畴。

在初中已从燃料的角度初步学习了“化学与能源”的一些知识，在高中选修4中还将从科学概念的层面和定量的角度比较系统深入地再学习。

因此本节内容既是对初中化学相关内容的提升与拓展，又是为选修4奠定必要的基础。

•内容的选择与呈现：
本节课的教学是围绕化学能与热能的关系而展开的。

教学分为三个部分：
在第一部分中教材先从化学键知识入手，说明化学键与能量之间的密切联系，揭示了化学反应中能量变化的主要原因。

然后分析了化学反应过程中反应物和生成物的能量储存与化学反应吸收还是放出能量的关系，为后面强调“与质量守恒一样，能量也是守恒的”的观点奠定了基础。

在第二部分中教材通过三个实验，说明化学反应中能量变化主要表现为热量的形式，提出吸热反应和放热反应的概念。

在第三部分中教材为了拓宽学生的科学视野，图文并茂地说明了生物体内生命活动过程中的能量转化、能源与人类社会发展的密切关系，使学生建立正确的能量观。

关于化学反应与能量之间的关系，学生在初中化学中已经有所了解，在他们的生活经验中也有丰富的感性认识。

本节教学内容是让学生在学习物质结构初步知识之后，从本质上认识化学反应与能量的关系。

关于化学反应中能量变化的原因，根据课程标准，只点出化学键的断裂和形成是其主要原因即止，并笼统地将反应中吸收或放出能量归结为反应物的总能量与生成物的总能量的相对高低，不予深究。

这已比初中相关内容上升了一个水平层次，而定量的讨论则在选修4中学习。

关于化学能与热能的相互转化，侧重讨论化学能向热能的转化，主要考虑其应用的广泛性和学习的阶段性。

3、教学目标：
（1）知识与技能：知道化学反应中能量变化的主要原因；知道一个化学反应是吸收能量还是放出能量的决定因素；通过实例和实验，了解化学能与热能的相互转化，了解化学能转化为热能的应用及其对人类文明发展的贡献。

（2）过程与方法：通过实验，理解化学反应中能量变化主要表现为热量的形式，形成吸热和放热的概念；通过科学探究和学生活动，让学生在实验探究中认识和感受化学能和热能之间相互转化，体会定性和定量的研究化学反应中热量变化的实验方法。

（3）情感、态度、价值观：感知生物体内生命活动过程中的能量转化，能源与人类的密切关系，深刻体会到化学知识与生活的密切联系，建立正确的能量观；通过实验培养学生的探究意识，提高学生的观察、思考的能力，体现合作学习，让学生自主地获取知识，感受到学习的乐趣。

3、教材重难点：
教学重点：化学能与热能之间的内在联系以及化学能与热能的相互转化。

教学难点：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。

二、学情分析
化学课程标准关于化学反应与能量的内容在初中化学、高中化学2和选修4中均有安排，体现了知识生长与学习的层次性，在具体内容上注意前后呼应与衔接，呈现一种螺旋式上升
形态。

前一章的化学键的内容也为本节关于反应中能量的变化分析奠定了基础，加上三个直观的实验演示，对于吸热放热的问题，学生还是比较容易理解的。

如何让学生体会到化学知识与生活的密切联系，建立正确的能量观是本节内容的一个难点。

三、教法分析：
在初中有关知识的基础上通过阅读、交流讨论、实验探究等手段达到教学目标。

这部分内容强调科学探究和学生活动，让学生在实验探究中认识和感受化学能与热能之间相互转化及其研究过程，学会定性和定量的研究化学反应中热量变化的科学方法。

本节课整体教学结构及流程图为：
结合教参第二套教学设计思路，以实验探究教学作为切入点：首先从一个燃烧实验入手→启发学生理解物质发生化学反应的同时还伴随着能量的变化，而这些能量变化通常又表现为热能变化→进入实验探究教学→提出“为什么有的化学反应吸热，而有的化学反应放热” 的问题→进入理论思考教学→提出人类如何利用化学反应产生的热量问题→进入实际应用教学。

四、教学过程第一节化学能与热能
第1课时
[创设问题情景]
在一支试管中放入一小块生石灰，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]
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。

[学生举例、说明]
[归纳小结]
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。

[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]
实验步骤*眼睛看到的现象用手触摸的感觉用温度计测量的数据在一支试管中加入2～3mL
6mol/L的盐酸溶液
向含有盐酸溶液的试管中插
入用砂纸打磨光的铝条
结论
[思考与讨论]
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？
[反思、交流与评价]
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？
[演示实验]
见教材实验2-2
列表整理实验事实和结论：
实验步骤实验现象得出结论
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
用手触摸烧杯下部感觉烧杯变凉反应吸热
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
将粘有玻璃片的烧杯放在盛有
玻璃片脱离上面烧杯底部冰融化
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
混合物成糊状有水生成
料片，观察反应物
[思考与讨论]
1、通过观察实验现象，你得出了哪些结论？写出反应方程式。

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。

[学生分组实验]
建议按教参P22页的三组对比实验进行。

[讨论与交流]
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。

[教师讲解]
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1mol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。

[总结]
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。

相信通过学习，同学们会有许多收获。

但是，随着学习的深入，也必然会有更深层次的问题涌现出来，比如：化学反应中为什么伴随有能量的变化？为什么有的反应放热，有的反应吸热？如何来合理地表达反应中的能量变化？等等。

这些问题我们将在下一节课上进一步探讨。

第一节化学能与热能。