师:好,开始上课,起立。
生:老师好。
师:请坐。今天我们开始学习化学反应与热效应。首先,我们来做一个实验,探究镁和盐酸的反应。大家要注意测量盐酸反应前后的温度,观察现象,并分析得出结论。现在开始操作,在试管中取两毫升盐酸,测量其温度,然后加入一块镁条,反应结束后再测量温度。
师:二组的同学,你们观察到了什么现象?
生:有气泡产生,我们用温度计测量,反应后温度升高了。
师:升高了多少呢?反应前后的温度分别是多少?
生:反应前是27摄氏度,反应后是63摄氏度。
师:三组同学,你们测量的温度前后分别是多少?
生:反应前是60摄氏度……
师:没关系,虽然大家测量的数值不同,可能是加入的镁条量不一样,但可以确定的是反应后温度升高了。通过这个实验,我们可以看出该反应产生了气体,还放出了热量。这个反应,用初中学过的四种基本反应类型来分类,属于置换反应。进入高中,我们学习了电子转移,从电子得失的角度分类,置换反应都属于氧化还原反应。
师:今天我们了解到,化学反应中会伴随着热量的变化,像这个反应是放出热量的,我们从热量的角度可以将化学反应分为放热反应和吸热反应。接下来,大家看一个视频。
(播放视频:“欢迎观看表象的本质,今天就来谈谈火箭里的热量。火箭载火线通常用煤油、酒精、偏二甲肼、液态氢等作为燃烧剂,用液态氧、四氧化二氮等作为氧化剂来帮助燃烧。人们习惯上把燃烧剂和氧化剂通称为火箭发动机的燃料。从理论上来说,最佳的液态燃料是液态氢和液态氧,而我国发射神舟系列飞船的长征二号F E运载火箭都使用偏二甲肼和四氧化二氮的常温方案,这两种物质的保存和使用更加便捷。偏二甲肼的优点在于有高比冲值,与氧化剂接触即自动燃烧。让我们用一个小试验来了解一下。首先从氧化剂开始,二氧化氮是非常易挥发的液体,它在约21.5摄氏度时沸腾,所以需要把试管用冰块包围。随着高压瓶中放出的二氧化氮,你可以看到在试管底部凝结出的液体,由于二氧化氮在加压时很容易聚合形成四氧化二氮,所以这些液体实际上是二氧化氮和四氧化二氮的混合物。接着是偏二甲肼,它是一种无色液体。由于一会儿你可以看到的原因,需要一根比较长的移液管来处理它。你可以看到这是一个非常快速的反应,它会产生大量的氮气、二氧化碳以及水,因为反应会产生大量的热量。这里所有的产物都是气体,这会使得体积膨胀很多倍,这绝对是个瞬间的反应,每一次两种液体的碰撞都会发生一次反应,产生大量的气体,这也是偏二甲肼作为高比冲值的原料,更用于运载火箭中的原因。”)
师:大家思考一下,如果试管中所放的推进剂偏二甲肼和四氧化二氮是固态的,把它们接触,将试管倒过来,会出现怎样的现象?
生:试管会飞上天。
师:对,这其实就是火箭推进剂的一个基本原理。大家看,这个反应老师写在黑板上了,虽然没标明物质的状态,但大家知道产物都是气态的。这个反应发光发热,所以它是一个放热反应。从电子得失的角度来看,这个反应属于氧化还原反应。大家可以把偏二甲肼看成还原剂,把四氧化二氮看成氧化剂,将它们看作反应物整体,产物看作一个整体。
师:本节课我们主要围绕能量的变化展开学习。第一个问题是预习内容和资料卡片中的内容,第二、第三个问题是基于能量的视角认识物质和反应,最后看看通过学习,对生产生活有什么应用,这就是本节课的学习目的。围绕火箭推进剂,我们来思考几个问题:第一,推进剂自身具有能量,资料卡片里提到物质本身具有一定的能量;第二,推进剂发生了怎样的变化,刚才我们分析了,它发生了放热反应、氧化还原反应,具体是怎样变化的呢?第三,推进剂对能量的燃烧和利用,给我们带来了什么启发?接下来,大家进行小组合作学习,讨论这三个问题。第一个问题是推进剂的能量是否确定,第二个问题是反应物和产物的能量是否相等,这两个问题比较简单,重点讨论第三个问题,学案里关于氢原子和氢气分子的能量变化体现。大家开始讨论,讨论完后进行汇报。
师:我觉得前两个问题比较简单,大家主要讨论的是第三个问题。现在我先找小组同学汇报一下前两个问题,哪个小组主动举手?
生:因为反应物和生成物的结构是确定的,量也确定了,所以它们的能量是确定的。
师:回答得很好。那第二个问题呢?
生:反应物和生成物的能量不相等。因为火箭推进剂反应时会释放能量,如果反应物和生成物能量相等,就无法推动火箭,所以它们能量不相等。
师:说得有道理。其他同学还有补充吗?
生:从实验现象可知,反应放出了热量,物质能量是确定的,放出热量后能量会减少,所以反应物和生成物能量不相等。
师:非常好,请坐。我们可以这样理解,在一定条件下,反应物、生成物或某一种物质,其结构确定,资料卡片里提到的内能包括动能、势能也确定,所以我们认为化学能是一定的。对于同一种物质,在不同条件下,化学能也不同,比如液态水和气态水,能量就不一样。接下来重点看第三个问题,6组同学来回答一下。
