师：同学们，今天我们一起来学习高一化学必修第二册第六章第一节的第一课时——化学反应与热能。本节课我们有三个学习目标：一是通过实验和已有知识经验，感受化学反应中的能量变化，了解常见的吸热反应和放热反应，树立物质变化伴随能量变化的观念；二是从反应物与生成物所具有的能量、化学键的断裂与形成两个角度，理解化学反应中能量变化的主要原因，提升证据推理能力；三是了解人类对化学反应中能量的利用情况，以及节能的意义和方法，感受化学学科的社会价值，培养科学态度与社会责任。
我们知道，化学变化不仅有物质变化，还伴随着能量变化。人们利用化学反应，有时是为了制取所需物质，比如从铜矿石中提炼金属铜制成铜箔；有时是为了利用反应释放的能量，像火力发电厂利用煤燃烧释放的热量发电。大家还知道哪些利用化学反应释放能量的例子呢？请举例说明，并指出能量是如何转化的。
生：在日常生活、社会生产和科学研究中，这样的例子很多。比如厨房里的天然气灶，通过燃烧天然气释放热能来炒菜；冬天用暖宝宝，里面化学物质反应放热保暖；汽油、柴油在汽车发动机中燃烧，释放热量提供动力；北京冬奥会开幕式燃放烟火，火药爆炸将大量能量转化为光能；手机、电脑等电子产品以及电动汽车，电池中发生化学反应产生电能；高炉炼铁时，高炉内燃料释放能量为铁矿石等原料提供反应所需热量；长征系列火箭发射，燃料燃烧释放热量为火箭提供动力。
师：由此可见，现代社会中，人类的一切活动都离不开能量，许多能量利用与化学反应的能量变化密切相关。能量有热能、光能、电能等不同形式，常见的是热能。那么，化学反应会伴随着怎样的能量变化呢？下面我们来完成两个探究实验。
首先是镁条与盐酸的反应。在一支试管中加入 2 毫升 2 摩尔每升的盐酸，用温度计测量其温度，再向试管中放入用砂纸打磨光亮的镁条，观察现象并测量溶液温度的变化。具体操作请看视频。
（播放盐酸与镁反应前后溶液温度变化的视频）
师：这个实验用到的实验用品主要有 2 摩尔每升盐酸、镁条。视频中，向试管中加入 2 毫升 2 摩尔每升盐酸，将其固定在铁架台上，用温度计测量温度，取出温度计后放入打磨光亮的镁条，可观察到有气泡产生，该气体为氢气，再次用温度计测量溶液温度，发现温度升高，说明该反应为放热反应。在这一过程中，镁与稀盐酸反应生成氯化镁和氢气，反应放出的热使溶液温度升高，温度计示数上升。大家来描述一下实验现象并分析原因。
生：实验现象是镁条表面有气泡产生，溶液温度升高。这是因为镁条与盐酸发生反应，产生氢气，并在反应过程中向环境释放了热量。
师：很好。再来看看八水合氢氧化钡与氯化铵晶体的反应。将 20 克研细的八水合氢氧化钡晶体与 10 克氯化铵晶体一起放入烧杯中，把烧杯放在滴有几滴水的木片上，用玻璃棒快速搅拌，闻到气味后迅速用玻璃片盖上烧杯，用手触摸杯壁下部，试着用手拿起烧杯，观察现象。具体操作请看视频。
（播放氢氧化钡晶体与氯化铵晶体反应的视频）
师：本实验用到的实验用品主要有氯化铵、八水合氢氧化钡。视频中，在木片上滴几滴水，取 20 克研细的八水合氢氧化钡晶体与 10 克氯化铵晶体放入烧杯，并放在木片上，用玻璃棒快速搅拌，可以闻到刺激性气味，迅速用玻璃片盖上烧杯，用手触碰杯壁下部，感觉很凉，试着拿起烧杯，可观察到烧杯底部与木片冻结在一起。在这一过程中，八水合氢氧化钡与氯化铵反应生成氯化钡、水和有刺激性气味的氨气，同时吸收大量的热，导致烧杯与木片之间的水结冰，使烧杯和木片冻结在一起。大家说说这个实验的现象及原因。
生：能观察到可以闻到刺激性气味，手摸烧杯壁感觉温度降低，拿起烧杯发现底部与木片冻结在一起。这是因为八水合氢氧化钡与氯化铵晶体反应产生了有刺激性气味的氨气，并在反应过程中向环境吸收热量。
师：像镁条与盐酸反应这样释放热量的化学反应，我们称之为放热反应。常见的放热反应有活泼金属与酸的反应、所有的燃烧反应、酸碱中和反应以及大多数的化合反应。而吸收热量的化学反应，我们称之为吸热反应。常见的吸热反应包括氢氧化钡与氯化铵的反应、盐酸与碳酸氢钠的反应、大多数的分解反应以及用碳、氢气、一氧化碳作为还原剂的氧化还原反应，不过要注意，碳、氢气、一氧化碳自身燃烧是放热的，需除外。
为什么化学反应会伴随能量变化？为什么有的反应放热，有的反应吸热呢？大家还记得化学反应的微观实质是什么吗？
生：从化学键的角度看，化学反应就是断裂旧化学键和形成新化学键的过程。断开旧化学键需要吸收能量，形成新化学键则释放能量。
师：非常好。当反应过程中，反应物断裂旧键吸收的能量大于生成物形成新键所释放的能量时，该反应就会吸收能量；反之，当反应物断裂旧键吸收的能量小于生成物形成新键所释放的能量时，该反应将释放能量。下面请大家思考这个问题：根据信息判断氢气与氯气发生化合反应生成氯化氢时，是吸收能量还是释放能量？
（给出相关数据信息）
生：断开 1 摩尔氢气和 1 摩尔氯气中的化学键一共需要吸收能量 479 千焦，而形成 2 摩尔氯化氢中的化学键一共要释放能量 862 千焦。断旧键吸收的能量小于成新键释放的能量，所以该反应最终表现为释放能量。
师：没错。各种物质都具有一定的能量，物质的组成、结构与状态不同，所具有的能量也不同。一个化学反应是释放能量还是吸收能量，与反应中全部反应物的总能量和全部生成物的总能量的相对大小有关。物质在发生化学反应时要遵循能量守恒原则。反应过程中，如果全部反应物的总能量大于全部生成物的总能量，反应物转化为生成物时需要向外界释放能量，当能量表现为热量时，反应放热；相反，如果全部反应物的总能量小于全部生成物的总能量，反应物转化为生成物时需要向外界吸收能量，当能量表现为热量时，反应吸热。所以从宏观角度看，反应过程可看作是把储存在物质内部的能量转化为热能、光能等释放出来，或者是把热能、光能等转化为物质内部的能量储存起来的过程。