深度研究教材,把握教学过程

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文章编号:1005-6629(2010)03-0074-03 中图分类号:G633.8 文献标识码:B

1 问题的提出

新课程的推广和实施,对一线教师提出了更高的要求,尤其是一些多年从事教学的一线教师仅凭原先的一些知识积累已不能很好地适应当今新课程的教学要求。和老教材相比,化学新课程的教材在编排上和知识的呈现方式上有较大差异,同时也新增了一些新的知识点。教师在备课、钻研教材过程中往往会遇到这样的一些现象:因限于教材的篇幅以及中学生认知水平等因素,教材在描述某些化学知识时,往往采取点到为止,不作深入详尽的描述,不去追求知识的完整性和精确性。教师在备课过程中遇到这样的问题,不能只停留在教材的粗浅表述上,而应深入研究把握知识的前因后果,准确掌握知识的精髓,只有这样才能高瞻远瞩,才能恰当地处理教材中知识和能力的关系,恰当地把握好教学过程。教师对教材知识点的深度钻研会进一步强化学科知识体系,提高教师的自身素质。本文以笔者自己平时备课过程中对教材某些知识点的钻研理解为例,展现自己对教材的把握,以期抛砖引玉和同行共同关注教材中的类似问题。

2 教材中的问题例析

2.1 反应热与焓变的关系问题

苏教版《化学反应原理》专题1,第一单元“化学反应中的热效应”中, 关于化学反应的焓变,有这样一段话[1],“在化学反应过程中,当反应物和生成物具有相同温度时,反应吸收或放出的热量称为化学反应的反应热(heat of reaction)。在化工生产和科学实验中,化学反应通常是在敞口容器中进行的,反应体系的压强与外界压强相等,即反应是在等压下进行的。在恒温、恒等的条件下,化学反应过程中吸收或放出的热量等于反应的焓变(enthalpy change),用ΔH表示,单位常采用kJ・mol-1”。以上这段文字,给出了“反应热”和“焓变”两个概念,为什么在阅读这段文字时,时常会提出以下几点疑问: (1)在反应热的概念中,为什么要规定反应物和生成物具有相同温度?(2)“反应热”和“焓变”这两个概念有什么区别和联系?课本没有对以上问题作任何解释。教师在备课过程中如何来把握这两个概念,引导学生正确理解这两个概念呢?反应热之所以要强调生成物的温度和反应物的温度相同,是为了使反应热有确定的量值,并便于与其他反应的反应热作比较。避免使生成物温度升高或降低所引起的热量变化混入到反应热中,只有这样,反应热才真正是化学反应引起的热量变化。教师可以用H2和O2反应生成水蒸气和生成液态水的反应热为例加以说明,学生自然能较好地理解。2H2(g)+O2(g)=2H2O(l), ΔH=-483.6 kJ・mol-1, 2H2(g)+O2(g)=2H2O(g), ΔH=-571.6 kJ・mol-1。从以上两个反应热化学方程式中可以看出:当2 mol H2O(g)转变为2 mol H2O(l)时放出的热量为88 kJ,以上热量不是H2和O2反应所放出的热量,它是物质状态变化所引发的热效应。关于反应热和焓变这两个概念,是在化学热力学中介绍的。 热力学第一定律指出[2]: 若某体系由状态I变化到状态II,在这一过程中体系吸收热量为Q,并做功W,用ΔU表示该过程体系热力学能的改变量,则有关系:ΔU=Q+W。任意化学反应过程,体系的热力学能改变量ΔU与反应物的热力学能U(反应物)和产物的热力学能U(产物)的关系为:ΔU=U产物-U反应物,结合热力学第一定律的数学表达式:ΔU=U产物-U反应物=Q+W。对化学反应式中的Q为反应热。因化学反应的具体方式不同,有不同的反应热:

①等容反应热Qv:在等容过程中完成的化学反应,其热效应称为等容反应热。则ΔU=QV+W,由于W=-pΔV,等容过程ΔV=0,故W=0,所以ΔU=QV,上式告诉我们,在等容反应过程中,体系吸收或放出的热量全部用来改变体系的内能。②等压反应热Qp: 在等压过程中,不做非体系功条件下完成的化学反应,其热效应称为等压反应热。ΔU=Qp-W,Qp=ΔU+W,等压过程p1=p2=p,则上式变为:

Qp=U2-U1+p2V2-p1V1=(V2+p2V2)-(V1+p1V1)

U、p、V都是体系的状态函数,故U+pV必然是体系的状态函数,这个状态函数用H表示,称为“热焓”,简称“焓”,由H=U+pV,可知Qp=H2-H1=ΔH即等压热等于焓变ΔH。

③Qp和QV有什么关系呢?

根据化学热力学的推导:Qp=QV+ΔngRT

式中,Δng为生成物和反应物的气体物质的量之差,R为常数(8.314 kJ・mol-1),T为热力学温度。

a. 若Δng=0,则Qp=QV

b. 若Δng>0,则对放热反应|Qp|QV

c. 若Δng|QV|,对吸热反应,Qp

从以上分析讨论可知,“反应热”和“焓变”是两个不同的概念,反应热有等容反应热QV和等压反应热Qp,这两者可能相等,可能不相等。热焓是体系的一个状态函数,在等压不做非体积功条件下,化学反应吸收或放出的热量等于体系的焓变。在实际教学过程中,限于学生的认知水平,我们不必要对“焓变”概念作精确的讲述,但笔者认为,在讲述这两个概念时,为了让学生能较好地区分这两个概念,教师可以指出:同一个化学反应在控制不同的条件(如等温、等压)下进行反应,其放出或吸收的热量值是不一定相等的。在等温、等压、不做非体积功条件下化学反应所放出或吸收的热量等于反应的“焓变”。

2. 2热化学反应式中ΔH的单位问题

在热化学方程式书写的教学中,老师往往会遇到一个棘手的问题, 以2H2(g)+O2(g)=2H2O(l), ΔH=-571.6 kJ・mol-1为例子,学生往往会对以上热化学方程式中ΔH的单位提出疑意,认为1 mol H2燃烧生成液态水放出285.8 kJ的热量,那么,2 mol H2完全燃烧生成液态水放出热量为571.6 kJ,因此ΔH的单位用kJ・mol-1不恰当。对待学生这样的疑问,许多老师都无以回答。

要弄清楚ΔH单位的含义,首先要明白化学热力学中“反应进度”的概念,“反应进度”是一个物理量,符号为“ξ”(读作“克赛”)

设有化学反应:aA+bB=cC+dD式中,a、b、c、d为各物质的计量数,是量纲为1的物理量,若反应未发生时,即t=0时,各物质的物质的量分别为n0(A), n0(B), n0(C), n0(D), 反应进行到t1时各物质的物质的量分别为n(A), n(B), n(C)和n(D), 反应进度ξ的定义为:

由上式可知,反应进度ξ的单位是mol,用反应体系中任一物质量的变化都可用来表示反应进度,在同一时刻所得的ξ值相等。ξ值可以是正整数、正分数,也可以是零,需要注意的是ξ=1 mol的实际意义:表示从反应开始到已经有a mol的A,b mol的B消耗掉,生成了c mol的C和d mol的D。即按a个A粒子为一个单元,进行了6.02×1023个单元反应。当ξ=1 mol时,我们说该反应进行了1 mol反应。

根据以上分析我们知道,对于2H2(g)+O2(g)=2H2O(g),ΔH=-573.6 kJ・mol-1,热化学方程式而言,相当于氢气和氧气按2个H2 1个O2为一个单元进行了6.02×1023个单元反应,即进行了1 mol反应,放出573.6 kJ的热量。

2.3有关醇消去反应的问题

在《有机化学基础》专题4第一节卤代烃的性质中介绍了卤代烃发生消去反应生成烯烃的反应规律[3]: 卤代烷烃消去卤化氢时,卤素原子来自α碳原子,氢原子来自β碳原子。如图1所示:

在第二单元醇、酚中有这样一段描述:“有些醇遇到稀硫酸便可脱水,如叔丁醇20 %的H2SO4中加热到80 ℃便能生成异丁烯。醇消去水的反应与卤代烃消去卤化氢的反应较为相似,它们都可以获得烯烃。”

有些老师在备课过程中就借此将以上内容进行拓展,认为醇化要消去生成烯烃就必须有β-H,没有β-H的醇就不能发生消去反应生成烯烃。以下是在中学课堂中经常能看到的例题:

例:下列几种醇在硫酸作用下不能发生消去反应生成烯烃的是

以发生消去反应生成烯烃的。尽管碳正离子的有关知识在中学有机化学中是不作要求的,但是,作为教师我们在平时的教学过程中不能犯科学性的错误,将错误的知识传授给学生,对学生今后的学习造成负面影响。

3 结语

总之,对教材中涉及到的某些知识,教材往往采用模糊的表述,点到为止,这是教材编写的惯用手法。对这些知识内容,教师在具体的教学过程,一方面要按照中学化学教学大纲和教学指导意见的要求进行教学,不能随意对知识进行拓宽加深,拔高要求,加大难度、深度,增加学生的学习负担,因为这样会影响学生的学习积极性,影响学生对课本主干知识的学习;另一方面教师在备课过程中也不能对这些知识模糊不清,要清晰地掌握这些知识的来龙去脉,前因后果。只有这样作为教师才能站得高看得远,对于课堂中偶发的生成性问题应对自如,也只有这样才能不断提高教师自身的专业素养和学科思维能力。

参考文献:

[1]王祖浩.化学反应原理[M].南京: 江苏教育出版社,2006:2.

[2]曹锡章,宋天佑,王查乔.无机化学(上册)[M].高等教育出版社,1994:248.

[3]王祖浩.有机化学基础[M].南京: 江苏教育出版社,2006:8.

[4]王积涛,张宝申等.有机化学[M].天津:南开大学出版社,2002:272.

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