师:上课之前先问大家一个问题,同学们知道自嗨锅吗?
生:知道!不知道!
师:哈哈,到底是知道还是不知道呢?我们先来插播一段广告。幸亏你刚吃完饭。这自嗨锅怎么就自己嗨起来了?其实所有自热产品,其高科技核心都在于发热包,对吧?嗯,那我们这节课就来探究发热包的秘密,看看发热包为什么会发热。因为它会发热所以叫发热包,对吧?嗯,在课前交流环节,很多同学找到了一些释放热量的化学反应。大家看,这些都是我们熟悉且学习过的放热化学反应。那如何证明这些化学反应会释放热量呢?
生:现象啊,反应时会变热,用手摸能感觉到热,甚至烫手。
师:对,非常好,这个方法很直观,对吧?请坐。还有其他办法吗?梁子。
生:我觉得可以用温度计测量。
师:嗯,这就上升到定量层面了,对吧?非常好,请坐。现在,我们来动手体验一个化学反应中的能量变化——镁和稀盐酸的反应。请同学们阅读学案上的实验步骤,看完后就可以开始操作。老师强调两点:第一,稀盐酸的量不能太多,在试管中的高度大概两厘米;第二,一定要用试管夹夹持试管进行反应。好,开始动手吧。
生:右手触摸反应后的试管,能明显感觉到温度升高。用温度计测量,反应后的温度大概是53摄氏度,这说明该反应是放热的。还观察到有气泡产生,镁条不见了。
师:专业说法是镁条“溶解”了,对吧?由此可以说明该反应放热。像镁与稀盐酸生成氯化镁和氢气的反应,属于放热反应。常见的放热反应还有我们之前课前交流的燃烧反应、大多数化合反应、酸碱中和反应等等。现在我们要思考一个问题,我们找到这么多放热反应,它们都能用来生产发热包吗?所有放热反应都有放热这个特点,对吧?嗯,那我们再看看发热包的反应特点。不用火、不用电,等待15分钟,这说明它的反应有什么特点?
生:反应比较缓慢。
师:你是说相对缓慢,对吧?相对缓慢并非特别慢,也就是说反应速率要适中,对吧?还有吗?
生:自发反应。
师:不用火、不用电,从反应条件角度考虑,说明了什么?
生:能在常温下反应。
师:嗯,比如,钠和水反应能用于制作发热包吗?
生:应该不能,反应太剧烈了。
师:刚才的镁和盐酸反应呢,能用吗?
生:不能,会产生可燃性气体,比较危险。
师:酸碱中和反应能用吗?
生:也太危险了,涉及强酸强碱。
师:除了这些,还有一个关键问题。如果你是发热包厂的厂长,你会考虑什么?
生:成本。
师:对。所以制作发热包时,要综合考虑这些反应特点。这样看来,氧化钙和水的反应就成了理想选择,对吧?没有比它更合适的了。发热包里发生的主反应,就是氧化钙和水生成氢氧化钙这个放热反应。那为什么它会放热呢?我们进一步探究。在课前预习环节有个问题,化学反应的本质是什么?
生:化学键的断裂和生成。
师:嗯,从本质出发,下面我们以化学键构成相对简单的反应——氢气和氯气生成氯化氢为例来探究。大家看,氢气中的氢氢键、氯气中的氯氯键如何断裂?吸热就能断,对吧?得给它们提供一些能量。断开氢氢键和氯氯键需要吸收能量。那自由的氢原子和氯原子会怎样呢?它们会愉快地结合在一起,释放出热量。我们对相关数据进行比较,会发现什么?
生:吸收和放出的能量不相等。
师:如果能量最终以热量形式呈现,这就是该反应放热的原因。请同学们在学案纸上用图表形式,从化学键角度展示这个过程。你来黑板上画。
生:氯氯键断裂时吸收能量,所以能量会增加这一段。形成新键时放热,能量就减少,而且放出的能量比吸收的能量多,所以总体上是放热的。
师:非常好,请坐。王美晨,我看你画的和他不太一样。
生:第一个图,我从化学键角度考虑,一开始有化学键,后来都没有了,我觉得能量先变少,然后成键时化学键能量又升高。
师:刚才我们学习了,化学键断裂是吸收能量的,所以物质的总能量应该是升高的。也就是说画图时要注意,起点和落点都不能是0,因为所有物质自身都有能量。而且一定是先吸热上升,再放热下降,且放热的量要比吸热的量多,这就是从化学键角度的分析。我们知道所有物质都有能量,一般来说,物质能量越低,化学性质越稳定。从这个图看物质能量,能得出反应物和生成物谁的能量高?这是一个物质能量减少的过程。那么第二个图,从物质总能量角度,不体现微观化学键,只体现物质能量,该怎么画呢?我们前面说反应物能量高,生成物能量低,只体现这个过程就行,所以应该是这样,对吧?
