开拓新局面，引领深刻思考--第三轮和第二轮高中化学原理述评_活化能论文

铺陈新情景，引领深思考——记一节高三二轮化学原理复习课，本文主要内容关键词为：铺陈论文,情景论文,原理论文,化学论文,高三论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。

      2015年3月18日，笔者受杭州市教研室的委托，在杭州市富阳二中上了一节高三二轮复习课，受到了杭州市听课教师的热议和好评，现整理出本节课的教学实录，以求教读者。

      一、对化学高考试题功能的思考

      有文献认为，高考的功能主要是选拔人才和促进教与学的发展，高考试题思想内涵主要体现“三个关注”：关注知识点的应用、关注知识组块间的内在关联和学科思想方法的渗透、关注试题的内在价值[1]。高考试题的思想内涵对教师的要求集中体现为“引领学生深度学习、深度思考和深度引领的认知过程，突破思维定势，检测学生的信息素养和自学能力”。这种观点精辟地对教师在高三复习教学中的角色进行了系统性的设置。

      二、高三下学期学情调研

      高三下学期的学生已经建立了较完备的知识网络，具备了解决问题的基本思路，但多数学生正处于复习的迷乱期：一心沉湎题海，不愿回归教材；能够解答陈题，不会分析新问题；浅表思维严重，深度思考不够。因此，高三二轮复习应主要帮助学生巩固知识网络，建立分析问题的系统思维，培养思维的广度和深度，提高解决新问题的能力。

      综上所述，笔者设定本节课的目标：以高考题为点，以知识重建为线，以解决新情景问题为核心，引领学生深度思考，培养“高考”思维，构建以学生为主体的互动课堂，提高复习课的教学效率。

      三、教学过程实录

      

      

      从炼铁炉口排出的尾气中含有一定量的CO。100多年前，人们曾认为这是由于CO与铁矿石接触时间不够的缘故。为使反应进行得完全，当时曾耗巨资改建高炉，以延长CO和

的接触时间，结果尾气中CO的体积分数并未减少。你知道这是什么原因吗？

      为什么延长反应时间、增加高炉高度，尾气CO的体积分数并未减少？学生顿悟，因为该反应是可逆反应，存在反应限度！

      [师]下面是某大学教材[2]给出高炉炼铁发生的反应方程式，这些反应方程式有什么特点？

      

      学生甲发现四个反应是可逆反应，学生乙发现反应③即是高考题答案，学生丙还发现+3价Fe经历+2价后又被还原0价（教师称之为“高价元素可以被逐次降价还原”现象）。

      [过渡]我们重新来认识可逆反应。

      [PPT展示]考点1.广泛的可逆反应。

      （1）教材定义：可逆反应是指相同反应条件下能同时向正、逆反应方向进行的化学反应。

      （2）重新理解：根据过渡态理论[3]，过渡态物种既可正向生成生成物，又可逆向生成反应物，对一个具体反应，过渡态向某一个方向转化的程度不同（如图1所示）。

      

      

      （4）实验求证：学生回顾教材实验“不足

和过量KI反应存在限度”。总结思路：检验产物和不足量的反应物证明反应存在限度。

      

      学生讨论实验方案：

      

      【观点建构】可逆反应是广泛存在的，类型有氧化还原反应、非氧化还原反应，改变条件（如浓度、温度）可以调控某些可逆反应的方向（即平衡发生移动）。我们分析此类新问题要摈弃“绝对正向”的单向思维，要注意形成“可以逆向”的双向思维。

      【课堂生成1】该演示实验的学生很紧张，滴加

少，溶液显微红色（教师试管溶液呈无色）。其他学生戏称因为该生人品好，教师说“是药品问题吧”。那名学生反思自己的操作，再滴加几滴

，溶液即成无色。这个“小插曲”使学生理解此实验中控制变量的重要性。

      

      设计意图：本环节以高考题为研究对象，介绍可逆反应的广泛性。教师从教材中寻找高考题的来源，启发学生应重视教材内容；将学生答案与高考标准答案对照，意在提高他们的答题技能；对学生的迷思认知进行讨论，能够自然地形成新知。这种教学处理唤醒了学生的学习热度，课堂洋溢着学生积极思考的活力，提高了学生的实验设计能力。

      

      学生回答很顺利，因反应△H＞0，△S＞0，反应需在高温下进行。

      [PPT展示]下列情况下，反应的自发性如何？学生回顾并作答。

      △H＜0，△S＞0，反应________。（恒自发）

      △H＞0，△S＞0，反应________。（高温自发）

      △H＜0，△S＜0，反应________。（低温自发）

      △H＞0，△S＜0，反应________。（恒不自发）

      【新问题2】金属Ti被称为21世纪金属，在潜水、航天、记忆合金和涂料方面应用广泛。1791年英国化学家格雷戈尔发现金红石矿（

），100多年后化学家改进反应原理才增加钛产量，使其在航海和航空业得到广泛应用。科学家尝试用多种方法将金红石还原，发现下列反应是冶炼钛的关键步骤：

该反应发生的温度高达2170C，耗能大。

      （1）如何使反应向正向进行？（2）如何使反应正向进行且兼顾原料低廉、能耗降低？

      学生甲：使反应正移的措施有增加

的量、移走

、升高温度等。

      学生乙：将氧气与C、

、Mg发生反应放热，减少外界供能，考虑价格因素选择C。

      教师赞同，提出问题（3）：

      

      计算下列反应的焓变：

      

      学生计算，教师展示：

      

      问题（4）：如果你是化学家，你选择哪个反应制备

，说明理由？

      有的学生选②，因为②反应放的热多；有的学生选③，因为③反应熵增加的多。

      [PPT展示]化学家将金红石与氯气、碳反应，产物是

，发生反应②③，综合两个反应的优点，有效降低了反应温度（700C左右），反应顺利地正向进行。

      [教师评价]化学家创造了新反应，新反应利用碳燃烧放热使焓减，增加逸出气体的量使熵增，成功地调控了反应方向。我们分析此类新问题要警惕“非此即彼”的孤立思维，应培养“亦此亦彼”的综合思维。

      [PPT展示]考点2.可调控的反应方向。

      工业生产中的那些“碳”[4]：

      

      [教师总结]自然界大量存在的物质能量低，是自然选择的结果，如

等，加入碳创造系列新反应（耦合反应），制备了我们期望获得的高能量物质（如

等）。

      【观点建构】焦炭是工业生产常用的添加物，能起到“减焓加熵”作用，调控原本很难进行反应的方向，这就是调控反应方向的价值。

      设计意图：本环节采取问题链的驱动形式，引导学生理解工业制备物质反应中蕴含“减焓加熵”的化学原理。教师精心设计了四个驱动问题，符合学生的知识水平和认知发展顺序，不断诱发学生的探索欲望，使他们“在分析和解决新问题的过程中获得知识和技能的发展，逐步形成解决问题的能力”[5]。这种教学处理拓展了教材知识的深度，凸显了化学科学的学科价值和社会价值，提升了学生的信息素养。

      例3.（2014年浙江理综卷27题，节选）

      

      设某温度下反应I速率（

）大于反应Ⅱ速率（

），下列反应过程能量变化示意图正确的是（

       ）。

      

      学生多选C，因反应I吸热，排除A、D；反应I速率（

）大于反应Ⅱ速率（

），说明活化能小。教师追问：“焓变与活化能存在什么定量关系？”很多学生说不清楚。

      [过渡]我们应该多了解活化能。

      [PPT展示]考点3.活化能。

      过渡态理论认为，反应物转换成生成物要经过一个能量高的过渡态（活化能），速率大小主要取决“活化分子和碰撞方向”，如图3、图4所示。

      

      学生分析图3发现：

      [信息]标况下气体平均碰撞速率为

，即一个分子1s与其他分子碰撞几十亿次，碰撞方向目前无法控制；能量是影响速率的主要因素，也是可以控制的宏观条件。师生结合图4分析，使用催化剂致使

变小，反应速率变大。

      【新问题3】下列4个常见反应，大致与下面4个图对应（见图5），B图对应哪个反应，说明理由？

      （1）盐酸和氢氧化钠溶液反应；（2）乙醇在氧气点燃后燃烧；（3）铜和浓硫酸加热才能反应；（4）碳酸钙受热分解反应。

      

      学生甲：图5中B对应的反应是放热反应，排除（4）反应，碳酸钙受热分解是吸热反应；盐酸和氢氧化钠溶液反应不需要加热，A图对应（1）反应；（2）（3）反应不好排除。

      学生乙：图5中B对应（2）反应，加热应比点燃难吧。

      教师点拨：乙同学思考方向很对，但比较加热和点燃的难易程度有点模糊，能否从能量的定量角度思考呢？

      学生丙：乙醇燃烧需要点燃，点燃是克服反应活化能，由图5中B知它放出的热量大于反应需要的活化能，后续反应不需要外界再供能即能进行；铜和浓硫酸反应的活化能大，放出的热量小，需要外界继续加热使反应发生！

      教师赞同并用微观图（见图6）模拟点燃乙醇的大致反应过程：

      

      （说明：有文献指出，点燃或加热的作用是克服

、补充反应过程中的热量散失和提供动力学的速率启动能，高中阶段只需点出克服活化能即可[6-7]。）

      [教师总结]图5中A大致可以代表常温发生的放热反应（

很小）；图5中B大致可以代表点燃即能发生的放热反应（

＜△H）；图5中C大致可以代表需要持续加热才能发生的放热反应（

＞△H）；图5中D大致可以代表需要持续加热的吸热反应（熵增效应为反应动力）[8]。我们分析此类新问题既要重视“粗定性读图”的表象思维，更要强化“准定量识图”的深层思维。

      [设问讨论]“你觉得反应的活化能是大点好还是小点好？”学生甲：“活化能小点好，反应速率快！”教师说：“我们体内有大量的有机物（如乙醇），空气中含氧，置身于富氧环境后果如何？”有学生说会自燃。学生甲马上说：“活化能大点好。”教师追问：“合成氨工业为什么要加催化剂？”学生甲说：“要提高反应速率，活化能还是小点好。”学生激烈讨论，课堂氛围掀起了高潮……

      【观念建构】大多反应都有活化能，它影响了反应速率和焓变，活化能可以通过外界供能（如加热）方式克服[9]，焓变与活化能的大小决定了反应启动时需要外界供能的多少，加热（或点燃）的反应条件主要是提供反应需要“跨过”的活化能，与反应的方向无关。

      设计意图：活化能不是高中化学原理的核心知识，2014年浙江理综卷将它与速率、焓变联系起来考查，被称之为“活化能定量分析题”，这种考法是首创的[10]。本环节对活化能与反应条件（点燃、加热）的内在联系进行了生动演绎，满足了学生的心理期待。这种教学处理拓展了知识的宽度，引导学生从能量的角度解读反应条件，厘清了久存学生心中的疑惑，培养了学生的量化思维。

      【师生总结】通过本节课的学习，对化学反应方向，我们可以达成三个观点：（1）方向的可逆性广泛存在；（2）方向的移动性可以调控；（3）方向的自发性与“加热/点燃”无关。

      四、教学反思

      本节课是在一所普通高中进行，课堂上学生参与有热情，思维有深度，很多问题都是学生通过自主思考、合作讨论完成，课堂效率高，师生反响热烈。本节课成功之处主要是“三口”处理较好。

      1.窗口很新颖

      可逆反应、反应方向、活化能是化学原理的“边角料”，教师以“反应方向”为切入口，将其与平衡移动、焓变、反应速率等核心知识串联起来，做出了新文章，对师生复习化学原理或有裨益。

      2.接口较流畅

      本节课教学脉络清晰，三个教学板块均按“高考真题→学生答题反馈→新问题复习→知识拓展→观念建构”有序展开，这种归纳思维比演绎思维更符合学生的心理发展顺序，更易构建以学生为主体的复习互动课堂。

      3.留口有深意

      高三复习课堂不仅要教会学生思考，更要提高他们分析问题的能力。本节课管窥了高考题对能力考查的角度，重点锻造了学生三种“高考思维”（逆向反应思维、辩证综合思维和定量识图思维），尝试交给学生分析新情景问题的拐杖。

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