化学教材备课过程中的准确解读与处理_反应热论文

在备课过程中准确解读和处理化学教材,本文主要内容关键词为:过程中论文,准确论文,教材论文,化学论文,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。

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。化学新课程的教材在编排上和老教材相比,知识的呈现方式有较大差异,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: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,模糊表述,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,恰当地把握教学过程[1]。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。

一、反应热与焓变的关系问题

苏教版《化学反应原理》中专题1,第一单元“化学反应中的热效应”关于化学反应的焓变中有这样一段话[2]:“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,即反应是在恒压下进行的。在恒温、恒压的条件下,化学反应过程中吸收或放出的热量称为反应的焓变(enthalpy change),用△H表示,单位常采用kJ·”。以上这段文字给出了“反应热”和“焓变”的两个概念,学生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把握这两个概念,引导学生正确理解这两个概念呢?在反应热的概念理解上之所以要强调生成物的温度和反应物的温度相同,是为了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。

从以上两个反应中可以看出:当2mol(g)转变为2mol(Ⅰ)时放出的热量为88kJ。以上热量不是反应所放出的热量而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,涉及化学热力学的部分内容。热力学第一定律指出[3],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,并做体积功W(气体体积的膨胀对环境做功),用△U表示体系热力学能的改变量,则有关系:

上式告诉我们,在恒容反应过程中,体系吸收的热量全部用来改变体系的内能。

②恒压反应热():在恒压过程中完成的化学反应,其热效应称为恒压反应热。

从以上分析讨论可知,“反应热”和“焓变”是两个不同的概念,反应热包括恒容反应热和恒压反应热,这两者可能相等,可能不相等,热焓是体系的一个状态函数,在恒压条件下,化学反应放出的热量用来改变体系的热焓。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(如恒温、恒压)下进行反应,其放出或吸收的热量值是不一定相等的。我们把在恒温、恒压条件下化学反应所放出或吸收的热量称为反应的“焓变”。

二、热化学反应式中△H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。

要弄清楚△H单位的含义,首先要明白化学热力学当中“反应进度”的概念,“反应进度”是一个物理量,符号为“”(读作“克赛”)[4]。

三、核磁共振原理的相关问题

在苏教版《有机化学基础》专题1第二单元“科学家怎样研究有机物”中有这样一段文字[5]:现代化学测定有机化合物结构的分析方法比较多,经常采用核磁共振(NMR,nuclear magnetic resonance)和红外光谱(IR,infrareel spectroscopy)等方法。在核磁共振分析中,最常见的是对有机化合物的1H核磁共振谱(1H-NMR)进行分析。有机物分子中的氢原子核,所处的化学环境(即其附近的基团)不同,表现出的核磁性就不同,代表核磁性特征的峰在核磁共振谱图中横坐标的位置(化学位移,符号)也就不同。

阅读上面这段文字,学生往往会感到一头雾水,因为这段文字中所提到的许多词汇学生是很陌生的,先前也没有这些方面的知识基础,在教学过程中,我们发现学生会有以下几个方面的疑问:①什么是化学环境?②什么叫核磁性?③什么是核磁性的特征吸收峰?④什么叫化学位移?

从教材编写的整体思路来看,以上这些问题无需学生深入明确地理解,只要能运用核磁共振谱图分辨有机化合物分子中的氢原子种类以及不同H个数比即可。但笔者认为,教师要理解这些词汇的真实含义,并能以浅显易懂的语言让学生大致了解、掌握核磁共振谱的原理,这样有助于学生对这部分知识的接纳。如何让学生初步了解核磁共振的基本原理呢?笔者认为可以通过以下讲述帮助学生理解这方面的知识。

(1)质子(H)同电子一样,是有自旋的(沿顺时针方向和逆时针方向),两个自旋的能量是相等的。质子在自旋过程中会产生磁矩。其方向和旋转轴重合,但质子在外加磁场中,两种不同方向自旋状态的能量不再相等,和外加磁场同向平行的自旋状态的能量低于和外加磁场反向平等的自旋。如下图所示:

为外加磁场的磁矩方向,(a)代表质子的自旋所产生的磁矩和外加磁场磁矩同向。

(b)代表质子自旋所产生的磁矩和外加磁场反向平行,这两种自旋状态的能量差值为△E。当然△E是很小的。

(2)我们可以将样品置于一个固定强度的外加磁场内,然后用射频对样品进行扫描,连续改变射频频率进行扫描时,当射频频率与两个自旋状态的能量差△E相匹配时,就发生共振,射频的能量就会被样品吸收,使一部分质子的自旋反转,由较低能量状态变成较高能量状态,吸收的能量由射频接收器检测,信号经放大后记录在核磁共振谱图上,由计算机处理出来,其图形为一个吸收峰。

(3)在有机化合物分子中的氢原子(质子)与独立质子不同,它的周围还有电子及其他基团,在这些外部环境的影响下,有机化合物分子中的质子所吸收的射频频率和独立质子所能吸收射频的频率是不相等的,并且不同化学环境的质子所受周边基团的影响不同,其所吸收的射频频率就不同。这种有机物分子中的H由于受到周边原子的影响,其所能吸收的射频频率和独立质子所能吸收的射频频率不同称为化学位移。由于不同H的化学位移不同,因而在核磁共振谱图上就会有不同频率的吸收峰,根据图谱中吸收峰的个数可以判定分子中有几种不同化学环境的氢原子,根据吸收峰的强度可以判断H的个数比。

总之,对教材中涉及的某些临界知识,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,这些知识内容,对教师而言,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,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不能对这些知识模糊不清,一问三不知,要清晰地掌握这些知识的来龙去脉,前因后果。只有这样,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。

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