text: 高中化学反应与能量的研究
  高中化学“化学反应与能量”教学研究
  支 梅( 北京教育学院丰台分院、特级教师 )
  人类的生存和发展离不开物质和能量，而化学学科的研究对象是物质和变化，在选修4的主题1中体现的恰恰是化学反应与能量的关系，体现出化学学科在人类生存和发展中的重要地位和价值，是学科价值观的集中体现。
  一、该主题学科知识的深层次理解
  序:高中化学课程标准对化学4主题1的具体内容要求如下:
  1.1该主题知识结构:
  1.3 该主题知识的拓展学习:
  有关化学反应与能量的基本概念:化学的核心理论是元素论，因此化学体系状态发生变化时，必然遵守质量守恒定律。
  化学体系状态发生变化时，必然伴随着能量变化，用焓变( ΔH )来表示。
  向环境释放能量，意味着体系总能量的减少，所以用 -ΔH 表示。
  化学方程式加上过程的热效应，就成为能够同时表述化学体系状态变化时的物质变化和能量变化的热化学方程式，并且严格地遵守化学计量关系。
  热化学方程式的应用以质量守恒和能量守恒定律为依据。
  因为化学体系的焓变仅由体系的始态和终态决定，与过程无关。
  所以热化学计算或测定的结果，不能作为判断过程的有效依据。
  因为体系变化过程中，元素的种类和数量不变，相应的能量变化值也不变。
  所以热化学方程和化学方程一样，可以和代数方程一样，进行加和或相减，而不会改变最后的结果。
  利用热化学方程的这个性质，不仅可以求得已知变化的焓变，还有可能求得某些难以直接测定的变化的焓变。
  前提是对涉及的每种物质的热化学都有确定的了解。
  不能确切地求得未知化学物质的热化学性质。
  它们的特点是:状态一定值一定，周而复始变化零。
  通过热化学计算可以对化学能源或节能措施进行评价，如由燃烧产物对燃烧工艺的评价;探究以现有化学能源为原料转化为新能源时净得的能量(如煤转化为油);还可以求得废弃物焚烧后，能够回收的能量(如废弃金属用于冶炼;垃圾焚烧用于发电等等)。
  盖斯定律先于热力学第一定律，可以看成热力学第一定律的特例。
  对于初学者可能因为直接与热化学相关，比较容易接受。
  有利于理解上面讲到的核心概念。
  能量的转化并不限定转化为热，但是只有转化为热时效率可以达到 100%, 反之则不然，其效率与装置和介质有关，不一定为确定值，所以都折算为热能。
  焓(H)是一个科学家构建的状态函数，含义是化学物质体系所包含的全部内能(包括核能)。
  但是至今无法测定它的绝对值，只能通过体系状态变化时的热效应求得与该变化过程相应的焓变。
  因为基于化学物质体系，所以用 -ΔH 表示放热过程。
  化学键的键能和成键原子间的关系，也可以用热化学方程来表示。
  化学体系状态改变时，元素种类和数目不变，总质量不变。
  所以可以把伴随的能量变化和参与物质的组成原子(或离子)间化学键的生成和断裂相关联。
  也就是通过键能数据可以推算变化前后体系的焓变。
  这里体现了宏观现象、物质组成和微观结构之间的关系。
  因为键能只涉及成键的两个原子，所以数值会受到分子中其他组分的影响。
  原电池和电解:原电池是实现化学能有效地转化为电能的装置，化学反应体系才是必要条件。
  封闭的电学回路是实现这个转化的充分条件。
  原电池的电势由氧化还原反应决定，但是可以通过改变某些条件实现微调，反之，在电池工作过程中，电池的电势也会变化。
  其原理和化学平衡原理相同，可视为化学平衡原理的应用实例之一。
  若固定一个电极作为参比，通过电势的测定，可以定量地对氧化剂(或还原剂)的强弱作出比较，有趣的是，(离子)浓度可以影响氧化剂(或还原剂)的强弱，这是硝酸硫酸之外的另一例证。
  浓差电池:同种金属电极(如 Cu), 分别放在浓度不同的同种(如 CuSO4 )溶液中时，形成浓差电池。
  两极间有电势差，外电路中有电流。
  浓差电池的电势是决定电池反应方向的推动力，它来自浓度不同的同种物种间的
  提供的能量为 T
  不同浓度的同种溶液混合后的自发扩散过程，与浓差电池短路的情况相当。
  浓差电池也出现在金属腐蚀过程中。
  原电池放电过程中，电极的极化也与此有关。
  电解是一种利用外界能量促使化学体系发生氧化还原变化的极其有效的手段。
  必要条件是外加电势必须超过由产物构成的氧化还原电对所具有的电势，以抑制产物间可能发生的自发反应。
  封闭的电学回路仍然是实现该过程的充分条件。
  由于体系接受了外界能量，原来的反应方向和热力学判据可能因此而变得不再适用。
  由于电解池中的反应是在外力强制下发生的，推动力与所施加的电压成比例。
  因此电解方法对于推进氧化还原反应而言，已经不存在任何禁区，广泛用于制备或生产活泼金属与非金属单质和其他方面。
  在电解过程中，电极组成中的金属或电解液中的离子，可以按照其氧化或还原能力实现有序地溶解或析出。
  这种现象可用于分离、提纯、富集、制备、电池充电和分析等技术中。
  防止地下管道的金属腐蚀的阴极保护法原理，也可以通过电解原理来分析;牺牲阳极法可以通过原电池原理来理解。
  工业电池的设计与制造，原理基于化学电池理论，但属于技术问题。
  并非基础化学所应讨论的问题。
  有兴趣者可阅读专业书刊。
  二、该主题的教学策略
  1.该主题教学目标
  了解化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因---知道一个化学反应是吸收能量还是放出能量，决定于反应物化学键断裂吸收的总能量和生成物形成放出的总能量的相对高低。
  了解反应热和焓变的涵义，能说出常见的能量转化形式。
  认识热化学方程式的意义，了解盖斯定律的涵义，能用盖斯定律进行有关反应热的简单计算。
  进一步了解原电池和电解池的工作原理，知道它们在生产、生活和国防中的实际应用。
  通过对化学反应实质的回顾，逐步探究引起反应热效应的内在原因。
  通过对热化学方程式与化学方程式的讨论、分析、对比，培养分析能力和主动探究能力。
  通过对定量实验 : 中和反应反应热测定的基本训练，培养动手、动脑能力，培养严谨科学的学习态度。
  通过原电池、电解池实验的观察、比较、分析、综合、抽象、概括等思维过程，体会化学原理的形成过程。
  通过对能源问题联系实际的学习讨论，不仅可强化课外阅读的意识和自学能力，也可培养对国家能源政策制订的参与意识、经济效益观念以及综合分析问题的能力。
  2.该主题教学重点及案例分析
  总的教学重点:从微观角度定性和定量的认识能量转化的过程。
  能够运用化学语言描述 化学反应与能量变化的微观过程，建立基本模型。
  ( 1 )理解盖斯定律的涵义;以质量守恒定律和能量守恒定律为基础，对盖斯定律的学习从直觉认识上升为理性认识;理解物质变化与能量变化的紧密联系。
  ( 2 )认识由单液电池转变为双液电池的重要意义，了解盐桥和离子导体的作用，深入理解原电池原理。
  深化对氧化还原反应的认识，并对氧化还原反应本质的拓展和应用。
  ( 3 )了解电解池形成的基本条件及电解的一般规律，能正确书写电极反应式和电解化学方程式。
  在微观分析和实验探究中体验电解问题的分析方法。
  加深对氧化还原观、微粒观的认识。
  案例分析及教学策略:
  重点1:化学反应热的计算教学内容的处理(见链接)
  重点2:双液电池教学内容的处理(见链接)
  重点3:电解原理教学内容的处理(见链接)
  3.该主题教学难点及案例分析
  总的教学难点: 能够综合应用化学反应与能量变化的关系分析和解决实际问题。
  ( 1 )了解金属腐蚀的种类，能解释金属发生电化学腐蚀的原因，认识金属腐蚀的危害，知道防止金属腐蚀的方法。
  ( 2 )通过实验探究活动，培养学生观察、分析、动手实践能力和根据所学知识解决实际问题的能力， 体会设计控制单一变量进行对比实验。
  ( 3 )通过了解金属发生腐蚀的原因及现代防腐措施，感受化学对人类生产和生活的影响;通过实践探究活动，学会与人合作与交流，共同研究、探讨科学问题。
  案例分析及解决策略:
  重点:金属的腐蚀与防护教学内容的处理(见链接)
  4.该主题教学策略小结
  (1) 充分利用实验、数据、图式等例证信息，从具体到抽象、从感性到理性、从宏观到微观、从定性到定量，帮助学生建立概念、突破学习难点。
  (2) 运用好化学实验为概念和原理的学习提供证据和方法，在实验中尽量分组实验，在实验前组织学生进行充分的讨论，理解实验设计的原理和细节，理解实验装置的构成原理、在分析的基础上，组织学生实验，记录、处理数据，进行误差分析。
  ( 3 )在教学中需要关注对化学变化过程的多重表达能力的培养，培养学生用化学语言表达的能力和习惯。
  三、学生常见错误与问题的分析与解决策略
  学生常见问题 1 :理解了盖斯定律但是不能很好的解决问题
  解决策略:加强程序性方法的指导
  定律形成后重在应用，而在应用环节中教师的关键作用是指导学生形成程序性方法，教师指导学生在解决实际问题的过程中形成具体的计算方法。
  学生常见问题 2 :学习了双液电池原理但是不知道与实际电池之间的关系
  解决策略:增加对比实验，从理论模型引申到实际电池增加一组对比实验:
  通过长短盐桥电池电能的对比实验，让学生感受到，电阻大小对电池引用的影响，然后介绍实际电池中广泛应用的膜技术，从理论模型到实际应用。
  学生常见问题 3 :对电解问题的分析停留在“照猫画虎”的层次，只能简单套用结论，没有形成分析问题的思维方法和流程
  解决策略:指导学生形成分析离子-判断迁移方向-离子在两极竞争放电的思维程序，运用“电环流”方法判断离子移动方向，准确抓住分析的起点。
  4.该主题学生学习目标的检测。
  (1)学习目标:(参照考试说明)
  建议的评价标准
  1. 了解化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因
  2. 能说出常见的能量转化形式
  3. 能举例说明化学能与热能的相互转化
  4. 了解反应热(燃烧热、中和热)和焓变的涵义
  5. 认识热化学方程式的意义，能正确书写热化学方程式并能进行简单计算
  6. 通过查阅资料说明能源是人类生存和发展的重要基础
  7. 了解化学在解决能源危机中的重要作用
  8. 知道节约能源、提高能量利用效率的实际意义
  9. 了解盖斯定律的涵义，能用盖斯定律进行有关反应热的简单计算
  4. 知道电解在氯碱工业、精炼铜、电镀、电冶金等方面的应用。
  5. 了解金属腐蚀带来的危害，认识防止金属腐蚀的重要意义。
  6. 了解化学腐蚀和电化学腐蚀的涵义，理解电化学腐蚀发生的条件，能解释金属发生电化学腐蚀的原因。
  7. 认识钢铁吸氧腐蚀和析氢腐蚀发生的条件及原理，会书写电极反应式和总反应式。
  8. 通过实验探究防止金属腐蚀的措施，了解常见的金属防护的方法及其原理。
  ( 2 )评价方式建议
  依据新课程的要求建议教师在纸笔测验的基础上，增加多样化评价。
  例如在燃烧热与能源一节内容中，让学生以研究性学习小组的形式开展调查研究，了解世界、我国的能源现状，了解国情，提出节约能源和开发新能源的意见和建议。
  在原电池内容中，让学生亲自动手利用生活中的材料制作电池(例如水果电池、蔬菜电池等)、撰写小论文论述电池的现状和发展前景等。
  ( 3 )教师测评本主题时容易出现的偏差和不足
  问题 1 :深广度把握不准确
  解决方案:教师需要认真研究本主题相关内容的课程标准和考试大纲(说明)的要求，准确把握教学内容的深广度。
  尤其是相对原有教材新增的教学内容，例如盖斯定律、双液电池等，盖斯定律的实际计算要求没有超过书上的例题，而双液电池的要求也没有超出教材上的要求。
  问题 2 :重概念的理解而轻程序性方法的指导
  解决方案:本主题教学内容的特点是概念原理较抽象，对学生的学习来讲带来一定的困难。
  所以教师往往在教学中非常重视概念理论的形成和理解，但是仅仅理解了是不够的，学生拿到具体的问题，需要有一套思维程序，知道从哪里切入，思维如何展开，就需要教师加强程序性方法的指导。
  问题 3 :问题的呈现方式较单一，试题的能力立意不够
  解决方案:新课程强调基于学生科学素养的学科能力培养目标，即接受、吸收、整合化学信息的能力、分析问题解决问题的能力、化学实验和探究能力。
  因此要培养这样的能力，必须从日常做起，丰富问题的呈现方式，以数据图表的形式呈现信息，以实际情景的问题激发学生分析问题和解决问题的欲望，增加试题的开放性和探究性，鼓励学生积极主动思考。