探究自熱包作用原理——認識化學反應中能量轉化及利用學習目標123通過探究自熱包發熱原理，嘗試利用焓變、蓋斯定律等知識，分析、評價真實環境下化學反應中的能量轉化問題，并形成化學反應能量轉化利用的基本思路。通過分析、改進自熱火鍋中的發熱包，了解化學反應中能量變化的可控性，從微觀角度認識與解釋能量變化的原因。認識實驗是檢驗化學學科的有效路徑，形成注重實證、嚴謹求實的科學態度；了解化學的發展對提高人類生活質量有積極貢獻，形成正確的化學學科價值觀。情景導入海拔4500米，邊防官兵吃上了熱騰騰的火鍋：駐守在雪域高原等艱苦環境的軍隊，時常因為氣壓和水質等因素導致軍隊的伙食難以保障，但是出現了自熱食品后，僅需要十幾分鐘，就可以讓官兵吃上熱騰騰的飯菜情景導入不用火、不用電，只需要加一瓶水，利用化學反應放出的熱量就能享受熱騰騰的火鍋。如今，號稱“懶人自煮自熱火鍋”悄悄走紅，一些品牌還紛紛推出米飯、面條、粉絲等自熱食品…你想知道這些自發熱裝置究竟是什么原理嗎？活動一探究自熱包的發熱原理活動二改進自熱包成果展示活動一：探究發熱原理活動二成果展示任務一：發熱包主要是依靠哪個反應放熱？問題1：加入水后，可能發生的反應有哪些？CaO+H2O=Ca(OH)2;Na2CO3+Ca(OH)2=CaCO3↓+2NaOH;2Al+2NaOH+6H2O=2Na[Al(OH)4]+3H2↑

問題2：其中哪些是放熱反應？CaO+H2O=Ca(OH)2;2Al+2NaOH+6H2O=2Na[Al(OH)4]+3H2

Na2CO3+Ca(OH)2=CaCO3+2NaOH少量，可忽略問題3：發熱包主要依靠哪個反應放熱？活動二成果展示資料支持：各物質的標準摩爾生成焓（由處于標準狀態的各種元素的最穩定單質生成標準狀態下單位物質的量某純物質的熱效應）數據△fHm?[CaO(s)]=-635.1kJ/mol△fHm?[Ca(OH)2(s)]=-986.1kJ/mol△fHm?[H2O(l)]=-285.8kJ/mol（1）寫出CaO（s）+H2O（l）=Ca(OH)2（s）的熱化學方程式CaO（s）+H2O（l）=Ca(OH)2（s）△H=-65.2kJ/mol（2）假設發熱包（65g）主要成分是氧化鈣，理論上能夠使260ml的水大概升溫多少度？已知水的比熱容為4.2kJ·K-1·kg-1Q=-cm（T2-T1）T2-T1=69.3K任務一：發熱包主要是依靠哪個反應放熱？活動一：探究發熱原理活動二成果展示資料支持：2Al(s)+2NaOH(aq)+6H2O(l)=2Na[Al(OH)4](aq)+3H2(g)ΔH=-284.8kJ/mol假設發熱包（65g）主要成分是鋁粉、氫氧化鈉（物質的量之比為1：1），又能夠使260ml的水大概升溫多少度？126.2℃結論：發熱包主要依靠鋁粉與水溶液反應放出的熱量質疑：既然主要的熱量來源是鋁粉和氫氧化鈉溶液的反應，為什么還要加氧化鈣和碳酸鈉？任務一：發熱包主要是依靠哪個反應放熱？活動一：探究發熱原理活動二成果展示CaO+H2O=Ca(OH)2

Na2CO3+Ca(OH)2=CaCO3↓+2NaOH2Al+2NaOH+6H2O=2Na[Al(OH)4]+3H2↑

CaO+H2O=Ca(OH)2

CO32-+Ca(OH)2=CaCO3↓+2OH-2Al+2OH-+6H2O=2[Al(OH)4]-+3H2↑

問題1分析質疑點直接加鋁粉與氫氧化鈉粉末是否可行？可否加鋁粉與氫氧化鈣粉末？氧化鈣的作用？碳酸鈉的作用？可否加氫氧化鈣、碳酸鈉、鋁粉？能量變化物質變化任務二：探究發熱包各成分作用活動一：探究發熱原理活動二成果展示實驗驗證：各取15g自熱粉、生石灰、鋁-氫氧化鈉粉(n比1：1)以及混合粉[鋁粉、氫氧化鈣與碳酸鈉(n比2：1：1)]與等量的水（150mL）反應，測體系在十分鐘內的溫度變化問題2如何設計實驗進行驗證t–T圖像圖像分析結論圖1生石灰、自熱粉的溫度曲線圖2自熱粉、鋁粉-氫氧化鈉的溫度曲線圖3鋁粉、氫氧化鈣與碳酸鈉三者混合的溫度曲線與前者對比自熱粉升溫晚、上升快、末溫高，持續時間長；生石灰升溫早、上升較慢、末溫低，持續時間短鋁-氫氧化鈉粉升溫早、上升快，持續時間短混合粉與自熱粉溫度變化趨勢接近，升溫較慢自熱粉中氫氧化鈉的提供方式，推遲了主反應起點，延長了持續時長任務二：探究發熱包各成分作用活動一：探究發熱原理活動二成果展示

主導反應為氧化鈣的水化過程，氧化鈣與水發劇烈反應，釋放出的熱量使發熱包溫度升高，生成的氫氧化鈣與碳酸鈉反應，生成碳酸鈣并產生氫氧根離子；反應啟動階段快速升溫階段

主導反應為鋁與水在堿性環境下反應放出大量熱量，發熱體系溫度快速提升。綜合考慮鋁是地殼中含量最豐富的金屬元素，占整個地殼總重量的7.45％。鋁及其合金具有特殊的物理化學性質，是常用的金屬材料之一。鋁的能量密度高，在金屬中僅次于鋰，因此鋁可被看作是一種能源載體，可成為一種很有前景的儲能和能量轉換材料。各化學試劑價格氧化鈣：20元/kg；碳酸鈉：15元/kg；氫氧化鈉：30元/kg任務二：探究發熱包各成分作用活動一：探究發熱原理活動一活動二改進發熱包成果展示圖4未使用的發熱包樣品

圖5反應一小時后發熱包橫切截面降溫階段是由碳酸鈣、氫氧化鈣等反應產物組成的致密的結構產物阻礙導致反應結束問題1發熱包溫度下降原因？資料：自熱食品中的食物是將食品原材料按照一定工藝進行處理、調制、熟化、包裝、滅菌等加工后制造出的使用便捷，具有一定貨架期的方便食品。活動一成果展示問題2解讀發熱包使用須知活動二改進發熱包（1）使用前檢查發熱包，如有破損或污染食品，請勿使用。（2）請勿濕手接觸發熱包，請勿使用熱水，拆開塑料包裝后及時使用，放置時間不超過一小時。（3）請勿在密閉空間中使用發熱包，同時注意通風。（4）請勿在玻璃、大理石等耐熱性差的桌面使用。（5）使用前后，勿撕開發熱包無紡布。（6）如發熱包內物質不小心進入眼睛或誤食，請立即用清水沖洗、催吐或醫院就醫。（7）未成年人請勿獨自操作。（8）請在發熱包停止發熱后扔入垃圾桶。

活動一成果展示問題3你認為該發熱包有什么弊端？外盒燙手隔熱保溫效果不好反應產生強堿，有腐蝕性產生氫氣，有爆炸危險反應不完全，試劑浪費隔熱、保溫效果更好的材料鎂水型析氫腐蝕發熱劑：鎂粉、鐵粉、氯化鈉等鐵基吸氧腐蝕發熱劑：生石灰、鐵粉、炭粉、氯化鈉等改進成分配比，將主導發熱成分置于發熱包的較外層活動二改進發熱包活動一成果展示問題4通過活動，你對化學反應中能量轉化及利用有什么認識？化學反應物質變化能量變化伴隨引起利用能量形式能量多少選擇單一反應多反應體系反應間的相互影響釋放快慢速率調控影響(溫度、濃度、接觸面積、原電池…)根據實際需要實現理想的能量轉化活動二改進發熱包活動一活動二成果展示1.歸納總結分析利用化學反應能量轉化解決實際問題的一般思路。2.以小組為單位，在實驗室選擇合適的藥品制作自熱牛奶盒、冰涼坐墊、蒸汽眼罩…..3.歸納總結通過本項目的學習形成的對利用化學反應規律調控化學反應的新認識。感謝聆聽在任何情況下，都應該使我們的推理受到實驗的檢驗，除了通過實驗和觀察的自然道路去尋求真理之外，別無他途。