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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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关键词:化学反应速率;活化能;微型化实验;探讨
DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2017.02.005
关于化学反应速率和活化能的测定条件的微型化探讨,具有非常大的研究意义。大部分的书本和参考资料上提供的实验设计方案,使用的实验试剂基本上都是过二硫酸铵和碘化钾[1]。根据书本和参考资料上提供的实验设计方案,主要有两个问题,第一个问题是实验过程中过二硫酸铵很容易分解,第二个问题是实验过程中实验试剂的用量太大,并且废水处理很困难[2]。基于以上问题,化学反应速率和活化能的测定条件的微型化探讨就显得尤其有必要进行。
微型化实验是一种新的实验,它的主要优点有节约实验的费用、减少实验过程产生的污染、实验快速[3]。化学反应速率与活化能的测定条件的探讨,实验过程中的现象非常明显,但是实验试剂的用量过大,实验过程中产生的污染非常严重[4]。为实现化学教学的绿色化发展,运用微型化的思想和微型化的原则对当前教学中通用的实验方案进行分析和研究,对于化学反应速率和活化能的测定条件的探讨,实验过程中广泛存在的问题,如实验试剂容易变质、实验试剂的用量过大等都进行了准微型化和微型化的探讨,其中温度对化学反应速率的影响,只需在10℃左右的温差就可以进行实验的探讨,这样的实验设计方案,改变了以前必须在一定的严格温差下进行化学反应速率和活化能的测定,使实验的操作更简化,实验效率得到了很大地提高[5]。
本文从实验药品的微型化对化学反应速率和活化能的测定进行了微型化学实验设计,从而对化学反应速率和活化能的测定条件进行了探讨。
1 仪器与试剂
秒表;水浴锅;烧杯;量筒;温度计。
碘化钾、淀粉、硫代硫酸钠、硫酸铵、过硫酸铵、硝酸钾、硝酸铜等不同浓度溶液新配。
2 实验方法
2.1常规实验数据
在常规实验中,我们分别从反应物浓度、反应温度和催化剂等方面探讨了化学反应速率和活化能的测定的条件探讨。为了便于实验数据的对比我们同样也做了常规实验。
2.2 微型实验探讨
为了进一步验证数据我们将试剂的用量改为原来的十分之一来进行实验。
2.2.1 试剂用量对化学反应速率的影响
首先保持所用的实验试剂的浓度不变,将实验试剂的体积缩小为原来的十分之一,用吸量管量取相应的溶液倒入到50mL的烧杯中。将实验数据记录于表2中。根据记录的实验数据进行数据处理,求出反应速率和反应速率常数。
2.2.2 温度对化学反应速率的影响
按照同样试剂的用量,通过改变实验的温度,同样的实验方法、步骤进行操作。记录数据于表3中,根据记录的数据进行数据处理,求算出反应速率和反应速率常数。
根据上述常规实验和微型实验中记录的实验数据,进行数据处理,求出反应级数和反应活化能,将求出的数据分别填入下面的表4和表5中。
3 结 论
本论文通过对“化学反应速率与反应活化能的测定”这一经典实验的实验条件的改进,通过常规实验的实验结果与微型化实验的实验结果对比可以得出结论:微型化实验的实验结果是准确并且可靠的,并且微型化实验中实验试剂的用量很小,可以节约实验资源,产生较少的污染。正因为微型化实验具有节约实验的费用、减少实验过程产生的污染、实验快速、数据准误差较小等优点,所以适合在学生实验中推广应用。
参考文献:
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[2]张秀丽,程志国,秦好静,杨志强,姜浩,刘晓鸿.化学反应速率与活化能测定实验微型化[J].中国地质大学材料科学与工程学院实验技术与管理,2010(03).
[3]张秀丽,程志国,秦好静.化学反应速率与活化能测定实验的微型化[J].实验技术与管理,2010,27(03):237-238.
笔者近期参加了江苏省中小学教师微课竞赛。笔者选取了高考复习的一个小专题作为参赛内容,主要基于两方面考虑:一是小专题的“小”和“专”的特点都能与微课的要求较好匹配;二是笔者平时就是采用“小专题法”进行高考复习工作并取得了一定成效,并非刻意为了比赛而“另起炉灶”,故该课例具有一定的借鉴意义和推广价值。
在高考复习中采用“小专题法”,又基于两个主要背景:一是高考模式及学科特点的变化,二是高效课堂的要求。自2008年江苏省实施新的高考模式以来,化学等学科成为非计分科目,其课时被大幅挤压。教师们面临一个新课题:如何在教学时间减少而教学容量不变的情况下完成教学任务,且教学质量基本不受影响?其实,这种要求也恰与近年来广受重视和提倡的“高效课堂”思想不谋而合,高考模式、学科地位的改变则是作为一种外因,迫使教师们积极迎接挑战,求索高效课堂,从而赢得主动。
传统的高三复习已经形成了较为固定的模式。例如,在二轮复习阶段,往往都是把学科知识分解为若干个大专题,而每一个专题则仍是一个具有较大范畴的体系、大单元,这些专题通常不是一两节课就能解决的。在新形势下,再按老路走,时间不允许,尤其是对于一些生源基础较为薄弱的学校而言,矛盾更为突出。于是,复习工作的模式正在逐渐改变,教师们关注的重点不再是知识体系的完整性,而是教学内容的针对性,要在有限的时间内,及时解决学生实际存在的知识缺漏、能力欠缺问题。于是,“小专题”应运而生!这种小专题化的复习模式十分灵活、方便,不仅仅适用于二轮复习,也适用于其他任何阶段,便于随时发现问题随时专题突破。有时一堂课可以完成2~3个小专题。这种化整为零、逐个攻破的方法使得教师的教学效率大大提高!
选题缘由
这堂微课所选取的小专题为“化学反应速率及比较方法”,该专题及其个性化的命名方式少有教师会使用。首先,从内容的角度来说,这部分内容一般都包含在“化学反应速率与化学平衡”大专题中,且在这个大专题中化学平衡问题是重点,化学反应速率问题则非常容易被疏忽,从而导致学生在考试中失分。即便以化学反应速率为主题,也很少会有人在其后再加上“及比较方法”几字。笔者之所以作此处理,是建立在高考考查立意变化的基础上——不断地从知识与技能的立意向能力立意转变,高考对学生的创新精神、实践能力提出了更高要求。由此不难看出,仅仅围绕“化学反应速率”进行基础性复习是不能适应高考的新要求的,而增加有关化学反应速率快慢比较的探究要素,则有利于培养学生的探究意识、科学思维,促进他们能力、素养的提升。
教学需求分析
1. 适用对象分析
本资源适用对象为全省高中化学教师,学生亦可观看录像进行自学。高中化学教科书有三种版本,学生如要学习这部分内容,则应该已经学习过高一必修2模块和高二选修4模块的内容,对涉及化学反应速率的问题已有基础性的了解,对相关基本实验的原理和操作已经基本掌握。
2. 学习内容分析
“化学反应速率”属于化学知识体系中的原理性知识,处于“化学基础理论”的范畴下,它是化学平衡问题的基础,在高考中为常见考点,也是实验探究题可选用的重要命题素材。如果对化学反应速率及其快慢比较的问题有较系统和深刻的了解,能够帮助学生更清楚地了解化学反应的机理,进而加深对化学平衡问题的理解,同时也能够使学生以之为桥梁,将化学知识与生产、生活问题相联系,体会化学学科的价值。
3. 教学目标分析
(1)了解化学反应速率的概念和平均反应速率的定量表示方法,能够进行基本的速率计算,知道测定化学反应速率的常见方法。
(2)了解温度、浓度、压强和催化剂等对化学反应速率影响的一般规律,能够用控制变量法探究不同条件对化学反应速率的影响情况,并选择较为合理的方法去比较、测知反应的快慢,感受探究的过程与方法,体会化学实验的意义、价值,产生浓厚的学习兴趣。
教学过程
1. 感受真题
展示两道高考题,分析其中的核心问题:
(1)(2011?江苏高考)对于反应:2H2O2 2H2O+O2,加入MnO2或降低温度都能加快O2的生成速率。
(2)(2012?上海高考)往锌与稀硫酸反应混合液中加入NH4HSO4固体,反应速率不变。
设计意图:用呈现高考真题的方式引出化学反应速率问题,可以在课的一开始就让学生体会到知识的重要性,把注意力尽快集中到课堂上来。
2. 生活探寻
化学是自然科学,其研究的对象常常来自于自然与生活。生活中涉及许多化学反应,例如食物的腐败、钢铁的生锈,等等。
设计意图:指出化学学科的本质特点。将其与生活问题相联系,既能够体现学科的价值,又能够让学生对化学问题产生亲切感。
3. 科学思路
我们总是希望有利的化学反应能适当快些,不利的化学反应能够尽量慢些。事实上,科学家们一直在这个领域不懈探索着。那么,若要知道化学反应速率是否发生变化,必须具备怎样的基础和前提?设计意图:引导学生从科学家的角度进行思考,体会科学研究的一些基本思路。
4. 知识铺垫
化学反应速率的定义、计算公式、单位。设计意图:这些问题是必须掌握的基础性问题,应该复习和重视,并为后续探究做好铺垫。
5. 科学探究
[理论分析]
影响化学反应速率的因素——
(1)内因:即反应物自身的性质,它对化学反应速率起决定性作用。
(2)外因:①浓度。②温度。③压强。④催化剂。⑤接触面积。⑥其他。
设计意图:采用内外因分析法,帮助学生建立必要的哲学思想,而最后补充其他影响化学反应速率的因素是为了体现一种实事求是的态度,也可以帮助学生全面地认识问题。
[数学方法]
1.直接计算。
2.曲线图法:依据曲线的斜率。
[实验手段]
前提:在对比实验探究时,一定要注意控制变量。
分类讨论:(讨论时采用列举法)
(1)对于有固体参加的反应
发散思维:你还能想到借助哪些物理量来判断化学反应速率的快慢吗?(温度、压强、pH、导电性、电流大小……)
结合PPT幻灯片介绍手持实验技术,选择其中的温度传感器进行演示实验。
设计意图:实验探究是本课的重点,也是能力提升的关键。在展开讨论之前,首先根据分类的思想将探究问题进行合理分类。即便如此,仍比较抽象,故再采用列举法对常见例子加以实际分析和探讨,借以概括出一般规律。
6. 展示课堂结构
用PPT出示本堂课的主体结构。
7. 自主练习(课后完成,略)
总结与反思
对此微课,笔者尝试了一种新的授课方式:面向观看视频师生,独立讲解、自问自答。这样录制出的微视频可用于教师教学参考、研讨,也可用于学生课后自行观看学习,耗时约9分钟。
本节课的主要设计理念是以点带面、突出重点、尽量覆盖、面向能力。以探究如何比较化学反应速率的快慢为核心问题,彰显能力立意;而由于所探究问题本身内涵丰富、涉及面广,结合中学实情,采用了列举法,选取适合高中生探究的有代表性的重点问题加以探究,力求以点带面。要进行化学反应速率快慢比较的探究,其前提又必须掌握相关概念、公式、单位等基础知识,因而要自然而然地先做好这方面的复习工作,为后续探究做好铺垫。
关键词:化学实验;实验教学;案例分析;方法与思路
随着教学改革的逐步深入,中学化学实验的教学改革也受到了广泛关注[1-2]。开展中学化学实验教学改革,对于培养学生的创新精神和实践能力、提高中学化学教学质量具有重要意义。目前,在化学实验教学中,一些教师只注重传授化学知识,强调实验结果或结论,却忽略了引导和启发学生对实验过程的探索,这非常不利于培养学生的科学品质和科学态度[3]。化学实验探究是培养学生科学探究能力、创新能力的主要途径[4],《义务教育化学课程标准》已明确指出,科学探究是一种重要而有效的学习方式。因此,选好、设计好和利用好实验,充分发挥实验的探究功能,培养学生的科学探究品质是化学教师的一项重要工作。在教学实践中,我们以“影响化学反应快慢因素的探究”为研究课题,探索了素质教育改革背景下化学实验教学对于培养学生科学探究能力和科学素养的重要性。
1案例与分析
1.1问题的提出
根据提出的研究课题,我们针对化学专业学生在进行教育实习中的课堂授课情况进行汇总,设计了三个不同的案例,三个案例中均针对以下五个问题进行:(1)探究判断化学反应快慢;(2)探究反应物本身对化学反应快慢的影响;(3)探究温度对化学反应快慢的影响;(4)探究浓度对化学反应快慢的影响;(5)探究催化剂对化学反应快慢的影响。
1.2教学案例
1.2.1案例一[教师演示实验]教师在课堂上根据探究的问题依次演示以下四组实验:①锌粒分别与1mol/LHCl、1mol/LHAC反应;②双氧水在热水浴中分解、在冷水浴中分解;③锌粒分别与1mol/LHCl、0.01mol/LHCl反应;④双氧水在不加任何其他试剂下分解、双氧水在二氧化锰催化下分解。[学生得出结论]学生通过观察教师实验,得出每组实验由于反应条件不相同而引起了反应速率不同。[教师提出问题]哪些因素可能影响化学反应速率?[学生得出结论]影响化学反应速率有反应物本身、温度、浓度和催化剂。[教师讲解并总结]主要有要点两个:①反应物本身性质、温度、浓度的变化、合适的催化剂等都会影响反应速率的快慢。②教师分组进行实验时用到的科学方法:对比法、控制变量法等。1.2.2案例二[设置问题情境]教师通过PPT展示实际生活中的化学反应现象:钢铁生锈、溶洞形成、牛奶变质、火药爆炸、天然气爆炸等,体会化学反应有快慢之分。[教师提出问题]哪些因素可能影响化学反应速率的快慢?[明确探究任务]首先教师根据可能影响化学反应快慢的因素,向学生提供4组试剂(锌粒、1mol/LHCl、1mol/LHAC;双氧水、热水、冷水;锌粒、1mol/LHCl、0.01mol/LHCl;双氧水、二氧化锰)。每个小组只拿到一组试剂,按照课本中的实验步骤做实验。教师请同学们思考:通过什么说明化学反应的快慢?哪些因素可能影响化学反应的快慢?[交流研讨]学生按照教师提出的问题流程课堂上对以下四个问题进行交流:①教师給你们小组提供的化学试剂是什么?②你们小组预测的影响化学反应快慢的因素有哪些?③通过什么现象说明化学反应的快慢?④实验现象和实验结论?[学生得出结论]通过讨论,每个小组都能发现一个影响化学反应速率的因素,共同讨论找出了影响化学反应速率的大部分因素。[教师总结提升]最后教师对学生交流得出的结果进行总结提升:①生成气体冒气泡的快慢、生成沉淀的快慢、颜色变化的快慢等都可以来说明化学反应的快慢。②反应物本身性质、温度浓度的变化、合适的催化剂都会影响化学反应的快慢。③教师进行分组实验时所用到的科学方法:对比法、控制变量法等。1.2.3案例三[设置问题情境]元宵节燃放烟花时五彩缤纷的场景和敞开口盛放了一周时间已变质的牛奶为例,对比感受生活中化学反应速率有快慢之分。提出问题:人们在生活中是如何控制化学反应速率的快慢呢?[教师提出问题]影响化学反应速率的因素可能会有哪些?[确定探究的任务]①请预测有哪些因素可能影响化学反应速率?②教师为学生提供的试剂有:Zn、1mol/LHCl、1mol/LHAC、0.01mol/LHCl、双氧水、热水、冷水、二氧化锰、Na2CO3粉末、块状大理石。③学生分组自由选择实验试剂,然后设计实验方案。④学生思考如何处理有多个影响因素的情况?⑤学生思考通过什么现象说明化学反应的快慢?[展开活动]学生依据探究任务开展小组合作探究活动。教师提供的材料:用来保鲜食品的方法、酸雨对建筑物腐蚀逐年加剧、固体碳酸钠粉末与稀盐酸的反应,块状大理石与稀盐酸的反应、工业上催化制氨等。[交流讨论]按照教师事先提供好的汇报框架,实验结束后小组之间进行交流讨论:①你们组预测的是哪个(些)影响化学反应快慢的因素?②你们组选择了哪些试剂?③请写出你们组的实验方案?④你们组是通过哪些现象证明化学反应的快慢?⑤当受到多个因素的影响时,你们组是如何处理的?⑥你们组的实验现象和实验结论分别是什么?[得出结论]通过探究活动和交流讨论,每组将至少能够发现一种影响化学反应速率的因素,有的小组会完成的特别好,找到了3~4个影响化学反应速率的因素。[小结]教师对整个实验进行总结,进一步明确探究的结论,强调科学方法及科学思维,引导学生积极将结论应用于生活生产的实际中。
1.3对案例的分析
第一个教学案例中,教师占主导作用,在这一教学过程中,多数学生通过观看实验现象,可以得出结论。但存在两个问题:一方面,多数学生注重的是实验的成败,而对实验操作的规范与否不加以考虑。另一方面,通过教师实验,学生直接得出结论,与直接灌输给学生答案差别不大,学生的思考能力没有得到发挥。第二种教学案例中,教师按照“提出问题说明原理给出结论实验证明”的程序进行教学,这种模式明确而清晰,有利于学生对相关知识的理解和记忆,教师对整个教学过程也容易控制。同时,教师创设问题情境,能够引起学生的兴趣,教学过程相对简单,节省了课堂教学时间,教师普遍喜欢采用这种模式。仔细分析,这种模式还是传统课课堂的演示实验和学生分组实验的组合,只是验证了一个结论。第三个教学案例,实验的设计是一个完整的化学实验探究教学过程,在教师的指导下,由学生自主设计,独立操作完成实验,教师对实验的教学方式和教材资料的编排顺序均做了改变,这样使学生主动积极地参与到课堂教学的每一个环节中去,通过学生亲自动手和动脑,设计实验,参与讨论,把生活中的、社会中的实际问题与自己的已有的知识联系起来,提高了课堂实验教学的效果,进而提高了学生的综合素质。
2在化学实验教学中存在的问题
化学是一门实验性的学科,多年来,化学实验教学实质上是化学理论教学的附属,实验成为理论知识的验证。这种“重理论,轻实验”的教学模式不利于发挥学生的主动性和积极性,不利于培养学生的创新思维、创新意识和科学品质。主要的问题有:实验教学形式主要以教师演示为主,教学模式比较单一,学生主动思考积极性不高。文献表明[5],约72.41%的教师在教学过程中常常采用演示实验的实验教学方式,有27.7%的教师采用边讲边做实验的教学方式,只有少数的教师采用科学探究教学方法。教师在课堂上以验证性实验为主,仅仅把以培养学生形成化学概念、理解和巩固化学知识的手段,熟练掌握实验操作作为实验的目的。教师在设计探究实验时,时间上会比较难以控制,有时一节课后,教学内容还没完成。新教材容量过多,学生没有足够的时间去做实验探究。教师在课堂上重结论、轻过程。中学化学教学中学生实验能力的培养,尤其是学生在实验过程观察能力和思维能力的培养,一直是一个薄弱环节。教师在课堂上进行分组实验教学组织管理和教学方法不恰当。学生对化学实验存在着好玩的心理,没有重视其教育意义,纪律涣散,随意操作。总之,如何改进化学实验教学,充分发挥化学实验教学在促使学生知识内化,培养学生的科学探究能力,培养学生实验精神方面的优势,是每位化学教师面对的实际问题。
3提高实验教学有效性的方法与思路
提高实验教学有效性的方法从转变实验教学入手,我们应把验证性实验变为探究性实验,培养学生科学探究的能力。在教学中需要通过教学设计增加其探究程度,设计的关键是引导学生提出问题再通过实验进行探究。提高实验教学有效性的思路方面,我们应把注重实验技能的培养转变为注重实践能力和创新精神的培养。更新教学理念,充分认识到化学实验教学的功能,一方面,是学生学习的重要内容,另一方面,也是学生学习化学的一种方法,教师要调动学生动手、动口、动脑、动心。教师应将技能的训练融于实验探究之中,积极引导学生将注意力放在探究活动上,通过探究活动的开展,形成化学实验技能,使实验技能的训练成为实验探究活动的结果。
4研究结论
本文通过对具体教学案例的设计与分析,一方面,我们指出了在化学实验教学中存在的问题;另一方面,提出了准教师在课堂教学中提高实验教学有效性的方法与思路。通过对案例进行比较分析,我们指出了在化学实验教学中存在的问题有:实验教学形式较单一,主要以教师演示为主;验证性实验在课堂上占主导;实验教学重结论、轻过程,能力培养不全面;实验教学组织管理和教学方法不当。提高实验教学有效性的方法是变验证性实验为探究性实验,提高实验教学有效性的思路是把注重实验技能的培养转变为注重实践能力和创新精神的培养。化学实验教学是应试教育向素质教育接轨的重要方法,而化学实验教学的实现需要在学校、教师、学生的交流与合作下才能实现,以上提出的一些方法与理论可以在一定程度上对提高实验教学效率有效,但是这些是远远不够的,还需要更多更专业的研究人员不断探索。
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[3]吕宏宇.中学化学实验教学中培养学生科学品质的理论与实践[J].化学教学,2006(4):41-44.
[4]陈芳英.实验激趣探究创新:科学课中开展实验探究的尝试[J].教学月刊,2007(3):45-46.
例〔2010 •全国I • 27〕在溶液中,反应A+2BC分别在三种不同实验条件下进行,它们的起始浓度均为c(A)=0.100mol/L、c(B) =0.200mol/L及c(C) =0.200mol/L。反应物A的浓度随时间的变化如图所示。
请回答下列问题:
(1)与①比较,②和③分别仅改变一种反应条
件。所改变的条件和判断的理由是:② ; ③ 。
(2)实验②平衡时B的转化率为;实
验③平衡时C的浓度为 。
〔3〕该反应的H ,其判断理由是。
〔4〕该反应进行到4.0mol/L时的平均反应速率:实验②:vb;
实验③:vc 。
【解析】〖1〉与①比较,②实验达到平衡时间较短,但是,平衡时六的浓度相等,即平衡没有移动,说明改变的条件是“加入合适催化剂”。实验③与①比较,实验③达到平衡时间缩短,反应速率加大,A的浓度由0.060 mol/L变为0.04 mol/L, 说明“升高温度”,平衡向正方向移动,即该可逆反应正方向是吸热反应。
(2)实验② A+2B C
开始(mol/L)0.100 0.200 0
转化(mol/L) a2aa
平衡(mol/L)(0.100-a)0.200-2a)a
0.100-a=0.060mol/L,a=0.040mol/L, α(B)= .同理,实验③中A减少的浓度为(0.100-0.040)mol/L=0.060mol/L,根据化学方程式的化学计量数知,A减少浓度等于C的浓度,c(C)=0.060mol/L.
(3)根据实验③曲线知,升温,A的浓度减小,说明正反应是吸热反应,即H>0。
(4)根据图象,4min,实验②c(A)=0.072mol/L、;实验③中c(A)=0.064mol/L.先计算
A的反应速率,后根据同一可逆反应,各物质反应速率之比等化学计量数之比。
【答案】(1)加催化剂达到平衡的时间缩短,平衡时A的浓度未变温度升高达到平衡的时间缩短,平衡时六的浓度减小 (2)40%0.060mol/L(3)温度升高,平衡向正反应方向移动,故该反应是吸热反应.
(4)
【评析】突破的关键是数清坐标的标量,读准数据; 根据斜率判断反应快慢。本题与2009年全国II卷第27题有共同之处。
(2009 •全国II • 27)某温度时,在2L密闭容器中气态物质X和Y反应生成气态物质Z,它们的物质的量随时间的变化如表所示。
〔1〉根据下表中数据,在答题卡该题相应位 置上画出X、Y、Z的物质的量(n)随时间(t)变化的曲线:
(2)体系中发生反应的化学方程是;
(3)列式计算该反应在0-3min时间内产物Z的平均反应速率;
(4)该反应达到平衡时反应物X的转化率α等于 ;
(5)如果该反应是热反应。改变实验条件(温度、压强、催化剂)得到Z随时间变化的曲线1,2,3所对应的实验条件改变分别是:1 ;2;3.
【提示】本题考化学平衡图表及计算。
(1)根据表格数据描点法画图,纵坐标表示X、Y、Z的物质的量,横坐标表示反应时间。开始时, X、Y、Z分另为1.00mol、1.00mol、0,反应9min 时达到平衡,X为0.55mol,Y为0.1molZ为0.90mol,如图所示。
(2)1min时,X、Y、Z反应速率之比为 (1.00-0.90〕mol :(1.00-0.80)mol : 0.20 mol=1:2:2。根据化学反应中,各物质化学计量数之比等于化学反应速率之比,得出化学方程式为X+2Y2Z.
(3)
(4)根据表格数据知,该反应正反向是放热反应,即X(g)+2Y(g)2Z(g);H
【答案】(1)
(2)X+2Y Z (3)(4)45%
(5)升温、加入正催化剂(或加入适当催化剂) 增大压强
【评析】两道题最大的区别是,“根据图象数据只判断改变反应条件”过渡到“根据图象数据,既判断改变的条件,又说明理由”,不仅重结果,更重过程,意在渗透新课标理念
解化学平衡的六种突破方法
通过上述母题分析,对2011年高考“化学反 应速度和化学平衡”可用六种方法突破:
(1)三段法突破化学计算。即求浓度、反应速率、体积分数、转化率等问题时,先根据可逆反应方程式列出起始量、转化量、平衡量(或某时刻量),然后结合题意信息,或用浓度(c= )、反应速率( )、密度( )、相对分子质量( )和转化率(转化率=巳参加反应的量与投入该物质总量之比)等公式列关系式。
(2)三步法突破平衡图象:采用“识图象、想原理、找联系”三步法破解图象。
第一步,正确识别图象,看清楚图象中标(纵坐标、横坐标:)、点(起点、拐点、终点:)、线(折 线、平台)各表示什么,温度、压强对平衡的影响是先拐(斜率大)还是先平(先达到平衡,说明反 应速率较大),原理主要是影响化学反应速率还是影响化学平衡移动。用原理以前要“三看”可逆反 应:一看物质状态,二看气体分子数大小(即正反 应是气体体积增大还是缩小),三看正反应的反应热(放热还是吸热反应);找联系是指将图象与原理联系起来思考问题,即图象是文字表述的形象描述,二者有机结合能解决很多问题。近几年高考化 学主要考绘化学平衡图象。可以采用三步法画图:先建立直角坐标系,标明纵坐标、横坐标各表示什么;然后,根据题目提供的数据描点(起点、拐点和终点);最后,将关键点连接起来形成线。要根据化学反应速率确定斜率大小,根据转化率、浓度大小确定平台高低。如果要在原图象上补齐残图,则要先选准参考点,通过讨论改变外界因素对 化学平衡或化学反应速率的影响来确定图线走向。
(3)化归法突破等效平衡。等效平衡实质是在同可逆反应、同条件下,起始投入反应物浓度相等时,达到平衡状态各对应组分百分含量相等。用化归思想理解不同条件下等效平衡原理:将各种情况“转化”成起始反应物浓度,当起始浓度完全相同时,能达到完全等效平衡。判断等效平衡要三看: 一看可逆反应特点,即等气体分子数反应,还是不等气体分子数反应;二看条件,即等温等压还是等温等容;三看起始投料,即开始投入什么物质,量是多少。如果开始投入有反应物和产物,则先通过一边倒法,将投入物质转化成一边,再判断。例如, 等温等容,对于等气体分子数反应,起始投入物质的量(物质的量、浓度等)之比相等,可以达到等效平衡。可以这样理解:假设扩大或缩小容器的容积,可以将两种情况的浓度调整成完全相等(达到同一平衡),而等气体分子数反应,扩大或缩小容 器(使起始浓度相等),平衡不会移动。等温等压条件,可以用评PV=nRT,P=cRT理解,只要开始投入反应物量的比值相等,则其浓度一定相等,能达到同一平衡状态。注意:等效平衡中“等效”指 平衡体系中,同一成分的百分含量相等,其物质的量不一定相同,物质的量与开始投入量有关。
(4)控制变量法突破实验设计。即只改变一个量,其他量相同,探究某条件改变对实验结果的影响。实验设计主要从三个方面切入:一是设计数据表,分析外界条件变化对反应速率影响;二是根据实验图象联系原理分析;三是影响化学反应平衡移动。重点理解以下三点:①“减弱”程度小于“抵 消”;②在溶液中的可逆反应;③平衡移动与化学反应竞争。改变条件平衡移动程度较小,化学反应占主要因素。例如,在哨酸亚铁溶液中滴加盐酸,氧化还原反应占主要因素。
(5)转化法突破化学平衡状态。采用转化法将不种情况转化成“同一物质正反应速率和逆反应速率是否相等”,再联系气体相对分子质量、气体 密度、气体压强、化学键断裂等判断。
(6)假设法突破移动方向。若缩小体积判断平衡移动方向,先假设平衡不移动,根据体积变化, 确定某成分浓度变化,与题目给出的浓度比较,确定平衡移动方向;若温度、压强、浓度中两个因素改变,每个因素对平衡影响不一致,移动方向由改变程度大的因素决定。
通过本题可以透视“化学平衡理论”可能创新 考的方向。
巩固训练
创新1等效平衡与化学平衡常数融合
1.(2010•北京•12)某温度下,H2(g)+CO2(g) H2O(g)+CO(g) 的平衡常数K= 。该温度下在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中,投入H2(g)和CO2(g)其起始浓度如下表所示。
起始浓度 甲 乙 丙
c(H2)/mol/L 0.010 0.020 0.020
c(CO2)/mol/L 0.010 0.010 0.020
下列判断不正确的是( )
A.平衡时,乙中CO2的转化率大于60%
B.平衡时,甲中和丙中H2的转化率均是60%
C.平衡时,丙中CO2是甲中的2倍,是0.012 mol/L
D.反应开始时,丙中的反应速率最快,甲中的反应速率最慢
创新2 化学平衡与热化学反应融合
2.(2010•江苏•14)在温度、容积相同的3个密闭容器中,按不同方式投入反应物,保持恒温、恒容,测得反应达到平衡时的有关数据如下:(已知N2(g)+3H2(g ) 2NH3(g);)
容器 甲 乙 丙
反应物投入量 1molN2、3molH2 2molNH3 4molNH3
NH3的浓度( )
c1 c2 c3
反应的能量变化 放出akJ 吸收bKJ 吸收cKJ
体系压强(Pa) P1 P2 P3
反应物转化率 α1 α2 α3
下列说法正确的是( )
A.2c1>c3 B.a+b=92.4C.2P2
创新3 化学反应速率与电化学原理融合
3.(2010•全国新课标•28)某同学在用稀硫酸与锌制取氢气的实验中,发现加入少量硫酸铜溶液可加快氢气的生成速率。请回答下列问题:
(1)上述实验中发生反应的化学方程式 有 ;
(2)硫酸铜溶液可以加快氢气生成速率的原因是 ;
(3)实验室中现有Na2SO4、MgSO4、Ag2S04、K2S04等4种溶液,可与实验中CuS04溶液起相似作用的是;
(4)要加快上述实验中气体产生的速率,还可采取的措施有 (答两种);
(5)为了进一步研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响,该同学设计了如下一系列实验。将表 中所给的混合溶液分别加入到6个盛有过量Zn粒的反应瓶中,收集产生的气体,记录获得相同体积的气体所需时间。
4 硫酸溶液
30 V1 V2 V3 V4 V5
饱和硫酸铜溶液/mL 0 0.5 2.5 5 V6 20
H2O/mL V7 V8 V9 V10 10 0
①请完成次实验设计,其中:V1= ,V6=,V9=.
②反应一段时间后,实验A中的金属呈色, 实验E中的金属呈色;
③该同学最后得出的结论为:当加入少量CuSO4溶液时,生成氢气的速率会大大提高。但当 加入的CuSO4溶液超过一定量时,生成氢气的速率 反而会下降。请分析氢气生成速率下降的主要原因 。
【参考答案】1. C2.BD
3.(1)Zn+H2SO4 ZnSO4+H2CuSO4+ZnZnSO4+Cu
⑵氧化性:Cu2+>H+,硫酸铜与锌优先反应生成镁覆盖在锌粒表面,在稀硫酸溶液中, 锌与铜构成原电池的两极,加快了锌失去电子,使产生氢气速率加快.
(3)Ag2SO4 (4)加热、将锌粒粉碎或适当增加稀硫酸浓度.