高中化學(xué)教材研究

李慧

一、教材分析

《化學(xué)反應(yīng)原理》模塊內(nèi)容，與以往教材相比，最鮮明的特點(diǎn)是：從過去的定性描述走向定量分析。這樣，就能引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)現(xiàn)代化學(xué)最基礎(chǔ)、最核心的知識和掌握最基本的科學(xué)研究方法，在內(nèi)容本質(zhì)上提高學(xué)生學(xué)習(xí)的知識“含金量”，促進(jìn)學(xué)生專業(yè)品質(zhì)和科學(xué)素養(yǎng)的更進(jìn)一步提升。選修4“化學(xué)反應(yīng)原理”模塊涉及4個主題：主題1：化學(xué)反應(yīng)與能量；主題2：化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡；主題3：溶液中的離子平衡；主題4：電化學(xué)基礎(chǔ)。4個主題都是教學(xué)重點(diǎn)。從知識體系上看是在必修的微觀結(jié)構(gòu)與物質(zhì)多樣性的內(nèi)容基礎(chǔ)上，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)原理的相關(guān)知。

二、教材相關(guān)知識深入分析

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》增加了許多大學(xué)普通化學(xué)的基本概念和應(yīng)用的內(nèi)容，其中《化學(xué)反應(yīng)原理》模塊增加了大量的經(jīng)典熱力學(xué)的內(nèi)容，有關(guān)該內(nèi)容的教學(xué)教師頗感困惑的是如何把握和控制知識要求的深廣度，通過調(diào)查分析，這一困惑的根源很大程度上在于教師自身對某些基本概念的認(rèn)識模糊，甚至存在認(rèn)識錯誤，這導(dǎo)致了教師在教學(xué)目標(biāo)的把握和對熱力學(xué)抽象概念的通俗簡練的教學(xué)表達(dá)上少講講不透多講又講不清的局面。下面對化學(xué)反應(yīng)原理模塊中幾個問題進(jìn)行探討。

（一）熱力學(xué)問題

焓概念的引入：

焓是經(jīng)典熱力學(xué)體系中的一個能量參數(shù)，表達(dá)式為：H=U+pV，其物理意義是指體系所具有的內(nèi)能和壓力勢能之和。焓作為熱能是體系狀態(tài)的一種性質(zhì)，就像機(jī)械能是運(yùn)動狀態(tài)的一個性質(zhì)參數(shù)一樣。當(dāng)體系的狀態(tài)確定后，狀態(tài)性質(zhì)就是確定的。正因?yàn)槿绱私?jīng)典熱力學(xué)在研究體系變化前后兩個狀態(tài)之間的能量變化時，可以通過兩個狀態(tài)之間的熱能差得到而無需考慮體系變化經(jīng)過了什么過程。因此經(jīng)典熱力學(xué)研究和得到的結(jié)論都建立在對狀態(tài)性質(zhì)的應(yīng)用上。如果不是狀態(tài)性質(zhì)，自然不符合經(jīng)典熱力學(xué)結(jié)論的條件。焓H是體系狀態(tài)的性質(zhì)，焓變ΔH也自然是狀態(tài)的性質(zhì)。但熱量Q卻不是，它是過程中由于溫差傳遞的熱量值，必須伴隨過程變化才具有。熱量與焓變雖然數(shù)值上可能相同，但概念之間卻有差別，物理意義完全不同。就像勢能差可以轉(zhuǎn)化于做功，但有勢能差并不代表一定有做功。此外熱能傳遞過程的條件不同，熱量表示也不一樣：在恒溫恒壓條件下Q=ΔH；而在恒溫恒容條件下，熱量就表現(xiàn)為內(nèi)能差Q=ΔU。

因此，引入焓變ΔH來表示特定條件下的反應(yīng)熱，而不用Q，規(guī)范了經(jīng)典熱力學(xué)概念的嚴(yán)謹(jǐn)性，為教材后續(xù)的蓋斯定律等熱力學(xué)理論的推導(dǎo)奠定了基礎(chǔ)。因此，教師在教學(xué)中必須注意理清以下概念間的區(qū)別：

①焓變是反應(yīng)熱但不能說反應(yīng)熱就是焓變。只有當(dāng)恒溫恒壓條件下的反應(yīng)熱才叫做焓變 QP=ΔH比如，魯科版“資料在線”和蘇教版“活動與探究都引用了彈式量熱計測定物質(zhì)燃燒熱的拓展知識，有教師想當(dāng)然地認(rèn)為該實(shí)驗(yàn)結(jié)果就是ΔH，其實(shí)它是在恒溫恒容條件下測定的，只是恒容燃燒反應(yīng)的反應(yīng)熱QC=ΔU，要得到ΔH還需要經(jīng)過換算而獲得：ΔH=ΔU+P外V=QC+ΔnRT

②反應(yīng)的熱量Q是實(shí)際伴隨反應(yīng)以熱形式體現(xiàn)的能量值，而焓變則僅僅表示兩個狀態(tài)之間的熱能差值。焓變可以轉(zhuǎn)化成熱量，但并不代表它一定是熱量。蓋斯定律的推導(dǎo)正是基于此。在反應(yīng)設(shè)計上可以拋開反應(yīng)是否會真實(shí)發(fā)生的考慮，僅僅強(qiáng)調(diào)變化狀態(tài)之間的邏輯合理性即可。由此可見，蓋斯定律顯然不能用過程函數(shù)來推導(dǎo)，這是新教材引入焓的概念在教材設(shè)計上的科學(xué)性考慮。

（二）化學(xué)平衡問題

學(xué)平衡常數(shù)的量綱：

“知道化學(xué)平衡常數(shù)的含義，能利用化學(xué)平衡常數(shù)計算反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率”是課程標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容之一。根據(jù)這一要求，教材中編入了有關(guān)化學(xué)平衡常數(shù)的內(nèi)容。但不同版本的教材對化學(xué)平衡常數(shù)的量綱（或稱單位）的處理不盡相同：有的帶量綱，有的不帶量綱，這使教師在教學(xué)過程中產(chǎn)生了一些困惑。那么，如何正確看待這一問題呢？

實(shí)際上，平衡常數(shù)有實(shí)驗(yàn)平衡常數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)之分，前者的量綱取決于平衡常數(shù)的表達(dá)式，后者的量綱為1。

我們知道，對于一般的可逆反應(yīng)：

aA（g）+6B（g）≒gG（g）+dD（g）

在一定溫度下達(dá)到平衡時（式中c（A）、p（A）分別表示物質(zhì)A的平衡濃度和平衡分壓）：

C（G）g·C（D）d /C（A）a·C（B）b=KC

P（G）g·P（D）d/P（A）a·P（B）b=KP

KC和KP分別稱為濃度平衡常數(shù)和壓力平衡常數(shù)，它們都是從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)歸納得到的，所以稱為實(shí)驗(yàn)平衡常數(shù)。這就是中學(xué)化學(xué)教材中介紹的平衡常數(shù)。KC和KP能使中學(xué)生很直觀地體會平衡常數(shù)不隨濃度或分壓而變化，一般情況下只與溫度有關(guān)，而中學(xué)用得比較多的是KC。

從上式可以看出，對于反應(yīng)物化學(xué)計量數(shù)之和等于生成物化學(xué)計量數(shù)之和的反應(yīng)（即上述反應(yīng)中a+b=g+d），KC和KP的量綱為1（一般不寫出），與壓力、濃度所用的量綱無關(guān)。而對于反應(yīng)物化學(xué)計量數(shù)之和不等于生成物化學(xué)計鼉數(shù)之和的反應(yīng)（即上述反應(yīng)中a+b≠g+d），KC和KP的量綱不為l，其量綱就與壓力、濃度所用的量綱有關(guān)，這給有關(guān)平衡的計算帶來許多麻煩。另外，某些反應(yīng)中物質(zhì)的平衡濃度或平衡分壓是無法由實(shí)驗(yàn)直接測定的，同時也不便于與研究平衡有重要價值的熱力學(xué)函數(shù)相聯(lián)系，因此大學(xué)教材中用得比較多的是標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)（Kθ，上標(biāo)“θ”表示標(biāo)準(zhǔn)）。

三、教學(xué)中的注意問題

化學(xué)教學(xué)過程中，教師在向?qū)W生傳授知識的過程中要把握好度，對于“化學(xué)反應(yīng)原理”模塊中涉及到的以上內(nèi)容，教師應(yīng)做到心中有數(shù)，以便在教學(xué)過程中能夠準(zhǔn)確理解和把握。需要注意的是，在教學(xué)過程中不要向?qū)W生過分強(qiáng)調(diào)這些內(nèi)容，以避免引起不必要的深究。化學(xué)新課程的實(shí)施，尤其足學(xué)科性、理論性漸強(qiáng)的選修模塊，對教師駕馭學(xué)科能力提出嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。中學(xué)化學(xué)教科書是以學(xué)生為主要讀者，在處理相關(guān)抽象理論時，盡可能具體化、簡約化。但作為教師，需要深刻理解其內(nèi)涵，把握知識的本質(zhì)。