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开篇:写作不仅是一种记录,更是一种创造,它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感,将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇大学化学反应,希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友,陪伴您不断探索和进步。

关键词:化学 基础教育 高等教育 课程改革
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1673-9795(2013)09(a)-0118-02
2004年,教育部颁布并实施了《普通高中化学课程标准(实验)》,十年来,由原来的4省实验到现在的全国都进入到新课程改革,无数的学生通过高考进入全国各地的高校学习。因此,对高中课程标准的内容以及实施情况的研究是了解高中毕业生学科素养和高校各学科课程内容体系和课程改革的重要依据。
本文根据全日制普通高中《化学教学大纲》《化学课程标准》、大学化学教育的课程体系、内容等方面,在课程的内容方面进行比较,对新课程改革下的大学化学课程改革提出问题和建议。
1 新旧高中化学课程内容的变化
廖哲勋先生认为“课程内容是根据课程目标。有目的的选择的各种直接经验和间接经验的知识体系”是“构成课程的基本要素,是课程内在结构的核心成分”。同时根据教育与心理学的关系我们知道,学生的身心发展有阶段性,教育也应该符合学生的身心阶段,因此,在不同的教育阶段,依据学生的心理特征和认知水平、各学科依据教育目标和课程的教育目标选择了相应内容,培养学生的科学素养。学生的化学学科素养在这样有层次的教学内容背景下,在探究学习和构建自己的知识与能力的过程中,按照层次化的教育过程和教育目标逐渐养成。(见表1)
2 新课程内容、旧课程内容与大学课程内容的比较
我们以全日制普通《高中化学教学大纲》《普通高中化学课程标准(实验)》、大学《无机化学》和《物理化学》为依据,以其中的“化学反应与能量”内容为对比对象进行对比,将有关内容整理如表2所示。
通过比较我们可以看出,《普通高中化学课程标准(实验)》中的内容比《普通高中化学教学大纲》内容的深广度都发生了较大改变。而大学《无机化学》和《物理化学》作为学生进一步学习化学的专业课程,它的内容在学生原有的基础上的深度和广度大大提高。
但是,我们对其中的内容进一步分析时,发现高校的《无机化学》和《物理化学》由于在设置时依照《化学教学大纲》的规定,因此,《无机化学》和《物理化学》的书中有部分知识在高中时已经要求学生掌握,而在大学时学生又对其进行学习,出现了重复现象。但是有部分内容未作要求,出现了断层现象。新的课程标准的内容进行扩展之后仍有重复现象。这也是大学化学课程改革所面临的亟待解决的问题。
例如:盖斯定律的学习。在选修4第一章 化学反应与能量,第三节化学反应热的计算中,书中例题:
如何测出这个反应的反应热:C(s)+1/2O2(g)==CO(g)
(1)C(s)+1/2O2(g)===CO(g)
ΔH1=?
(2)CO(g)+1/2O2(g)===CO2(g)
ΔH2=-283.0kJ/mol
(3)C(s)+O2(g)===CO2(g)
ΔH3=-393.5kJ/mol
(1)+(2)=(3),则ΔH1+ΔH2=ΔH3所以,ΔH1=ΔH3-ΔH2
ΔH1 =-393.5 kJ/mol+283.0 kJ/mol
=-110.5 kJ/mol
例3:已知下反应的反应热
(1)CH3COOH(l)+2O2(g)===2CO2(g)+2H2O(l)
ΔH1=-870.3 kJ/mol
(2)C(s)+O2(g)===CO2(g)
ΔH2=-393.5 kJ/mol
(3)H2(g)+1/2O2(g)===H2O(l)
ΔH3=-285.8 kJ/mol
试计算下述反应的反应热:2C(s)+2H2(g)+O2(g)===CH3COOH(l)
解:分析各热化学方程式的关系,知道将(1)式反写(相当于逆反应,ΔH变号),(2)、(3)式各乘以2,并将三者相加,即可求出上述反应的反应热。
2C(s)+2O2(g)===2CO2(g)
ΔH2=-787.0 kJ/mol
2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)
ΔH3=-571.6 kJ/mol
2CO2(g)+2H2O(l)===CH3COOH(l)+2O2(g)
-ΔH1=870.3 kJ/mol
2C(s)+2H2(g)+O2(g)===CH3COOH(l)
ΔH=-488.3 kJ/mol
以上例题都是对盖斯定律运用以及理论上的论证的学习。是高中课程标准所要求学生所达到的认知性学习目标水平中的较高级的迁移应用水平。
书中的例题根据课程计划也是需要教师对学生进行讲解,学生需要达到一个迁移运用的高级水平的要求。但是和中学部分的相关内容属于重复的部分内容,在实际教学中占用了部分教学时间,也占用了学生的学业学习时间。
3 大学化学课程内容改革之管见
基础教育和高等教育的教育目标、课程目标、课程内容是一脉相承的,基于基础教育化学课程改革的实际,高等学校对原有的课程体系和内容予以改革,以适应人才培养的需要。
所谓接“补缺”,就是在新生入学第一学期初,将高中化学选修模块的所有课程进行开设来供不同学生选择,以补齐选修模块的课程内容。使所有学生的模块内容和水平达到相同或相接近的档次。所谓“删重”就是对相关的大学化学课程予以改革,删减与选修模块重复的内容,铲除“重复”现象,精简课程内容,节约教学资源提高教学效率。
参考文献
[1] 中华人民共和国教育部.普通高中《化学课程标准(实验)》[M].北京:人民教育出版社,2003.
关键词:大学化学;高中化学;知识点;衔接
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2014)09-0074-02
多年教学实践表明,许多大学新生在刚进入大学时不能适应大学的学习生活,常表现出自学自治能力、独立分析能力、实践创新能力等方面较为欠缺,这反映了当前基础教育与高等教育的严重脱节。对于药学类专业,化学类课程学习显得格外重要,而“化学学困生”占相当大的比重。我校药学院每年都对入学新生进行化学知识摸底测试,结果基本一致,测试成绩高的可得90多分,大约占20%;低的只得20来分,不及格率约30%。通过了解高中实验课发现,有的学生来自省重点高中,化学实验开得全,实验动手能力很强;有的同学来自偏远地区,高中三年只做过几个实验;还有的同学只靠观看演示实验或实验录像了解实验操作,实验基础很差。因此,搞好大学化学与中学化学教育的衔接,降低大学化学与中学化学的学习台阶,使学生尽快适应大学化学的教学特点和学习要求,就成为大学化学教学迫切需要解决的一个问题。
总体来说,大学化学与高中化学的一个明显的区别是教学内容的“量”急剧增加了,单位时间内接受知识信息的量与高中相比增加了许多,而辅导练习、消化的课时相应地减少,这对大学新生来说是一个新的挑战。高中化学新教材中知识点的介绍方式及深度与大学化学有所不同,所涉及的范围也远不及大学化学广泛,知识的系统性和化学思维的形成也有待学生在大学化学学习中进一步完善、提高。由于中学化学教学内容体系本身的问题或中学生认知水平有限,学生在进入大学时有些化学问题还比较模糊,这样势必影响大一化学的教学质量。而大多数学生对上述转变心理准备不足,学习方法和能力还停留在高中的层面上,不能适应新起点的学习。
中学与大学化学教学内容的衔接,通常认为是无机化学课程教学所承担的任务[1,2]。也有学者[3]主要关注大学与中学化学实验教学的衔接问题。然而,随着高中化学新课标的实施,一些大学化学知识被纳入高中化学选修模块的教学体系,相关知识点广泛涉及有机化学、分析化学甚至药物化学、生物化学等诸多课程[4]。
2003年4月,教育部制订颁布了《普通高中化学课程标准(实验)》(简称:新课标)。目前,全国各省市已陆续开始执行。新课标将高中化学课程分为“必修”和“选修”两大部分,其中“必修”部分为全体高中学生均需学习的课程,而“选修”部分则包括6个模块。如果在高考中,学生不参加化学科目的考试,则选修“化学与生活”或“化学与技术”模块;如果参加化学科目的考试,则须选修“物质结构与性质”、“化学反应原理”、“有机化学基础”、“化学实验”等模块中的2~3个。
这样的课程设置,基本上为大学化学做好了铺垫,但是,高中化学和大学化学的知识点仍然存在一些衔接问题。因此,教师在大学化学教学中必须对这些概念加以澄清和重视。
一、大学化学中新出现的知识点
在大学化学中,有部分内容是高中化学没有涉及的,主要集中在化学原理的相关章节,总结如下:四大平衡部分:质量摩尔浓度的概念、稀溶液的依数性、缓冲溶液、溶度积的概念、电极电势及其影响因素、配位平衡的移动、配合物的价键理论和晶体场理论;原子结构与分子结构部分:电离能与电子亲和能的概念、离子极化理论和键型的过渡。
上述这些内容,需要教师在教学中高度重视,作为难点讲解,加深学生对这些知识点的认识。
二、大学化学进一步深入学习的知识点
在介绍酸碱理论时,高中化学只讲解了酸碱电离理论,给出了传统的酸、碱、盐的概念,大学化学是在此基础上重点介绍酸碱质子理论,拓宽了酸、碱的定义,提出了两性物质的概念,扩大了酸碱反应的范围;在介绍氧化还原反应时,对于高中化学中的元素的化合价概念,大学化学给出了更加科学的定义――氧化值;在讲化学反应速率时,高中化学用平均速率来定义,而大学化学在高等数学微积分概念的基础上以瞬时速率来表示。
高中化学往往将复杂问题简单化,但追求严格的定义与解题训练。大学化学则要求对化学变化的基本规律、反应过程中的能量变化、物质结构与性能之间的关系等有更为全面的认识,强调灵活运用化学思维和方法来分析解决问题[5]。比如不能光知道原子核外电子排布的能级交错,还应明白该现象是由屏蔽效应和钻穿效应造成的;不仅应了解甲烷分子空间结构是正四面体,还应弄清这是原子轨道sp3等性杂化的结果。
三、大学化学实验与高中化学实验的衔接
中学化学实验教学一般不独立设课,大多数实验为演示实验,教师边做边讲,学生观察实验现象。要求学生认识和安装一些最基本的仪器,理解实验的原理、方法及步骤,从而帮助学生揭示有关化学现象和规律,巩固所学知识。因为每个实验都建立在学生对所学理论知识有较好认识和理解的基础上,实验记录表格是设计好的,最后的实验总结也由教师来做,所以学生学习的主体意识较低,对老师的依赖性很大。而大学化学实验是与理论课并行的课程,具有独立的教学内容。由于内容多、信息量大,一般要求学生在实验前预先自学实验目的、原理和操作步骤,为实验做好充分准备。课堂上教师仅起主导作用,讲解实验的重难点,学生需要充分发挥主观能动性才可在规定的时间内完成实验,并于课后对实验现象进行分析,对实验结果进行解释,写出较为完整的实验报告。
为了在有限的时间内达到预期目标,教师在实验前要布置预习任务,要求学生提前预习,明确实验目的,弄清原理,了解步骤和注意事项,写出合格的预习实验报告,以便实验时能及时、全面地获得需要的信息,顺利完成实验。课上教师只需用少量时间对实验的原理、方法和要求进行简明扼要的串讲,而将绝大部分时间留给学生自己动手。之后教师在学生实验过程中进行巡视,着重注意仪器的布局、调节及正确使用,进行有针对性的指导,帮助学生加深对实验原理、方法等的认识,就学生出现的普遍问题组织现场讨论,耐心帮助不合格学生分析原因,并给予他们重做的机会。采用这样的教学组织形式,学生一般都能主动地进行观察、思考,分析和解决问题的能力也得到了提升。
四、结语
当前学生化学知识参差不齐的现实使得他们接受新的教学信息的能力不同,如果让所有学生接受同一教学目标的教学,难免会出现基础好、能力强的学生“吃不饱”,并挫伤他们强烈的求知求新欲;而基础差、能力欠佳的学生又会“吃不消”,从而打击他们学习的自信心。因此,我们应根据生源的差异化和学生个性发展的需要,形成教育目标的多层次和教学方法的多类型转变。依据“因材施教”的教育原则,进行分层次教学,激发学生的学习热情,重视并服务于学生自学能力的培养,引导学生从被动接受的状态向主动掌握的角色转化。
参考文献:
[1]杨华.例说中学化学与大学化学知识的衔接[J].内蒙古石油化工,2010,(22):106.
[2]黄双路,蒋智清.浅论大学医学化学课与中学化学课的衔接[J].山西医科大学学报(基础医学教育版),2004,6(4):353-355.
[3]程春英.试论大学与中学化学实验教学的衔接[J].实验室科学,2010,13(1):5-6.
[4]罗群兴,廖婉莹,纪敏.谈新课标高中化学与大学化学的相关性[J].化学教育,2011,32(7):20-22.
[5]曹琼方.中学与大学有效衔接的策略研究[D].曲阜师范大学,2008.
从电化学的角度出发,介绍了阳极氧化和电解抛光原理以及电解液的选用,分析和讨论这两种工艺的应用及其优缺点,让学生理解化学知识与专业实际息息相关,与工程技术紧密联系,并能学以致用。
改革教学方法,贯彻启发式学习理念
培养学生创新思维是教育的关键,而创新源于兴趣、起于自主、发于尝试。传统“教师中心论”的教学模式,教师处于完全的主导地位,在课堂上只向学生灌输知识,而不注意把握学生的心理,这与创新格格不入。因此要改革教学方法,贯彻启发式学习理念,充分调动学生学习的积极性。
(一)理论讲授要精心设计,遵循学生认知思路,突出以学生为中心的教学模式教学活动是学生在教师的指导下进行的有目的、有计划的学习活动。化学基本原理中大量公式的教学,应当是在教师引导下训练学生有意识地进行抽象逻辑思维活动。教师要设计一系列问题,并留出学生积极思考的时间,通过师生间的讨论和交流,使学生主动得出结论。如在讲授化学热力学中化学反应方向的判断时,教师可以设计下列的教学程序。首先,在压力为标准态和温度为298.15K时,判断标准是ΔrGθm(298.15K),它可以由参与反应的各个物质的ΔfGθm(298.15K)而计算出来,这一点学生都清楚。其次,教师引导学生思考“若压力仍是标准态,但温度不是298.15K,该怎么办?”并提示ΔrHθm(T)和ΔrSθm(T)与温度无关,提醒学生可以用吉—亥公式求解。然后,进一步发问:“若压力不是标准态,温度也不是298.15K,该怎么办?”此时提示学生利用热力学等温方程式中的ΔrGm与ΔrGθm的关系,将非标准状态化为标准状态,从而求解。通过学生和教师间的这种互动、提问、设疑、解答,学生在自觉、主动、多层次的参与过程中不但学会了复杂的化学反应原理,而且也掌握了分析问题、解决问题的科学方法。
(二)应用部分要勇于放手,让学生走向讲台教育的关键是使学生具备将所学知识应用于实际的能力。化学应用部分的目的正是培养学生利用所学的化学原理分析、解决工程实际问题的能力。在学生课后自学和相互讨论的基础上,学生和教师换位,由学生讲解该部分内容,对专业中遇到的实际问题,如金属腐蚀的防护与利用上升到化学原理加以分析,论述自己的观点。学生为了讲解清楚课堂内容必须认真预习,做好充分的准备。因此,他们在主动获取知识的同时,无形中提高了对这门课程的学习积极性。
(三)改革考试方法,以课程论文、实验设计代替闭卷考试学生学学化学的基本原理和方法的目的不是为了成为化学家,而是具备基本的化学素养的化学思维,能以化学的眼光、角度、世界观分析和解决工程实际中遇到的化学问题。若通过做习题来检测学生的学习效果,不管是开卷或闭卷的考核形式都没有意义。相反,布置课程论文,让学生在查阅资料的基础上,对一些典型案例抽象化,建立理论模型,再用课堂上所用的原理进行分析,提出自己的见解;或者要求学生运用化学基本原理,结合专业特点,对自己感兴趣的内容自行构思、自拟方案,完成一个综合实验设计,并通过实验验证。这两种方式表面上不直接考察学生理论知识,实际上考察他们运用理论知识解决实际问题的能力是更深层次的要求[4]。实践证明,布置论文或综合实验设计的考核方式行之有效,很多学生写出了较高质量的论文,大学化学实验设计也深受学生欢迎,真正达到了培养学生创新能力的目的。
(四)开设专题讲座,配合课堂教学抽出一定时间讲授绿色化学、新型化学电源、膜分离、纳米材料、超分子、生物芯片等体现科技发展前沿的内容[5]。专题讲座可以拓展学生的视野,加大教学信息量,把枯燥的理论知识变得生动、鲜明而易于理解和掌握,同时使学生体验到化学与人类的美好生活、科技的繁荣、生产的进步息息相关,感受到化学无比广阔的应用前景,认识到化学是一门满足人类、社会需要的具有实用型、创造性的中心科学,从而激发学生学习化学、学好化学、用好化学的热情,启迪学生的创新思维和创新意识。
实行本科生导师制、以科研促进教学
21世纪对未来人才的要求,不仅要具有宽厚的基础知识和专业知识,更应该具备创新精神和创造能力。着力培养学生的创新精神应当成为大学化学课程教学中的一项重要内容,而提高学生科研能力则是培养其创新精神的立足点、突破口。科研工作的实质是一种发现新问题、提出新见解、拟定新对策的创造性活动,而发现、分析和解决新问题的过程,正是一个人创新意识、创造性思维能力和创造能力及奉献科学精神的全面展现过程。学校通过实行本科生导师制,给每一名学生指定一位导师,确定学生的科研方向。在导师的具体指导下,学生首先了解科学研究的思路和方法,然后结合自己的知识结构,在教师的科研项目中选择合适的研究切入点,不求研究体系的完整性和理论的突破,通过收集文献、查阅资料,拟定出研究方案和主要技术路线,把握研究特色或关键因素,努力将自己研究的课题做精做深,实现有价值的创新[6]。科研主要是创新,而创新以基础理论知识的掌握为基础,基础理论因创新而体现活力。没有牢固掌握大学化学的基础理论不可能完成相应课题的研究,若学生成功完成了自己的课题研究,那么他们对教材上相应知识点的理解会更加深刻。
关键词:化学反应速率;化学反应速度;正反应速率;逆反应速率;化学平衡
文章编号:1008-0546(2013)01-0078-02
中图分类号:G633.8
文献标识码:B
doi:10.3969/j.issn.1008-0546.2013.01.031
一、化学反应速率与化学反应速度
在化学教材和论文中,经常可见到化学反应速率和化学反应速度这两个词语,它们常被用来表达相同的含义,即化学反应进行快慢的程度。但是,物理学上速率和速度是两个不同的概念。速率是一个标量,标量是有大小而无方向的量;而速度却是失量,既说明大小又表明方向。所以,速率仅为绝对大小,不会有表现方向的正或负;而速度则不然,可能是正值或负值,代表了两个相反的方向。当然,化学反应多数都是可逆反应,的确是存在两个不同的方向,但是,化学反应的方向是化学热力学重点讨论的问题。而化学反应速率则是化学动力学中的主要问题,在数值上仅表现化学反应进行的快慢,而不反映进行的方向。
在中学课本中,化学反应速率是采用反应物或生成物的浓度随着时间的变化率来表示。公式如下:
平均速率v=
瞬时速率 =
对于反应物,浓度的变化为减少量,化学反应速率即是反应物的消耗速率;对于生成物,浓度变化为增加量,化学反应速率即是生成物的增加速率。无论以哪个物质来计算化学反应速率,浓度变化均取正值,所以化学反应速率也绝不会出现负值。
所以,在语言上使用化学反应速率比化学反应速度更合理,建议摒弃化学反应速度的用法而统一使用化学反应速率这一术语。并且建议在公式中加绝对值符号,即:v=, =
浓度的变化取末、始态即反应物或生成物在反应后和反应前的浓度之差,即使浓度的变化有正、负值,但最终的速率都为绝对值。这样更能体现化学反应速率的标量性质,仅有大小而无表现方向的正、负号。
二、化学反应速率、正反应速率及逆反应速率
中学阶段,在专门学习化学反应速率时并没有涉及正反应速率和逆反应速率。但是,在学习化学平衡时说到:当可逆反应的正反应速率与逆反应速率相等时化学反应达到平衡状态。而对正反应速率和逆反应速率的概念缺乏进一步的解释,造成学生对化学反应速率、正反应速率及逆反应速率理解上的混乱。通过互联网查询发现提出相关问题的不少而回答准确清楚的却并不多。不少人认为:可逆反应的化学反应速率即为这个反应的正反应速率。
化学反应速率既非正反应速率亦非逆反应速率,而是两者之差。对于一个可逆反应同时存在着正方向进行的反应和逆方向进行的反应。而整个化学反应表现为在这两个方向上综合进行的结果。
以2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)为例,同时存在着正反应(2SO2+O22SO3)所导致的SO2、O2的消耗、SO3的增加和逆反应(2SO32SO2+O2)所导致的SO3的消耗和SO2、O2的增加。因此,正反应速率即为由于正反应进行所导致的SO2、O2的消耗速率或者SO3的增加速率;而逆反应速率则为由于逆反应进行所导致的SO3的消耗速率和SO2、O2的增加速率。而化学反应速率则是作为一个反应整体宏观上反应物SO2、O2的消耗速率或者SO3的增加速率。当然,约定俗成,方程式从左至右为反应进行的正方向。
当反应达到平衡时正反应速率等于逆反应速率,此时的化学反应速率即为零,因为各物质的浓度不再随时间而变化。但是,正反应速率和逆反应速率不为零。
化学反应速率可以通过实验测定随着反应的进行反应物或生成物浓度的变化而得到。但是单纯通过实验却不能测定正反应速率或者逆反应速率,因为只能测定出宏观上物质浓度的变化却无法获知浓度的改变中哪些是因为正反应、哪些又是由于逆反应所导致的。
三、化学平衡和化学反应速率
在中学教学中,教师通常将正反应速率和逆反应速率作为化学反应达到平衡及导致化学平衡移动的原因。通过调查学生课堂笔记、网络查阅教师教案及教参,发现许多中学教师都是这样讲述的:当可逆反应的正反应速率等于逆反应速率时化学反应达到平衡。而当外界条件发生变化,导致正、逆反应速率不相等时原有的平衡状态被打破,若正反应速率大于逆反应速率则反应向正方向移动,而逆反应速率大于正反应速率反应向逆方向移动,直到正、逆反应速率再次相等而达到新的化学平衡状态。
而在一些大学化学教材中讲到化学平衡时却对化学反应速率只字不提,仅仅是因为中学已经学习过而不再提及吗?
其实,经典的化学热力学仅从反应前、后状态的能量变化的角度出发,去探讨反应的可能性(即反应进行方向的判断)与限度问题(即化学平衡),并未涉及反应从始态到终态之间的过程,不涉及反应从一个平衡状态到另一个平衡状态过渡的快慢。也就是说,热力学基础上建立的对化学反应(包括化学平衡问题)的结论,与反应速率之间没有任何的联系。[1]
经典热力学通过反应前、后的状态的变化,即ΔG(反应后的状态与反应前的状态的吉布斯自由能变化)来判断一个反应能否自发进行以是否达到平衡。ΔG<0,反应能自发进行,即反应总是自发向吉布斯自由能减少的状态进行的,也就是说若反应后整个反应体系的吉布斯自由能小于反应前的吉布斯自由能,那么反应肯定向正反应方向自发进行;而ΔG=0,反应达到平衡状态,即前、后状态的吉布斯自由能相等则说明已达到化学反应限度,所谓限度也就是在当前条件下反应体系的吉布斯自由能已经降到了最低,同时,反应物的转化率也达到最高。当反应条件发生变化原有平衡状态被打破时,若ΔG<0则平衡向正方向移动,ΔG>0则平衡向逆反应方向移动。其实,这也是“能量最低原理”这个自然界普适规律的体现,即“自然变化进行的方向都是使能量降低,因为能量越低越稳定。”
所以说,在中学阶段将化学平衡的原因归结为正反应速率等于逆反应速率,并认为正反应速率不等于逆反应速率是化学平衡移动的根本原因都是不够严谨的。但是,因为中学还未学习到吉布斯自由能的内容,似乎只能用化学反应速率来解释化学平衡问题同学们才容易理解。因此,建议中学教师在讲解时注意措词:正反应速率等于逆反应速率只能说是化学反应达到平衡的一个标志而不是其根本原因或本质;化学平衡移动的方向也不必借助正反应速率与逆反应速率的比较来判断,而直接用勒夏特列原理来分析即可。即使介绍在化学平衡移动时正反应速率与逆反应速率大小的不同,也必须说明化学反应速率的变化与化学平衡的移动总是相互伴随发生的过程,但并非正、逆化学反应速率的变化导致化学平衡的移动亦非化学平衡的移动导致化学反应速率的变化,化学平衡及其移动的本质将在大学化学中做深入的介绍。
关键词:大学化学 非化学专业 实验教学
中图分类号:G64 文献标识码:A 文章编号:1007-3973(2011)002-173-02
化学是研究物质的组成、结构、性质、以及变化规律的科学,是人类在征服自然的进程中逐步形成的一门自然科学学科,也是人类用以认识和改造物质世界的主要方法和手段之一,化学也是一门历史悠久而富有活力的学科。因此,作为通识教育的大学化学,一直以来都被作为高等教育中实施化学教育的基础。尤其是对于非化学专业的学生,大学化学可能成为其四年学习生涯中接触的唯一一门化学课程,因此,大学化学对于完善其知识能力结构,培养其相应的化学素质具有重要作用,在本科教学中有着举足轻重的地位。
然而,在实际的教学中,笔者深刻感受到了大学化学这门课程所遭遇到的种种尴尬:
1 教材内容“面面俱到”,专业针对性不强
从知识面和知识层次而言,大学化学课程内容覆盖面广、知识层次较深,科技的发展和各学科间的日益交叉和渗透融合,已使化学的研究范围己扩大到众多的交叉及边缘学科,例如能源化学、材料化学、环境化学、生物化学等,在这种背景下,对应大学化学教材的编写只有做到面面俱到,乃至包容万象,才能被称之为合格的教材。虽然对于这些非化学专业的学生来说。学好大学化学。具有与专业相关的化学素质十分必要,但过分求多求全的教材内容,不仅不能拓宽这些学生的化学视野,反而会挫伤学生的学习积极性和成就感。同时,在这种求大求全的背景下,大学化学教材的编写往往不具备专业针对性。对于这些非化学专业的学生,其专业方向也各不相同,包括材料、化工、采矿、地质、生物、环境等各个方面。各个专业都有其特点,因此不同专业的大学化学教材的编著也应有所侧重。但现实是,大学化学教利的编写往往忽略掉不同专业的独特需求。与求多求全的教材编著相悖的是,完成课程讲授的理论学时不仅得不到扩展,反而被逐年的压缩。于是大学化学的教学就出现了一种“教材越编越厚,课时越讲越少”的奇怪现象。如何在有限的学时完成大学化学课程的讲授和学习,是教师和学生都正在面临着的巨大的困扰。
2 授课内容脱离实际,授课方式简单枯燥
笔者在我校对100名学学化学的不同专业的学生进行过问卷调查,结果80%的学生认为授课内容和授课方式在大学化学的教学中最为重要。化学知识的发展非常快速的,也就是短短几十年的时间,化学知识渗透到我们生活的各个领域,而且新成果的转化也非常及时,学生很希望了解目前国内外化学最前沿的知识,包括理论和实践。而目前,我们的大学化学教学的内容过于陈旧,不能有效结合实际,无法在化学世界日益更新的先进成果和和其所依据的基础化学理论之间搭起桥梁,往往使同学们知其然,不知其所以然,加之授课缺乏交流与互动,激发不了学生学习的积极性和主动性。同时,授课方式的呆板单一,也严重影响了大学化学的授课效果。目前,大学化学授课多采用板书与多媒体相结合。不可否认,采用多媒体教学改变了板书讲授的单一性,而且图文并茂,色彩鲜艳,清晰生动,有助于激发学生的兴趣,提高学习效果。然而,正是多媒体具有传统教学方法(黑板、挂图、模型等)无法比拟的优点,使之愈来愈受到大学教师尤其是年轻教师们的青睐。加之教学内容与授课学时的双重压力,使得教师对多媒体的依赖和对传统教学方式的摈弃现象越来越严重。但由此带来的负面影响却不可回避。多媒体教学虽然扩大了教学信息传输量,缓解了课时少和内容多的矛盾,但是无形中增大了学生学习的强度,使学生陷入强制接受的模式而无暇思考,抑制了学生的发现问题提出问题的能力,无法在脑海中留下深刻的印象。以至于学生戏称多媒体教学“上课花花绿绿,下课一片空白”。
3 实验课程设计僵化,实验教学方式单一
化学是一门实践性很强的科学,化学离不开实验。它是化学理论产生的基础,可以说所有的化学规律和成果都建筑在实验成果之上。因此,实验课程设计和实验教学在大学化学教学中起着至关重要的作用。并且,大学化学实验可能是非化学专业学生在大学期间接触最早的一门实验课了。它不仅可以激发学生学习化学的兴趣、提高操作动手能力,还可以培养学生实事求是、严肃认真的科学态度。同时,在促进学生创造性思维发展、树立科学思维方式等方面具有独特作用。然而在现实教学中,化学实验的开设都是沿用实验教材上所设置的内容,且基本都属于不具备创新性的验证性实验,有限的实验学时长期以来被这固定的几个实验所填充;实验内容毫无新意,以至于学生在实验开始之前就已经预知到会发生的现象和出现的结果:实验教学中大多采取“教师讲授一学生实验一报告书写”三段式模式,这种模式不利于提高学生实验设计和操作能力。尤其是对学生实验和报告书写这两个环节无法开展合理有效的监管,易滋生学生的惰性心理,不利于培养学生分析问题的能力。总之,僵化的课程设计和单一的教学方式严重限制了大学化学实验的教学质量和教学效果。
针对非化学专业大学化学教学中存在的种种问题,如何在教学过程中提高教学质量,如何使讲授的内容为学生所接受,使学生对化学产生浓厚的兴趣,在对多年大学化学授课心得的总结之后,笔者有以下几个方面的思考。
3.1 结合专业特点。优化知识结构
学学化学的学生,其专业分布包括材料、化工、采矿、地质、生物、环境等各个方面。由于各个专业的知识内容和研究重点各不相同,不可能要求他们象化学系学生那样,面面俱到,学习较深的化学理论知识。这样就会永远陷入“教材越编越厚,课时越讲越少”的泥潭中不可自拔,教师精疲力竭,学生也不买账。而应主要结合听课学生的专业特点,合理取舍教材的内容,详其该详,略其该略,优化知识结构。这也符合工科大学化学体系新颖,内容精炼,联系工程实际的特点。例如:对于化工和材料专业的学生,可以就陶瓷材料、液晶材料、纳米材料和功能金属材料作重点讲解:而对于生物专业的学生,可以就基因计划和基因工程等方向作重点阐述。有时甚至同一内容在对不同专业学生讲授时,侧重点也有所不同。例如:在讲授金属材料的电化学加工章节时,对于化工专业的学生,应侧重于电化学加工的工艺流程和参数性能比较,而对于环境专业的学生,应在镀后废水的处理方面给予启迪。通过这样有针对性的讲授,既有效解决了授课内容和授课学时的冲突,使“好钢用在刀刃上”,又能有效激发起学生学习的热情和专业相关化学素质的培养。
3.2 理论联系实际,内容与时俱进,丰富授课方式
随着现代科学技术的日新月异,尤其是互联网的繁荣,在实现了教育资料的极大丰富和获取的快捷方便的同时,也使
得学生享有了获取同等信息的权利,这就对大学化学的授课提出了更高的要求。如果还是坚持传统的教学方式,照本宣科,必然会引起面临就业升学压力的学生的强烈反感和抵触,达不到应有的教学效果。这就要求我们在课堂上,应把理论的化学知识与工程实际应用乃至日常生活有机结合起来,并运用深入浅出,形象生动,通俗易懂的方式进行讲解,使得一个个抽象的化学概念在同学脑海中变得鲜活丰满起来,才能使学生易于接受。例如:在讲到化学反应动力学中“半衰期”概念时,不妨讲述半衰期在考古和医学中的应用,如怎样探测文物年代,如何控制药物计量等。此外,还要求我们联系书本上的知识讲解如何去解决工程技术中的实际问题。例如运用溶度积规则处理工业废水;通过在合成树脂或塑料中,加入一定比例的某种阻燃剂,提高塑料制品的阻燃性能等。通过以上种种讲解,使学生真切感受到化学知识不仅可以广泛应用我们日常生活、工作中,而且还可以去解决工程中的实际问题,从而让学生认识到化学学习的必要性,激发了学生的求知欲望。另外,大学化学教师,尤其是青年教师还可结合当前专业方向和本学科的最新科学成果,适当介绍一些现代化学的前沿领域和最新成果,并将这些成果和发现所依据的基本理论深入浅出的向学生阐述,让学生实实在在地体会到了现代高科技并不是那么神秘的,它们就在自己身边。
根据笔者的对同学的调查研究,同学们对讲堂上滥用多媒体“一翻到底”是十分抵触的。因为多媒体每页内容较多,且翻页频繁,很多同学甚至连记录笔记或在课本上标注的时间都没有,一节课下来感觉毫无收获。本该是多媒体教学的优势由于其滥用反而变成了劣势。因此在大学化学的讲授中,教师应摆脱对多媒体的过度依赖,尤其应避免把所有授课内容搬上多媒体,然后,照本宣科。仅在需要一定的抽象思维能力和空间想象能力解决的问题时,适度使用多媒体。例如,在讲原子构成的时候,可以用多媒体形象地表示出原子的结构:原子核、核外电子、电子在原子核外作高速运动等,把抽象的概念具体化:或者接触到有机化合物反应时,可采用多媒体三维动画演示这有机化合物的反应历程,使学生能够更直观的看到反应前后化合物的空间立体变化;而在公式推导时,则宜用板书书写,方便同学们跟进思考。如此以板书为主穿插多媒体演示的授课方式,必能收到良好的授课效果。
3.3 开放实验设计,培养创新能力
关键词:碘酸钾;碘蒸气;焓变;熵变
文章编号:1008-0546(2012)11-0086-01 中图分类号:G633.8 文献标识码:B
doi:10.3969/j.issn.1008-0546.2012.11.035
化学反应的焓变与熵变[1]是高中和大学化学[2]都涉及到的重要知识点。如何使学生在学习这部分内容的同时,又能够学以致用。笔者从人们天天食用的碘盐入手,挖掘出化学反应的焓变与熵变在生活中的应用一例。
市售碘盐包装上强调:保存时“防热、避光、防潮”;烹饪时,“食品熟后再放碘盐”。其中的“潮”后会发生什么反应?“热”后又会发生什么反应?“热”指的温度为多高?可以从相关化学反应的焓变与熵变的角度进行分析:
一、碘盐受潮后会发生什么反应
空气中含有二氧化碳,在潮湿的条件下,发生反应为:
H2O(l)+CO2(g)=H2CO3(aq)(1)
H2CO3(aq)=H++HCO3-(2)
碘盐中的“碘”,其存在形式为碘酸钾,在上述(1)、(2)所示的潮湿、酸性环境条件下,发生反应(3)
4H++4IO3-=2I2(s)+5O2(g)+2H2O(l) (3)
反应(3)可以发生的依据是该反应的标准摩尔吉布斯自由能变小于40kJ·mol-1。通过浓度、温度对化学平衡的影响,可以使反应正向自发进行[3]。以下的计算可以说明。
二、碘盐受热后会发生什么反应
碘盐“受热”后,会使反应(3)中生成的固体碘升华为碘蒸气而逸出,即发生反应(4):
I2(s)=I2(g) (4)
反应(3)和(4)的总反应为碘盐“受潮”、“受热”后的总反应(5):
4H++4IO3-=2I2(g)+5O2(g)+2H2O(l) (5)
反应(5)可以发生的依据同反应(3)。
三、标准压力下碘盐受热温度为多高
298K、标准压力下反应(5)的摩尔反应焓变[2]、熵变[2]、和热容[3]变化分别为[4]:
ΔrHm°=2ΔfHm°[I2(g)]+5ΔfHm°[O2(g)]+2ΔfHm°[H2O(l)]-
4ΔfHm°[H+(aq)]-4ΔfHm°[IO3-(aq)]
=2×62260+5×0+2(-285848)-4×0-4(-221300)
=438024J
ΔrS°=2Sm°[I2(g)]+5Sm°[O2(g)]+2Sm°[H2O(l)]-
4Sm°[H+(aq)]-4Sm°[IO3-(aq)]
=2×260.58+5×205.029+69.96-4×0-4×118.4
=1212.6J·K-1
ΔrCp=2Cp,m[I2(g)]+5Cp,m[O2(g)]+2Cp,m[H2O(l)]-
4Cp,m[H+(aq)]-4Cp,m[IO3-(aq)]
=2×36.86+29.359+2×75.295-4×0-4×84.7
=32.3J·K-1
计算表明化学反应(5)的热容改变量?驻rCP=32.3JK-1,在室温的基础上,每改变100℃,引起标准摩尔反应焓变和熵变的相对变化分别为:
[ΔfCp,m(T2-T1)/ΔrHm°]×100%
=[(32.3)×100/438024]×100%=0.74%
{[ΔrCp,mln(T2/T1)]/ΔrSm°}×100%
={[(32.3)×ln(398.2/298.2)]/1212.6}×100%=0.77%
为了简化计算,将改变0.74%和0.77%忽略。并且假定化学反应(5)能够从左向右进行,必满足:
ΔrGm°,T=(ΔrHm°-TΔrSm°)
T>ΔrHm°/ΔrSm°=438024/1212.6=361.2K=88℃
四、实际压力下受热温度为多高?
由以上计算可知,潮湿条件下,对碘酸盐形成的酸性环境使其变为碘蒸气而挥发掉的碘蒸气p1=1×105Pa,与之平衡的温度T1=361.2K,而实际的烹调加热体系,碘蒸气的分压远小于大气之标准压力,因为88℃时水的饱和蒸汽压[5]为6.4×104Pa,实际碘蒸气的分压p2应该为(1×105P-6.4×104)Pa,即0.36倍的p1,考虑到烹调过程中碘盐用量因人而异且较小,故设为0.1~0.4倍的p1,与之平衡的温度为T2,碘的升华焓(假定为常数)即反应(4)的标准摩尔反应焓变为:
ΔsubHm°(298K)=ΔfHm°[I2(g)]+ΔfHm°[I2(s)]
=62260-0=62260J·mol-1
将P1,P2,T1数据代入克劳修斯-克拉贝龙方程[2]:
ln==-
解得T2=325.2∶346.0K=52∶72.8℃
计算表明反应(5)的反应温度为52~72.8℃,即在73℃以下就可以进行。而实际的烹调温度在100℃以上,又具备潮湿和酸性条件,因而可以使碘酸盐变为碘蒸气而挥发掉。所以,“食品熟后再放碘盐”才能保证碘盐使用的有效性。
参考文献
[1] 课程教材研究所,化学课程教材研究开发中心.高中课程标准实验教科书化学(选修4)[M].北京:人民教育出版社,2006:38
[2] 天津大学物理化学教研室.物理化学:上册.第五版[M].北京:高等教育出版社,2009:67,120,139,316
[3] 实用化学手册编写组.实用化学手册[M].北京:科学出版社,2003:292
[4] 金世勋.物理化学[M].北京:高等教育出版社,1996:215,564-
关键词:文学 化学 融合
中图分类号:H642 文献标识码:A 文章编号:1672-1578(2017)02-0016-01
化学是一门严谨的自然科学,诗词是优美的、有生命力的,这两者之间存在太多的差异。然而在我们人类的历史上,诗人将化学现象、化学反应融入了优美诗词中,诗人以独特的视角创作了优美的诗词。诗人发现了化学在生活中的应用,并对其进行了有生命力的描述,创作了优美的诗词,实现了化学与文学的融合。为广大的一线教师提供了有效的教学素材和教学方法。
1 明代的著名诗人于谦诗词作
《咏石灰》
于谦
千锤万凿出深山,烈火焚烧若等闲。
粉身碎骨浑不怕,要留青白在人间。
这首诗词是于谦为了表达自己一生清白而作,但是这诗词又阐述了生石灰的生产过程。诗词中的“千锤万凿出深山”表明了石灰石的来源,也能体现生石灰来之不易。“烈火焚烧菪等闲”说明石灰石(主要成分是碳酸钙)的硬度较高,需要较大的强度的力量才能把石灰石敲碎,然后再把碎的石灰石进行高温加热,使得石灰石变成生石灰:CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)。“粉身碎骨浑不怕”描述的是氧化}与水反应生成白色的熟石灰:CaO+H2O=Ca(OH)2。“要留清白在人间”空气中的二氧化碳和反应生成的氢氧化钙反应生成白色沉淀的碳酸钙:Ca(OH)2+CO2=
Ca(CO)2+H2O。
于谦写作这首诗的目的不仅仅是抒发自己不怕艰难和困苦,不怕奉献自己的生命的情感,而且也表达了自然坏境对人的影响,人应该保持自己崇高的情操,不被世俗所感染的情怀。这首诗词阐述了一系列的化学现象和化学反应的同时又抒发了诗人的真实情感,古代诗人实现了将化学知识融入到文学。
2 唐代的著名诗人杜甫诗词作
《客从》
杜甫
客从南溟来,遣我泉客珠。
珠中有隐字,欲辨不成书。
缄之箧笥久,以俟公家须。
开视化为血,哀今征敛无。
诗词中的“客从南溟来,遣我泉客珠”描述的是客人是来自南方,送了一颗珍珠给他。“珠中有隐字,欲辨不成书”讲的是珍珠上好像有不清楚的字迹,后来诗人把珍珠藏在了箱子中,也寓意为百姓心中有难言的隐痛。“缄之箧笥久,以俟公家须”的意思是时间过去了很久,把箱子打开想看珍珠,但是珍珠不见了,只剩下了一些红色的液体。“开视化为血,哀今征敛无”阐述的是原来是珍珠贝的表面有一层膜,这层膜受到了刺激后产生了液体,然后液体凝集到一起成了碳酸钙,也寓意为官家征敛的实为平民百姓的血汗。发生的现象的原因是碳酸钙是沉淀难溶于水,它可以和二氧化碳和水反应:CaCO3+CO2+H2O=
Ca(HCO3)2。由于当时杜甫住的地方潮湿而且与二氧化碳接触,所以会发生化学反应。当时的杜甫他不知道珍珠发生了化学就变成了红色液体。
这首诗词不仅仅描述了一些化学现象和化学反应,而且抒发了他对当时现实的不满,表达杜甫对现实,对强征捐税,搜刮人民财富的不满,体谅普通百姓的艰辛和生活的不容易,怜悯百姓的情怀。这首诗词阐述了一系列的化学现象和化学反应的同时又抒发了诗人的真实情感,古代诗人实现了将化学知识融入到文学。
3 唐代著名诗人刘禹锡诗词作
《浪淘沙九首・日照澄州江雾开》
刘禹锡
日照澄州江雾开,淘金女伴满江隈。
美人首饰侯王印,尽是沙中浪底来。
这首诗词主要讲的是古代淘金的方法。“日照澄州江雾开,淘金女伴满江隈”意思是在清晨,整个大江都被烟雾笼罩,太阳出来后,烟雾都散开了。太阳光照耀着江水,成群结队的妇女来到了这里淘金,占据了整个江边。“美人首饰侯王印,尽是沙中浪底来”描述的是漂亮的女人的头上的首饰和王侯贵族手中的印玺,都是用这些淘金的妇女淘出的金子来制造的,而且讲述了妇女淘金的艰辛和不易。
刘禹锡《浪淘沙九首.莫道谗言如浪深》中也有类似内容:“千淘万漉虽辛苦.吹尽狂砂始到金。”
刘禹锡的这两首诗都有写到利用物理方法淘取金沙的过程,而且讲述了淘取金沙的辛苦和困难,这种崇高的精神值得我们学习和鼓励。同时也描述了金的化学性质不活波,很稳定,不易与其他物质发生反应。这首诗词描述了金的化学性质同时又抒发了诗人的真实情感,古代诗人实现了将化学知识融入到文学。
综上所述,表面上化学与文学没有多大的关系,但只要你积极探索,善于发现就能发现古诗词中蕴藏着的化学知识。平时,只是我们较少关注和发现。古代诗词实现了化学与文学的融合,诗词通过描述化学现象和化学反应以抒发了诗人内心深处的情感,为广大的一线教师提供了有效的教学素材和教学方法。
参考文献:
[1]全唐诗[M].上海古籍出版社.
[2]中学生古诗文诵读[M].人民教育出版社.
关键词:化学反应速率;教学思考;对策
中图分类号:G632.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2015)04-0233-02
“化学反应的速率”是从化学动力学的角度研究化学反应进行快慢的一节课,课程重点是学习化学反应速率的定量表示方法以及浓度、温度、催化剂等外界因素对反应速率的影响。考试大纲对这节课的要求有:了解化学反应速率的概念、反应速率的定量表示方法;理解浓度、温度、压强、催化剂等外界条件对反应速率的影响,认识其一般规律;了解化学反应速率在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。学生对“化学反应速率”这一知识点的认识发展过程可用图1来表示,通过必修2的学习已经知道化学反应有快慢之别,但不知道如何定量描述化学反应的快慢。已经知道浓度、温度、催化剂等外界条件的改变将对化学反应速率产生怎样的影响,但不知道为什么能产生这样的影响、影响程度如何。学生在本节课将学习化学反应速率的定量表示方法,并从定量的角度来探讨外界条件对化学反应速率的影响情况。现以鲁科版“化学反应原理”第二章第三节“化学反应的速率”为例,对教学过程中出现的问题进行思考并提出相应解决对策,本节教材的内容框架如图2所示。
一、化学反应速率
教材在这一部分通过一个探究活动,让学生尝试对化学反应速率进行定量的研究。在教学过程中易出现一个问题:由于在这个实验中直接测到的是镁条的质量和物质的量,所以在表示反应速率时,学生都是直接用单位时间内的镁条质量的变化量或物质的量的变化量来表示反应速率的。这与通常说的用单位时间内物质浓度的变化量来表示反应速率不同,因此探究活动设置了问题2“如果分别用单位时间内盐酸浓度的减小和氯化镁浓度的增加来表示反应速率,需要哪些数据?”来引导学生,为下文的速率方程做了铺垫。在学习过程中,学生容易犯一个错误,即将镁的物质的量的变化量除以溶液的体积,当作是镁的浓度的变化量,教师应指导学生,“一般来说,浓度只针对气体和溶液中的溶质,固体和溶剂的浓度看做常数,不能用来表示化学反应速率”。
在教师的教学和学生的学习过程中还应注意以下几点:第一,对于同一个化学反应,用不同的物质来表示的反应速率,在数值上是不同的,所以一般要指出是v(A)还是v(B)。第二,无论用反应物还是用生成物来表示的化学反应速率都是正值,但在课本中出现的两个公式的形式:会让学生以为,以单位时间内反应物浓度的变化量表示的反应速率是负的,容易给学生造成困惑,所以应强调Δc(A)就是浓度的变化量,不一定是“末减初”,即无论以什么物质来表示的化学反应速率都是一个正值。第三,上述的第二个公式较为复杂,学生理解和记忆时比较困难,在实际应用中也较少出现,只是为了说明同一反应用不同物质表示的反应速率都是相同的,所以在教学时应注意引导学生重点理解和掌握第一个公式,对第二个公式的理解应是:在同一个化学反应方程式中,以不同物质表示的反应速率之比等于其方程式系数之比。
在必修2的学习中,学生已经从定性的角度了解了什么是化学反应速率,在这节课中将进一步学习化学反应速率的定量表示方法,并从定量的角度来探讨外界条件对化学反应速率的影响情况,着重培养学生对问题进行定量研究的意识。
二、浓度对化学反应速率的影响
在浓度对速率的影响中,教材出现了速率方程:v=kc(A)c(B)。在教学中要注意把握这部分内容的深广度,与掌握具体知识相比,本节课更重视培养学生对问题进行定量研究的意识,所以在教学时应抓住的一个核心是:只需要知道化学反应速率与反应物浓度存在一定的定量关系,这种定量关系通常通过实验测定,与化学方程式中的系数并无确定关系。
在教学过程中遇到的问题主要有:第一,学生易把速率方程和上节的化学反应速率的计算公式混淆,对于两个公式所表达的意义也不清楚。对于这个问题的突破,可以通过将两个公式进行对比,指导学生对两者进行区分。第二,压强对化学反应速率的影响是学习过程中的一个易错点,应指导学生将压强对速率的影响转化成对浓度的影响,即压强改变时只有引起浓度的变化才会影响反应速率,否则不影响,如:恒容下充入与反应无关的气体问题、只涉及液体和固体的反应的问题等。
三、温度对化学反应速率的影响
这部分内容教学的重点是:温度与反应速率常数之间存在着定量关系;温度对反应速率的影响与活化能有关;活化能的定义。教学时应通过情境的创设,层层设问,将知识点一一引出。首先提问:温度如何影响化学反应速率?(通过影响反应速率常数来影响化学反应速率);其次提问:为什么升高相同温度对不同化学反应的速率影响程度不同?(不同反应的活化能不同,活化能越大改变温度对反应速率的影响程度越大);最后再解释什么是活化能。温度对速率的影响涉及到了化学反应动力学研究的问题,具有非常强的理论性。例如:教材提出了“基元反应”的概念,又对“化学反应式怎样进行的”这一问题进行了分析。如何在教学过程中做到既不增加学习难度、不引入过多概念,又可以帮助学生从本质上理解为什么化学反应速率会千差万别,为今后的学习打下初步的理论基础,就成为教学的一个难点。因此在进行阿伦尼乌斯公式的教学时,只要求学生知道对于一个确定的反应,温度对化学反应速率的影响与活化能有关。当Ea>0时,升高温度反应速率常数增大,化学反应速率加快。在教学过程中不宜追究其来龙去脉,更不宜进行公式推导。教材中的反应历程示意图应指导学生学习,借助图像有助于帮助学生理解活化能的意义。
四、催化剂对化学反应速率的影响
催化剂对速率的影响主要是让学生了解催化剂是通过参与反应改变反应历程、降低反应的活化能来提高化学反应速率的。教材中的“氯催化臭氧分解历程示意图”是教学的重点,可以帮助学生理解上述内容。
在教学过程中会遇到的问题是:学生常常将催化剂对化学反应速率的影响和对平衡移动的影响混淆。教师应帮助学生对这一内容进行对比和归纳,如:催化剂降低了反应的活化能,从而使反应速率常数增大,进而提高了化学反应速率;而催化剂不能改变化学平衡常数,从而不影响平衡的移动,不改变平衡状态,问题就能够得到解决了。
教材从“化学反应是怎样进行的”提出“反应历程”和“基元反应”等概念。这些概念的引入可从本质上揭示化学反应的复杂性,保证了教学内容的科学性,帮助学生从本质上理解为什么化学反应速率会千差万别,为今后的学习打下初步的理论基础。但是,高考对速率方程、阿伦尼乌斯公式、基元反应和碰撞理论等都没有要求,那么在教学中如何准确把握教学的深广度,就成为了一个重要的问题。例如对于“基元反应”,仅需知道基元反应即为一步完成的反应,而许多化学反应是由若干个基元反应组成的复杂反应即可。再如对于“速率方程”,需知道化学反应速率与反应物浓度存在一定的定量关系,这种定量关系通常通过实验测定,与化学方程式中的系数无确定关系。
与必修2相比,化学反应原理着重培养学生对问题进行定量研究的意识,因此如何准确把握教学的深广度,不给学生增加学习的负担也是教学过程需要解决的一个重要问题。在教学时,既要使学生对化学反应速率及其影响因素的认识在必修的基础上有所提高,又不过于定量化、抽象化,要注意使这部分内容区别于大学化学教学。重点培养学生分析处理数据的能力及解决问题的能力、逻辑思维的能力,这些能力的考察也是新课程高考中的一个重要方面。
参考文献:
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[5]王锦化.实验创新活动中高师本科生选题刍议[J].化学教育,2006,(5).
关键词:水溶液 铁盐 亚铁盐 铁 稳定性 相互转化
一、 水溶液中铁盐和亚铁盐的稳定性
从(1)、(2)两式可以看出;当pH值减小时,电极电势值增大,因而还原反应易于进行。反之,当pH值增大时,电极电势值减小,氧化反应易于进行。换句话说,当反应在介质呈酸性时,易生成Fe 的化合物;当反应的介质呈碱性时,易生成Fe 的化合物。如将硫酸亚铁溶液露置在空气中,易被氧化成铁盐;如把溶液强烈地酸化,硫酸亚铁溶液能保持很长时间不被氧化。但是,在碱性溶液中相反,把碱加到硫酸亚铁溶液中,却得不到氢氧化亚铁,因为氢氧化亚铁很快就被氧化了。
综上所述可知:二价铁离子在酸性介质中比较稳定,三价铁离子在碱性介质中稳定。
二、 铁、亚铁盐及铁盐之间的相互转化
由于铁元素的三种存在形式的原子结构不同,所以它们具有不同的化学性质。铁原子的核外电子排布是不稳定结构,在参加化学反应时,易失去电子表现出还原性。Fe 离子处于高价状态,当它遇到还原剂时,可得到电子使化合价降低表现出氧化性。而Fe 离子处于中间价态,当它遇到强还原剂时表现出氧化性,当它遇到强氧化剂时表现出还原性。所以铁、亚铁盐和铁盐之间的相互转化与氧化剂、还原剂的强弱有密切的关系,当然也与反应介质的酸碱性、反应的温度、离子的浓度等有关,在此主要讨论它们和氧化剂、还原剂的关系。
以下将它们之间的转化途径和方法逐一讨论。
(1)离子和某些活泼金属反应
在金属活动顺序表中,标准电极电势在这个区间的有铁、镍、锡、铅和铜这几种金属,它们的标准电极电势分别为:
(3)离子和双氧水的反应
参考文献:
[1]北京师范大学,华中师范学院,南京师范学院无机化学教研室.无机化学.高等教育出版社,1984第二版.
[2]甘肃师范大学化学系《简明化学手册》编写组.简明化学手册.甘肃人民出版社,1980,(1).
关键词:镁与氮气反应;氮化镁;实验设计;化学实验教学
文章编号:1005–6629(2013)11–0059–02 中图分类号:G633.8 文献标识码:B
镁与氮气反应生成氮化镁是一个重要的化学反应,无论是中学化学教学还是大学化学教学几乎都要提及或涉及到。但教材[1]中并没有镁与氮气反应的演示实验,因此学生缺少必要的感性认识,不利于学生对该知识的理解。笔者认为之所以没有设计该演示实验,是因为一般学校的实验室没有现成的氮气,而购买纯净的氮气又很不方便,尤其是农村中学,更是困难。如何利用空气中的氮气来证明镁能与氮气反应生成氮化镁呢?笔者设计了一种较为理想的实验方法,经反复实验,发现设计合理,方法简单,现象明显。
(2)在带有粗铜丝钩的单孔胶塞上,装上一根5 cm长的玻璃管,在玻璃管的另一端装上3号单孔橡胶塞,然后将一个塑料瓶装在胶塞上(如图3所示)。
5 实验方法及其现象
(1)在橡胶塞的铜钩上钩挂5~6根2 cm长的镁条,然后将塑料瓶用手捏成半瘪状。
(3)待反应结束、平底烧瓶冷却后,取下带有铜钩和塑料瓶的橡胶塞,向瓶内注入5~10 mL的蒸馏水,并振荡均匀。
(4)将润湿的红色石蕊试纸放在瓶口处后,用酒精灯微热平底烧瓶的瓶底,片刻,润湿的红色石蕊试纸变蓝,说明产生了氨气。
6 实验注意事项说明
(1)平底烧瓶内的白色细沙要铺放均匀,防止燃烧后的生成物脱落时使瓶底炸裂。
(2)镁条要过量,以便使烧瓶内空气中的氧气全部耗尽并与氮气发生反应。
(3)处于半瘪状态的塑料瓶,有两个作用:一是防止镁条燃烧时产生的白烟对教学环境的污染;二是可以随时调节体系内的压强:当镁条开始燃烧时,由于是放热反应使瓶内气体膨胀,压强增大,半瘪塑料瓶鼓起;当瓶内的氧气、氮气耗尽、烧瓶冷却后,瓶内的压强变小,塑料瓶又变瘪。
关键词:非化学;专业;大学化学;教学改革;分析探讨
在高等院校的课程设置中,化学学科是一门重要的基础性科目,同时它也在大学本科教学体系中占有重要地位。相对于化学专业的化学课程教学来说,非化学专业的化学课程教学必然有所不同,因而必须引起我们的广泛重视,不能因为非本专业或者遇到其他的情况就对课程进行削减,因为这样对于完善我们的知识结构是非常不利的。此外,化学学科具有抽象性的特点,对于非化学专业的学生来说,其在学习的过程中必然会出现吃力或者是积极性不高的情况,因此,加强非化学专业大学化学课程教学的改革越来越受到人们的重视。针对这一问题,我们必须改变以往的教学模式,不仅要在课程编排上进行改革和调整,更要在教学过程中加强引导和创新,从而促进广大非化学专业学生综合素质的提高,更加完善其基本的知识构架。
一、做好教材的选择和教学内容的编排设计
相对于化学专业的学生来说,非化学专业的学生在化学专业性知识上是有所欠缺的,这样一来,我们的课程教学就要因地制宜地开展,要从学生的实际水平出发,做好相关的调查和统计,对学生的专业知识掌握情况进行基本的了解,以便选取适合他们的教材。我们知道,教材是课程教学的根据和基本,对此需要我们选取一本较为经典的,而且是简单易懂的教材,以便进行教学的普及。此外,我们要根据所选取的教材进行教学内容的设计和编排,这对于我们的课堂教学来说尤为重要,对于非化学专业的课程教学来说更需要结合其本专业的相关特点,有针对性地进行教学。在这方面,材料、化工,以及采矿、地质等非化学专业学生都需要进行基础的化学知识学习,因此我们在选择教学内容时要具有一定的针对性,在加强对化学基本理论和原理讲授的同时,还能够很好地结合各专业的特点,进而对不同专业的化学课程进行编排和设计。
二、非化学专业课程教学中教学方式方法的改革
在教学的方式以及方法上进行变革和创新,在确定了教材和教学内容之后,我们就要采取灵活多样的教学方式呈现所要教学的内容,这对于我们的课程教学来说是尤为重要的一个环节。对此,需要在结合教学目标和教学要求的基础上,不断摸索和总结高效的教学方式及方法。我们知道,在传统的教育教学过程中,课堂的教学主要就是以讲授为主,这种相对呆板和单向式的教学方式往往教学效率不高,从而也会导致学生学习积极性的下降。对此,现代化的教学必须进行改革和创新,要改变以往单项式的灌输,进而变为双向互动式的探讨。对于化学课程的教学来说,其中有很多知识都是和我们的实际生活紧密联系在一起的,对此我们要在实际的课堂教学中进行有效互动。例如,我们可以导入一定的生活情境,进而来探讨其背后的专业知识,这样一来就让整个课堂教学活了起来,变得更加具有趣味性,也更利于学生接受。比方说,在讲述稀溶液的依数性这部分内容时,我们就可以导入一些生活中常见的现象:“为什么在下雪的路面上撒下食盐,雪就会融化?”以这样的问题为依托进行引申和探讨是重要的一种方式。在这方面,作为教学工作者一定要积极地探讨和分析,寻求更多更有效的教学方式及方法。
三、多元化的教学以及多媒体技术的应用
对于大学的化学课程教学来说,因为其教学内容的差异,对此我们必须采取多元化的教学模式开展教学。针对不同的内容,要抓住其中的相关要点展开分析及探讨,从而进行课程的教学,只有这样才能够取得相应的教学效果。例如,我们在学习化学反应相关内容时,就要针对其概念性、定律性的东西进行练习分析,在这方面可以开展相应的习题课进行习题教学。与此同时,因为化学课程中往往涉及一系列的抽象知识,例如,分子结构和原子结构的知识,在这方面我们就可以利用多媒体技术进行相关的讲解,进而使其更加具体和形象,这样学生对于化学中的一些微观知识点易于掌握了解。我们知道,随着现代技术的快速发展,新的教学改革也更加注重对新媒体技术的运用,其中多媒体技术就是一个重点,对此可以很好地和我们的课程教学结合起来,进而配合教学,提高教学的效率及教学质量。当然,对于多媒体技术的运用也要注意和课程的有效结合,做好相应的编排,避免因为过分追求信息量而出现的内容混乱及繁杂。
参考文献:
[1]孟瑜,张胜涛.非化工类专业大学化学精品课程的建设[J].高等理科教育,2005.
1.1专业定位
对于小学教育专业,钦州学院的人才培养方案定位在培养具有德智体美劳全面发展、掌握基础的人文地理和自然科学知识的人才,使学生毕业以后能够为小学教育工作的顺利开展提供强有力的支持.因此,对现代化学的知识体系进行优化整合和补充完善,可以使其更好的适应小学教育专业化学教学的培养方案.
1.2化学知识需求
根据小学教育专业的人才培养方案,该专业学生对化学知识的掌握程度只要求学生掌握基本的原理和反应过程,掌握基本化学现象的产生原因,学生能够对日常发生的化学现象做出科普的解释.通常需要化学专业学生掌握复杂的热力学、动力学等知识,对小学教育专业的学生只要求其掌握基本的定义概念和灵活运用知识解释现象即可.
1.3化学知识体系现状
我院在小学教育专业化学教学过程中,采用的化学教材是陈超球编写的《大学化学》.我们把教材中的非金属元素、金属元素、烃和烃的衍生物、化学热力学基础、化学平衡等知识进行了重新归纳,并将现有的知识体系分为无机化学、物理化学、分析化学和有机材料等知识体系.整个教材虽然只是面向小学教育专业的专用教材,但是教材中有些知识体系还是有待整合,以便更有针对性的对学生讲授.
2教学改革措施
2.1内容改革
2.1.1优化知识体系
陈超球编写的《大学化学》各章节知识均深入浅出、通俗易懂,教材的知识体系可以归纳为无机化学体系、物理化学体系、分析化学体系、有机体系、材料化学体系等几个知识体系.教材在各章节均介绍得比较详细.教材中某些知识板块,如配合物的价键理论、原子结构、化学反应速率等,虽然理论非常经典,知识体系性很强,但这些知识可能在小学教育专业本科生毕业后会很少用到.因此,对教材中的知识进行重新优化整合,对知识体系重新梳理,建立一套对小学教育本科生针对性强的知识体系,使教学内容更具针对性,可以更好地提高教学效率.在分析小学教育专业学生对化学知识需求情况和目前化学知识体系的特点的基础上,我们将目前小学教育专业教材《大学化学》的知识体系进行了重新梳理并进行了以下知识体系的整合:第一知识体系包括与小学教育本科生将来应用相关性强的章节,如物质的状态、溶液、化学与能源、化学与材料、化学与农业等章节.这部分章节与小学教育专业学生将来工作的契合度较高,将来工作中很多问题需要相关知识作解释,因此我们对该知识体系进行重点教学;第二知识体系包括金属元素及其化合物、非金属元素及其化合物、烃类及衍生物等章节,这部分知识点比较多,很多小的知识点与日常生活中的例子都能结合起来,因此,对于这些知识点多的章节,我们采用以实例为载体让学生掌握记忆的方法进行教学,改变原来按部就班传授知识的教学模式;第三知识体系包括与小学教育专业应用的相关性不是很高的知识,如配合物的价键理论、原子结构、化学反应速率、电化学、化学平衡等相关章节,这部分知识的特点是知识的理论性强、相关计算题多、知识更加抽象、与实践直接相关性差,因此,我们对这些章节的知识深度的浓缩概括,让学生在理解原理的基础上只掌握相关概念就可,而对学生在这部分章节的复杂运算能力不做统一要求.根据以上的原则,把《大学化学》中包含个知识体系的章节的讲授情况进行了分类.
2.1.2完善知识体系
新世纪以化学为基础的各领域如环境、卫生、材料、医药等都发展非常迅速,很多新型的材料被制备出来并在各领域中得到了非常广泛的应用.相对飞速发展的应用领域,我们经典的教材在与实际生产生活中各种新知识的结合方面却明显滞后.因此,作为新世纪的教师,需要把最新的、能激发学生积极性和创造力的化学知识不断地补充到现有知识体系里,以更好的实现教学过程,培养更优秀的新世纪人才.
2.2教学方法改革
2.2.1激发学习兴趣
如何在教学过程中,通过更好的教与学的互动,最大程度的激发学生学习的自主性和创造性,这是非常重要的任务.基于这个想法,我们设计了以下的改革方案,在讲授下节新课之前,提前将要讲授的章节告诉学生,并设计几个日常生活中常见的例子,让学生结合课本知识和互联网的信息对该例子中的化学现象进行解释.这样在学习过程中,不仅学生更深刻地掌握了知识,而且学生的创造能力和学习兴趣也有很大的提高.
2.2.2多媒体教学与传统教学结合
随着科技的发展,现在多媒体教学已经广泛的走入了课堂.作为一种非常生动形象的负载知识的信息载体,多媒体教学往往会使学生的学习过程变得生动形象,多媒体在各层次的教学活动中都起着越来越重要的作用.[4]但是,随着多媒体教学被广泛应用,某些不合理的应用方式也逐渐产生,照本宣读的现象很严重,特别是对推导性知识学习时,往往对推导过程印象不深刻,只用多媒体往往对推导思路掌握不牢,此时如果结合传统教学的方法,引导学生共同完成推导,把多媒体教学和传统教学的授课方式结合起来,往往能取得更好的教学效果.
2.2.3对知识进行巩固
在以往的化学知识巩固方面,任课老师一般都会非常注重计算相关的化学习题的安排,这一方面可能会导致学生轻概念、重计算的问题,有时计算题能做出来,但是最基本的概念往往含糊不清,另一方面,有些计算过程很繁琐,尤其是对于小学教育专业的学生,掌握这些计算既很吃力又没有实用价值,反而会影响学生学习的积极性.因此,针对这种现状,我们布置作业,一般以生产生活中的例子为主,让学生结合所学知识分析案例中所学习的化学知识,这样不仅学生学习的学习积极性更高,而且锻炼了学生创新性的探索问题的能力.
2.3加强教学实践结合
钦州学院现有丰富的基础化学实验教学资源.实验室不仅有各种基础的传统实验,而且我们还整合现有的实验设备建设有开放性实验平台.我们利用该实验平台为学生安排了“补钙剂中钙的测定”等开发性实验,让学生在自己设计实验的过程中,掌握化学实验设计的目的、方法和规则,通过开放性实验平台的锻炼,学生的实验能力和动手创造力也均可以得到很好的激发,同时,通过自己安排设计实验,学生在熟悉科研过程和培养团队精神方面也有较大的提高.
2.4考核方式改革
结合小学教育本科专业化学教学的特点和现在化学的知识体系,我们对该课程的考核方式进行了改革,改革后的考核方式将分为以下三个部分:
1)考核平时成绩:平时成绩包括平时作业成绩、平时考勤成绩和创新性实验成绩,该成绩的计算能够提升学生上课和平时学习的积极性,该成绩最后按10%的比例折算计入总成绩.
2)考核期中成绩:期中考试我们不采用常规的试卷考试形式,而是鼓励学生发现身边的一个化学现象,让学生结合课本知识对现象进行探索解释,然后指导学生写作形成论文,在这个论文的写作过程中,极大锻炼了学生的科研创造思维,激发学生的自主学习积极性.该成绩最后按30%的比例折算计入总成绩.
3)考核期末成绩:期末考试采取试卷闭卷考试的形式,在试题安排方面,尽量安排科普类的拓展学生知识面的相关知识考查,这样在学生将来的工作中,可以提供更全面的知识储备,更好的完成小学教学的任务.