對必修模塊“化學(xué)能與熱能”有效教學(xué)的思考

摘 要：以必修模塊高中化學(xué)教材《必修二》中《化學(xué)能與熱能》的內(nèi)容，根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律進行有效教學(xué)的思考。

關(guān)鍵詞：化學(xué)能；化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)；化學(xué)鍵；教學(xué)設(shè)計

本文所討論的內(nèi)容為人教版《化學(xué)2》第二章“化學(xué)反應(yīng)與能量”第一節(jié)“化學(xué)能與熱能”的教學(xué)內(nèi)容。從化學(xué)反應(yīng)化學(xué)鍵的變化與能量的轉(zhuǎn)化認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)，此部分的內(nèi)容是高中學(xué)習(xí)的一個重點內(nèi)容，又對《選修四》的學(xué)習(xí)起著承前的作用。

一、對教材知識要求的認(rèn)識

新課標(biāo)的教學(xué)要求：理解化學(xué)鍵的斷裂與形成是化學(xué)反應(yīng)是能量變化的主要原因，能夠從微觀結(jié)構(gòu)的變化看化學(xué)反應(yīng)與能量變化過程，建立科學(xué)的能量觀。

從課標(biāo)的要求與本節(jié)的內(nèi)容來看，涉及的知識點有：認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)；了解常見的化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)；認(rèn)識化學(xué)能的存在與物質(zhì)性質(zhì)之間的關(guān)系以及同一物質(zhì)不同狀態(tài)下的化學(xué)能高低和化學(xué)反應(yīng)中能量的轉(zhuǎn)換關(guān)系；理解化學(xué)鍵的變化過程中的能量變化以及在這種變化過程中分子、原子的能量大小關(guān)系及轉(zhuǎn)化；了解人類文明的發(fā)展與對化學(xué)能的利用的聯(lián)系等。其中從能量變化的角度認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)與從微觀化學(xué)鍵的角度來解釋化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)是本節(jié)的難點。

二、教材的編排與筆者的設(shè)計思考

教材從化學(xué)鍵引起熱量的變化從而引起化學(xué)能與熱能之間的轉(zhuǎn)化，通過三個典型的實驗體驗化學(xué)反應(yīng)中的熱效應(yīng)并掌握常見的化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)。其優(yōu)點是與上一節(jié)所學(xué)化學(xué)鍵內(nèi)容相扣，先從理論找依據(jù)，再從實驗驗證與理解，環(huán)環(huán)相扣，緊密相連。但在教學(xué)的過程中筆者發(fā)現(xiàn)，以此編排進行的教學(xué)中一開始給出化學(xué)鍵的變化與能量的關(guān)系對初學(xué)化學(xué)鍵的學(xué)生來說難度過大，引入化學(xué)反應(yīng)中能量的轉(zhuǎn)化過于生硬，學(xué)生容易把微觀的化學(xué)鍵變化的相關(guān)能量與化學(xué)能的變化弄混，在分析中只能機械地記住結(jié)論，經(jīng)常得出自相矛盾的結(jié)論，教材中化學(xué)能的概念不明確且與其他概念相互關(guān)系復(fù)雜。因而只有明晰概念，理清關(guān)系，才能解決教學(xué)中的難點。

只有從尊重學(xué)生的認(rèn)知的角度去設(shè)計教學(xué)，理順教學(xué)關(guān)系，才能讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主人。因而可設(shè)計先從分組實驗讓學(xué)生從感性上認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)，再以能量守恒進入化學(xué)能與熱能之間的轉(zhuǎn)化，最后再用化學(xué)鍵在化學(xué)反應(yīng)中的變化解釋能量轉(zhuǎn)化的設(shè)計。這種先讓學(xué)生認(rèn)知現(xiàn)象，再探究本質(zhì)，理論與實際相結(jié)合，或許會更加符合新課標(biāo)對探究式教學(xué)的要求和學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。

三、對教材設(shè)計實驗的運用

在教學(xué)中可先從教材設(shè)計了三個典型的實驗，設(shè)計探究式學(xué)生分組，依據(jù)實驗展開問題討論，如下：

實驗2-1放熱反應(yīng)的概念可用于探究化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素金屬與酸反應(yīng)的熱效應(yīng)小結(jié)

實驗2-2吸熱反應(yīng)的概念常見的吸熱反應(yīng)吸熱反應(yīng)與反應(yīng)條件的關(guān)系

實驗2-3中和反應(yīng)的熱效應(yīng)化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)分類與四種基本反應(yīng)的交叉小結(jié)能量的變化是化學(xué)反應(yīng)的另一基本特征

通過三組簡單的實驗與問題探究，充分地利用學(xué)生分組討論，教師進行合理的引導(dǎo)，從而使學(xué)生對“能量變化是化學(xué)反應(yīng)的另一基本特征”有了深刻的感性認(rèn)識，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與培養(yǎng)了探究意識，進一步發(fā)問：“化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)究竟由什么決定？”更加能激發(fā)學(xué)生的思考與預(yù)習(xí)，為對化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)的理論學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)和做好準(zhǔn)備。

四、對化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)的理論探究

從探究中認(rèn)識到有能量變化是化學(xué)反應(yīng)的另一特征，思考能量既不能憑空產(chǎn)生，又不能憑空消失，那么放熱反應(yīng)放出的能量來自何方，吸熱反應(yīng)吸收的熱量又去何處了呢？如此從現(xiàn)象到本質(zhì)的學(xué)習(xí)提上研究議程，引出物質(zhì)本身具有化學(xué)能可在化學(xué)反應(yīng)中體現(xiàn)出來。

1.什么是化學(xué)能

任何物質(zhì)都有化學(xué)能，教學(xué)中可認(rèn)為化學(xué)能是物質(zhì)本身具有的且能在化學(xué)變化中體現(xiàn)出來的內(nèi)能。

問題探究：

（1）同一物質(zhì)不同狀態(tài)的化學(xué)能的變化，如，水、水蒸氣、冰。

（2）金剛石與石墨化學(xué)能和穩(wěn)定性比較。

教學(xué)結(jié)論：

①同一種物質(zhì)所具有的化學(xué)能：氣態(tài) >液態(tài)>固態(tài)。

②一般來說具有的化學(xué)能越高的物質(zhì)越不穩(wěn)定，化學(xué)性質(zhì)越活潑。

2.化學(xué)能中化學(xué)反應(yīng)中的變化

化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)變化的同時所對應(yīng)的化學(xué)能也發(fā)生了變化。

對比討論：

化學(xué)反應(yīng)中能量的轉(zhuǎn)化關(guān)系：

化學(xué)反應(yīng)A+B=C+D

若物質(zhì)的化學(xué)能的關(guān)系：

A與B的化學(xué)能>C與D的化學(xué)能，則該反應(yīng)放熱，能量的轉(zhuǎn)化關(guān)系為化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能。

若物質(zhì)的化學(xué)能的關(guān)系：

A與B的化學(xué)能

結(jié)論：

化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)與反應(yīng)物的總能量與生成物的總能量的相對大小有關(guān)，作圖分析：

■ ■

3.化學(xué)能為什么能轉(zhuǎn)化

化學(xué)能的轉(zhuǎn)化與化學(xué)反應(yīng)的進行過程有關(guān)，因而與化學(xué)反應(yīng)中化學(xué)鍵的變化有關(guān)。

《分析》從化學(xué)鍵去分析化學(xué)反應(yīng)的過程：

■

舉例：H2+Cl2=2HCl

（1）從分子拆分為原子需要斷裂化學(xué)鍵，把結(jié)合緊密的原子分開，需要提供能量，此時外部的能量轉(zhuǎn)化為原子的化學(xué)能。

H—H→H + H 吸收能量436 kJ /mol

E（H2）< 2E（H）

Cl—Cl→Cl+Cl 吸收能量243 kJ /mol

E（Cl2）<2E（Cl）

斷鍵一共需吸收熱量為=436kJ+243kJ=679kJ

（2）原子重新組合為新分子，把高能量的原子結(jié)合形成作用，此時多余化學(xué)能便會釋放出來轉(zhuǎn)化為了熱能。

H+Cl→H—Cl放出能量432kJ/mol

E（H）+E（Cl）>E（HCl）

成鍵一共需放出能量為=2×432kJ=864kJ所以：此1mol反應(yīng)對外放出能量=864kJ-679kJ=185kJ

因而，結(jié)合兩個過程的能量的不同變化，由于斷裂的化學(xué)鍵與形成的新化學(xué)鍵不一樣，因而兩個過程中的化學(xué)能的轉(zhuǎn)化大小一定不相等，因而總體上便會有能量的變化：

當(dāng)斷鍵所需的總能量小于成鍵所放的總能量時，此反應(yīng)對外放熱。

當(dāng)斷鍵所需的總能量大于成鍵所放出的總能量時，此反應(yīng)對外吸熱。

四、教學(xué)實踐過程中的小結(jié)

從實驗發(fā)現(xiàn)問題到理論解釋再到尋找原因，學(xué)生已經(jīng)完成一輪科學(xué)探究式的學(xué)習(xí)過程。從宏觀的化學(xué)反應(yīng)的能量特征、能量變化再到微觀的化學(xué)鍵變化，配合了學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律與學(xué)習(xí)能力，同時教學(xué)切入點簡單，知識深度層層相扣，各知識點完全成線連結(jié)。學(xué)生對常見的化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)、化學(xué)能的概念、物質(zhì)的性質(zhì)與能量的關(guān)系，化學(xué)反應(yīng)中能量的相互轉(zhuǎn)化、化學(xué)鍵與能量的關(guān)系等知識有了較為深刻的了解，再結(jié)合相關(guān)的練習(xí)，相信一定可以達(dá)到新課標(biāo)的教學(xué)要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊圣群.談基于學(xué)生認(rèn)知能力的“化學(xué)能與熱能”的教學(xué)[J].化學(xué)教與學(xué)，2011（03）：21-22.

[2]保志明.從尊重與豐富學(xué)生認(rèn)知的角度設(shè)計教學(xué)：必修模塊“化學(xué)能與熱能”的教學(xué)思考[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2012（08）：14-15.

作者簡介：彭愛華，男，廣東省珠海市，1977年出生，學(xué)歷：本科，職稱：中學(xué)一級教師，研究方向：中學(xué)化學(xué)教育。

編輯 王團蘭