时间:2023-07-25 16:44:51
引言:易发表网凭借丰富的文秘实践,为您精心挑选了九篇化学中的能量变化范例。如需获取更多原创内容,可随时联系我们的客服老师。
一、热化学方程式的书写
书写热化学方程式除了要遵循书写化学方程式的要求外,还应注意几个方面。
(1)反应热与反应物和生成物所呈现的聚集状态有关,在热化学方程式中必须标明各物质的状态(g、l、s、aq);
(2)反应热与反应温度和压强有关,中学所用ΔH一般是指101KPa和25℃因此不特别指明。但需注明ΔH的“+”与“-”,放在方程式的右边,“+”表示吸热,“-”表示放热。
(3)ΔH的单位kJ?mol-1是指热化学方程式中化学计量数在计量反应热时是以“mol”为单位的,并不一定是指1mol物质。所以热化学方程式中各物质化学式前的计量数可用整数或分数表示,且ΔH与化学计量数成比例。同一反应,化学计量数不同,ΔH也不同。
(4)当反应向逆向进行时,其反应热与正反应的反应热数值相等,符号相反。
(5)书写燃烧热的热化学方程式,应以燃烧1mol物质为标准来配平其他物质的化学计量数。
例(2004年全国理综Ⅱ):已知
(1)H(g)+1/2O(g)=HO(g) ΔH=akJ?mol
(2)2H(g)+O(g)=2HO(g) ΔH=bkJ?mol
(3)H(g)+1/2O(g)=HO(l) ΔH=ckJ?mol
(4)2H(g)+O(g)=2HO(l) ΔH=dkJ?mol
下列关系式中正确的是( )
A.a<c<0 B.b>d>0 C.2a=b<0 D.2c=d>0
解析由热化学方程式中的ΔH与化学方程式中各物质前面的化学计量数有关,以及物质燃烧时都放热得:ΔH=2ΔH<0,ΔH=2ΔH<0;又气态水变为液态水这一过程要放热,则c<a<0,d<b<0。综上所述答案为:C。
二、化学反应中能量与化学键的关系
反应中的热效应等于反应物的键能之和减去生成物的键能之和。当结果小于零时为放热反应。当结果大于零时为吸热反应。
例:化学键的键能是原子间形成化学键(或其逆过程)时释放(或吸收)的能量。以下是部分共价键键能数据H-S 364KJ/mol,S—S 266KJ/mol,S==O 522KJ/mol,H—O 464KJ/mol。
(1)试根据这些数据计算下面这个反应的反应热:2HS(g)+SO(g)=3S(g)+2HO(g)反应产物中的S实为S,实际分子是一个8元环状分子(如图),则反应热为?解析:因为S分子中有8个S原子,由图可知共有8个共价键。每个S就有1个S—S共价键。则该反应的反应热为:
4×364KJ/mol+2×522KJ/mol-3×266KJ/mol-4×464KJ/mol=-154KJ/mol.
三、可逆反应的反应热
例已知一定温度和压强下,N(g)和H(g)反应生成2mol NH(g),放出92.4KJ热量。在同温同压下向密闭容器中通入1molN和3molH,达平衡时放出热量为QKJ;向另一体积相同的容器中通入0.5molN和1.5moLH,相同温度下达到平衡时放出热量为QKJ。则下列叙述正确的是( )
A.2Q>Q=92.4KJ B.2Q=Q=92.4KJ
C.2Q<Q<92.4KJ D.2Q=Q<92.4KJ
解析:92.4KJ为1molN(g)与3molH(g)恰好完全反应生成2molNH(g)时所放出的热量。而在实际反应中由于存在平衡状态,反应物不可能完全转化,因此Q<92.4KJ。当温度不变,相同的密闭容器中,起始反应物物质的量减半(相当于减压)时,由平衡移动原理可知,平衡向逆反应方向移动,有2Q<Q。故答案为C。
四、盖斯定律的应用
例(2012理综新课标高考):工业上利用天然气(主要成分CH)与CO进行高温重整制备CO,已知CH、H、CO的燃烧热(ΔH)分别为-890.4KJ/mol、-285.8KJ/mol、-283.0KJ/mol,则生成1m(标准状况)CO所需能量为 。
解析:①CH(g)+2O(g)=HO(l)+CO(g) ΔH=-890.4kJ?mol
②H(g)+1/2O(g)=HO(l) ΔH=-285.8kJ?mol
③CO(g)+1/2O(g)=CO(g) ΔH=-283.0kJ?mol
①-2×②-2×③得:
【关键词】 缺血性心脏病; 内皮祖细胞; 数 量; 功 能
慢性心力衰竭为多发病,发病率还在上升。缺血性心脏病(ischemic heart disease,IHD)是慢性心力衰竭的主要原因,早期重运重建显著降低早期死亡率,但不能修复坏死的心肌。内皮祖细胞(endothelial progenitor cells, EPCs)移植治疗IHD, 不仅可以再生血管,而且可以再生心肌, 使人们看到了治疗IHD的新希望[1]。我们观察了IHD患者外周血中EPCs数量及功能的变化。
1 资料与方法
1.1 临床资料:IHD组23例,男13例、女10例,年龄(66.5±7.4)岁,均有胸痛,冠脉造影证实至少一支冠脉狭窄>5O% ,其中单支病变7例,2支病变7例,3支病变9例。另选23例作为对照组,男12例、女11例,年龄(66.1±8.4)岁,入选者均有胸痛病史,冠脉造影未见狭窄性病变。两组性别、年龄、吸烟、血脂、糖尿病等临床资料无统计学差异。
1.2 EPCs的分离、培养和鉴定:采用密度梯度离心法从患者外周静脉血中分离单个核细胞并在包被有HFN 的24孔培养板中培养。EBM-2培养基培养4d,换培养液继续培养至d7,分析贴壁细胞。贴壁细胞用DiLDL(2.4 ug/ml)在37℃温育1 h。然后用2%多聚甲醛固定10min。再用FITC-UEA-I(10ug/ml)温育1 h。双染色阳性者为正在分化的EPCs,2~3个观察者每孔随机选取3个200倍视野计数EPCs。流式细胞仪分析:取100 ul外周血用PE标记的CD34抗体避光温育15 min,同型抗体做阴性对照,分析100 000个细胞。
1.3 粘附能力检测:用0.1%胰蛋白酶消化、收集EPCs,悬浮于500ul EBM-2培养基中计数。然后将同等数目的EPCs接种在包被有人HFN的24孔培养板,37℃下培养30 min,计数贴壁细胞。
1.4 EPCs迁移能力检测:用0.1% 胰蛋白酶消化、收集EPCs,悬浮在500ul EBM-2培养基,计数。将500ul EBM-2培养液加入改良的Boyden小室的下室,2×104 EPCs悬浮在50ul EBM-2培养基注入上室。37℃ 培养24 h,刮去滤膜上面未移动的细胞,用甲醇固定,Giemsa染色,随机选择3个显微镜视野,计数迁移到底层的细胞。
1.5 体外血管生成能力检测:在200倍倒置显微镜下观察小血管生成情况,随机选择10个视野计数。细胞拉长变形,长度为宽度的4倍以上即可被认为形成小血管。
1.6 统计学方法:数据以均数±标准差表示,组间比较采用配对t检验,P<0.05被认为有统计学差异。
2 结果
2.1 两组EPCs数量比较:以流式细胞仪计数CD34+细胞所占比例作为外周血中EPCs数量,IHD组比对照组显著降低(0.033±0.006 vs 0.039±0.007 )% ,P<0.05。倒置荧光显微镜下计数双染色阳性者,即正在分化的EPCs数量,IHD组为(159±37)个/视野,对照组为(239±48)个/视野,两组比较有显著差异(P<0.05)。
2.2 两组EPCs功能比较:两组EPCs粘附、迁移、血管生成细胞比较,发现IHD组比对照组EPCs功能显著降低,见表1。
表1 两组EPCs粘附、迁移、血管生成细胞比较(略)
与对照组比较,P<0.05
3 讨论
最近研究发现存在于外周血中的内皮祖细胞可能参与出生后的血管新生和损伤血管的再内皮化过程,对内皮修复、维持血管稳定有利的生物学功能具有重要作用。一些研究发现在组织缺血、血管损伤、心血管危险因素、严重烧伤等病理性刺激及药物作用下循环EPCs数量可发生变化[2]。
本研究发现,IHD患者外周血中EPCs数量明显低于对照组,其粘附能力、迁移能力和体外生成血管能力也明显受损。 此外,我们观察到随着冠状动脉病变程度的加重,EPCs水平逐渐降低,提示IHD的发生及冠状动脉病变程度可能与循环EPCs数量减少有关。EPCs数量减少及功能损伤可能导致IHD患者冠状动脉自身修复能力降低与缺血心肌新生血管减少。本研究也发现,有高血压、糖尿病、吸烟、冠心病家族史、血脂异常等综合危险因素的患者循环EPCs水平较对照组降低,而吸烟与循环EPCs数量减少相关性最密切。冠心病危险分数与循环EPCs水平呈负相关,这与文献报道一致。冠心病危险因素使循环EPCs数量减少的原因目前尚不清楚,可能与其促进EPCs凋亡、干扰调节EPCs分化动员的信号通路有关。
内皮祖细胞移植治疗IHD, 不仅可以再生血管,而且可以再生心肌, 使人们看到了治疗IHD的新希望。通过不断探讨IHD患者内皮功能及内皮祖细胞数量与功能的改变,可以为冠心病的细胞及分子水平的治疗提供新途径[3,4]。
【参考文献】
[1] Assmus B., Honold J., Sch?chinger V.,et al. Transcoronary Transplantation of Progenitor Cells after Myocardial Infarction[J]. N Engl Med, 2006,355:1222-1232.
[2] 崔斌,黄岚,宋耀明,等.冠心病患者循环内皮祖细胞与相关危险因素及冠状动脉病变的关系[J].中华心血管病杂志,2005,33:785-788.
一、《化学反应原理》模块课程的意义
要提高《化学反应原理》模块课程教学的有效性,必须对课程涉及的学科功能和作用有清晰的认识,即《化学反应原理》模块课程是如何通过化学热力学和化学动力学这两大物理化学的分支学科,来阐释化学反应的基本原理,揭示化学反应中能量转化的基本规律,呈现化学反应原理在生产、生活和科学研究中的应用的。也就是说,通过《化学反应原理》模块课程的学习,要让学生对《化学反应原理》模块课程的功能和作用有何整体上的认识。
要研究一个化学反应,每个研究者都需要解决好以下几个基本的问题,即①化学反应最本质的特征――化学反应过程中能量是如何变化的?(化学反应与能量变化的关系)②在特定条件下,化学反应能否进行?朝什么方向进行?(自发性和方向性问题)③若化学反应能够进行,化学反应又能达到什么限度?(反应平衡问题)④若化学反应能够进行,化学反应有多快?(化学反应速率问题)⑤若化学反应能够进行,是如何进行的?(历程的问题)以上这些问题,前三者可以通过化学热力学加以解决,后两者则可以通过化学动力学研究来实现。化学热力学和化学动力学的任务和目的不同:化学热力学主要是解决化学反应的可能性问题,着眼于化学反应体系状态研究。而化学动力学则解决实现化学反应的现实性问题,着眼于化学反应过程研究。
因此,可以看出《化学反应原理》模块的教学,可以实现为学生提供研究方法上的指导,这是教学过程中应当注意把握的对《化学反应原理》模块意义的整体性认识。只有深刻认识《化学反应原理》模块所涉及学科知识的意义,才能真正把握《化学反应原理》模块课程的核心价值,理解教材各知识点的教学价值,更有效地落实教学目标。
二、《化学反应原理》模块中“化学反应与能量变化”问题讨论
在平时的教研活动和教师培训过程中,与中学化学教师交流发现,《化学反应原理》模块中“化学反应与能量变化”的问题困扰着很多中学化学教师。[2-4]比如,能量变化是化学反应的本质,决定着化学反应的一切性质;如何通过化学反应的能量变化确定化学反应的可能性和方向;化学反应与能量变化如何决定化学反应进程;化学反应与能量变化如何决定氧化还原反应进程等问题。这些问题事实上涉及到的是上文提到的研究化学反应过程中需要解决的五个基本问题的前三个问题(即化学热力学需要解决的问题)。
1. 能量变化是化学反应的本质,决定着化学反应的一切性质
能量变化是化学反应的本质,决定着化学反应的一切性质。化学反应研究需要首先弄清楚其能量的变化。教材[2]将“化学反应与能量变化”作为《化学反应原理》模块专题一的内容,其理论依据正在于此。“化学反应与能量变化”专题讨论的核心知识是盖斯定律,它为我们提供了如何确定一个未知化学反应的反应热(能量变化)的手段,从而为化学反应本质的研究打开了解决问题的门户。
(1)新教材为何要引入焓变ΔH的概念,焓变ΔH与反应热Q有何不同
为了引入盖斯定律这一核心知识,需要有其引入的前提条件。盖斯定律是建立在化学热力学研究基础之上的,必然要涉及到化学热力学最重要的性质――状态函数。没有状态函数焓变ΔH的引入,盖斯定律就无从谈起,这就是教材引入焓变的真正意义所在。
焓变ΔH与原教材用Q表示的反应热究竟有何不同?作为状态函数,焓变仅与状态有关,而反应热Q则与反应过程有关。正因为如此,从获取角度看,反应热Q只能通过实验逐个测量,但焓变ΔH,却可以在理论上为一切的化学反应研究对象通过计算加以获得,从而为该化学反应的进一步研究奠定了能量数据的基础。
(2)焓H是什么
按照能量守恒(热力学第一定律)原理:在化学反应过程的任何瞬时,内能的变化:dU=δQ-W=
δQ-ΔP外ΔV(体系放热-环境对体系做的功)。
若体系变化只做体积功(热膨胀、收缩)不做其他功时:定压条件下的体系,反应热
Qp =ΔU+P外ΔV=(U2+ P外V2)-(U1+ P外V1);
因此,体系吸收或放出的热量就体现为化学反应前后两种状态下的U+ P外V的差值。而U、P、V都是状态函数,因此U+ P外V也是一种状态函数,这就是焓H的定义H=U+ P外V。 当然,这仅是理论概念,可知而无法测量。
(3)只有恒压反应热Qp=ΔH,而恒容反应热Qc≠ΔH
反应热可以通过弹式量热计进行测量,但中学化学教师在教学中常常忽视了一点,即弹式量热计是在恒容条件下测量物质的燃烧反应热,得到的是Qc=ΔU,它并不等于焓变。要得到ΔH,需要进行以下换算:ΔH=ΔU+ P外V = Qc+ΔγRT。
例如:正庚烷的燃烧反应为C7H16(1)+11O2(g)=7CO2(g)+8H2O(1)
25℃时,在弹式量热计中1.2500 g正庚烷充分燃烧所放出的热量为60.089 kJ。试求该反应在标准压力、25℃下进行的化学反应热效应ΔH。
解:正庚烷的摩尔质量为M=100 g・mol-1,所以n=0.0125 mol,
在弹式量热计中进行定容反应,故ΔU=-60.089 kJ,
反应的ΔU= - 4807 kJ・mol-1,
由方程式可知,反应前后气体物质计数量之差为Δγ=7-11= - 4,
则根据ΔH = Qc+ΔγRT
=(-4807-4×8.314×10-3×298) kJ・mol-1
= -4817 kJ・mol-1。
知道了一个化学反应的反应热ΔH,就能为我们从理论上确定该化学反应是否能够自发进行,是否具有研究的价值。
2. 如何通过化学反应的能量变化确定反应的可能性和方向
确定化学反应研究对象的能量变化ΔH,对化学反应能否自发进行的判断具有重要意义,但并不是决定化学反应自发性的唯一判断依据,还需要考虑体系的另一个重要的状态函数即体系熵变ΔS。两者共同确立一个决定化学反应自发方向的状态函数吉布斯自由能变化ΔG,其关系式是:ΔG=ΔH-T・ΔS。吉布斯自由能变化ΔG可以从理论上给我们指明化学反应自发进行的可能性和方向。当吉布斯自由能变化ΔG
3. 化学反应与能量变化如何决定化学反应进程
当我们获得了化学反应的吉布斯自由能变化ΔG,就使我们掌握了该化学反应的自发推动力。这种推动力决定着化学反应进行的程度,即与化学反应的平衡常数之间会建立一定的关系,该关系式为:ΔG=-RTlnK。
这一关系揭示了一个化学反应中反应物与生成物变化关系的趋势,即可能性(化学热力学研究的问题仅涉及状态不涉及过程)。由上述关系可以看出,ΔG值越大,意味着化学反应的平衡常数越小,对于产物的生成来说,反应物是化学热力学稳定的,因为达到平衡时,仅有非常少量的产物生成。相反,ΔG越小,意味着化学反应的平衡常数就越大,必须消耗相当量的反应物去生成产物才能达到平衡,所以反应物是不稳定的。若ΔG=0,K=1,意味着体系处于一种特定的状态,反应的推动力为0,反应物和产物的量都不再随时间而改变。
4. 化学反应与能量变化如何决定氧化还原反应进程
按照原电池原理,任何一个氧化还原反应在理论上都能设计成一个原电池。氧化还原反应的自发反应进行的程度,正是原电池反应进行的推动力。而一个反应自发进行的推动力ΔG,与原电池的电动势之间的关系是:ΔG=-nFE。
原电池反应的推动力是两个电极半反应的电极电势不同所产生的电势差,若不存在电势差,反应的推动力就没有了。从化学热力学状态来看,此时状态下两个电极半反应的吉布斯自由能变化为0,反应就处于平衡状态。
由此可见,《化学反应原理》模块中的热力学知识,从化学反应能量变化的角度入手,从化学热力学函数焓变的引入开始,引导我们从状态变化的特征,得到了利用盖斯定律能够进行任何理论意义上的化学反应的放热或吸热计算,从而搞清了化学反应与能量变化之间的关系,为判断化学反应能否自发进行提供了重要的参考数据。在此基础上,通过吉布斯自由能的计算,形成了判断反应自发进行的判据,即解决了研究一个化学反应,首先要考虑的问题:该化学反应能否发生,是否具有研究的意义和可能。同时,吉布斯自由能变化,也为我们提供了一个化学反应如果可能发生,其反应进程大小的可能性问题。因为吉布斯自由能是化学反应可能进行的程度的推动力,与化学反应的平衡常数和电化学反应的电动势之间存在着必然的联系。
三、结语
通过以上的分析和讨论,我们认为中学化学教师在《化学反应原理》模块教学中存在很多学科性知识的误解,可以进一步加强化学热力学和化学动力学知识的学习,把握住研究化学反应过程中需要解决的五个基本问题,认真区分化学热力学和化学动力学的应用范围,以提升对《化学反应原理》模块的驾驭能力。
参考文献:
[1] 中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准(实验)[S]. 北京:人民教育出版社,2003.
[2] 宋心琦.普通高中课程标准实验教科书・化学反应原理[M]. 北京:人民教育出版社,2009.
能源与人类的生存和发展息息相关。本章通过对化学反应中能量变化的探讨,使学生感悟到过去化学反应在人类利用能源中所充当的角色,在未来人类解决能源危机、提高能源利用率和开发新能源等方面中的关键作用,以激发学生学习化学的兴趣,教育学生关心能源、环境等与现代社会有关的化学问题。
本节课的教学是围绕化学能与热能的关系而展开的。教学分为三个部分:
在第一部分中教材先从化学键知识入手,说明化学键与能量之间的密切联系,揭示了化学反应中能量变化的主要原因。然后分析了化学反应过程中反应物和生成物的能量储存与化学反应吸收还是放出能量的关系,为后面强调“与质量守恒一样,能量也是守恒的”的观点奠定了基础。
在第二部分中教材通过三个实验,说明化学反应中能量变化主要表现为热量的形式,提出吸热反应和放热反应的概念。这部分内容强调了科学探究和学生活动,让学生在实验探究中认识和感受化学能与热能之间相互转化及其研究过程,学会定性和定量的研究化学反应中热量变化的科学方法。
在第三部分中教材为了拓宽学生的科学视野,图文并茂地说明了生物体内生命活动过程中的能量转化、能源与人类社会发展的密切关系,使学生建立正确的能量观。
关于化学反应与能量之间的关系,学生在初中化学中已经有所了解,在他们的生活经验中也有丰富的感性认识。本节教学内容是让学生在学习物质结构初步知识之后,从本质上认识化学反应与能量的关系。
本节教学重点:化学能与热能之间的内在联系以及化学能与热能的相互转化。
本节教学难点:从本质上(微观结构角度)理解化学反应中能量的变化,从而建立起科学的能量变化观。
依据以上分析,建议将本节课的教学分为三个课堂教学单元:理论思考教学,实验探究教学,实际应用教学。这三个教学单元相互联系,同时又各自平行独立,其中任何一个单元都可以作为教学切入点进行课堂整体教学,这样就形成了以下几种教学思路:
教学设计Ⅰ以理论思考教学作为切入点。
从复习化学键知识入手启发学生思考化学反应中“化学键的破与立”与化学反应中能量变化的关系进入理论思考教学引发学生考虑化学能与热能相互转化的问题进入实验探究教学提出人类如何利用化学反应产生的热量问题进入实际应用教学。
这一教学思路强调的是理论的指导作用,启发学生从理论出发提出化学反应中能量变化的几种科学假设,然后设计实验对各种假设进行验证,以此培养学生应用理论知识解决实际问题的能力。
理论思考教学单元中,应充分利用学生已有的结构化学知识、化学键模型、图表和多媒体课件等课堂内的教学资源,运用模拟课件将“化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因”这一抽象复杂的知识直观化和形象化,运用对比、比喻、联想等教学方法进行“一个确定的化学反应在发生过程中是吸收能量还是放出能量,决定于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小”的教学,力求用直观化的图表说明问题,注意新、旧知识的衔接和启发学生进行讨论和对比。
教学设计Ⅱ以实验探究教学作为切入点。
首先从一个燃烧实验入手启发学生理解物质发生化学反应的同时还伴随着能量的变化,而这些能量变化通常又表现为热能变化进入实验探究教学提出“为什么有的化学反应吸热,而有的化学反应放热”的问题进入理论思考教学提出人类如何利用化学反应产生的热量问题进入实际应用教学。
这一教学思路强调的是科学研究的一般过程,即应用实验创设教学情境,引发学生发现并提出新的问题,设计并进行实验用以收集、整理事实和数据,再得出结论,抽象出吸热反应和放热反应的概念,然后上升到理论高度去理解概念,最后应用到实际中去。整个教学过程即是一个完整的科学探究过程。
实验探究教学单元中,在探讨化学反应放热、吸热本质时,要使学生明确三点:1.热量变化是化学反应中能量变化的主要表现形式;2.化学反应过程中的能量守恒;3.化学反应在发生过程中是吸热还是放热,决定于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小。实验2-1、2-2、2-3是教学中非常重要的课内教学资源,为了最大限度的发挥其教学价值,建议将实验2-1和实验2-3安排为学生分组实验,因为放热现象不能用眼睛直接观察到,学生亲自动手实验有利于触摸反应器和观察温度计,能增强感性认识。由于实验2-2中产生氨气,因此要在通风条件好的环境下安排学生分组实验,此实验直观,现象明显、有趣,能很好的调动学生的参与热情。经过分组实验,学生有了完整丰富的感性认识后,引导学生进行高质量的理性分析则是至关重要的。通过学生汇报、小组内交流、填写实验报告等多种多样的形式,给学生创造机会学习对现象的描述和分析、对实验事实和数据的处理、依据事实和数据进行抽象等科学方法。最后,为了能使实验教学进入高层次的创造性实验和创造性思维阶段,可以提出一些富有挑战性的学习问题或任务,供学生在课堂内讨论或课外深入学习。例如,除了触摸、使用温度计和观察少量水是否结冰等方法外,还有没有其他指示反应放热或吸热的方法?将你认为可行的方法列出来,并根据这些方法设计实验;在定性实验的基础上能否定量测定一个反应所放出或吸收的热量?如果能,应该怎样设计实验?你怎样设计实验比较两个反应放出能量的大小?
教学设计Ⅲ以实际应用教学作为切入点。
首先让学生观看人类开发和利用能源的录像、图片等,或提出一个有关能源的社会实际问题进行讨论进入实际应用教学使学生认识到化学反应所释放出的能量是当今世界上最重要的能源,研究化学反应中能量变化的重要意义进入实验探究教学引导学生考虑怎样从本质上去理解:为什么有的化学反应吸热,而有的化学反应放热?进入理论思考教学。
这一教学思路强调的是将化学研究与社会的生存和发展密切联系起来,引导学生从实际出发去研究化学反应。
实际应用教学单元中,注意较多地渗透化学社会学的观点,要求的知识比较浅显但涉及的知识面广,这部分内容在课堂内不要讲得过深、过细和过多,应侧重于调动学生的学习兴趣和学习热情,引导学生充分利用课外教学资源进行学习。在课堂内建议选择有针对性的录像片段、具有说服力的图片、数据资料供学生观看和阅读,然后进行讨论和分析。同时,给学生一些学习问题和学习任务,鼓励学生充分利用课外教学资源进行学习,如上网学习,去图书馆查阅资料,到社会上去调研,寻找日常生活中与能量有关的现象等,也可下发一些课后阅读资料让学生分析并写出报告。
本节课整体教学结构及流程图为:
二、活动建议
实验2-1
实验要点:铝与稀酸和弱酸反应现象不明显,常常需要加热,所以要选择强酸且浓度不要太低。尽量使用纯度好的铝条,反应前要用砂纸打磨光亮,这样进行实验时,用手触摸才能明显感觉到反应放热,用温度计测量效果会更好。
实验报告设计:
实验目的1.了解铝与盐酸反应中热量变化的情况;
2.学会观察和测定化学反应中热量变化的方法。
实验要求组内成员共同合作完成下列三个栏目中所要求的学习任务。
实验活动时间:小组成员姓名:
思考与讨论
1.铝与盐酸反应的化学方程式:。
2.在反应过程中你将能看到什么现象?
3.用眼睛不能直接观察到反应中的热量变化,你将采取哪些简单易行的办法来了解反应中的热量变化?
4.要明显的感知或测量反应中的热量变化,你在实验中应注意哪些问题?
实验记录
实验步骤*
眼睛看到的现象
用手触摸的感觉
用温度计测量的数据
在一支试管中加入2~3mL6mol/L的盐酸溶液向含有盐酸溶液的试管中插入用砂纸打磨光的铝条
结论
反思与评价
(一)个人反思和总结
1.通过这个实验你学到了哪些化学知识?学会了哪些实验方法?
2.在整个过程中,你最满意的做法是什么?你最不满意的做法是什么?
(二)组内交流和评价
1.在思考、讨论过程中,同组成员给了你哪些启示?你又给了同组成员哪些启示?
2.在实验过程中,同组成员给了你哪些帮助?你又给了同组成员哪些帮助?
(三)组间交流和评价
1.当听完其他小组的汇报后,发现他们的哪些做法比你们小组的好?哪些不如你们的好?
2.当听完其他小组的汇报后,你是否又有了新的想法?
根据你在这次活动中的收获和表现,以10分制计算,你的得分是:。请阐述理由:。
请将你的报告送交到老师处。谢谢合作!
*实验步骤也可以让学生自己设计和填写。
实验2-2
实验要点:这个实验成功的关键是在短时间内反应充分进行,使体系温度快速降低,将玻璃片上的水凝固。实验中要注意两点:(1)将Ba(OH)2·8H2O晶体研磨成粉末,以便与NH4Cl晶体充分接触;(2)由于该反应属于固相反应,一定要在晶体混合后立即用玻璃棒快速搅拌混合物,以使它们很快起反应;(3)反应放出有刺激性气味的氨气,会造成学习环境的污染,所以要注意对氨气的吸收。
建议实验探究过程如下:
(一)提出研究的题目
在常温下氢氧化钡晶体与氯化铵晶体反应过程中能量的变化。
(二)收集实验证据
1.阅读教材并根据已有知识设计实验方案和实验步骤如下:
图2-1氢氧化钡晶体与氯化铵晶体的反应
2.根据上述实验方案和步骤讨论实验过程中应注意的问题。
3.分组实验,观察实验现象,收集实验事实。
4.汇报实验现象和结果。
(三)整理并得出结论
1.列表整理实验事实和结论:
实验步骤实验现象得出结论将晶体混合后立即用玻璃棒快速搅拌混合物有刺激性气味的气体产生,该气体能使湿润的紫色石蕊试纸变蓝有NH3气生成用手触摸烧杯下部感觉烧杯变凉反应吸热用手拿起烧杯烧杯下面的带有几滴水的玻璃片(或小木板)粘到了烧杯底部反应吸收热量使体系温度降低,使水结成冰将粘有玻璃片的烧杯放在盛有热水的烧杯上一会儿再拿起玻璃片脱离上面烧杯底部冰融化反应完后移走烧杯上的多孔塑料片,观察反应物混合物成糊状有水生成
2.用化学方程式表示上述反应:
Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl==BaCl2+2NH3+10H2O
(四)反思与评价
1.整个实验中有哪些创新之处?
2.在实验过程中对你最有启迪的是什么?
实验2-3建议将教材中的实验改为下列三组对比实验。
实验要点:通过三组强酸和强碱之间的反应对比实验,定性的抽象出“中和热”概念。在实验中要注意:(1)三组实验所处条件要相同,如使用的仪器、外界环境中温度和压强要相同;(2)三组实验酸和碱的用量要相同,以保证生成水的量相同;(3)控制相同的反应时间。
三个学生分成一组进行实验,其中每个学生做一个实验并记录现象和数据,供组内交流、比较使用,然后讨论得出结论。最后向全班汇报,进行组间交流。
步骤一:三个学生各取一个大小相同的试管,分别做一个实验并记录实验现象和数据。
步骤二:汇总实验现象和数据并列表比较。
反应物
及用量
酸
HNO350mL1mol/LHCl50mL1mol/LHCl50mL1mol/L
碱
NaOH50mL1mol/LNaOH50mL1mol/LKOH50mL1mol/L
混合前温度
室温
室温
室温
混合后温度
t1
t2
t3
结论
HNO3与NaOH发生中和反应时放热HCl与NaOH发生中和反应时放热HCl与KOH发生中和反应时放热
对实验进行
归纳和概括
强酸与强碱发生中和反应时放出热量
步骤三:对实验进行原理性抽象──为什么强酸与强碱发生反应时都会放出热量?
本质分析──三个反应的化学方程式和离子方程式分别为:
HNO3+NaOH=NaNO3+H2O,H++OH-=H2O
HCl+NaOH=NaCl+H2O,H++OH-=H2O
HCl+KOH=KCl+H2O,H++OH-=H2O
由此可见,三个反应的化学方程式虽然不同,反应物也不同,但是它们的反应本质相同,都是H+与OH-离子反应生成水的反应,属于中和反应,其离子方程式都是:H++OH-=H2O。所以,可提出推测,即中和反应都放热。由于三个反应中H+和OH-离子的量都相等,则生成水的量也相等,故放出的热量也相等(在上述三个实验中,温度上升的幅度接近)。
形成概念──酸与碱发生中和反应生成1molH2O时所释放的热量称为中和热。
三、问题交流
学与问
这里所列举的两类反应说明了化学反应与热能之间的辩证关系以及它们之间的相互转化:
一方面,用煤、石油、天然气的燃烧放热来说明化学能向热能的转化,人们利用这些化学反应获取能量;另一方面,用CaCO3经过高温煅烧分解生成CaO来阐述热能对化学反应的支持作用,人们利用热能来完成常温下很难发生的化学反应。
总之,通过列举实例和提出问题,引导学生不仅思考化学反应与能量的关系和相互转化问题,还要探讨背后的本质问题。
思考与交流
学生通过实验认识和感受中和反应中的热量变化,教材又提出了“如何通过实验来测定盐酸与氢氧化钠反应的中和热”的问题,将定性实验探究引向定量实验探究上。这对学生的实验技能要求更高,因为学生在设计定量实验时要考虑的因素更多。在设计实验装置和操作时应从两个方面考虑,一是注重“量”的问题,如①反应物的浓度和体积取定值;②测量反应前后的温度值;③做平行实验取平均值。二是尽量减小实验误差,如①用经过标定的盐酸和氢氧化钠溶液;②量液器最好使用移液管;③搅拌使反应充分进行;④及时散热,使混合液温度均衡;⑤温度计的精确度高,最好使用精度为0.1℃或更高的温度计;⑥盐酸跟氢氧化钠溶液混合后液面上方的空间尽可能小;⑦使用绝缘装置,避免热量散发到反应体系之外;⑧温度计要读准确。
四、习题参考
1.吸收能量,放出能量,反应物总能量与生成物总能量的相对大小。
2.热量,放出。
3.C、H元素,CO2、H2O。
4.②③④⑤⑥,①。
关键词:课堂教学 创意 创新 精彩
任何一堂课,如果没有创意,而是照本宣科,那一定是平平淡淡、枯燥乏味的课堂,老师平铺直叙,学生昏昏欲睡,其教学效果肯定是不会很好的。如果一个教师在教学中有所创意,甚至是有很好的创意,那么他的课堂会变得生动,充满活力,充满生机,学生就会学得有趣味,有收获。课堂创意的优劣直接决定着课堂教学效果。、如何创新课堂教学,如何创设课堂情景,如何整合教学资源,这是仁者见仁,智者见智的问题。只要教师做到用心而为,有意而为,必将突破常规,构思出高质量的教学设计,收到良好的教学效果。以下我以《化学能与热能》的常规课教学为例来谈一谈自己的认识和做法,借此抛砖引玉,不当之处,望同行指正。
人教版高中化学必修二第二章第一节《化学能与热能》,这个内容虽然总体上难度不大,但对于初次从能量角度来认识化学反应的高一学生而言,还是有些认知障碍的,因为这是研究化学现象的一个新的视角。要想把课上出点新意来,打造高效课堂,教师就要立足基本教学内容,调整教学布局,创设教学主线,设置教学情境,从而引发学生积极的思考和有效的参与。具体如下:
第一个创意:通过信息整合展示引入新课。本章是《化学反应与能量》,为了把学生的关注点集中到“能量”上来,可引导学生看看本章的“章图”都有些什么?(注:有燃料电池,海上油井台,燃气灶,炼钢炉等),这些都与能量有关。然后提出人类的“衣、食、住、行、医、研、学”与“能源、材料、信息”的交叉关系(打出一张PPT,让学生观看、思考、连线,并谈谈连线的理由。之后教师把话题收到“能量”上来,打出另一张PPT:“中国的两个第一”,内容为我国是世界上第一能源消费大国和第一能源生产大国(2011年6月《世界能源统计》公布,中国的能源消费量占全球的20.3%,超过了美国19%的比重,成为世界上最大的能源消费国,到2012年底,我国已成为世界第一能源生产大国。引起学生关注能源。注:此处学生参与度很高)。
第二个创意:整合演示实验,可在上述内容完成后,演示三个实验,播放一个视频:一是纸片燃烧,二是铝与盐酸反应(让学生摸试管外壁,插入温度计看温度变化),三是盐酸与NaOH溶液反应,(让学生看温度计温度变化)。一个视频是“自热米饭”的发热原理(生石灰与水反应放热)。这几个实验操作简便,现象明显,目的在于让学生切身感受化学反应的能量变化,引发学生思考:这些热量从何而来?与化学反应有何关系?(注:Ba(OH)2・8H2O与NH4Cl反应的演示实验,费时较长,不在此做,安排在后面做,这样分散安排更好)。
第三个创意:要求学生阅读P32“一“的内容,领会“能量变化与化学变化”的关系。打出PPT:学生思考两个问题:以H22H,吸热436KJ/mol,2HH2,放热436KJ/mol为例来理解断键与成键的能量变化关系;并从H-H键能、Cl-Cl键能、H-Cl键能数据估算一下H2+Cl2=2HCl是放热还是吸热?吸多少或放多少?(此步设计目的在于让学生从微观角度认识热量变化与化学健的关系,达成微观认识。这是本节课的难点,学生要通过合作交流完成,其间,教师要予以引导、点化、补充,以突破这一教学难点,同时此创意还在于引导学生关注课本,精读文段,从中领会实质,以培养学生读书习惯)。
第四个创意:通过金刚石、石墨分别燃烧生成CO2时的热量变化作一个能量坐标图,展现出能量变化的直观效果。由此,至少可得到四个方面的信息:(1)、总结出能量守恒定律,(2)、化学能可转化为热能,(3)、相同物质的量时,石墨比金刚石能量低,故石墨比金刚石稳定(强调:物质稳定性的能量标准是能量越低越稳定),(4)、石墨转化为金刚石,要吸收热量,这说明热能也可以转化为化学能(对照课本开头的“学与问”,石灰石要经过高温燃烧才能变成生石灰,高温条件提供的热量在石灰石的反应中起什么作用?此问在此得到了回答,前呼后应。此创意是为了引领学生从“宏观”角度认识化学反应与热能关系)。
第五个创意:创设本节课教学主线:由反应放热引发学生思考,热量从何而来?到热量与反应物、生成物键能有关(微观角度)到热量与反应物、生成物总能量有关(宏观角度)到能量守恒定律(化学能转为热能,热能转化为化学能)。以期达到从微观和宏观两个角度认识“化学能与热能的关系”的教学目的。到此,基本结束新课。
教学反思:这样的创意旨在上好每一节常规课。通过这样的教学创意,可促进“三维目标”的有效达成,在第一个创意中,引入的“两个第一”的信息是教材中没有的新信息,这样的时政信息对丰富课堂教学内容和引发学生学习兴趣,引领学生关注社会关注能源的思想意识,有很好的作用。第二个创意中的三个实验,操作简便,现象明显,引人思考,一个视频的播放更能引发学生的兴趣。第三个创意是为了突破本节教学难点而设计的教学环节(微观角度),其中有阅读、思考、计算,需要学生自主学习、合作探究和师生互动才能有效完成。第四个创意是通过具体物质(如金刚石与石墨)的变化及能量变化,从宏观角度感受化学能与热能的关系。第五个创意是理清本节课的教学主线,贯串本节主干知识,利于整体把控教学进程,有效完成教学任务。
关键词:情境创设;实验操作;开放延伸
如何学习高中化学?如何引领学生在化学王国里淌出一条渐行渐宽的路子?面对这门异常重要但“晦涩难缠”的课程,专家和学者在探索,在前行的路上不断“擦亮”自己的眼睛。而更多的一线教师也在关注技术和方法之前,不断低下头琢磨:情境创设、扩展眼界、探究体验……其中,有一些先行者,已经引领学生在化学教材、课堂、实验中,收获了“馥郁”和“芬芳”。
一、从生活出发,应多一些情境创设
《普通高中化学课程标准》明确指出:“要为学生创设体现化学、技术、社会、环境相互关系的学习情境。”的确,枯燥的理论讲解只能带来苦闷、压抑、死气沉沉的课堂。余光中说:“一个人可以不当诗人,但生活中一定要有诗意。”这句话影射到教学中就是,课堂上可以没有专家,但一定要有一群“活蹦乱跳”的孩子。聪慧的教师应该尽可能地创设新颖丰富的情境,使学生从“麻木发呆”过渡到“活蹦乱跳”。
例如,在苏教版高中化学必修二课程《化学反应中的热量》的教学中,一教师在上课伊始,设计了以下问题情境:
(1)请大家观看图片:展示图片自热饭盒自热饭盒原理示意图。思考它与普通饭盒的不同之处。
(2)教师演示“滴水生火”的实验――Na2O2与H2O的反应。思考:水能生火的原因是什么?此反应除了得到NaOH和O2,还有什么生成?
(3)动画展示燃烧、爆炸及电池的图片和视频。思考:化学反应中的能量变化通常都有哪些表现?
以上情境设计,与生活息息相关,与现实“亲密接触”,自然能最大限度地唤醒学生曾经业已“沉睡”的一大群细胞,使课堂温度一升再升,学生学得活泼,学得兴致盎然,效果事半功倍。
二、从实验出发,应多一些直观操作
化学是一门以实验为基础的学科。说到底,化学课堂不仅仅要解放学生的眼睛和耳朵,也要解放学生的双手。教育家陶行知在《创造宣言》中说:“处处是创造之地,天天是创造之时,人人是创造之人。”所谓的“创造”自然离不开学生的动手操作,离不开手脑结合,观察、阅读、思考、实践应相结合。
仍然以《化学反应中的热量》的教学为例。放热现象不能用眼睛直接观察到,学生只有亲自动手实验,触摸反应器和观察温度计,才能增强学生的感性认识。这样的实验直观、有趣,能很快点燃学生的兴趣之火。正所谓“跳一跳能摘到果子”。
在本课中,化学键的拆开与形成和具体的能量数值联系在一起,定量计算反应是放出能量还是吸收能量,又要从物理学的相对能量高低与能量的转化的视角去认识放热反应与吸热反应,最后还要将两套判断标准有机地结合在一块,从微观与宏观两个角度去认识反应的反应热,显然难度较大,尤其是两套判据的整合。面对这一教学中的“拦路虎”,教师将课本上的内容进行整合,首先展示自热饭盒的图片,让学生对反应的热量变化有一个初步的认识,然后将课本上的实验提前到课始,直接感受反应中的能量变化。这样的设计如磁力一般吸引了学生,课堂呈现出争先思考、互相策应的激动人心的风景。
三、从学生出发,应多一些开放延伸
课堂不是一个静态的所在,所谓成功课堂应该是一个不断刷新、不断延伸的空间。学生也不是知识的静态接受者,而是在不断生成、怀疑、肯定中向前“挺进”。教师应该引导学生经常性地反思:选择什么?摒弃什么?匡正什么?就高中课程《化学反应中的热量》而言,如何引导学生形成吸热反应和放热反应概念及科学能量变化观的建立,就需要教师多一些开放延伸,多一些另辟蹊径的“路径”。
例如,一教师在具体的教学中,设计了以下开放性措施:
(1)在铝与盐酸反应的实验中,为了得到该反应为放热的结论,设计了一个对照实验以及使用温度计测量溶液温度的变化。这为后面得出金属与酸的反应,为放热反应提供依据,同时也培养了学生用定量来研究化学的思想。
(2)通过三方面的措施来理解酸碱中和反应为放热反应,一是通过温度传感器来测定盐酸与烧碱反应的放出的热量;二是通过数据的分析,感受现代技术在化学中的应用;三是在使用中和热仪器时,从各个角度分析如何减少反应中热量的损失。
(3)多角度地认识吸热和放热反应。如热饭盒的原理示意从实验现象、宏观、微观三个角度去解释。提倡开放性、应用性,密切结合生活实际,考查学生对身边化学现象和生活中化学问题的分析能力。同时,提倡通过开展辩论、角色扮演、小型调查等活动对学生进行表现性评价。
美国教育家帕克・帕尔默曾经说:“在每个教育阶段,教师的自我是关键。”无论是情境创设,还是实验操作,抑或是开放延伸,教师是关键,教师要设身处地为学生的思维能够得到全面的锻造而创造条件,以便引导学生在化学的“百草园”收获到殷实的“花草”和饱满的“果实”。
参考文献:
[1]陶行知.创造宣言.育才学校手册,1994.
任何化学反应都既有物质的变化又有能量的变化,能量变化贯穿于化学反应的始终,是学生理解化学现象的基础。同时化学反应与能量变化也是高考必考知识点之一。中和反应热的测定实验是高中化学教材中必修的学生实验,该实验内容也是化学反应与能量知识学习的重要部分。所以本文将通过手持技术,以“中和反应热的测定”为主线结合化学反应与能量变化的知识,探讨如何利用“四重表征”教学模式来促进学生对知识构建完整的认知。
二、理论基础
1.手持技术
手持技术又称传感技术。是一种集采集与分析于一体的现代实验系统。它在突破概念认知,尤其在传统实验无法验证概念的情况下,是化学教学中辅助教学的重要工具和手段。手持技术利用现代电子传感器,如pH传感器、温度传感器、电导率传感器等进行实验,自动收集数据、列表、绘图,使实验的结果更直观、形象并实现定量化。
2.“SOLO”分类理论
“SOLO”是英文“Structure of the Observed Learning Outcome”的缩写,其涵义为可观察到的学习成果结构。SOLO分类理论是基于皮亚杰的的儿童认知发展阶段理论和结构主义学说,由澳大利亚教育心理学家John Biggs及其同事在《学习质量的评价―SOLO分类法》一书中率先提出。SOLO分类理论关注的是学生在解决问题时所反映的思维方式以及所能处理的相关线索的复杂程度。学生在学习具体知识都会经历从量变到质变的突跃,随着这种跃变,学生的认知发展到更高一级的阶段,教师可以根据学生在回答问题时的表现来了解学生思维所处的发展阶段。SOLO分类理论的基本特征是等级描述,根据学生的思维水平由低到高可以划分为五个层次:(1)前结构层次,学生基本上无法理解问题和解决问题,或者被材料中的无关内容或已有经验误导,回答问题逻辑混乱,或同义反复;(2)单点结构层次,学生在回答问题时,只能涉及单一的要点,找到一个解决问题的线索就立即跳到结论上去;(3)多点结构层次,学生在回答问题时,能联系多个孤立要点,但这些要点是相互孤立的,彼此之间并无关联,未形成相关问题的知识网络;(4)关联结构层次,学生在回答问题时,能够联想问题的多个要点,并能将这多个要点联系起来,整合成一个连贯一致的整体,说明学生真正理解了这个问题;(5)拓展抽象层次,学生在回答问题时,能够进行抽象概括,从理论的高度分析问题,而且能够深化问题,使问题本身的意义得到拓展。
3.“四重表征”教学
“四重表征”教学模式(Tetra-Representation Teaching Model,简称TRTM)具体指的是对化学变化从“宏观-微观-符号-曲线”四个角度进行表征并进行表征间的转换。自1982年苏格兰Johnstone首次提出著名的化学三角形之后,对于学生化学概念的三重表征的分析及相关教学实践研究就备受关注。我国的研究也有了很大的进展,于2009年,钱扬义基于手持实验即时收集数据和自动生成曲线的技术背景首次提出并构建化学“四重表征”的教学模式。形成正确的化学观念有利于学生科学素养的提高,而中学化学的基本观念有微粒观、实验观、变化观等,恰好与宏观表征-微观表征-符号表征-曲线表征的四重表征方式有契合点,所以利用化学四重表征教学模式不失为一种提高学生化学素养,建立正确的化学基本观念的一种有效的方式。而且教师可按学习进度的要求设计四重表征的认知发展路径,引导学生进行“四重表征”间的转换,减轻学生的记忆负担,便于知识的迁移应用,提高问题解决能力。根据这一模式,笔者将化学反应与能量变化的“四重表征”作如下定义(见表1)
三、四重表征教学设计与实施
教学目标
(1)知识与技能:理解中和反应热测定的实验原理;理解中和反应的本质;掌握中和反应热测定的操作步骤,注意事项和数据处理;初步认识到“手持技术”的使用方法与优势。
(2)过程与方法:通过中和热的测定活动,让学生体会定量实验研究方法对研究和学习化学的重要作用;通过手持技术呈现中和反应热的测定实验,让学生体验化学反应的热效应,培养学生发现问题、分析问题与解决问题的能力;通过“四重表征”教学,培养学生运用“宏观-微观-符号-曲线”的联系来解决问题的化学思维。
(3)情感态度与价值观:充分利用实验手段、启发学生通过实验、观察、思考、探索,获得感性认识,利用归纳、演绎等方法上升到理性认识,获得规律;通过手持技术,激发学生的学习兴趣,提倡敢于质疑的态度;在教学过程中渗透培养学生科学态度,在“四重表征”的转换迁移中建立正确的化学基本观念。
四、教学反思
首先,在学生的教育中,身教胜于言传,教师要想强化学生在学习化学概念和知识中进行“四重表征”,首先自身应该提高“四重表征”的意识和各表征之间相互转化的水平。在新课标中提倡教师应该在教学过程中突出化学学科的思维方式,化学学科的“四重表征”是以化学的各个视角来理解和认识化学现象、原理以及本质,所以教师在进行教学设计时应该充分挖掘教材中能够进行“四重表征”的知识和概念,引导学生以“四重表征”的角度来思考问题,提高其发散思维。
其次,利用SOLO分类理论和教学的结合,从单点结构水平到抽象拓展水平,从质变到量变,使得课堂教学的组织更有层次感。教师还可以根据SOLO理论的指导,在与学生的交流互动中判断学生的思维所处的阶段,有利于教师对课堂的把控。
本部分教材内容由三大知识块构成,即有氧呼吸、无氧呼吸和细胞呼吸的意义,按照教学层次要求,均要求“理解”。在教材构成上,除以文字描述为主外,还有一图一表,图表都简明扼要阐明了教材的重点内容,在本内容中有三个重要的名词概念,细胞呼吸代替了原教材中的生物呼吸,强调了细胞是生物体的结构和功能单位。
二、教学目标
1.知识与技能
(1)识记细胞呼吸的概念和类型
(2)理解有氧呼吸的概念、总反应式、过程和图解,各阶段区别和联系
(3)掌握有氧呼吸物质和能量变化
2.过程与方法
在本内容的课堂教学中,突出图解与表格相结合,让学生学会用图表结合的方法来描述生物体中的生命现象,尝试概念的推导式、探索式教学,学会理解和分析概念的方法。
3.情感态度与价值观
通过有氧呼吸三个阶段的比较,,进一步理解发生在细胞内的这些生物化学反应,是生命物质运动的高级形式,也是生命物质的特殊性所在。同时更是发生在生物体细胞内的有规律的化学变化,正确运用发展的、运动的观点来认识生命的存在。
三、学情分析
学生在学习本节时,由于有机化学还没有学到,因此,在书写化学式时,有点难度,所以在请学生去黑板书写时,教师应先写出。当然,在集体活动方面,本节体现得不是很多,这要根据内容来看。再者,高中学生,在活动开展方面,应根据他们的具体特点来开展。
四、教学重点和难点
1.教学重点:细胞的有氧呼吸过程及原理
2.教学难点:细胞的有氧呼吸过程
五、教学方法
阅读、观察、讨论、讲述等
六、教学准备
多媒体课件
七、教学过程
课题引入
投影:学校运动会百米赛跑场面
师:赛跑过程中要消耗什么?
生:能量。
师:生物体生命活动的主要能源物质是什么?生物体各项生命活动所需能量的直接来源是什么?
生:糖类、ATP。
师:有机物中稳定的化学能是通过什么生理活动转换成ATP中活跃化学能的?
生:细胞呼吸。(从而引入课题《细胞呼吸》)
师:投影细胞呼吸(投影并板书)
细胞呼吸:有机物在细胞内经过一系列的氧化分解,生成CO2或其他产物,释放出能量并生成ATP的过程。
师:细胞呼吸是否需要氧?生物在有氧和无氧条件下是否都能进行细胞呼吸?
生:都能。(从而引出细胞呼吸的类型,投影并板书)
细胞呼吸的类型:包括有氧呼吸和无氧呼吸
师:首先我们来讨论有氧呼吸,请同学们仔细阅读71页图4-25细胞呼吸,讨论下列问题:
1.呼吸作用的中间产物丙酮酸在哪个阶段生成,在哪个阶段利用?产生的场所在哪儿?
2.[H]在哪个阶段生成,在哪个阶段被利用?
3.水既是有氧呼吸的反应物又是生成物,水在哪个阶段生成,在哪个阶段利用?
4.有氧呼吸要吸收O2,放出CO2,O2在哪个阶段被消耗利用?CO2在哪个阶段生成释放的?
5.ATP在哪个阶段生成,哪个阶段产生ATP最多?
(生回答)
师:投影(有氧呼吸的过程)并板书。
师:第一阶段,葡萄糖进入细胞,在细胞质基质中,葡萄糖在酶的催化下分解成丙酮酸和少量[H],并释放少量能量。
师:第二阶段,在线粒体基质中,丙酮酸与水彻底分解成CO2和[H],并释放少量能量。
师:第三阶段,第一、二阶段产生的[H]与O2结合形成水,并释放大量能量。
请三个小组代表分别到讲台写出有氧呼吸第一、二、三阶段的场所和反应式。(抢答)
投影表格,启发各组同学总结,归纳出有氧呼吸的总反应式并追踪C、H、O的来龙去脉。
1.总反应式:(略)
2.C、H、O的来龙去脉:教师演示C的,学生完成其他。
注意:
(1)区分有氧呼吸的场所和主要场所
(2)不同阶段催化反应的酶不同
师:根据有氧呼吸的过程,请同学们总结细胞有氧呼吸的概念
师:有氧呼吸的场所在哪里?
投影相应图片及答案,并注意区分场所和重要场所。
师:根据有氧呼吸的过程,请同学们从物质变化和能量变化方面分析的实质。
那么,释放的能量去哪里了?
师:能量的产生与去向:投影分析(学生计算)
师:小结有氧呼吸
本节课我们共同学习了生物体的又一种新陈代谢过程——细胞呼吸。首先,我们明确了细胞呼吸的概念,其次,重点讲述了有氧呼吸的概念、条件、场所、过程、物质变化、能量变化等知识。细胞呼吸在无氧条件下能进行吗?下节课我们继续讨论。
作业:请同学完成光合作用与细胞呼吸的区别与联系。
随堂练习:投影显示
关键词: 问题式教学 高中化学 教学情境
“探究学习”是新课标改革后重点提倡的教学模式,问题式教学能够很好地契合这一要求,以问题为主线,引导学生自主探究,从而高效解决问题,提高同学们的能力与素养。想要科学高效地实施问题式教学这一模式,教师应当处理好课堂教学中的几个重要环节,通过提出问题、分析问题、解决问题,串起化学课堂的精彩。
一、创设情境,提出问题
建构主义理论强调教师应当创设符合教学内容的情境。问题式教学也不例外,教师应当根据教学内容和教学目标创设真实的问题情境。通过合适的问题情境,激发学生们的热情与求知欲,从而使后续的教学与探究更加顺利开展。
比如,在对《影响化学反应速率的因素》这一节的内容进行教学时,我首先用PPT展示了几组图片及视频。爆炸、牛奶变质、钢铁生锈、溶洞的形成,这些都是化学反应,但通过观看动态图片或视频,同学们可以观察到这些反应有些发生得非常迅速,如爆炸,而有些则需要经过漫长的反应过程如溶洞。我又给同学们展示了钢铁在同一时间段内分别在潮湿的空气中、干燥的空气中、水中放置后的锈蚀情况,同学们可以明显发现钢铁在潮湿的空气中锈蚀情况最严重。然后我提问:“不同的化学反应速率差别很大,决定其快慢的本质因素是什么呢?即使对于同一化学反应,当外界条件不同时,化学反应的速率也不尽相同,那么影响其速率的外界因素有哪些呢?”通过这样提问,引出了这堂新课的课题,同学们开始思考与讨论,最终同学们都能总结出:“物质本身性质是影响化学反应的内因。”而对于外因,同学们答道温度、湿度、浓度等,但是同学们想到的因素并不全面,通过引导同学们探究实验得出结论,达到教学目的。
教学过程中,我通过利用身边的化学现象引入课题,成功创设合适的教学情境,提出需要研究的主要问题,激发同学们的学习兴趣,取得了很好的教学效果。
二、形成假设,分析问题
在实质性的探究阶段,教师应当通过适当的提问,引领同学们形成假设,充分发挥学生的主体作用,从而使学生有方向地展开探讨与研究工作,切实培养学生分析问题的能力与自主学习的能力。
比如,在对《盐的水解》这节知识进行教学时,通过一系列具有递进性、层次性的问题引导同学们正确分析从而获得知识,理解盐类水解的实质。首先让同学们分组进行检测盐溶液酸碱度的实验,经过实验,同学们可以发现不同盐溶液加入酸碱指示剂后可能呈现不同的颜色,我提问道:“这一现象说明了什么问题呢?”同学们都能回答出不同的盐溶解酸碱性是不尽相同的。“那么为什么不同的盐溶液会显示不同的酸碱性呢?是什么因素决定的呢?”同学们开始进行思考与讨论,我引导同学们从微观角度分析不同盐溶液的水解过程,“在前面的内容中我们学到盐溶于水是会发生电离的,而水中也存在水电离出来的H+和OH-,什么情况下盐的离子会与水电离的离子发生化学反应呢?”同学们假设是因为盐电离后的离子与水电离的离子发生反应才导致溶液产生酸碱性差异的。同学们开始尝试列出不同盐电解后的离子式,观察什么样的盐溶于水后电离的离子能与H+或OH-发生反应。最终同学们发现强碱弱酸盐CH3COONa电离后的弱酸阴离子CH3COO-与H+结合发生反应生成弱电解质CH3COOH。此外,强酸弱碱盐与弱酸弱碱盐电离的离子都能与水电离的离子发生反应,只有强酸强碱盐不能反应。然后我告诉大家,盐离子与水离子发生反应的过程就是盐类水解的过程。“然而为什么水解后酸碱性不同呢?”我提醒大家溶液中的H+和OH-是影响酸碱性的因素,最终同学们明白了原因,如CH3COO-与H+结合后,溶液中H+减少,而OH-增多,因此溶液呈碱性。
在上述教学活动中,我通过一系列问题成功引导同学们探究出盐类水解的过程与实质,高效实现了教学目标。
三、多元反思,解决问题
反思是解决问题非常重要的一个环节,通过反思与评价,同学们能够更加深入地理解知识。教师在教学过程中应当通过适当提出问题引导同学们反思总结,培养同学们归纳总结的能力,提高学习效率。
比如,在对《化学反应与能量变化》这一节内容进行教学时,我通过引导同学们自主探究与归纳从而实现教学目标。对于不同的化学反应,有些反应是放热的,有些反应是吸热的。在教学过程中,我给出同学们不同化学反应中反应物及生成物的能量,让同学们计算不同化学反应中生成物的总能量与反应物的总能量的差值H。通过计算出的数据H,同学们还不能判断反应是吸热还是放热,首先从化学键的角度分析反应的实质,得出这些化学反应是吸热还是放热的结论,然后提出问题,让同学们观察这些反应,进行反思然后得出规律:“同学们已经知道反应是放热还是吸热的了,那么现在能不能关联我刚刚给的数据,从能量变化角度分析总结出反应热的规律呢?”同学们通过思考和讨论发现,对于放热反应,H为负,对于吸热反应,H为正。同学们总结出另一种判断能量变化的方法,若化学反应反应物的总能量大于生成物的总能量,即H0,则反应吸热。
上述教学过程中,我引导学生通过已经得出的结论反思前面的数据,成功总结出能量变化的规律,使同学们产生深刻的理解与记忆,达到很好的教学效果。
综上所述,问题式教学能够高效实现教学目标,深化学生的理解,提高学生的综合素质。教师应在教学中不断摸索与尝试有效的教学模式,从而打造高效的化学课堂,提高教学水平。
参考文献: