鲁科版 (2019)必修 第二册第2章 化学键 化学反应规律第2节 化学反应与能量转化教学设计

这是一份鲁科版 (2019)必修 第二册第2章 化学键 化学反应规律第2节 化学反应与能量转化教学设计，共11页。教案主要包含了教学目标，教学重点，教学难点，教学方法，教学准备，教学过程，师生互动，引入实验等内容，欢迎下载使用。

【教学目标】
知识目标：
1．理解化学反应中能量变化的实质；知道化学键的断裂和形成是能量变化的主要原因。
2．初步学会从微观的角度认识化学反应。
3．通过对铜锌原电池的分析，了解原电池的工作原理。
4．判断原电池的正负极和电极反应的书写。
能力目标：
1．学会从微观的角度认识化学反应中能量变化的实质。
2．通过对铜锌原电池的分析，了解实验研究和理论研究在科学探究方面的意义。
3．在学习过程中，学会运用观察、分析、迁移等思维方法来建构新的概念。
情感态度和价值观：
1．体会思考带给人的愉快情感体验，感悟化学学科学习的乐趣。
2．养成良好的实事求是的科学态度。
3．关注与化学有关的社会热点问题和科技前沿问题，增强环境保护意识，逐步形成可持续发展的思想。
【教学重点】
1．化学反应中能量变化的实质。
2．原电池的概念、原理、组成及应用。
【教学难点】
1．从微观的角度认识化学反应中能量变化的实质
2．通过对原电池实验的研究，引导学生从电子转移角度理解化学能向电能转化的本质，以及这种转化的综合利用价值。
【教学方法】
采用探究式学习方式：提出问题→明确任务→制定计划→进行实验→收集证据→解释与结论→反思与评价→表达与交流
【教学准备】
1．学生：按每4名同学为一组进行分组，以小组为单位预习探究实验，了解实验的主要目的与具体步骤；
2．教师：准备多媒体教学设备及探究实验的仪器和药品。
【教学过程】
第一课时
【引入】
嫦娥一号奔月是什么产生的能量把火箭推向天空？
【提问】
上节课学习了化学反应过程中，物质变化的实质是旧化学键的断裂和新化学键的生成，请同学们分析以下两个反应中化学键变化的情况：
2H2+O22H2O2H2O2H2↑+O2↑
【过渡】
我们研究化学反应就是要很好地利用化学反应，不仅仅可以利用化学反应制取新物质，还可以利用化学反应过程中的能量。比如：远古时期的人通过钻木取火，并利用燃烧放出的能量烧烤食物、取暖；当今社会，煤、石油、天然气是主要能源。煤、石油、天然气在燃烧反应中释放出的能量广泛使用于工业、农业、科学技术、日常生活各个领域。有数据统计，近年来我国煤、石油、天然气的消耗占主要能源总量的94.9%。可见，我们研究化学反应过程中的能量变化是非常有意义的。
【板书】一、化学反应中能量变化的本质及转化形式
1．化学键与化学反应中能量的关系
【师生互动】
【设问】
大家知道，镁、硫等燃烧会放出大量的热，是不是所有的化学反应都会放出热量呢？在化学反应过程中是不是都伴随着能量的变化呢？能量的变化是不是都是释放能量呢？有没有吸收能量的化学反应呢？
【引入实验】
下面就让我们通过三个实验来感受化学反应中的能量变化。在实验过程中，利用温度计测量温度的变化来判断一个化学反应是释放能量、还是吸收能量。如果反应中温度升高，则是释放能量；如果反应中温度降低，则是吸收能量。
【学生交流，明确实验方案】
学生甲：实验1：先记录室温；取一支试管加入3毫升氢氧化钠溶液，再加入3毫升盐酸，振荡，用温度计测量此时溶液的温度，并记录。
学生乙：实验2：取一支试管加入少量锌粉，再加入5毫升盐酸，当反应进行到有大量气泡产生时，用温度计测量此时溶液的温度，并记录。
学生丙：实验3：取一个小烧杯加入约10克氢氧化钡晶体，再加入约5克氯化铵固体，立即用玻璃棒迅速搅拌，使充分反应，用手触摸试管外壁。用温度计测量此时混合物的温度，并记录。
【实验指导】
这个实验的注意事项有2点：注意正确使用温度计；实验3生成的钡盐有毒，注意药品的回收及个人卫生。
【学生探究实验】
学生分小组实验
【交流与讨论】
实验结束，交流每个小组记录的数据
【实例思考】
根据下列信息判断氢气燃烧生成水蒸气时，是释放能量还是吸收能量？
每一个化学反应都伴随着能量的变化，有的释放能量，有的吸收能量。
[试一试]下列化学反应是释放能量还是吸收能量？
1．2Mg+O2=2MgO
2．C+CO2=2CO
3．2KClO3 =2KCl+3O2↑
4．H2SO4+2KOH=K2SO4+2H2O
5．Mg+2HCl=MgCl2+H2 ↑
6．Ba（OH）2·8H2O+2NH4Cl=BaCl2+2NH3↑+10H2O
7．2Al+Fe2O3=Al2O3+2Fe
【判断对错】
分析以下两位同学的观点，哪个对，哪个错，为什么？
学生甲：凡经加热而发生的化学反应都是吸收能量的。
学生乙：不一定。有些反应在启动时要加热，反应开始后不再加热就能继续进行，如燃烧反应，这类反应是释放能量的。
通过分析我们明确：需加热的反应不一定都是吸收能量的；判断一个反应是吸收能量还是释放能量不能以条件为依据。
【设问】
那么为什么燃烧反应在启动时要加热，而反应开始后不再加热就能继续进行？为什么有的化学反应吸收能量，而有的化学反应释放能量？
【知识准备】
因为在反应过程中破坏旧化学键需要吸收一定的能量克服原子（或离子）间的相互作用，而形成新化学键时，又要释放一定的能量。
【课堂总结】
E1>E2 反应吸收能量
E1现在我们就可以回答为什么燃烧反应在启动时要加热，而反应开始后不再加热也能继续进行这个问题了。
【练习巩固】
1．在H2+Cl22HCl反应过程中，破坏1 ml氢气中的化学键吸收的能量为Q1KJ，破坏1 ml氯气中的化学键吸收的能量为Q2KJ，形成1 ml氯化氢中的化学键释放的能量为Q3KJ。下列关系式中，正确的是（ ）
A．Q1+Q2>Q3B．Q1+Q2<2Q3
C．Q1+Q22Q3
2．研究化学反应中能量变化的意义
【迁移使用】
1．你能列举出化学能与其他形式能转化的实例吗？这些转化有什么实际意义？
2．在使用能源的时候我们应该注意什么问题？
【图片展示】
1．能源的形式。
2．化学反应过程中能量的转化：化学能与热能、电能、光能的转化。
可以把化学反应的过程看作“储存”在物质内部的能量（化学能）转化为热能、电能和光能等释放出来，或者是热能、电能、光能等转化为物质内部能量（化学能）被“储存”起来的过程。
【归纳总结】
【作业布置】
课后小论文：以氢气燃烧生成水为例，从多个不同的角度谈谈你对化学变化的认识。
【板书设计】
一、化学反应中能量变化的本质及转化形式
1．化学键与化学反应中能量的关系
∑E（反应物）＞∑E（生成物）——放热反应（能量释放）
∑E（反应物）＜∑E（生成物）——放热反应（能量释放）
2．研究化学反应中能量变化的意义
第二课时
【引入】
电能是现代社会中应用最广泛，使用最方便、污染最小的一种二次能源，又称电力。例如，日常生活中使用的手提电脑、手机、相机、摄像机……这一切都依赖于电池的应用。那么，电池是怎样把化学能转变为电能的呢？我们这节课来一起复习一下有关原电池的相关内容。
【板书】二、化学反应能量转化的重要应用——电池
（一）原电池的工作原理
讲：铜片、锌片、硫酸都是同学们很熟悉的物质，利用这三种物质我们再现了1799年意大利物理学家----伏打留给我们的历史闪光点！
Zn
Cu
×
【实验探究】（铜锌原电池）
【问题探究】
1．锌片和铜片分别插入稀硫酸中有什么现象发生？
2．锌片和铜片用导线连接后插入稀硫酸中，现象又怎样？为什么？
3．锌片的质量有无变化？溶液中c（H+）如何变化？
4．锌片和铜片上变化的反应式怎样书写？
5．电子流动的方向如何？
讲：我们发现检流计指针偏转，说明产生了电流，这样的装置架起了化学能转化为电能的桥梁，这就是生活中提供电能的所有电池的开山鼻祖----原电池。
【板书】（1）原电池概念：学能转化为电能的装置叫做原电池。
问：在原电池装置中只能发生怎样的化学变化？
学生：Zn+2H+=Zn2++H2↑
讲：为什么会产生电流呢？
答：其实锌和稀硫酸反应是氧化还原反应，有电子的转移，但氧化剂和还原剂热运动相遇发生有效碰撞电子转移时，由于分子热运动无一定的方向，因此电子转移不会形成电流，而通常以热能的形式表现出来，激烈的时候还伴随有光、声等其他的形式的能量。显然从理论上讲，一个能自发进行的氧化还原反应，若能设法使氧化与还原分开进行，让电子的不规则转移变成定向移动，便能形成电流。所以原电池的实质就是将氧化还原的电子转移变成电子的定向移动形成电流。
（2）实质：将一定的氧化还原反应的电子转移变成电子的定向移动。即将化学能转化成电能的形式释放。
【设问】
那么这个过程是怎样实现的呢？我们来看原电池原理的工作原理。
（3）原理：（负氧正还）
【设问】
在锌铜原电池中哪种物质失电子？哪种物质得到电子？
学生：活泼金属锌失电子，氢离子得到电子
【设问】
导线上有电流产生，即有电子的定向移动，那么电子从锌流向铜，还是铜流向锌？
学生：锌流向铜
讲：当铜上有电子富集时，又是谁得到了电子？
学生：溶液中的氢离子
讲：整个放电过程是：锌上的电子通过导线流向用电器，从铜流回原电池，形成电流，同时氢离子在正极上得到电子放出氢气，这就解释了为什么铜片上产生了气泡的原因。
讲：我们知道电流的方向和电子运动的方向正好相反，所以电流的方向是从铜到锌，在电学上我们知道电流是从正极流向负极的，所以，锌铜原电池中，正负极分别是什么？
实验：我们用干电池验证一下我们分析的正负极是否正确！
讲：我们一般用离子反应方程式表示原电池正负极的工作原理，又叫电极方程式或电极反应。一般先写负极，所以可表示为：
负极（Zn）：Zn－2e＝Zn2＋（氧化）
正极（Cu）：2H＋＋2e＝H2↑（还原）
讲：其中负极上发生的是氧化反应，正极上发生的是还原反应，即负氧正还。
注意：电极方程式要①注明正负极和电极材料；②满足所有守衡
总反应是：Zn+2H+=Zn2++H2↑
讲：原来一个自发的氧化还原反应通过一定的装置让氧化剂和还原剂不规则的电子转移变成电子的定向移动就形成了原电池。
转折：可以看出一个完整的原电池包括正负两个电极和电解质溶液，及导线。那么铜锌原电池中的正负极和硫酸电解质能否换成其他的物质呢？
过渡：也就是构成原电池要具备怎样的条件？
（二）原电池的构成条件
1．活泼性不同的两电极
2．电解质溶液
3．形成闭合回路（导线连接或直接接触且电极插入电解质溶液
4．自发的氧化还原反应（本质条件）
保证锌铜原电池原理不变，正负极可换成哪些物质？（C、Fe、Sn、Pb、Ag、Pt、Au等）
【设问】
锌铜原电池中硫酸能换成硫酸钠吗？判断是否构成原电池，是的写出原电池原理。
（1）镁铝/硫酸；铝碳/氢氧化钠；锌碳/硝酸银；铁铜在硫酸中短路；锌铜/水；锌铁/乙醇；硅碳/氢氧化钠
（2）[锌铜/硫酸（无导线）；碳碳/氢氧化钠]若一个碳棒产生气体11．2升，另一个产生气体5．6升，判断原电池正负极并求锌片溶解了多少克？设原硫酸的浓度是1ml/L，体积为3L，求此时氢离子浓度。
（3）银圈和铁圈用细线连在一起悬在水中，滴入硫酸铜，问是否平衡？（银圈下沉）
（4）Zn/ZnSO4//Cu/CuSO4盐桥（充满用饱和氯化钠浸泡的琼脂）
（5）铁和铜一起用导线相连插入浓硝酸中
镁和铝一起用导线相连插入氢氧化钠中
思考：如何根据氧化还原反应原理来设计原电池呢？
请将氧化还原反应 Zn + Cu2+ = Cu + Zn2+设计成电池：
硫酸铜
硫酸铜
此电池的优点：能产生持续、稳定的电流。
其中，用到了盐桥，什么是盐桥？
盐桥中装有饱和的KCl溶液和琼脂制成的胶冻，胶冻的作用是防止管中溶液流出。
盐桥的作用是什么？
可使由它连接的两溶液保持电中性，否则锌盐溶液会由于锌溶解成为Zn2+而带上正电，铜盐溶液会由于铜的析出减少了Cu2+而带上了负电。
盐桥保障了电子通过外电路从锌到铜的不断转移，使锌的溶解和铜的析出过程得以继续进行。
导线的作用是传递电子，沟通外电路。而盐桥的作用则是沟通内电路。
（三）原电池的工作原理
正极反应：得到电子（还原反应）
负极反应：失去电子（氧化反应）
总反应：正极反应+负极反应
想一想：如何书写复杂反应的电极反应式？
较繁电极反应式=总反应式-简单电极反应式
例：熔融盐燃料电池具有高的放电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为负极燃气，空气与CO2的混合气为正极助燃气，已制得在650℃下工作的燃料电池，试完成有关的电极反应式：
负极反应式为：2CO+2CO32--4e-=4CO2
正极反应式为：2CO2+O2+4e-=2CO32-
电池总反应式：2CO+O2=2CO2
（四）原电池中的几个判断
1．正极负极的判断：（一般）
正极：活泼的一极
负极：不活泼的一极
思考：这方法一定正确吗？
2．电流方向与电子流向的判断
电流方向：正→负
电子流向：负→正
电解质溶液中离子运动方向的判断
阳离子：向正极区移动
阴离子：向负极区移动
【分层次随堂练习】
基础巩固：
1．下列关于原电池的叙述正确的是（ ）
A．原电池是将电能转化为化学能的装置
B．原电池中发生的反应不一定是氧化还原反应
C．构成原电池的两个电极必须是两种不同的金属
D．在原电池中，由于电子定向移动或离子定向移动，形成闭合回路，从而产生电流
2．下列各图所示装置属于原电池的是（ ）
3．下列有关原电池工作原理的说法中，不正确的是（ ）
A．电池负极发生氧化反应
B．电池正极发生还原反应
C．电子流向是从负极流向正极（外电路）
D．电流方向是从负极流向正极（外电路）
4．依据氧化还原反应：2Ag+（aq）+ Cu（s）=== Cu2+（aq）+2Ag（s）设计的原电池如下图所示。
请回答下列问题：
（1）电极X的材料是_________；电解质溶液Y是_________；
（2）银电极为电池的_________极，发生的电极反应为________________________；X电极上发生的电极反应为___________________________；
（3）外电路中的电子是从_________电极流向_________电极。
【作业布置】
某化学兴趣小组为了探索铝电极在原电池中的作用，设计并进行了以下一系列实验，实验结果记录如下。试根据下表中的实验现象回答下列问题：
（1）实验1、2中Al所做的电极是否相同？
（2）写出实验3中的电极反应和电池反应。
（3）实验4中Al做正极还是负极？为什么？写出Al电极的电极反应。
（4）解释实验5中电流计指针偏向Al的原因。
（5）根据实验结果总结：在原电池中金属铝做正极还是做负极，受到哪些因素的影响？
【板书设计】
二、化学反应能量转化的重要应用——电池
（一）原电池的工作原理
（1）原电池概念
（2）实质：
（3）原理：
（二）原电池的构成条件
（三）原电池的工作原理：
（1）总反应的书写
（2）电极反应的书写
（四）原电池正负极的判断实验内容
实验现象
实验结论
NaOH溶液与盐酸反应
锌粉与HCl反应
Ca（OH）2与NH4Cl反应
实验步骤
现象
1．锌片插入稀硫酸
2．铜片插入稀硫酸
3．锌片和铜片上端连接在一起插入稀硫酸