深度研究教材,把握教學過程

文章編號:1005-6629(2010)03-0074-03 中圖分類號:G633.8 文獻標識碼:B

1 問題的提出

新課程的推廣和實施，對一線教師提出了更高的要求，尤其是一些多年從事教學的一線教師僅憑原先的一些知識積累已不能很好地適應當今新課程的教學要求。和老教材相比，化學新課程的教材在編排上和知識的呈現方式上有較大差異，同時也新增了一些新的知識點。教師在備課、鉆研教材過程中往往會遇到這樣的一些現象:因限于教材的篇幅以及中學生認知水平等因素，教材在描述某些化學知識時，往往采取點到為止，不作深入詳盡的描述，不去追求知識的完整性和精確性。教師在備課過程中遇到這樣的問題，不能只停留在教材的粗淺表述上，而應深入研究把握知識的前因后果，準確掌握知識的精髓，只有這樣才能高瞻遠矚，才能恰當地處理教材中知識和能力的關系，恰當地把握好教學過程。教師對教材知識點的深度鉆研會進一步強化學科知識體系，提高教師的自身素質。本文以筆者自己平時備課過程中對教材某些知識點的鉆研理解為例，展現自己對教材的把握，以期拋磚引玉和同行共同關注教材中的類似問題。

2 教材中的問題例析

2.1 反應熱與焓變的關系問題

蘇教版《化學反應原理》專題1，第一單元“化學反應中的熱效應”中， 關于化學反應的焓變，有這樣一段話[1]，“在化學反應過程中，當反應物和生成物具有相同溫度時，反應吸收或放出的熱量稱為化學反應的反應熱(heat of reaction)。在化工生產和科學實驗中，化學反應通常是在敞口容器中進行的，反應體系的壓強與外界壓強相等，即反應是在等壓下進行的。在恒溫、恒等的條件下，化學反應過程中吸收或放出的熱量等于反應的焓變(enthalpy change)，用ΔH表示，單位常采用kJ·mol-1”。以上這段文字，給出了“反應熱”和“焓變”兩個概念，為什么在閱讀這段文字時，時常會提出以下幾點疑問: (1)在反應熱的概念中，為什么要規定反應物和生成物具有相同溫度?(2)“反應熱”和“焓變”這兩個概念有什么區別和聯系?課本沒有對以上問題作任何解釋。教師在備課過程中如何來把握這兩個概念，引導學生正確理解這兩個概念呢?反應熱之所以要強調生成物的溫度和反應物的溫度相同，是為了使反應熱有確定的量值，并便于與其他反應的反應熱作比較。避免使生成物溫度升高或降低所引起的熱量變化混入到反應熱中，只有這樣，反應熱才真正是化學反應引起的熱量變化。教師可以用H2和O2反應生成水蒸氣和生成液態水的反應熱為例加以說明，學生自然能較好地理解。2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)， ΔH=-483.6 kJ·mol-1， 2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)， ΔH=-571.6 kJ·mol-1。從以上兩個反應熱化學方程式中可以看出:當2 mol H2O(g)轉變為2 mol H2O(l)時放出的熱量為88 kJ，以上熱量不是H2和O2反應所放出的熱量，它是物質狀態變化所引發的熱效應。關于反應熱和焓變這兩個概念，是在化學熱力學中介紹的。 熱力學第一定律指出[2]: 若某體系由狀態I變化到狀態II，在這一過程中體系吸收熱量為Q，并做功W，用ΔU表示該過程體系熱力學能的改變量，則有關系:ΔU=Q+W。任意化學反應過程，體系的熱力學能改變量ΔU與反應物的熱力學能U(反應物)和產物的熱力學能U(產物)的關系為:ΔU=U產物-U反應物，結合熱力學第一定律的數學表達式:ΔU=U產物-U反應物=Q+W。對化學反應式中的Q為反應熱。因化學反應的具體方式不同，有不同的反應熱:

①等容反應熱Qv:在等容過程中完成的化學反應，其熱效應稱為等容反應熱。則ΔU=QV+W，由于W=-pΔV，等容過程ΔV=0，故W=0，所以ΔU=QV，上式告訴我們，在等容反應過程中，體系吸收或放出的熱量全部用來改變體系的內能。②等壓反應熱Qp: 在等壓過程中，不做非體系功條件下完成的化學反應，其熱效應稱為等壓反應熱。ΔU=Qp-W，Qp=ΔU+W，等壓過程p1=p2=p，則上式變為:

Qp=U2-U1+p2V2-p1V1=(V2+p2V2)-(V1+p1V1)

U、p、V都是體系的狀態函數，故U+pV必然是體系的狀態函數，這個狀態函數用H表示，稱為“熱焓”，簡稱“焓”，由H=U+pV，可知Qp=H2-H1=ΔH即等壓熱等于焓變ΔH。

③Qp和QV有什么關系呢?

根據化學熱力學的推導:Qp=QV+ΔngRT

式中，Δng為生成物和反應物的氣體物質的量之差，R為常數(8.314 kJ·mol-1)，T為熱力學溫度。

a. 若Δng=0，則Qp=QV

b. 若Δng>0，則對放熱反應|Qp|<|QV|;對吸熱反應Qp>QV

c. 若Δng<0，則對放熱反應，|Qp|>|QV|，對吸熱反應，Qp

從以上分析討論可知，“反應熱”和“焓變”是兩個不同的概念，反應熱有等容反應熱QV和等壓反應熱Qp，這兩者可能相等，可能不相等。熱焓是體系的一個狀態函數，在等壓不做非體積功條件下，化學反應吸收或放出的熱量等于體系的焓變。在實際教學過程中，限于學生的認知水平，我們不必要對“焓變”概念作精確的講述，但筆者認為，在講述這兩個概念時，為了讓學生能較好地區分這兩個概念，教師可以指出:同一個化學反應在控制不同的條件(如等溫、等壓)下進行反應，其放出或吸收的熱量值是不一定相等的。在等溫、等壓、不做非體積功條件下化學反應所放出或吸收的熱量等于反應的“焓變”。

2. 2熱化學反應式中ΔH的單位問題

在熱化學方程式書寫的教學中，老師往往會遇到一個棘手的問題， 以2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)， ΔH=-571.6 kJ·mol-1為例子，學生往往會對以上熱化學方程式中ΔH的單位提出疑意，認為1 mol H2燃燒生成液態水放出285.8 kJ的熱量，那么，2 mol H2完全燃燒生成液態水放出熱量為571.6 kJ，因此ΔH的單位用kJ·mol-1不恰當。對待學生這樣的疑問，許多老師都無以回答。

要弄清楚ΔH單位的含義，首先要明白化學熱力學中“反應進度”的概念，“反應進度”是一個物理量，符號為“ξ”(讀作“克賽”)

設有化學反應:aA+bB=cC+dD式中，a、b、c、d為各物質的計量數，是量綱為1的物理量，若反應未發生時，即t=0時，各物質的物質的量分別為n0(A)， n0(B)， n0(C)， n0(D)， 反應進行到t1時各物質的物質的量分別為n(A)， n(B)， n(C)和n(D)， 反應進度ξ的定義為:

由上式可知，反應進度ξ的單位是mol，用反應體系中任一物質量的變化都可用來表示反應進度，在同一時刻所得的ξ值相等。ξ值可以是正整數、正分數，也可以是零，需要注意的是ξ=1 mol的實際意義:表示從反應開始到已經有a mol的A，b mol的B消耗掉，生成了c mol的C和d mol的D。即按a個A粒子為一個單元，進行了6.02×1023個單元反應。當ξ=1 mol時，我們說該反應進行了1 mol反應。

根據以上分析我們知道，對于2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)，ΔH=-573.6 kJ·mol-1，熱化學方程式而言，相當于氫氣和氧氣按2個H2 1個O2為一個單元進行了6.02×1023個單元反應，即進行了1 mol反應，放出573.6 kJ的熱量。

2.3有關醇消去反應的問題

在《有機化學基礎》專題4第一節鹵代烴的性質中介紹了鹵代烴發生消去反應生成烯烴的反應規律[3]: 鹵代烷烴消去鹵化氫時，鹵素原子來自α碳原子，氫原子來自β碳原子。如圖1所示:

在第二單元醇、酚中有這樣一段描述:“有些醇遇到稀硫酸便可脫水，如叔丁醇20 %的H2SO4中加熱到80 ℃便能生成異丁烯。醇消去水的反應與鹵代烴消去鹵化氫的反應較為相似，它們都可以獲得烯烴。”

有些老師在備課過程中就借此將以上內容進行拓展，認為醇化要消去生成烯烴就必須有β-H，沒有β-H的醇就不能發生消去反應生成烯烴。以下是在中學課堂中經常能看到的例題:

例:下列幾種醇在硫酸作用下不能發生消去反應生成烯烴的是

以發生消去反應生成烯烴的。盡管碳正離子的有關知識在中學有機化學中是不作要求的，但是，作為教師我們在平時的教學過程中不能犯科學性的錯誤，將錯誤的知識傳授給學生，對學生今后的學習造成負面影響。

3 結語

總之，對教材中涉及到的某些知識，教材往往采用模糊的表述，點到為止，這是教材編寫的慣用手法。對這些知識內容，教師在具體的教學過程，一方面要按照中學化學教學大綱和教學指導意見的要求進行教學，不能隨意對知識進行拓寬加深，拔高要求，加大難度、深度，增加學生的學習負擔，因為這樣會影響學生的學習積極性，影響學生對課本主干知識的學習;另一方面教師在備課過程中也不能對這些知識模糊不清，要清晰地掌握這些知識的來龍去脈，前因后果。只有這樣作為教師才能站得高看得遠，對于課堂中偶發的生成性問題應對自如，也只有這樣才能不斷提高教師自身的專業素養和學科思維能力。

參考文獻:

[1]王祖浩.化學反應原理[M].南京: 江蘇教育出版社，2006:2.

[2]曹錫章，宋天佑，王查喬.無機化學(上冊)[M].高等教育出版社，1994:248.

[3]王祖浩.有機化學基礎[M].南京: 江蘇教育出版社，2006:8.

[4]王積濤，張寶申等.有機化學[M].天津:南開大學出版社，2002:272.