1、高中化学选修4学同步教学教材一、教学目标1. 认识物质的各种化学性质是有规律可循的，而这些规律是化学的精髓，需要下功夫学习掌握。2. 了解本书的基本内容和学习方法，认识学习概念模型是学习和研究化学反应原理的基础。3. 初步了解“有效碰撞”、“活化分子与活化能”的概念模型，认识催化剂对于化学科学研究和化工生产的巨大作用，为其后的学习打下基础。二、内容分析1. 地位和功能绪言作为全书的开篇，目的在于让学生从一开头就对本书的基本内容、学习方法有一个初步的了解，并简要地介绍有效碰撞理论、活化分子与活化能的概念模型，以及催化剂对于化学科学和化工生产的巨大作用，以起到提纲挈领、引起学生学习化学反应原理兴趣
2、的作用。在前面的学习中，学生已经知道了化学反应的发生是由于反应物分子之间发生激烈碰撞，破坏化学键，使得各原子间的组合发生变化形成新的化学键，产生了新的分子，同时也了解了化学键的断裂和形成与化学反应中能量变化的关系。本模块是以学生此前的化学学习为基础，以学生对许多具体化学反应的知识积累为前提，为适应学生的学习心理发展需求而设立的选修课程，旨在帮助学生进一步从理论上认识一些化学反应原理的基础知识和研究问题的方法。教科书中介绍的简化后的有效碰撞模型和活化分子、活化能模型及催化剂的重要作用，将为学生后面的学习打下重要基础。2. 内容结构绪言在内容上主要可分为两个部分：一是第一、第二自然段，简要地介绍本
3、模块的基本教学内容。教科书以大量事例说明，化学反应种类繁多，条件极其复杂，但都有规律可循。而这些规律恰好是化学的精髓，是吸引人们学习、钻研化学科学的魅力所在。二是第三、第四自然段，凸显研究问题的过程与方法，侧重介绍了简化后的有效碰撞模型的构建思路，及活化分子、活化能等概念。培养学生自觉地用辩证的观点看待各种复杂的化学反应，认识事物的存在具有多样性，物质的稳定具有相对性，而化学变化的复杂性和规律性相辅相成。与此同时，还指出了学习化学反应原理的方法：（1）完成书中规定的实验、活动。（2）观察周围（包括大自然）发生的化学现象，思考或进行模拟实验。（3）认真学习概念模型，它是学习、研究化学反应原理的基
4、础。值得注意的是，绪言在论证了有效碰撞模型的合理性之后，坦陈现有理论的缺憾：“到目前为止，人们还没有完全掌握计算或推测化学反应活化能的理论方法”。这种客观的科学态度不仅有利于学生对相关理论有一个客观的认识，更对培养学生的情感态度与价值观会起到潜移默化的作用。同时也会激发学生将来进行更深入探究的意识。绪言的内容结构如下图所示：3. 内容特点绪言中概括地介绍了课程的主要内容和学习方法与思路，同时还简介了“有效碰撞理论”和“活化分子与活化能”两个概念模型，对全书起着提纲挈领、画龙点睛的作用。三、课时分配建议建议用1课时。一、教学设计由于本课的理论性较强，概念较为抽象，学生接受相关知识有较大难度，所以
5、绪言教学采取以教师讲授与学生探究活动相结合的方法为宜。教学中对概念模型的表述应尽量简化，对概念模型的认识还需要在后面的学习中逐渐深入，这里更多地是强调研究问题的方法和意识。通过绪言的教学，应使学生在内容上对化学反应原理研究的范围有所了解，在方法上对科学的研究方法概念模型法有所领悟。教学重点：了解化学反应原理的基本学习方法概念模型法。教学难点：“有效碰撞”和“活化分子与活化能”的概念模型。教学建议：根据绪言内容特点，本课可设计成下述教学模式：课前自学查阅资料课上交流讨论师生共同研究。教师在课前布置学生自学，然后将学生分成若干个小组，要求他们通过查阅资料、小组整理资料、先行讨论形成共识，再通过课堂
6、上的汇报、讲解、交流和评价，完成对本课内容的学习。新课引入首先教师指出，化学研究的核心问题是化学反应。化学中最有创造性的工作是设计和创造新的分子。化学家们通常是利用已发现的原理来进行设计并实现这个过程，如果对化学原理的理解不够清楚则无法做到。化学反应是怎样发生的？为什么有的反应快、有的反应慢？它遵循怎样的规律？如何控制化学反应为人所用？这是我们学习化学反应原理的宗旨。化学反应原理所包含的内容及学习化学反应原理的方法正是本书要探讨的问题。教学中的主要过程可以结合学生汇报交流自学与讨论的成果，围绕下列问题展开：1. 化学反应原理研究的内容可列举学生熟悉的化学反应进行分析。情景1：说明：同样都与H2
7、反应，由于O2、CuO 、N2的性质不同，反应的难易程度不同。物质之间能否发生反应，是由物质本身的性质决定的，对于能够发生的化学反应，影响化学反应速率的根本原因也是反应物本身的性质，我们称之为“内因”。情景2：将H2+O2混合，在室温条件下可以稳定存在数百年，但点燃后却会发生剧烈的爆炸反应，而且只要配比相当，可以完全转化成生成物。说明：外界条件可以促使其反应发生。而且在一定的条件下，反应进行得比较“彻底”。物质之间反应的“内因”已经具备，“外因”则是变化的条件。不同的外界条件都能够改变化学反应的速率。情景3：H2+N2即使在高温、高压、有催化剂的条件下反应，也不能完全转化成生成物。说明：该反应
8、是有一定限度的。总结：化学反应速率、方向及限度正是“化学反应原理”要研究的问题。此时有必要指出：在不同物质体系、不同的环境中，化学反应所遵循的规律是不同的，如在第三单元将介绍水溶液中的离子反应；在第一单元和第四单元将分别介绍化学反应中物质与能量之间的定量关系以及电化学的最基础知识等等，这些都是“化学反应原理”研究的范围。这些基本原理与我们身边经常发生的化学现象密切相关，只要我们注意观察、研究，大自然将成为无所不在的大课堂。2. 研究化学反应原理的思路与方法概念模型法。教科书介绍了合理简化的概念模型以及如何运用概念模型学习化学反应原理。对该段内容的处理可分三步进行：（1）建立简化的有效碰撞模型的
9、设想：为了突出化学反应最重要的内涵，忽略其他因素的干扰作用，选择气相反应体系作为研究有效碰撞的基础模型。其优点是：气体分子运动空间远大于自身体积所占有的空间，环境影响因素相对较少。该概念模型最重要的内涵也更加突出，更容易掌握。如在水溶液中的反应，水是较大量的，研究水溶液中的化学反应就不能忽略水分子的作用。（2）模型的基本构架模型的建构：在一洁净的容器中，使氢气与氧气按体积比21的比例混合，气体分子因自由运动而不断发生碰撞（互相接触）这是发生化学反应的必要条件。假设与事实：研究结果表明，从分子的热运动来看，分子发生碰撞的机会很多。如在常温常压下每个氢分子、氧分子自身或它们之间的碰撞几率为2.35
10、51010次/秒。假如每次碰撞都能发生化学反应，则化学变化瞬间即可完成，但事实并非如此。立论：并不是每次分子间的碰撞都会引发化学反应，只有其中部分的气体分子碰撞是有效的，即有效碰撞这是发生化学反应的充分条件。（3）活化分子和活化能对该模型的进一步认识可结合教科书上的图示（图1）。具有足够能量（活化能）的分子活化分子的碰撞是有效碰撞的必要条件，但不充分。只有当活化分子采取适合的取向进行碰撞时才能反应。活化分子具有较高能量，能够发生有效碰撞的分子。活化能活化分子高出反应物分子平均能量部分教科书以活化能为0的反应从另一个侧面说明有效碰撞模型的合理性。进一步说明了活化能的大小与化学反应速率的关系。结论
11、：某一化学反应的速率大小与单位时间内有效碰撞次数有关；而有效碰撞次数的多少与单位体积内反应物中活化分子的多少有关；活化分子的多少又与该反应的活化能的大小有关。活化能的大小是由反应物分子的性质决定的，而反应物分子的性质又与分子的内部结构密切相关，可以说，反应物分子的内部结构是决定化学反应速率的内因。那么，对于一个特定反应，人类如何使用和控制，还需要研究外部条件对它的影响。这将在后面的学习中继续讨论。最后教科书特别指出：化学反应的活化能可以用实验方法测定，当实验条件不同时，会得出不同的结果，催化剂的应用就是实例之一。人们尚未掌握化学反应活化能的有效的理论推算方法，这种留有缺憾的教学观点值得关注，既
12、有利于学生客观地认识科学规律，也有利于培养学生的科学精神。关于催化剂，在化学2中已有介绍，这里着重说明催化剂的作用、意义，在第二章中进一步从由于催化剂的参与改变了活化能，从而改变了反应速率来认识催化剂的作用。3. 模型研究的意义应该说学生根据自身的生活经验，对于简化后的有效碰撞模型接受起来并不难，由于缺乏相关的知识，要达到真正领会该模型的要点是不现实的。这也是教科书采取最简化处理方法的原因。为了便于学生理解模型研究的方法和意义，教师还可以利用学生已有的可燃物燃烧条件的知识，建立下列模型：可燃物必须有氧气参与并达到着火点才能燃烧，产生新物质的同时有能量的释放；不同的可燃物，其着火点不同；同样道理
13、，反应物分子获得足够的能量（活化能）并具有合理的取向才能发生有效碰撞，产生新物质并伴随有能量的变化。总结时教师强调：同其他科学研究一样，当我们研究某个问题的时候，需要提取本质的内容而控制其他干扰因素来进行。概念模型是一种比较抽象的模型，需要有意识地忽略事物的某些特征，抽象出关键的因素，使各因素之间的关系更清晰，更利于研究对象的把握，以减少可能引起的偏差。概念模型法是科学认识史上重要的方法之一，学生们通过本课的学习应获得一定的认识。二、活动建议建议课前以小组为单位活动，对下列内容进行查阅和讨论。活动设计1：认识化学反应原理可供讨论的问题和教学设计意图如下：活动设计2：简化后的有效碰撞模型、活化分
14、子和活化能要求学生简要回答下列问题：活动设计3：化学反应原理的重要领域关于催化剂的研究要求学生填写下表：1. 化学反应的活化能实验证明，只有发生碰撞的分子的能量等于或超过一定的能量Ec(可称为临界能)时，才可能发生有效碰撞。具有能量大于或等于Ec的分子称为活化分子。在一定温度下，将具有一定能量的分子百分数对分子能量作图，如图1所示。从图中可以看出，理论上来说，反应物分子的能量可以从0到，但是具有很低能量和很高能量的分子都很少，具有平均能量E的分子相当多。这种具有不同能量的分子百分数和能量的对应关系图，叫做一定温度下分子能量分布曲线图。图1 等温下的分子能量分布曲线 图1中，E表示分子的平均能量
15、，Ec是活化分子具有的最低能量，能量等于或高于Ec的分子可能产生有效碰撞。活化分子具有的最低能量Ec与分子的平均能量E之差叫活化能。不同的反应具有不同的活化能。反应的活化能越低，则在指定温度下活化分子数越多，反应就越快。图2 不同温度下分子能量分布曲线不同温度下分子能量分布是不同的。图2是不同温度下分子的能量分布示意图。当温度升高时，气体分子的运动速度增大，不仅使气体分子在单位时间内碰撞的次数增加，更重要的是由于气体分子能量增加，使活化分子百分数增大。图2中曲线t1表示在t1 温度下的分子能量分布，曲线t2表示在t2温度下的分子能量分布(t2t1)。温度为t1时活化分子的多少可由面积A1反映出
16、来；温度为t2时，活化分子的多少可由面积A1+A2反映出来。从图中可以看到，升高温度，可以使活化分子百分数增大，从而使反应速率增大。一个化学反应体系的活化能Ea，通常是通过温度对反应速率常数的影响来测定的，其关系式为阿累尼乌斯方程，即：2. 为什么活化分子的碰撞不一定都发生有效碰撞反应物分子之间发生有效碰撞，必须同时满足两个条件，一是反应物分子的能量必须达到某一临界数值，二是反应物分子必须按一定的方向互相碰撞。前者是能量因素，后者是空间因素。现以反应NO2+CONO+CO2为例来说明。当NO2和CO分子彼此靠近时，它们分子中的价电子云就互相影响，结果，分子的键长和分子的形状都发生变化。NO2与
17、CO分子在发生有效碰撞时，必须同时满足空间因素和能量因素两个条件。(1)空间因素：NO2与CO分子只有在一定方向上碰撞，即N-O键和C-O键要在一条直线上发生碰撞，才能发生反应，如图3所示。图3 NO2和CO的反应过程很显然，当N-O与C-O在一条直线时，两个分子之间电子云相互影响最大，才有利于形成中间产物活化络合物。(2) 能量因素：NO2与CO分子发生有效碰撞，必须克服它们价电子云之间的排斥作用。只有那些能量大的分子，当其平均能量具有或超过活化分子所具有的能量时，才能克服这种电子云间的排斥作用，形成一个处于活化状态的中间产物活化络合物。此时原有的N-O键部分断裂，新的CO键部分地形成。这种
18、活化络合物既可以分解而成反应物NO2和CO，又可以形成生成物NO和CO2。图4反映了上述反应过程中能量的变化情况。图4 NO2和CO反应过程中能量的变化图4中，A点表示NO2+CO系统的平均能量，在此条件下，NO2与CO分子发生碰撞时并不发生反应。只有当NO2和CO分子的平均能量达到B处(或高于B处)时，碰撞才能形成活化络合物ONOCO，而后发生反应。C是反应产物NO+CO2系统的平均能量。从图4还可以看到，E1是正反应的活化能，E2是逆反应的活化能。E2和E1之差是化学反应的热效应。正反应是放热反应，逆反应是吸热反应。从以上分析可知，活化分子虽然具有反应所必需的能量，但如果两活化分子不在特定
19、的相对位置发生碰撞，仍不能发生反应。一、教学目标1. 了解化学反应中能量转化的原因和常见的能量转化形式。2. 认识化学反应过程中同时存在着物质和能量的变化，而且能量的释放或吸收是以发生变化的物质为基础的，能量的多少取决于反应物和生成物的质量。3. 了解反应热和焓变的涵义。4. 认识热化学方程式的意义并能正确书写热化学方程式。5. 理解盖斯定律的意义，能用盖斯定律和热化学方程式进行有关反应热的简单计算。6. 理解燃烧热的概念，认识能源是人类生存和发展的重要基础，了解化学在解决能源危机中的重要作用。知道节约能源、提高能量利用效率的实际意义。二、内容分析1. 地位和功能本章包括“化学反应与能量的变化
20、”“燃烧热能源”和“化学反应热的计算”三节，属于热化学基础知识。热化学是研究化学反应热现象的科学，曾为建立热力学第一定律（能量守恒和转换定律）提供了实验依据，反过来，它又是热力学第一定律在化学反应中的具体应用。它主要解决各种热效应的测量和计算问题。在必修化学2中，学生初步学习了化学能与热能的知识，对于化学键与化学反应中能量变化的关系、化学能与热能的相互转化有了一定的认识，本章是在此基础上的扩展与提高。能源是人类生存和发展的重要物质基础，本章通过化学能与热能转化规律的研究帮助学生认识热化学原理在生产、生活和科学研究中的应用，了解化学在解决能源危机中的重要作用，知道节约能源、提高能量利用率的实际意
21、义。2. 内容结构（1）反应热和焓变概念是本章学习的起点，必须让学生对它们有一个初步的认识，为以后的学习打下基础。由于课程标准对它们的要求不高，因此教科书做了简化处理。（2）热化学方程式是反应热计算的基础，要求学生较好地掌握。为了提高学生学习的积极性，教科书采用启发式的编写方法，让学生自己分析探讨热化学方程式的书写规则，得出结论后再与章末的“归纳与整理”对照更正，作为自己学习与归纳能力的一次测试。（3）化学反应热有多种，其中燃烧热与燃料的品质有关，因而也就与能源有关，所以教科书将燃烧热与能源放在一节来讨论。这一节提供的燃烧热数据，是计算反应热的重要依据。教科书中编写的关于能源的“资料”和“科学
22、视野”，对于学生了解我国能源发展状况以及如何节约能源和开发新能源均会有一定的帮助。（4）化学反应热的计算是本章的重点，因为热化学研究的主要内容之一就是反应热效应的计算。反应热的计算对于燃料燃烧和反应条件的控制、热工和化工设备的设计都具有重要意义。在第三节中，盖斯定律是个难点，为了便于学生理解，教科书以测山高为例，并用能量守恒定律来论证。学生在掌握了热化学方程式和盖斯定律的基础上，利用燃烧热的数据，就可以进行简单的热化学计算。本章的内容结构如下图所示：3. 内容特点通过初中和高中必修化学课程的学习，对于化学反应中的能量变化，学生并不陌生，但系统地研究反应热问题，这还是第一次。像焓变、燃烧热、热化
23、学方程式、盖斯定律等热化学理论概念，学生学习起来会觉得抽象、艰深。为了适应学生的认知水平，能让学生初步理解这些理论概念，编者在不影响科学性的前提下，行文注意把握分寸，力求简明、通俗，回避对热化学理论深入的讨论和严格的数学推导。三、课时分配建议第一节 化学反应与能量的变化 2课时第二节 燃烧热能源 1课时第三节 化学反应热的计算 2课时复习机动 1课时小计 6课时一、教学设计通过化学2的学习，学生已经知道物质发生化学反应产生新物质的同时，伴随着能量变化；知道反应物中化学键的断裂和生成物中化学键的形成是化学反应中能量变化的主要原因，并通过探究实验体验了化学能与热能相互之间的转化；同时还定性了解了吸
24、热反应和放热反应，了解了这些能量变化通常表现为热量变化，而目前人类所需能量的绝大部分是由化学反应产生的；了解了能源与人类社会发展的密切关系，并对研究化学反应及其能量变化的意义有了一定的认识。在此基础上，本章将继续引导学生加深对化学反应中物质变化和能量变化的认识，并通过定量地探讨“质”“能”关系，来进一步理解化学反应的本质。教科书密切联系学生原有的知识，首先引出反应热的概念、符号和一般采用的单位等，并以1 mol H2和1 mol Cl2反应生成2 mol HCl为例，结合实验数据从微观的角度定量地讨论该反应中能量的变化，然后介绍热化学反应方程式。这部分内容的呈现方式注意运用简明的图示说明抽象的
25、内容，注重学生的学习过程和知识形成过程，在教学中应予充分利用。本节教学重点：化学反应中的能量变化，热化学方程式的书写。本节教学难点：焓变，H的“+”与“-”，热化学方程式的书写。教学建议如下：根据教学内容，本节可按两个环节来进行教学。（一）关于焓变和反应热在教学中应注意并明确以下几点：1. 教学方法上要充分调动学生利用已有的知识来学习新的内容，可采用讲授与讨论相结合的方法进行，注意启发和问题驱动。2. 教学过程中可围绕下列内容来落实：（1）反应热在特定条件下等于焓变，用H表示，单位为kJ/mol；（2）反应热产生的原因；（3）根据质量守恒定律和能量守恒定律，一特定反应的反应热数值应为生成物分子
26、化学键形成时所释放的总能量与反应物分子化学键断裂时所吸收的总能量之差；（4）由于反应后放出的热量使反应体系的能量降低（使环境的能量升高），故放热反应的H为“-”，H0。还需要说明的是：我们研究的对象是在恒定压强的条件下发生的反应，有的反应产生的能量变化可以直接测量，有的尚不能直接测量。3. 由于内容抽象不好理解，在教学手段上，要充分利用好教科书中的两个图示，另外也可以采用电化教学手段，利用多媒体软件进行形象化教学，以利于学生理解H的涵义及与放热反应、吸热反应的关系。本节教学的关键是反应热的推求，教学设计可按下列流程进行：对相关旧知识的简单回顾（相关基础）提出问题（创设问题情景）数据分析讨论交流
27、形成认识巩固理解说明：相关基础：化学反应产生新物质的同时伴随着能量的变化回忆吸热反应和放热反应，并举出实例。问题情景：化学键的断裂与形成和化学反应中能量的关系从化学反应本质来认识。化学反应过程中为什么会有能量变化（以1 mol H2和1 mol Cl2反应生成2 mol HCl的反应为例）？从微观的角度去分析，让学生带着问题去学习。数据分析：出示H-H、Cl-Cl、H-Cl的键能数据及实验测定的该反应热数据，通过在反应的过程中，原子进行重新组合，旧化学键的断裂和新化学键的形成，从理论上推算出该反应热的值，并与实验值（184.6 kJ/mol）进行比较，说明二者很接近。最后落实在其宏观表现上。利
28、用教科书中的图1-2巩固理解。需要指出的是：化学反应中能量变化的多少首先取决于化学键的强弱，对一个特定反应，其能量大小也与物质质量有密切的关系（其认识对于后面正确书写热化学反应方程式以及进行相关计算十分重要）。（二）关于热化学方程式教科书针对科学文献上热化学方程式的表示方法提出问题：它与我们熟知的化学方程式有什么不同？进而采用对比的方法启发学生的思维。通过实例教学，学生能够比较容易地理解化学方程式的局限性、介绍热化学方程式的必要性以及热化学方程式的定义。正确书写热化学方程式是教学的难点，一方面要指导学生对化学方程式和热化学方程式进行对比总结，找出它们的区别与联系，使学生理解为什么书写热化学方程
29、式时必须注明物质的聚集状态等，使学生在理解的基础上正确书写热化学方程式。另一方面，要加强练习，及时巩固，形成良好的书写习惯。建议本部分内容的学习采用自学的方法完成。具体办法如下：教师提出课题学生自学教材用对比的方法找出与化学方程式的异同点归纳整理交流（可列表汇报）。提出课题：如何在化学方程式中正确反映其热量变化？教师还可提出一些问题以强化正确规范的书写。如：1. 书写热化学方程式是否要注明反应的温度和压强？（温度压强不同时，其H也不同，如不注明，则一般是指101 kPa和25 ）2. 对于相同的物质的反应，当物质的聚集状态不同时，其H是否相同？3. 热化学方程式各物质前的化学计量数是否表示分子
30、个数？当化学计量数不同时，其H是否相同？4. 放热反应、吸热反应与H的“+”与“-”的表示是如何对应的？二、活动建议化学反应所释放的能量是能量的主要来源之一。实际上反应热不仅与我们的生活密切相关，研究反应热对化工生产也有重要意义。为使学生加深对学习反应热重要性的了解，体会知识在实际中的应用，建议学生查阅资料，进行交流，如出一期墙报等。【实践活动】1. 作为量热器的仪器装置，其保温隔热的效果一定要好。可以用保温杯来做，也可用块状聚苯乙烯泡沫塑料制成与小烧杯外径相近的绝热外套来做，以保证实验时的保温隔热效果。如果按教材中的方法做，一定要使小烧杯杯口与大烧杯杯口相平，这样可以减少热量损失。2. 盐酸和NaOH溶液浓度的配制须准确，且NaOH溶液的浓度须稍大于盐酸的浓度。为使测得的中和热更准确，所用盐酸和NaOH溶液的浓度宜小不宜大，如果浓度偏大，则溶液中阴、阳离子间的相互牵制作用就大，表观电离度就会减小，这样酸碱中和时产生的热量势必要用去一部分来补偿未电离分子的离解热，造成较大误差（偏低）。3. 宜用有0.1分刻度的温度计，且测量时应尽可能读准，并估读到小数点后第二位。温度计的水银球部分要完全浸没在溶液中，而且要稳定一段时间后再读数，以提高所测温度的精度。4. 实验操作时动作要快，以尽量
