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B. 化學變化中的能量變化主要是由化學鍵引起的
C. 反應中能量變化的大小與反應物的質量無關
D. 化學反應和體系的能量變化是同時發生的
2. 下列說法不正確的是( )
A. 活化能的作用在于使反應物活化,從而啟動反應或改變反應速率,但有些反應可能不需要活化能的推動,其活化能接近為0
B. 需要加熱的反應可能是放熱反應,常溫下能自動進行的反應一定是放熱反應
C. 在能源利用上模擬有關生物化學過程的研究,具有極為重要的意義
D. [ΔH]單位中的mol-1指的不是“每摩爾”反應物,也不是“每摩爾”生成物,而是“每摩爾”反應
3. 下列反應的熱效應與其它三項不相同的是( )
A. 鋁粉與氧化鐵的反應
B. 氯化銨與Ba(OH)2?8H2O反應
C. 鋅片與稀硫酸反應
D. 鈉與冷水反應
4. SF6是一種優良的絕緣氣體,分子結構中只存在S―F鍵,已知1 mol S(s)轉化為S(g)吸收能量280 kJ,斷裂1 mol F―F、S―F鍵需吸收的能量分別為160 kJ、330 kJ,則S(s)+3F2(g)=SF6(g)的[ΔH]為( )
A. -1780 kJ?mol-1 B. -1220 kJ?mol-1
C. -450 kJ?mol-1 D. +430 kJ?mol-1
5. 下列推論正確的是( )
A. S(g)+O2(g)=SO2(g) ΔH1,S(s)+O2(g)=SO2(g) ΔH2;則ΔH1>ΔH2
B. C(石墨,s)=C(金剛石,s) ΔH=+1.9 kJ?mol-1,則由石墨制取金剛石的反應是吸熱反應,金剛石比石墨穩定
C. NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l) ΔH=-57.4 kJ?mol-1,則含20 g NaOH的稀溶液與稀鹽酸完全反應,放出的熱量為28.7 kJ
D. CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) ΔH>0,則該反應任何溫度下都能自發進行
[能量/kJ?mol-1] [508][a][b][600][N2+3H2][2NH3][反應過程] 6. 如圖,a曲線表示198 K、101 kPa時N2與H2反應過程中能量變化,下列敘述正確的是( )
A. 該反應的熱化學方程式為:N2+3H2?2NH3;ΔH=-92kJ?mol-1
B. b曲線是升高溫度時的能量變化曲線
C. 加入催化劑,該化學反應的反應熱改變
D. 在198K、體積一定的條件下,通入1 mol N2和3 mol H2反應后放出的熱量為Q1 kJ,若通入2 mol N2和6 mol H2反應后放出的熱量為Q2 kJ則184>Q2>2Q1[反應過程] [能量][A][B][C][E][ΔH]
7. 2SO2(g)+O2(g)?2SO3(g)反應過程的能量變化如右圖所示。已知1 mol SO2(g)氧化為1 mol SO3(g)的ΔH=-99 kJ?mol-1。請回答下列問題:
(1)圖中A、C分別表示 、 ,E的大小對該反應的反應熱有無影響? 。該反應通常用V2O5作催化劑,加V2O5會使圖中B點升高還是降低? ,理由是 ;
(2)圖中ΔH= ;
(3)V2O5的催化循環機理可能為:V2O5氧化SO2時,自身被還原為四價釩化合物;四價釩化合物再被氧氣[溫度計][硬紙板][碎泡沫塑料]氧化。寫出該催化循環機理的化學方程式 ;
8. 實驗室用50 mL 0.50 mol?L-1的鹽酸和60 mL 0.50 mol?L-1的氫氧化鈉溶液反應來測定中和熱。試回答下列問題:
(1)從裝置來看,尚缺少的一種玻璃儀器是 ;
(2)鹽酸在反應中若因為有放熱現象,而造成少量鹽酸在反應中揮發,則測得的中和熱數值 (填“偏大”“偏小”“不變”);
(3)將V1 mL 1.00 mol?L-1 鹽酸溶液和V2 mL未知濃度的NaOH溶液混合均勻后測量并記錄溶液溫度,實驗結果如圖所示(實驗中始終保持V1+V2=50 mL)。下列敘述正確的是 ;
[溫度/℃][V1/mL][30
28
26
24
22
20][O 10 20 30 40 50]
A. 做該實驗時環境溫度為22 ℃
B. 該實驗表明化學能可以轉化為熱能
C. NaOH溶液的濃度約是1.00 mol?L-1
D. 該實驗表明有水生成的反應都是放熱反應
關鍵詞:化學;課程標準;理論;認識
中圖分類號:G634 文獻標志碼:A 文章編號:1002-2589(2013)08-0213-02
化學是一門以實驗為主,研究物質的組成、結構、性質以及變化規律的學科,作為科學教育的重要組成部分,新的中學化學課程以《化學課程標準》為指導、規范中學化學教學,把改革重點放在提高學生的科學素養方面。因此,研究《化學課程標準》的內涵,掌握其精神實質以及特點,探究中學化學教學改革對現實的教學具有深刻的意義[1]。
人類的記憶遵循艾賓浩斯遺忘曲線,就是在識記知識的過程中,總會有遺忘的部分,那對于這部分我們應當如何減少,甚至是降為最低呢?這將對我們的學習起到重要的意義。那教材的編寫是否也要考慮,幫助學生減少這種遺忘情況發生呢?教材的編寫是為了讓學生更好地掌握已經證實或者已有的經驗,并在已有的知識的基礎上建立更高層次的結構,并且教材是教師進行教學的重要工具,是一種媒介,它的作用非常重要,因此教材內容的選擇和編排更加具有現實的重要意義。
人民教育出版社出版的高中化學教材中,必修教材和選修教材有多處前后相似的內容,對于這些前后相似內容的教學,很多老師都不知所措,認為同樣的內容為什么要出現很多次?這不是在浪費時間嗎?前后相同的內容都是一樣的教法,為什么不放在一起呢等等這樣的問題還有很多。為了解決這些問題,現以化學能與熱能及化學反應與能量的變化為例,分析一下對于這種前后相同內容的教學策略,并從中領會教材的編寫意圖和編寫思想[2]。
對于化學能與熱能及化學反應與能量的變化,教材必修2和選修4中分別有如下有關內容:必修2第32頁:
通過“學與問”:煤、石油、天然氣的主要化學成分是烴類等有機物(煤中含有大量的碳),它們在燃燒時釋放出熱能。你一定想知道,這種熱能從何而來?它與化學物質及化學反應有什么關系?石灰石(主要成分CaCO3)要經過高溫煅燒才能變成生石灰(CaO),高溫條件提供的熱能在石灰石的分解反應中起什么作用?
提出問題,使學生產生興趣,帶著問題進一步學習。煤、石油、天然氣的燃燒(產生)所列舉的兩類反應說明化學反應與熱能之間的辯證關系以及它們之間的相互轉化:
化學反應CaCO3在高溫的條件下分解成CaO和CO2,在這個過程中有化學物質的轉變,一種物質分解成兩種不同的物質,同時放出大量的熱量,而放出的這種能量同樣也支持這個反應的順利進行,因為反應的進行要有一定的條件,那就是高溫,必須在高溫的條件下,反應才會順利進行。
用煤、石油、天然氣等化石燃料的燃燒放熱來說明化學能向熱能的轉化,人們利用化學反應可以獲取能量;從另一個角度用CaCO3經過高溫分解成CaO和CO2闡述熱能對化學反應的支持作用。人們利用熱能來完成常溫下很難發生的化學反應。化學能與熱能間相互影響、相互支持、互相促進,完成能量間的相互轉化。
第一部分:一、化學鍵與化學反應中能量變化的關系
復習化學鍵:使離子或原子之間相互結合的作用。物質中的原子之間是通過化學鍵相結合的。當物質發生化學反應時,斷開反應物中的化學鍵要吸收能量,而形成生成物中的化學鍵要放出能量。1molH2中含有1molH-H,在25℃101kPa條件下,由H原子形成lmolH—H要放出436kJ的能量,而斷開1molH—H鍵重新變為H原子要吸收436kJ的能量。1molCH4中含4molC-H鍵,斷開1molC-H鍵要吸收415kJ的能量,斷開1molCH4中的所有C-H鍵則要吸收4mol×415kJ/mol==1660kJ的能量。
化學鍵的斷裂和形成是物質在化學反應中能量變化的主要原因。所以說物質的化學反應與體系的能量變化是同時發生的。由此我們知道物質若想發生化學變化,必須要有一定的能量的改變,吸收或者放出能量。
而在選修4中對這部分的講解:化學反應過程中為什么會有能量變化?我們可以從微觀角度來討論這個問題。
實驗測得1molH2與1molCl2反應生成2molHCl時放出184.6kJ的熱量,這是該反應的反應熱。任何化學反應都有反應熱,這是由于在化學反應過程中,當反應物分子間的化學鍵斷裂時,需要克服原子間的相互作用,又要釋放能量。就上述反應來說,當1molH2與1molCl2在一定條件下反應生成2molHCl時,1molH2分子中的化學鍵斷裂時需要吸收436kJ的能量,1molCl2分子中的化學鍵斷裂時需要吸收243kJ的能量,而2molHCl分子中的化學鍵形成時要釋放431kJ/mol×2mol=862kJ的熱量。
同樣是化學反應過程中能量變化講解,在選修4中不僅有文字描述,還有圖像的展示,更加生動具體,便于學生理解。對學生學習的程度的要求也進一步提升,建議在必修2這部分內容的講解時加入圖像的描述,使學生理解更加方便,更加形象具體,因為剛升入高中的學生抽象思維能力正在形成,還未達到一定高度,對知識的掌握還是比較困難的。圖像的展現更能激發學生的形象思維,有利于印象的形成,當學生掌握一定的知識時再進行抽象的理論學習才利于學生的發展。某些比較抽象和復雜的知識要等到學生有了一定的基礎,再進行擴展和深化。
在必修2當中講述某個化學反應究竟是吸收能量還是放出能量由什么決定時,利用生活中的常識,水能與化學能變化對比,用圖像呈現。
一個確定的化學反應完成后的結果是吸收能量還是放出能量,取決于反應物的總能量與生成物的總能量的相對大小。利用圖像只是讓學生簡單了解能量的變化,理解吸熱反應和放熱反應。對于一些常見的吸熱和放熱反應能夠辨別。而到選修4的學習時,就要更深層次地挖掘化學反應與能量的變化,通過分析H2+Cl2=2HCl過程中能量變化,理解反應熱、焓變的含義和反應熱產生的原因,以及通過分析化學反應過程中的能量變化圖,理解反應物、生成物的能量高低與H的“+”“-”,反應吸熱與放熱的關系。分析熱化學方程式的區別,掌握熱化學方程式的特點和書寫方法。要求學生對知識的理解更加深入,掌握的程度也提出更高的要求。
選修4中利用平面二維圖像就將吸熱反應和放熱反應過程能量變化表現出來,因為在必修2中,我們對這部分內容已經簡單了解,有了一定的基礎,所以對這部分知識并不陌生,很容易理解。對我們更加深入學習提供幫助。教材的編排不僅要符合學生的心理發展,同時還應遵循學生的認識規律,具有一定的科學理論,能夠達到預期的效果,使學生更好地掌握知識,運用知識。運用認識論的螺旋上升理論指導教學,更能促進學生對知識的掌握,提高學習的效率,以免在學生比較低的層次時學習過難、過偏的內容,使學生失去學習的積極性,產生厭學的心理,科學的理論指導教學,才會產生事半功倍的效果!
課程標準關于化學反應與能量的內容在初中化學、高中必修和選修模塊中均有呈現,表現出對學生學習要求的階段性和層次性,在內容的呈現上前后還有交叉和重疊,使學生對概念的形成和發展呈現一種螺旋式上升的狀態。例如:初中化學從燃料的角度簡單學習了“化學與能源”的一些知識,在必修2中又更詳細介紹化學能與熱能的相互轉化,而在選修4中將從科學概念的層面系統深入地學習化學反應與能量、化學反應速率和化學平衡的原理。深入挖掘教材,對教材充分理解,將教材的使用發揮到最大限度。
必修與選修并不矛盾,也不沖突,看似相同的內容,實際上卻有不同的要求,所以作為老師一定要把握好這個度,在必修中不要講得過深,讓學生無法理解,產生厭惡的情緒,有些內容是需要到選修當中繼續學習,但也要為后面的選修打好基礎,到選修學習時不那么陌生!因為人類的記憶會有一個遺忘的過程,可能許多學生在學習的過程中,學到了一些內容,但隨著時間的推移,這部分內容不再深刻,逐漸遺忘,一段時間以后,當我們又重新回憶,將學過的知識再鞏固一次時,不僅加深了原有知識,同時也會獲得更深的體會,正如孔子曰“溫故而知新”,這樣在原有知識的基礎上,再進行更加深入的學習,將對我們知識體系的建立提供更好的幫助,因為影響學生學習的重要因素是已有的知識基礎,當已有的知識與新學到的知識存在一定的關系,聯系越多,學生越容易接受,對新知識系統的建立更加迅速,讓學生不斷復習學過的內容,這樣就會很好的向新知識過度。
新課程改革遵循認識論的螺旋式上升理論,辯證唯物主義認識論的觀點,人的思維是從認識事物然后上升到理論,再從理論去指導實踐。中學化學教材的編排也是遵循了這一理論,讓學生先從簡單基礎的知識認識事物,然后上升為理論,再從理論出發,指導進一步的更高層次的學習。用認識論的哲學思想指導教學,可以深入理解和拓寬舊知識,同時又可以對新知識的認識進行升華。如果只停留在認識的第一階段,形成思維定式,不愿意思考,不想為什么,那將對后面的學習產生不良的影響,阻礙知識體系的建立。為我們后續的學習帶來很多不便和困擾,因此正確的引導學生學習非常關鍵,尊重科學的方法,應用正確的理論為基礎,幫助學生建立客觀準確的學習方法,更好的掌握知識運用知識,取得更好的成績是我們一線教師值得思考的問題,并要做好這項工作[3]。
我們都是在不斷的認識事物,學習的過程實際上也是在認識和改變事物,我們要利用已知的知識和經驗,不斷發現未知的事物和經驗,不斷改變我們的世界,在這個過程當中一定會對原有的事物從新認識,并上升到更高的層次,而原有的知識也是對現有知識體系的一種支撐和建構。作為教師的我們更應當深刻體會并做出更高層次的指導,對學生的學習有所幫助,使他們更好地掌握和運用現有知識,并不斷學習新的更有價值的知識。
參考文獻:
[1]趙二勞,王麗花.淺析化學課程標準與中學化學教學改革[J].忻州師范學院學報,2005,(21):2.
[2]周鵬來.高中化學教材中前后相同內容的教學策略分析[J].教學研究,2011,(3).
[3]孫家棟用辯證思維優化高中化學學習方法[J]中學化學教學[J].2009,(8):33-34.
[4]畢華林,張鴻雁.化學教材編寫中幾個問題的探討[J].山東師大學報,1995,9(10).
關鍵詞:回歸課本;復習教學;高三化學
高三,進入高中學習的另外一個階段。它不再是學習新知識的過程,而是一個鞏固、強化、提升的新篇章。怎樣將高中階段的化學知識有機整合而不是機械的重現,成為一門很深的學問。很多學生、教師過分地倚重參考書,很少使用、甚至直接拋棄課本,在學生的書桌上高高的復習資料中,鮮見課本,很多學生干脆不帶課本上學,迷信參考資料,舍本逐末。
新課程改革背景下的浙江省高考命題卻是“源于教材,高于教材”,回歸課本的目的就是要尋“源”。教材和考試大綱可以說是出應對高考的“憲法”。課本才是母題庫,每一道高考題都可以從課本中找到源頭。縱觀近年來的高考試題,呈現出回歸教材的趨勢。在各省的高考試題中不少讓學生感到生疏的題目,都是在課本上基礎知識上變形、再加工而來的。
在高三化學復習的過程中,筆者通過研究課本發現在高中化學教材中,有很多值得學生認真關注并深入研究的素材。本文就以“化學反應與能量轉化”為例,來談談在高考復習中如何利用“追本溯源,回歸課本”這一教學方式進行高考復習。
能量與人民的生活息息相關,是距離我們生活最近的化學。教師如何在“化學反應與能量轉化”這一章節的復習過程中,將零散的知識加以歸納、整理,將各種化學電源的工作原理與原電池的工作原理進行比較,歸納其相同點,深化學生對原電池原理的認識,利用原理來解決一些實際問題,達到學以致用的目的,是一門高深的藝術。
《化學2》課本的專題2化學反應與能量轉化中,第四單元太陽能、生物質能和氫能的利用章節中,圖2-24氫能產生與利用的途徑如下:
本圖包含了專題2中的所有內容:化學反應的熱效應、電化學(原電池、電解池)、能源的轉化和利用。如果能夠挖掘其內涵并深加工這張圖表,就可以將這些內容融為一個整體,貫穿圖表的始終,幫助學生形成一個完整的知識網絡,將具體、細致、繁多的知識內化,提升學生的綜合應用能力,在高考解題中能夠做到得心應手,游刃有余。
一、化學反應中的熱效應
利用途徑①,可以解決化學反應中的熱效應所有知識,包括基本概念(放熱、吸熱反應、鍵能、反應熱、熱值)、基本原理(反應方向的判斷基本理論(蓋斯定律))、簡單計算(熱化學方程式的書寫、H計算)、圖像問題??梢酝瑫r進行加工。如設計兩個問題。問題1:已知1g氫氣完全燃燒生成液態水放出熱量為142.9kJ ,請寫出該反應的熱化學方程式;問題2:又已知H2O(g)= H2O(l) H=-43.9kJ?mol-1 ,請寫出1g氫氣完全燃燒生成氣態水的熱化學方程式。通過這兩個問題的講解,再加上圖像的分析,學生對化學反應中的熱效應的理解就能夠形成一個系統的知識網。
二、電化學
1.原電池
利用途徑②,可以復習電化學中的原電池。原電池的工作原理、電極反應、帶電粒子的定向移動、溶液中離子濃度、PH等的變化以、利用得失電子守恒進行簡單的定量計算、了解常見的化學電源等知識,從而避免周而復始的知識重復,激發學生的學習興趣,使學生每節課都能“眼前一亮”。深加工兩個問題。
問題1:氫氣和氧氣反應生成水為什么能設計成原電池?
問題2:水轉化為氫氣和氧氣能否設計成原電池?請畫出該原電池的裝置圖,并寫出電極方程式。
根據學生的書寫結果進行點評,然后展示下圖,并提出如下變式問題,使學生逐層遞進的深化理解原電池的基本原理,并能做到融會貫通、舉一反三、學以致用。
思考:
(1)請判斷該電池的正負極。
(2)若電解質溶液為KOH溶液請寫出正負極反應式。
(3)請分析該圖中帶點粒子的移動方向。
(4)若將H2換成CH4,寫出負極的電極反應式。
(5)若將KOH(aq)換成可以傳導O2-的固體氧化物作為電解質,O2-向哪極移動,電極反應式如何變化?
2.電解池
利用途徑③的轉化,實現電解池的知識的綜合復習。電解池的工作原理、電極反應、精煉銅、電鍍等知識綜合運用。配以下列問題將具體的知識學以致用,解決問題。
思考:
(1)請判斷該電池的陰陽極。
(2)請寫出陰陽極電極反應式(惰性電極)(銅做陽極)(銅做陰極)。
(3)請分析該圖中帶點粒子的移動方向。
(4)若將K2SO4換成KOH,請寫出電極反應式。
(5)若將K2SO4溶液恢復原濃度,需要加入什么物質?
再將②③途徑整合,就可以靈活運用原電池、電解池知識學習常見的電源、金屬的腐蝕與防護等實際應用問題,真正做到熟記于心、融會貫通。
三、能源的開發和利用
利用途徑④,將能量的轉化形式、新能源的開發和利用綜合復習,對能源有一個整體的認知,不再是零散的知識模塊。
通過對這四條轉化途徑的逐一復習、整合利用,有助于學生形成一個完整的能量轉化、開發、利用知識體系??梢酝ㄟ^尋找新的復習切入點,很好地解決高三復習課教師難上、學生不愿聽的尷尬局面。
“追本溯源,回歸課本”通過新的復習視角,激發高三學生參與化學學習的興趣和熱情,給舊知識注入新的活力?!白繁舅菰矗貧w課本”這種復習方式,改變了以往基礎知識梳理和典型習題分析的教學思路,在復習已學知識、培養解題技巧的基礎上,通過有機整合,將知識進一步提升和內化,追求知識的系統性和綜合性,建立一個完善的知識體系。
總之,教材始終是最重要的知識載體。新課程改革背景下的高考對能力的考查離不開課本知識,這就提醒教師要重教材、重基礎,這才是高中化學學習的根本之道。高考考察的知識點都在教材之內,只要能夠“吃透教材”,遇到高考題,只需對掌握的課本知識點進行思維深加工,就可以以“不變應萬變”,從而應對自如了。只要能做到“以本為本”,高考無論考查什么內容,以怎樣的形式呈現,學生都能處理得得心應手,取得好成績。
參考文獻:
關鍵詞 化學反應的方向 觀念構建 教材內容編排 教學案例 能量觀 微粒觀
與以往的教材不同,高中化學新教材《化學反應原理》(選修4)新增了有關化學反應方向的教學內容。根據體系存在著力圖使自身能量趨于“最低”和從“有序”變“無序”的自然現象,提出了用相互關聯的焓判據和熵判據解決化學反應的方向問題,要求學生理解變化和穩定是相互對立的,化學變化需要在一定條件下進行。使學生對化學變化有了更深層次和全面性的認識,主動構建、發展自己的知識體系,進一步構建能量轉化觀念和微粒觀念。
1 3 套教材中“化學反應的方向”編排特點
在執行新課標的過程中,各版新教材編寫安排有所不同:如有關內容編寫的先后順序及知識內容進退詳略有所不同,教學欄目名稱設置及知識點處理方式有所差異,但各版新教材體現的思想旨意及學科內涵是一樣的。
1.1 魯科版《化學反應原理》教材中“化學反應的方向”編排特點
從學生十分熟悉的汽車尾氣的治理為切入點,引導學生探討反應焓變與化學反應方向的關系,使學生認識反應放熱有利于反應自發進行,同時探討碳酸鈣的分解反應并結合固體硝酸銨、氫氧化鈉、氯化鈉及蔗糖的溶解現象得出熵增加有利于反應的自發進行。然后討論焓變與熵變對反應方向的共同影響。最后讓學生從焓變和熵變角度認識用于汽車尾氣凈化的反應,從而建立了體系能量趨于“最低”和體系從“有序”變“無序”的概念。
1.2 人教版《化學反應原理》教材中“化學反應的方向”編排特點
教材從學生已有的知識和生活經驗出發,以學生熟悉的自發進行的放熱反應為例,介紹焓變對反應方向的影響,以生活現象為例,介紹熵變對反應方向的影響。然后讓學生分析要正確地判斷化學反應的方向,需要綜合考慮焓變和熵變的復合判據。最后簡單介紹了自由能判據的結論性內容。
1.3 蘇教版《化學反應原理》教材中“化學反應的方向”編排特點
教材首先從室溫下冰的融化、瀑布從高處落向低處等自然變化的方向性,引出化學反應的方向性,并結合一些自發反應實例,得出焓變是判斷反應是否能自發進行的因素之一。其次通過消石灰與氯化銨反應的實驗,結合混亂度不同的房間及火柴圖片,得出體系的混亂度是判斷反應能否自發進行的另一個重要因素。最后,從知識結構完整性和科學性的角度,教材介紹了綜合考慮焓變AH和熵變S判斷化學反應能否自發進行的規律,為向化學專業發展的學生進一步的學習作好鋪墊。
2 “化學反應的方向”教學案例分析
“化學反應的方向”教學設計很多,但許英慧老師發表于《化學教學》2008年10期的教學設計比較有代表性,通過大量生活經驗和實驗探究建立概念:以人教版教材為版本,參考蘇教版、魯科版教材,以圍繞著研究化學反應的方向的意義為情感主線,使學生明白研究一個化學反應在給定條件(通常指溫度、壓強)下能否自發進行以及在什么條件下有可能按預期的方向發生,為研究和設計新的化學反應提供理論依據,從而滿足人類生存和發展的需要,以自發反應有能量趨于“最低”和從“有序”變“無序”的趨勢為知識主線,使學生對化學變化有了更深層次和全面性的認識。
3 化學反應的方向教學論問題分析
3.1 一般認知觀點
認識新知識與舊知識之間的聯系,并把新知識納入自己已有的學科知識結構之中,是學生主動構建知識體系的必由之路。普遍比較接受的觀點是,需要從學生已有的知識和生活經驗出發,通過問題層層分析,得出判斷化學反應方向的依據(焓變和熵變)。從自然界中水由高處往低處流、石頭從山坡上滾下等角度入手,引導學生分析某些自發反應的能量變化,它們都有明顯的自發性并且自發進行后體系的能量降低,得出反應焓變H0),從而建立反應體系趨于穩定性的觀念。
3.2 學生認識發展障礙點分析
3.2.1 如何讓學生理解一定條件
在一定條件下無需外界幫助就能自動進行的反應,稱之為自發反應。一般認為一定條件指的是一定溫度和壓強,值得注意的是,一定條件并不指常溫,否則就可能導致判斷的錯誤。如認為①鋅和硫酸銅溶液的反應是自發的;而認為②氧氣與氫氣的反應及③碳酸鈣的分解就是非自發的反應。事實上,3個反應都是自發反應,只不過①是常溫下的自發反應,且反應速率較快;②也是常溫下的自發反應,不過反應速率很慢;而③是高溫下的自發反應。也可以通過氯化銨加熱分解實驗加強學生對一定條件的了解,氯化銨加熱分解成氨氣和氯化氫氣體(吸熱反應),常溫下氨氣和氯化氫氣體化合成了氯化銨晶體(放熱反應),都是自發反應。
3.2.2 如何讓學生理解“外界的幫助”
什么樣的“幫助”是“外界的幫助”?通常的反應條件比如“點燃”、“加入催化劑”等等,算不算“外界的幫助”呢?“外界的幫助”這句話中,指的是為反應體系提供能量?!皫椭辈⒉皇侵柑峁┓磻l生的溫度和壓強等反應條件,也不是點燃、使用催化劑等等。一定的溫度、一定的壓強是反應所需要的條件。很多場合下,提高溫度,往往是為了加速反應。
關鍵詞:可燃氣;安全爆炸;演示器
當前在學習可燃氣化學性質、燃燒與爆炸、化學反應與能量的實驗時還沒有成型的可燃氣安全爆炸演示裝置。如果作為化學實驗儀器,需要滿足三個條件:①裝置能夠反復使用,操作穩定性高;②裝置兼容性強,能夠演示大多數可燃氣的爆炸實驗;③實驗安全,能夠一人操作,適合高中化學實驗教學。演示實驗時,操作的安全性是首要因素,同時還要考慮是否有利于觀察實驗現象。本文從安全性、重復操作性、明顯的實驗現象三個方面考慮,設計了可燃氣安全爆炸演示器。
由于不同的可燃氣爆炸極限不同, 引爆能量及燃點有差異,因此,從以下三個方面選擇演示的氣體:①爆炸極限寬;②燃燒速度快,爆炸效果明顯;③能方便收集氣體,反應物及產物無毒,無害。有三類這樣的氣體:一是以空氣中的氧氣為氧化劑的可燃氣。二是混合氣體,如氫氣與乙炔的混合氣、汽油蒸汽等。三是不需氧氣參與的反應,如氫氣與氯氣的混合氣、氯氣與甲烷的混合氣,甚至引入其他強氧化劑等。本裝置可采用遙控電火花引爆和激光引爆兩種方式,可用于引爆大多數可燃氣,適用面廣。
可燃氣安全爆炸演示器由底座、起爆臺、帶刻度塑料氣瓶、中電壓模塊、遙控器和激光器(選配)組成。底座及擋板選用有機玻璃材質。底座由擋板分隔成起爆臺和電源控制兩塊區域。底座下方設有基座,方便布線。底座左側中心設置圓臺狀的起爆臺,起爆臺與放電針整合在一起,能夠使氣瓶穩固地倒扣在起爆臺上。放電針穿過起爆臺中心,高度不小于10厘米,使電火花能位于氣瓶中心位置,起到防風的效果。定制的整體成型的內置式陶瓷放電針,具有隱藏高電壓、抗氧化、耐高溫、不易彎折的特性,能夠隨裝置反復使用。底座右側區域較小,上面是電源開關,下面用于放置電池和中電壓模塊。電線向下穿過底座從下方連接放電針。選用干電池作為電源,經過中壓模塊升壓至約1800伏,保證在放電針兩極間產生連續電火花,放電能量不小于1焦耳,適合引爆大多數可燃氣。氣瓶采用無色透明且帶有體積刻度的塑料瓶,便于收集氣體時可以用氣體流量計控制氣體體積。每個裝置配備多個不同容積的氣瓶,可分為200毫升、500毫升和廣口、細口共四種氣瓶。大號氣瓶適合爆炸極限窄的可燃氣;小號氣瓶適合爆炸極限寬的可燃氣。帶刻度的氣瓶有利于控制可燃氣與氧化性氣體的物質的量比,使混合氣恰好完全反應,放出大量的反應熱并增強實驗效果。經驗證實,氣瓶為消耗品,在要求不嚴的情況下,可以選用純水瓶代替。放電針與底座之間、中電壓模塊中所有電子元件以及其他連接處都用玻璃膠重新粘接,保證在實驗中元器件之間連接牢固。選配1瓦的袖珍激光器,光斑溫度不低于500℃,即酒精燈外焰的溫度,基本高于大多數可燃氣的燃點。激光器可用于演示光引發的爆炸反應,尤其用于氯氣與甲烷等烴類物質的取代反應。
操作實驗前,先收集可燃氣的混合氣。如果是排水集氣法,在瓶蓋上放置一塊干燥劑。演示爆炸實驗時,再臨時丟掉干燥劑。如果氣體易溶于水,可以選用排有機溶劑的方法收集可燃氣。演示實驗時,先觀察周圍環境是否適宜爆炸實驗,尤其裝置上方不能有易碎、易掉落的物品。將氣瓶倒扣在放電針上,打開電源,遠離裝置,按壓遙控器。由遙控器控制中電壓連續放電,由放電針放電產生足夠能量的電火花,引爆混合氣。本裝置采用倒扣的全透明塑料氣瓶,有利于觀察實驗現象并且觀察爆炸瞬間的實驗現象。
筆者在進行可燃氣的實驗時,意外發現,連續的電火花可以用于直接點燃可燃氣流,如甲烷氣流、氫氣流。本裝置的優點是:提供連續電火花引爆和激光引爆的方式,實現了遠程控制引爆,有利于觀察實驗現象,探索化學反應與反應熱的關系,掌握可燃氣爆炸的性質,開展安全教育。本裝置基本成型,可以作為實驗儀器引入到高中化學實驗中。
參考文獻: