化學反應與能量 教學設計 高一下學期化學人教版（2019）必修第二冊

“化學反應與能量”教學設計一、教學內(nèi)容本單元屬于人教版必修第二冊的第六章，緊密聯(lián)系《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》的具體要求，集中體現(xiàn)了對學生“宏觀辨識與微觀探析化學”核心素養(yǎng)的高度重視。本章的開篇即通過化學鍵的斷裂與形成，揭示了化學能向熱能轉化的過程，之后講解了原電池的工作原理。第二節(jié)以牛奶變質、爆炸、鋼橋生銹為例，滲透了化學反應速率的知識點。二、“問題式”設計思路“問題式”教學作為以問題為核心的教育方法，將問題置于整個學習過程的中心，借此引發(fā)學生的好奇心。在這一教學模式下，教師精心設計如珠鏈般相扣的問題，幫助學生在探求問題答案的過程中，逐步建立知識之間的聯(lián)系，完成從未知到已知、從簡單到復雜的學習路徑。三、學情分析高一學生已通過初中及高中早期課程熟悉了化學反應的基本概念，能夠從元素的角度加以分類，為其學習本課提供了理論基礎。學生雖然初步了解了宏觀層面的物質變化，但不清楚如何應對復雜化學反應機理，對電子定向移動產(chǎn)生電流等微觀現(xiàn)象的理解尚需加強，并在實驗中難以實現(xiàn)精準操作，需要引起教師的廣泛重視。四、教學目標1.通過實踐操作與理論探究相結合的方式，養(yǎng)成物質變化伴隨能量變化的系統(tǒng)觀念。2.運用宏觀觀察與微觀分析的方法，從“反應物與生成物的能量變化”及“化學鍵的斷裂與形成”兩個維度全面理解化學反應中能量轉化的原理。3.通過原電池的構造與工作原理的學習，樹立運用科學模型的意識，進一步激發(fā)科學探究的熱情。4.借助多樣化的信息來源，全面了解人類如何利用化學反應中的能量變化。五、教學過程第一課時：氧化還原反應的微觀視角與能量變化1.能量變化探究師：大家看看我們的長征火箭成功發(fā)射升空的壯觀場景。這一刻，有什么特別的化學反應發(fā)生了嗎？生：火箭發(fā)射時產(chǎn)生了巨大的推力和火焰，應該是燃燒反應。師：正確！火箭燃料的燃燒是一個典型的化學反應，伴隨著能量的大量釋放。接下來，我們將混合氫氣和氯氣，觀察它們反應生成鹽酸的過程，在這個反應中，能量是如何轉化的呢？（準備氫氣和氯氣，提醒安全措施，演示化學反應）。生：反應發(fā)生得很快，釋放了很多熱，化學能轉化成了熱能。師：在微觀層面，氫氣和氯氣反應時發(fā)生了什么變化？生：氫氣和氯氣的分子之間的化學鍵斷裂了，然后氫原子和氯原子重新結合形成了鹽酸分子。師：精確地說，這個過程中舊的化學鍵斷裂，新的化學鍵形成。在這一過程中，能量如何變化呢？我們來分析一下。（如圖1）圖1氫氣和氯氣生成鹽酸的能量變化示意圖師：當新的化學鍵形成時，釋放的能量多于斷裂舊鍵時所需的能量，因此整個反應是放熱的。這背后的原理正是我們熟悉的能量守恒定律。（設計意圖：教師利用“問題式”學習引領學生通過實際操作和觀察，深刻理解化學反應中能量變化的本質。教師提出問題，激發(fā)學生的好奇心，促使其思考、探索并找到問題的答案，進而培養(yǎng)他們的科學探究能力、批判性思維。）2.能量變化的應用與討論師：大家知道自熱火鍋是如何工作的嗎？自熱火鍋的鈣氧化物與水反應生成熱量的過程是一個放熱的過程，為火鍋提供了所需的熱量。這個例子告訴我們什么？生：說明我們可以通過設計特定的化學反應來滿足實際生活中的需要。師：正是這樣，化學反應中的能量變化在我們的日常生活中有著廣泛的應用。大家有沒有關注過能源問題？生：能源問題一直是個大難題，既然化學反應能轉化能量形式，是不是意味著我們可以通過化學反應來開發(fā)新能源呢？師：非常棒，實際上，化學反應對于新能源開發(fā)來說至關重要。例如，通過水的電解，我們可以獲得氫氣——干凈的未來能源。同樣，太陽能電池板將光能轉化為電能的過程也涉及一系列化學反應。第二課時：構建氧化還原反應認識模型師：誰能告訴我“天宮”空間站需要哪種能源來維持運作？生：空間站需要電能來維持運作。師：太陽翼上安裝有大量的太陽能電池板，它們由高效率的多晶硅或單晶硅材料制成，能在極端的太空環(huán)境中穩(wěn)定工作。在地球上，我們?nèi)绾卫迷姵啬?？生：通過化學反應產(chǎn)生電能？師：對，原電池通過氧化還原反應將化學能轉化為電能。其實這一反應在我們的生活中無處不在，比如自然界的生物呼吸過程，甚至是你們?nèi)粘Ｊ褂玫碾姵?。讓我們先來了解一下什么是氧化劑和還原劑。生：氧化劑是獲得電子的物質，還原劑是失去電子的物質。師：非常好！這是氧化還原反應的核心?，F(xiàn)在，我們用一個簡單的實驗來觀察氧化還原反應——銅絲放入含有硫酸銅溶液的試管中會發(fā)生什么？（演示實驗：Cu+2AgNO3===Cu（NO3）2+2Ag）生：銅絲的表面有銅沉積。師：銅絲表面的銅沉積是因為銅離子獲得電子還原，而銅絲本身失去電子被氧化。讓我們討論一下原電池是怎么工作的？為什么它能產(chǎn)生電能？生：原電池中的化學反應使一端積累了負電荷，另一端積累了正電荷，產(chǎn)生了電位差，從而產(chǎn)生了電流。師：非常棒！這個電位差正是由于化學反應中的氧化劑和還原劑電子轉移造成的。（板書：鋅作為還原劑被氧化，而銅（II）離子作為氧化劑被還原）最后讓我們探討一下生活中都有哪些常見的化學電池，以及它們是如何工作的？生：比如我們手機中的鋰離子電池。師：正是，鋰離子電池通過鋰離子在陽極和陰極之間的移動來工作，這也是一種氧化還原反應的應用。（設計意圖：通過“問題式”學習深化學生對氧化還原反應的理解，特別是銅絲放入硫酸銅溶液這一具體實驗的探討，引導學生從實際現(xiàn)象出發(fā)，逐步探索、發(fā)現(xiàn)背后的化學原理，促使其主動思考、積極尋找答案。）第三課時：化學反應速率及化學限度1.化學反應速率探究師：誰能告訴我什么是化學反應速率？生：指化學反應發(fā)生的快慢，或者說單位時間內(nèi)反應物的消耗或生成物的產(chǎn)生量。師：那么我們怎么可以直觀地觀察到這一點呢？我們來進行一個實驗：向溶有碘化鉀的淀粉溶液中滴入少量的過氧化氫。實驗步驟：①在一個試管中加入10mL的碘化鉀溶液和5mL的淀粉溶液，再加入幾滴硫酸溶液作為催化劑。②準備兩個試管，分別加入5mL的0.1M和0.5M過氧化氫溶液。③將過氧化氫溶液從兩個試管中分別滴加到含碘化鉀和淀粉的試管中，同時開始計時。④觀察并記錄溶液顏色變化的時間，從溶液開始變色到完全變成深藍色所需的時間。生：溶液的顏色變了，這是因為過氧化氫溶液和碘化鉀反應生成了碘，和淀粉反應產(chǎn)生了藍色復合物。師：如果改變反應物的濃度或溫度，會發(fā)生什么呢？生：反應速率可能會變化。比如，增加反應物濃度或提高溫度可能會使反應速率加快。師：在接下來的實驗中，我們將改變過氧化氫的濃度，并觀察顏色變化的速度。（準備不同濃度的過氧化氫溶液，重復實驗并填寫如表1的觀察表）表1學生觀察表生：看起來高濃度的過氧化氫反應速度更快，顏色變化也更快。師：非常好，這說明了什么？生：說明反應物濃度越高，提供的反應分子越多，碰撞的機會也就越多，從而加快了反應速率。（設計意圖：利用“問題式”學習探究化學反應速率，鼓勵學生通過觀察、思考和實驗來主動學習化學知識，幫助學生建立對化學反應速率的直觀認識和深刻理解，同時培養(yǎng)其科學探究能力和實驗技能。）2.化學限度的理解與應用師：有人能告訴我化學反應限度意味著什么嗎？生：是不是指反應不能無限進行下去，最終會到達一個平衡狀態(tài)，反應物和生成物的比例不再改變？師：化學反應限度指的是反應在特定條件下能達到的最大轉化程度。讓我們來開展實驗（板書方程式：AgNO3+HCl=AgCl↓+HNO3，演示實驗：向含有硝酸銀的溶液中滴加鹽酸，觀察沉淀的形成）。生：隨著反應的進行，沉淀的形成似乎停止了。師：當我們看到沉淀不再增加時，意味著反應物之一已經(jīng)完全消耗，反應達到了它的限度。如果我們想要控制這個反應的速率，可以采取哪些辦法？生：我們可以通過改變溫度，使用冷熱水浴來調(diào)節(jié)反應速率，或調(diào)整反應物的濃度，濃度高的可能會加快反應速率。（自主探究，完成實驗填寫表2）表2硝酸銀與鹽酸實驗觀察表師：化學反應的限度對于確?；瘜W工程的效率和安全性至關重要。了解反應何時達到限度可以幫助我們更有效地設計