高中化學增加“化學反應歷程”內容的特殊意義探討

宋婷

摘 要：文章以化學反應歷程為切入點，闡述了化學反應歷程是考查學生吸收、接受、整合化學信息能力及解決分析化學問題的重要內容，以此為基礎，明確高中化學增加“化學反應歷程”內容具有特殊意義，其能夠拓寬學生對化學反應的認知，幫助學生循序漸進地了解化學反應環節。此外，文章還提出了“化學反應歷程”內容的教學措施，為相關工作者提供參考。

關鍵詞：高中化學;化學反應歷程;特殊意義

引 言

《普通高中化學課程標準》（以下簡稱《標準》）提出，化學學科需要教師對化學思維方式、知識及方法擁有結構化、本源性認知，不僅要理解化學知識，還要理解化學學科的思維方式。化學反應自有其歷程，將“化學反應歷程”內容納入高中化學教學中，能夠增強學生對化學的認知，使其構建結構化化學的知識體系，從而提高學科核心素養。

一、化學反應歷程概述

化學反應歷程指的是化學反應中轉化反應物為最終產物的途徑，了解反應歷程有利于我們尋找對應的副反應與主反應，進而明白決定反應速率的重點，為實際實驗提供理論指導。我們不僅需要了解化學反應歷程的反應方向及外界條件影響，還要知道反應速率及反應機理，了解各因素（濃度、壓力、溫度、分子結構、催化劑、介質）對反應速率的影響，以掌握化學反應的主動權，保證化學反應能夠按照希望的反應速率進行。高中化學較為抽象，化合物反應過程復雜，不同化合物反應所需條件也存在差異，部分反應類型僅需加熱化合物即可達到轉化效果，部分特殊化合物轉化卻需要加入硫酸、鹽酸、硝酸等物質，例如，濃硝酸和苯進行反應的化學反應式是：C6H6+HNO3C6H5NO2+H2O;還有部分化合物轉化雖添加相同物質，但受到溫度差異影響，最終產物也有所不同，例如，乙醇類化合物反應中，加熱至140℃產物為乙醚，其化學反應式：CH3CH2-OH+HO-CH2CH3H2O+CH3CH2OCH2，加熱溫度達到170℃，獲得產物為乙烯，其化學反應式：CH2HCH2OH2H2O+CH2=CH2。可見，化學反應知識較為復雜，通過學習“化學反應歷程”內容，學生能夠構建化學學科結構化知識，有助于學生認識“化學反應是有歷程的”，明確化學反應活化能概念，加強其對化學知識的理解。

二、高中增加“化學反應歷程”內容的特殊意義

（一）拓寬反應認知

高中化學教學中，培養學生獨特的學科視角相比知識遷移更具價值，化學反應通常分為動力學與熱力學兩個視角，動力學視角包含反應歷程、反應速率，熱力學視角包含反應方向、能量變化及限度等[1]。從微觀層面來看，化學反應主要經過一定路徑分步完成，每步反應均為基元反應，多個基元反應構成的總反應為復雜反應，包含可逆反應、有鏈反應、平行反應、連續反應等。以往高中化學教學中，通常僅強調化學反應速度，對于反應歷程有所忽視，導致學生僅能以靜態反應方程式了解化學反應的情況，難以深刻了解整體反應過程，因此會出現一些誤解，例如，認為催化劑不參與反應、反應物基團或微粒不參與反應、反應物濃度大會加快反應等，甚至是誤解“反應速率-能量”示意圖。而添加“化學反應歷程”內容，對學生學習有以下重要作用。

1.化繁為簡

引入反應歷程能夠將幾種不同種類官能團的反應簡化成電子對的電子運動，學生能夠更深入地理解化學反應的內容[2]。醛酮、芳烴、烯烴的反應均為雙鍵反應，若雙鍵結構產生變化，會導致反應種類較多，而通過引入“反應歷程”內容，能夠對各類反應加以歸類總結，降低學生學習化學的難度。

2.由表及里

引入“化學反應歷程”能促使學生透過表面反應現象思考發生反應的內在驅動因素，拓寬化學學習范圍，轉變以往死記硬背的學習模式，增強其化學反應認知，讓學生思考為什么會發生反應、反應條件是什么。

3.活躍思維

化學學習中，學生能夠總結歸納反應類型，思考發生反應的內在驅動邏輯后，即可感受化學的獨特魅力，明白化學靈活多變的反應現象源自電子運動，進而學生能夠深入理解化學知識，并運用化學知識解決課后習題。

（二）跟上化學前沿研究

化學動力學的發展晚于熱力學，相關反應歷程研究較為緩慢艱難，直至近代使用閃光光解法、激光技術、交叉分子束、量子化學、先進譜學技術等手段，才推動化學動力學發展。反應歷程研究作為化學發展研究前沿領域，已有十多人在反應歷程的研究方面獲得諾貝爾化學獎，而1956年獲獎的欣謝爾伍德和謝苗諾夫提出的化學反應歷程意義重大，增進了人們對化學復雜反應過程的認知。在未來，無論是應用領域還是實驗技術拓展革新，化學反應歷程研究均擁有蓬勃的生命力。高中增加“化學反應歷程”內容，能夠為化學研究培養優質人才提供條件。

（三）實現微觀探析

總反應方程式僅能表達化學反應宏觀熱力學結果及物質計量關系，而化學反應歷程能夠從微觀層面揭示化學反應如何開展，通過價鍵分析模型、有效碰撞模型、基元反應理論進行分析[3]。例如，價鍵分析模型提出，化學變化代表物質結構與組成變化，以舊化學鍵斷裂和新化學鍵形成的情況分析化學反應過程中能量變化和物質變化，即反應物吸收能量E1斷裂舊化學鍵后，原子或原子團放出能量E2形成新化學鍵，當E1E2時為吸熱反應;有效碰撞模型提出，原子或分子發生化學反應的碰撞為有效碰撞，分子發生有效碰撞即為活化分子，活化能為分子活化的最小能量，該模型要求反應中分子必須碰撞，且為活化分子;基元反應理論提出，化學反應中從反應物至生成物變化需要經歷中間狀態，即AB+C→[A…B…C]→A+BC，過渡態不穩定，僅為反應的中間階段，無法分離獲得。這種理論能夠體現反應性能和物質微觀結構的關系，在學生提出和猜測反應機理時，也能根據該理論，結合事實發揮想象，從而做出假設，然后再以實驗驗證假設的正確性。就學科發展而言，反應歷程研究從以往僅注重反應速率轉變為注重微觀反應細節，真正從單分子特定量子態與微觀結構出發，加強對化學反應分子水平的認知。了解這些內容，有助于學生結合微觀和宏觀層面深入認識化學反應。

三、高中“化學反應歷程”內容教學措施

（一）注重教材內容

教師在“化學反應歷程”內容教學中，應當加強對教材知識的理解，不能簡單地將大學“反應歷程”內容搬運至高中課堂。開展教學前，需研究教材結構，將各項教材資源的效用充分發揮出來，提高學生的積極性，并培養學生獨立理解、解決問題的思維。《標準》提出，教師應當以教材為基礎，結合自身理解傳授知識，培育學生。為達成目標，教師需全面認識、了解教材內容，根據教學目標、內容意義及學生特點，以“高觀點”分析、理解教材，適當調整教材內容，保證教材知識能夠內化為學生能力[4]。教師應優化教學重點，整合教材零星的知識點，做到歸納知識、排除盲點、突破重難點，教授學生化學反應歷程的知識，提高學生的綜合能力。

（二）開展情境解構

在高中化學教學中，教師需融入真實情境，建設思維模型，幫助學生深入理解知識。教師需將思維建模和真實情境相聯系，以建構情境為明線，以建構模型為暗線，根據化學反應歷程重難點、考查方向、教學目標等，選擇恰當的真實情境，同時提取關鍵能力、必備知識與學科素養等轉化成學科問題，完成教學活動設計，提高教學效果。

例如，在“合成氨反應歷程”教學中，教師可進行情境導入：“工業合成氨有效緩解了人口增長和糧食緊缺的矛盾，氨氣也是重要的化工原料與能源載體，科學家Ertl、Bosch、Haber也因為研究合成氨獲得諾貝爾獎，今天，就讓我們來了解一下合成氨的反應歷程，然后以此來學習催化劑的知識。”通過情境導入調動學生學習興趣后，提問學生：“合成氨作為放熱熵減反應，怎樣的條件能夠助推合成氨反應？”有的學生說：“低溫高壓能夠提高反應限度。”還有的學生說：“不對，從動力學層面看，低溫會降低速率，不利于生產，可使用催化劑。”“催化劑能夠參與化學反應，加快反應速率，你們了解催化劑過渡態、反應歷程嗎？”教師以此為切入點，建立模型，例如，某反應的最高反應條件對應的活化能為Ea，整體過程為A+KAK，E1，為慢反應;AK+BK+AB，E2，為快反應;總反應為：A+BAB，添加催化劑K后，活化能E1和E2均低于總活化能Ea，加快了反應速率。教師還可進行知識拓展延伸，提問學生：“Minteer教授構筑的生物燃料電池，負極催化劑為氫化酶，正極催化劑為固氮酶，溫室條件下合成氨，具有哪些優勢？[5]”同時引導學生進行思考，讓學生認識到該合成氨方式條件溫和、低能耗，不僅能獲得氨氣，還能獲得電能，且降低了能壘。建立思維模型能呈現更為復雜的真實情境，促使學生學會利用模型分析問題，掌握化學反應歷程，這不僅體現了教材設計理念，還能培養學生的創新思維。

（三）激發學習動機

高爾基曾說：“即便是小的成功，也能讓人變得更加堅強。”教學過程中，教師應當采取循序漸進的方式，轉變“一步到位”的思想，不能隨意拓展、加深學習范圍與學習深度，遇到較抽象的問題，教師可以為學生設置“思維加油站”，幫助學生理解知識。例如，遇到概念問題可圍繞關鍵詞、關鍵字設置;遇到定律公式問題，可從適用范圍、物理意義方面設置;遇到綜合問題，可從挖掘隱含條件、審題方面切入，或是根據內在知識點間的聯系設置。這樣能夠提高學生學習能力，幫助學生利用所學知識解決問題，分散學習難點，減小思維跨度。

例題1：FeCl3+3KSCN←→3KCl+Fe（SCN）3為平衡體系，添加KCl固體平衡將向逆反應方向移動，溶液顏色變淺。（ ）

提示：根據化學反應歷程，寫成離子方程式，發現KCl未參與反應，即便增加KCl濃度，也不會造成平衡移動。

例題2：四氧化二氮與二氧化氮平衡體系，加壓后將縮小體積，顏色變淺。（ ）

提示：加壓是通過物理變化增大濃度，加壓后將會縮小體積，增大二氧化氮濃度，根據勒夏特列原理，壓強增大平衡移動后，會減小二氧化氮濃度，但仍比原本濃度大，只是減弱改變卻無法徹底消除[6]。

例題3：CH3COONH4和NaCl溶液均為中性，溶液內水電離程度等同。（ ）

提示：NaCl溶液水正常電離，CH3COONH4溶液內，NH4+和CH3COO-產生水解，水解本質是水的電離[7]，所以CH3COONH4溶液增加了水電離程度。

學生解題過程中，教師要做到尊重、熱愛他們，少批評學生，多運用“老師認為你可以……”“老師希望你……”等語句激勵學生，發揮情感評價的效用，讓學生感受到教師對他的愛護、關心與尊重，讓學生感受到信任、鼓勵與希望[8]。

結 語

綜上所述，在高中化學教學中，教師應讓學生明確化學反應是有歷程的，讓其認識基元反應活化能對反應速率的影響，明確催化劑能夠改變反應歷程，對化學反應速率調控具有重要意義。因此，在高中化學教材添加“化學反應歷程”內容，能夠加深學生對化學反應的認知，培養學生微觀探析能力，讓其了解前沿化學知識。教師也要通過注重教材內容、開展情境建構、激發學習動機等手段，提高“化學反應歷程”內容的教學質量，從而提高學生綜合能力。

[參考文獻]

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