關(guān)于人教版選修化學(xué)能與熱能的教學(xué)設(shè)計思路

1、關(guān)于人教版選修“化學(xué)能與熱能”教學(xué)設(shè)計的基本思路 摘要 課程標(biāo)準(zhǔn)選修部分關(guān)于“化學(xué)能與熱能”內(nèi)容要求主要為3個知識點，人教版課程標(biāo)準(zhǔn)教科書圍繞3個知識點進(jìn)行了相關(guān)內(nèi)容安排。本文從整合教學(xué)內(nèi)容、調(diào)整教學(xué)思路、精細(xì)化教學(xué)安排、提高課堂教學(xué)效率的原則出發(fā)，提出了“化學(xué)能與熱能”教學(xué)設(shè)計的基本思路。關(guān)鍵詞 人教版 選修 化學(xué)能 熱能 教學(xué)設(shè)計 思路普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)選修4化學(xué)反應(yīng)原理關(guān)于“化學(xué)能與熱能”的內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)為“能舉例說明化學(xué)能與熱能的相化轉(zhuǎn)化，了解反應(yīng)熱和焓變的涵義，能用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的簡單計算”。人教版課程標(biāo)準(zhǔn)教科書圍繞3個方面的知識點分別在“緒言”、“化學(xué)反應(yīng)與能量變化”、“燃燒熱

2、 能源”和“化學(xué)反應(yīng)熱的計算”中進(jìn)行了具體的內(nèi)容安排。通過對比分析不難發(fā)現(xiàn)，選修4化學(xué)反應(yīng)原理中 “化學(xué)能與能量”實際上是在必修化學(xué)（2）“化學(xué)反應(yīng)與能量”中“化學(xué)反應(yīng)中能量變化的主要原因”和“化學(xué)能與熱能的相互轉(zhuǎn)化”的基礎(chǔ)上拓展而來的。同時，“化學(xué)能與熱能”有關(guān)內(nèi)容不僅是聯(lián)系化學(xué)宏觀世界與微觀世界的重要內(nèi)容，而且跨躍必修與選修兩個模塊，特別是還涉及到物理化學(xué)中熱化學(xué)有關(guān)內(nèi)容，教學(xué)中存在教學(xué)難度大，教學(xué)深廣度難以把握等諸多困難。另外，由于化學(xué)反應(yīng)原理是國家考試中心指定的新課程高考唯一的必考選修模塊，“化學(xué)能與熱能”中的“熱化學(xué)方程式”又是新課標(biāo)下高考化學(xué)的熱點問題，因此，“化學(xué)能與熱能”在中學(xué)

3、化學(xué)教學(xué)中不僅具有其特殊的地位與作用，而且提高“化學(xué)能與熱能”的課堂效率有著極其重要的研究價值?，F(xiàn)從2個方面對選修4化學(xué)反應(yīng)原理人教版課程標(biāo)準(zhǔn)教科書中“化學(xué)能與熱能”的教學(xué)設(shè)計思路提出具體建議。1 科學(xué)設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，落實教學(xué)要求教學(xué)設(shè)計的關(guān)鍵就是要落實具體的教學(xué)要求。我們通過對課程標(biāo)準(zhǔn)和人教版化學(xué)反應(yīng)原理課程標(biāo)準(zhǔn)教科書的分析不難發(fā)現(xiàn)，“化學(xué)能與熱能”的教學(xué)內(nèi)容主要應(yīng)圍繞“理解1個原理（化學(xué)反應(yīng)基本原理）、明確1個關(guān)系（能量轉(zhuǎn)化關(guān)系）、建立1個模型（簡化了的有效碰撞理論模型）、規(guī)范書寫1類化學(xué)方程式（熱化學(xué)方程式），了解活化能、活化分子、有效碰撞、反應(yīng)熱（即焓變）、中和熱和燃燒熱等6個基本概念”

4、等5個方面來進(jìn)行設(shè)計。首先，在教學(xué)設(shè)計中要設(shè)法讓學(xué)生理解化學(xué)反應(yīng)過程必然涉及到拆開舊鍵與形成新鍵的兩個過程，拆開舊鍵需要吸收能量，形成新鍵可以放出能量。也即一般情況下的化學(xué)反應(yīng)過程都包含一個放熱過程和一個吸熱過程，化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)是由拆鍵所吸收的能量與成鍵所放出的能量相對多少決定的。讓學(xué)生理解了這個化學(xué)反應(yīng)原理，就可以很好地理解為什么很多放熱反應(yīng)在開始時需要加熱，甚至需要持續(xù)加熱。其次，在教學(xué)設(shè)計中要幫助學(xué)生不斷明確化學(xué)反應(yīng)過程的重要關(guān)系之一，也就是能量轉(zhuǎn)化關(guān)系，對于放熱反應(yīng)，可以理解為放出的熱能是由化學(xué)能轉(zhuǎn)化而來的，對于吸熱反應(yīng)，需要將熱能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。第三，教學(xué)設(shè)計中要設(shè)法讓學(xué)生建立起一種

5、化學(xué)反應(yīng)過程的模型。伴隨能量變化的化學(xué)反應(yīng)過程主要體現(xiàn)在化學(xué)反應(yīng)體系中反應(yīng)物的能量、產(chǎn)物的能量和活化能等三者之間關(guān)系圖上，以a2b22a·2b·2a-b的過程為例，反應(yīng)過程可以如右圖所示。e1表示反應(yīng)物的活化能，e2為生成物（逆反應(yīng)的反應(yīng)物）的活化能，其中“2a·2b·”所處的狀態(tài)是反應(yīng)過程中能量最高狀態(tài)。e1、e2的相對大小決定反應(yīng)的熱效應(yīng)，圖示的過程為放熱反應(yīng)。第四，教學(xué)設(shè)計中要對學(xué)生規(guī)范書寫熱化學(xué)方程式給予具體地教學(xué)安排，這是教學(xué)的重點與難點。要通過總結(jié)熱化學(xué)方程式的書寫規(guī)則，讓學(xué)生充分認(rèn)識熱化學(xué)方程式與普通化學(xué)方程式的區(qū)別主要表現(xiàn)為5個方面：熱化

6、學(xué)方程式需要指明溫度與壓強，如果不指明，則默認(rèn)為“298k、101kpa”；熱化學(xué)方程式中反應(yīng)物與生成物均需用“s”、“l(fā)”、“g”、“aq”等符號注明狀態(tài)或存在形式；熱化學(xué)方程式的化學(xué)計量數(shù)約定為物質(zhì)的量，故可以為小數(shù)或分?jǐn)?shù)；熱化學(xué)方程式的重要標(biāo)志就是必須用“h”注明反應(yīng)熱，分別用“”、“”表示吸熱反應(yīng)、放熱反應(yīng)，反應(yīng)熱的單位一律表示為“kj/mol”，且與化學(xué)計量數(shù)沒有關(guān)系；一個化學(xué)反應(yīng)，只能對應(yīng)寫出一個化學(xué)方程式，但可以寫出無數(shù)個熱化學(xué)方程式，其中表示燃燒熱、中和熱的熱化學(xué)方程式只有一個。同時，在教學(xué)設(shè)計中還必須設(shè)計出有效的教學(xué)方式來強化學(xué)生對有效碰撞、活化分子、活化能、反應(yīng)熱、燃燒熱、

7、中和熱等6個基本概念的認(rèn)識與了解，如，對燃燒熱概念的把握可以采取抓住關(guān)鍵詞的方式，即燃料必須為“1mol”，燃燒必須“完全”、生成物必須“穩(wěn)定”，而且是放出“熱量”。又如，對反應(yīng)熱（即焓變）的理解，可以在建立“化學(xué)反應(yīng)的過程就是體系與環(huán)境能量交換的過程”觀念的基礎(chǔ)上采取圖示的方式來進(jìn)行：在6個基本概念中，活化能、活化分子是學(xué)生最容易出現(xiàn)理解錯誤的概念，如，很多學(xué)生總會以為 “具有活化能的分子就是活化分子”。顯然 ，教學(xué)設(shè)計中只要安排學(xué)生認(rèn)真研究化學(xué)反應(yīng)體系中反應(yīng)物、產(chǎn)物的能量和活化能關(guān)系圖，就能準(zhǔn)確理解活化分子與活化能概念，即活化能就是化學(xué)反應(yīng)發(fā)生所需要的最低能量相對反應(yīng)物平均能量所多出來的那

8、部分能量。2突出具體應(yīng)用，優(yōu)化教學(xué)過程在進(jìn)行“化學(xué)能與熱能”實際教學(xué)的過程中我們發(fā)現(xiàn)，人教版教科書在“化學(xué)能與熱能”有關(guān)內(nèi)容的安排上，既有值得稱道的地方，也有其不盡合理的一面。在我們的教學(xué)設(shè)計中，一方面需要考慮到教科書中教學(xué)資源的充分利用，即通過突出具體的應(yīng)用來強化有關(guān)知識的系統(tǒng)建構(gòu)，另一方面還需要設(shè)計出科學(xué)優(yōu)化的教學(xué)過程，以求得在有限的時間內(nèi)高效率地完成教學(xué)任務(wù)。2.1有效碰撞理論的具體應(yīng)用盡管人教版教科書對有效碰撞理論進(jìn)行了簡化處理，但對中學(xué)生來說仍然顯得非常抽象，又由于這部分內(nèi)容被認(rèn)為是與課程標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)無關(guān)的教學(xué)難點，往往遭到人們的非議。事實上，簡化后的有效碰撞模型并不是一個新的知識內(nèi)

9、容，而只是一種幫助我們認(rèn)識與理解化學(xué)反應(yīng)微觀過程的工具而已，這也是人教版教科書在緒言中安排有效碰撞模型有關(guān)內(nèi)容的真正價值體現(xiàn)。因此，我們在教學(xué)設(shè)計中有必要強化簡化后的有效碰撞模型的重要應(yīng)用價值。從微觀角度幫助學(xué)生解釋外界條件對化學(xué)反應(yīng)速率的影響，并復(fù)習(xí)鞏固必修2有關(guān)知識，為深入學(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡知識內(nèi)容建立基礎(chǔ)。通過必修2的學(xué)習(xí)，學(xué)生對濃度、溫度、壓強及催化劑對化學(xué)反應(yīng)速率的影響有了一個初步了解，即使進(jìn)入到選修4第二章“化學(xué)反應(yīng)速率”的學(xué)習(xí)后，關(guān)于外界條件對化學(xué)反應(yīng)速率的影響，也只是只知其然，并不知所以然，即只知道外界條件變化如何影響化學(xué)反應(yīng)速率，并不知道外界條件為什么影響化學(xué)反應(yīng)速率

10、。但建立了有效碰撞模型以后，通過活化分子百分?jǐn)?shù)、單位體積活化分子數(shù)目（活化分子濃度）兩個指標(biāo)的變化，就可以幫助學(xué)生具體地理解外界條件對化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生影響的原因。改變條件單位體積活化分子數(shù)目活化分子百分?jǐn)?shù)有效碰撞次數(shù)化學(xué)反應(yīng)速率活化分子百分?jǐn)?shù)變化的原因分析增大濃度增多不變增多加快/升高溫度增多增大增多加快 體系溫度升高，更多的分子獲得能量而被“活化”使用催化劑增多增大增多加快 雖然分子的平均能量沒有變化，但隨著活化能的降低，更多的分子被“活化”通過繪制充分體現(xiàn)有效碰撞模型的化學(xué)反應(yīng)體系中反應(yīng)物能量、產(chǎn)物能量和活化能關(guān)系圖，幫助學(xué)生理解并認(rèn)識具體的化學(xué)反應(yīng)微觀過程及其熱效應(yīng)。化學(xué)反應(yīng)體系中反應(yīng)物、產(chǎn)

11、物的能量和活化能關(guān)系圖，雖然只是一種理論模型，但對學(xué)生理解化學(xué)反應(yīng)的微觀過程，解釋化學(xué)反應(yīng)過程中熱量變化及化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)，有著十分重要的意義與價值。因此， 我們可以把相關(guān)的教學(xué)過程設(shè)計為，先分別繪制出表示放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)的圖1、圖2，通過學(xué)生對比讀圖，在研究化學(xué)反應(yīng)的微觀過程中建立化學(xué)反應(yīng)的“兩段論”，第一階段為吸熱過程，第二階段為放熱過程，化學(xué)反應(yīng)的快慢或難易主要取決于第一階段，化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)取決于化學(xué)反應(yīng)過程中的吸收熱量與放出熱量的相對多少。然后，逐步過渡到化學(xué)反應(yīng)“兩段論”的另一種理解，即化學(xué)反應(yīng)往往經(jīng)歷拆開舊鍵過程與形成新鍵過程兩個階段，拆開舊鍵需要吸熱，第二階段，形成新鍵需要放

12、熱，拆開舊鍵越容易，化學(xué)反應(yīng)越快，化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)取決于化學(xué)反應(yīng)方程式中所表示的反應(yīng)物總鍵能與生成物總鍵能的相對多少。2.2關(guān)于蓋斯定律的教學(xué)蓋斯定律作為熱化學(xué)的重要基礎(chǔ)理論，無論在研究熱化學(xué)問題的宏觀方向上，還是在解決熱化學(xué)具體問題的過程當(dāng)中，都有著非常重要的指導(dǎo)意義。因此，我們在設(shè)計蓋斯定律的教學(xué)思路時，既要幫助學(xué)生建立解決有關(guān)熱化學(xué)問題的新理念，還要幫助學(xué)生強化蓋斯定律的工具性價值，即蓋斯定律在解決熱化學(xué)問題上的具體應(yīng)用。關(guān)于蓋斯定律的引出如何引出蓋斯定律是教學(xué)的關(guān)鍵，通常采取設(shè)疑法，通過讓學(xué)生產(chǎn)生最直接的疑問和求知欲，來激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣，達(dá)到提高教學(xué)效率的目的。教學(xué)過程可以設(shè)計如下：

13、設(shè)問我們方便不方便直接測量出c（s）+ o2（g）=co（g）的反應(yīng)熱？回答不方便。設(shè)問我們能不能用下面兩個熱化學(xué)方程式計算上述反應(yīng)的反應(yīng)熱？c（s）o2（g） = co2（g）；h=3935 kjmolco（g）+ o2（g）= co2（g）；h=2830 kjmol在學(xué)生的困惑中指出，早在1840年，瑞士的化學(xué)家蓋斯就解決了這個問題。水到渠成，自然地引出了蓋斯定律。關(guān)于蓋斯定律的理解盡管教科書中設(shè)想通過兩幅圖例來幫助學(xué)生理解蓋斯定律，但都不如將反應(yīng)物（a）設(shè)計為通過三個途徑變成生成物（e）的圖示（如右圖）來理解認(rèn)識蓋斯定律更加客觀有效。從將蓋斯定律的文字?jǐn)⑹鲛D(zhuǎn)化為圖例開始，再到等式“h =

14、 h1h2 = h3h4h5”的建立結(jié)束，非常有效地完成了蓋斯定律的概念教學(xué)。關(guān)于蓋斯定律的應(yīng)用關(guān)于蓋斯定律的應(yīng)用，主要體現(xiàn)在運用蓋斯定律提供的宏觀思路，設(shè)計規(guī)劃有關(guān)物質(zhì)之間的反應(yīng)途徑，用已知化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱，依據(jù)簡單的代數(shù)關(guān)系，求未知的化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱。關(guān)于蓋斯定律應(yīng)用的教學(xué)，可以先回到 “c（s）+ o2（g）=co（g）” 的反應(yīng)熱計算上，再按如下思路展開：第一步，根據(jù)蓋斯定律有關(guān)原理，設(shè)計規(guī)劃反應(yīng)途徑，如右圖所示。第二步，利用簡單的代數(shù)運算法則進(jìn)行計算：根據(jù)h1=h2 + h3 ，得到出h2=h1h3=3935kj/mol（2830kj/mol）1105 kjmol，最終的結(jié)果可以表示

15、為c（s）+ o2（g）=co（g）的h=1105 kjmol。當(dāng)然，關(guān)于蓋斯定律的應(yīng)用教學(xué)，還需要設(shè)計一些典型題例來加以鞏固，尤其是要善于充分利用燃燒熱數(shù)據(jù)來解決具體問題，同時還需要強調(diào)代數(shù)運算過程的嚴(yán)謹(jǐn)與科學(xué)規(guī)范。2.3關(guān)于熱化學(xué)方程式的教學(xué)人教版教科書關(guān)于“熱化學(xué)方程式”的教學(xué)內(nèi)容是采取直接呈現(xiàn)的形式來安排的。我們從理論上認(rèn)為以這種形式來安排熱化學(xué)方程式內(nèi)容，然后再通過與普通的化學(xué)方程式進(jìn)行對比，找到熱化學(xué)方程式與普通化學(xué)方程式之間的區(qū)別，并不是最科學(xué)的。我們通過長期的教學(xué)實踐發(fā)現(xiàn)，如果把熱化學(xué)方程式的教學(xué)過程設(shè)計為在“燃燒熱”概念的教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生建立熱化學(xué)方程式概念和熱化學(xué)方程式的書

16、寫規(guī)范，則教學(xué)過程更合理。具體教學(xué)過程可以設(shè)計如下。在反應(yīng)熱概念教學(xué)之后，直接引出反應(yīng)熱中最重要的類型燃燒熱的概念，在向?qū)W生強調(diào)注意概念的關(guān)鍵詞、燃燒熱的表示方法及單位和測量燃燒熱時狀況的同時，引導(dǎo)學(xué)生熟悉教科書第7頁的燃燒熱數(shù)據(jù)表，了解并比較一些常見物質(zhì)的燃燒熱數(shù)據(jù)。然后，向?qū)W生提出任務(wù)性要求，用化學(xué)方程式來表示燃燒熱。當(dāng)然，要提醒學(xué)生在化學(xué)方程式中必須注意燃燒熱的表示方法，強調(diào)燃燒熱是1mol可燃物燃燒時對應(yīng)的反應(yīng)熱，反應(yīng)熱與測量時的狀況和反應(yīng)物、生成物的狀態(tài)有關(guān)。如，通常以表示h2燃燒熱的化學(xué)方程式為例：h2（g）+o2（g）=h2o（l） h3=285.8kj·mol-1 在

17、檢查了學(xué)生任務(wù)完成情況和建立了熱化學(xué)方程式概念之后，在規(guī)范熱化學(xué)方程式的書寫的基礎(chǔ)上再安排如下學(xué)習(xí)任務(wù)：寫出用以表示石墨、一氧化碳、甲烷、乙醇等代表性可燃物燃燒熱的化學(xué)方程式；寫出2molh2、2molch4燃燒的熱化學(xué)方程式。進(jìn)一步鞏固熱化學(xué)方程式的書寫要求與規(guī)范。當(dāng)然，建立熱化學(xué)方程式的概念，強調(diào)熱化學(xué)方程式的書寫規(guī)范是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。在教學(xué)設(shè)計時，還需要提供一些針對性較強的典型題例，來進(jìn)一步強化熱化學(xué)方程式教學(xué)。2.4關(guān)于燃燒熱的教學(xué)在人教版課程標(biāo)準(zhǔn)教科書上，關(guān)于“燃燒熱”的教學(xué)內(nèi)容則被安排在第二節(jié)，僅僅從基本概念上加以明確，而忽視了“燃燒熱”作為熱化學(xué)最要要、最直接的數(shù)據(jù)的應(yīng)用價值。我們知

18、道，燃燒熱是熱化學(xué)上最容易測量的反應(yīng)熱，通過教學(xué)實踐也發(fā)現(xiàn)，燃燒熱作為反應(yīng)熱的最重要表現(xiàn)形式，在建立了反應(yīng)熱概念之后，就應(yīng)該在充分明確燃燒熱概念內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，強化燃燒熱的具體應(yīng)用。除了燃燒熱可以作為建立熱化學(xué)方程式概念的最重要教學(xué)資源以外，我們在教學(xué)實踐中還需要充分利用數(shù)據(jù)表中燃燒熱的數(shù)據(jù)，進(jìn)行蓋斯定律應(yīng)用和反應(yīng)熱計算。尤其是需要圍繞燃燒熱數(shù)據(jù)，利用已知熱化學(xué)方程式，通過“加”、“減”來計算目標(biāo)熱化學(xué)方程式的反應(yīng)熱。教學(xué)實踐中，可以通過典型例題來完成這一教學(xué)設(shè)想，具體的題型可以設(shè)計為：利用教科書上石墨、氫氣、甲烷的燃燒熱數(shù)據(jù)，計算下述反應(yīng)的燃燒熱：c（s，石墨）+ 2h2（g）ch4（g）。顯然，這種題型最大的優(yōu)越性就在于既讓學(xué)生充分認(rèn)識到了燃燒熱數(shù)據(jù)的重要性，也讓學(xué)生在表達(dá)燃燒熱的過程中鞏固了熱化學(xué)方程式的書寫，同時，還讓學(xué)生掌握了計算反應(yīng)熱的一種常見的重要方法。當(dāng)然，在解決具體問題之前，還需要引導(dǎo)學(xué)生建立解決此類問題的基本思路：根據(jù)燃燒熱數(shù)據(jù)，寫出規(guī)范的已知熱化學(xué)方程式；研究目標(biāo)熱化學(xué)方程式與已知熱化學(xué)方程式中各反應(yīng)物、生成物之間關(guān)系；確定從已知熱化學(xué)方程式到目標(biāo)熱化學(xué)方程式之間的“加”、“減”法，以及明確兩式