與范特霍夫規則相關的兩個問題

張映明

摘要：范特霍夫規則是反應速率理論從成長到成熟過程中具有里程碑意義的成就。在研究溫度對反應速率的影響時，大學教材一般會介紹范特霍夫規則，高中教材有時也會提及范特霍夫規則的內容。通過縱向比較與橫向分析指出，化學教材在呈現給讀者范特霍夫規則時，概念使用不規范，詞語應用不準確：“溫度每升高10℃”和“溫度每升高10K”混用，“反應速率增加2～4倍”與“反應速率增加到2～4倍”不分。

關鍵詞：攝氏溫度；熱力學溫度；范特霍夫規則

文章編號：1005–6629（2014）4–0074–04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

從討論溫度對反應速率的影響開始到阿累尼烏斯公式的誕生，大致經歷了3個階段：19世紀五六十年代威廉米與貝塞羅指出，大多數反應隨溫度升高而加速，這是一個定性的規律；1884年范特霍夫指出，溫度每升高10K，反應通常加速2～4倍，這是最早的定量關系；1889年阿累尼烏斯通過大量實驗與理論的論證揭開了反應速率常數對溫度的依賴關系[1]。

在大學化學教材中，當討論溫度與反應速率間的定量關系時，一般都會提及范特霍夫規則和阿累尼烏斯公式。在高中階段，通常只要求定性地了解溫度與反應速率間的關系。為讓學生對溫度與反應速率間的關系有更深入的認識，有的高中化學教材會對范特霍夫規則的內容做一些簡單的介紹。仔細分析不同化學教材上的范特霍夫規則，我們發現了兩個問題。

1 “溫度每升高10℃”，還是“溫度每升高10K”

在化學教材中，范特霍夫規則的前半部分（即溫度變化部分）有兩種說法：有的教材將其描述為“溫度每升高10℃”；有的教材將其描述為“溫度每升高10K”。

1.1 用“溫度每升高10℃”描述范特霍夫規則的化學教材

1.1.1 高中教材

人民教育出版社（以下簡稱人教版）、人民教育出版社化學室編著的高級中學課本《化學》（選修，第三冊，1995年）等5部教材用“溫度每升高10℃”來描述范特霍夫規則，詳見表1。

從表1可以看出，在論述溫度與反應速率間的關系時，過去的人教版化學教材以及現在的蘇教版化學教材，都向讀者介紹范特霍夫規則的內容，并且都將溫度變化部分描述為“溫度每升高10℃”。

從表1還可以看出，現在的人教版教材，不管是必修模塊還是選修模塊，對溫度與反應速率間關系的闡述都只限于定性的水平，未涉及它們之間的定量關系，也不介紹范特霍夫規則的內容。

1.1.2 大學教材

在我們查閱的幾種大學化學教材中，只有胡英主編的《物理化學》（上冊，1999年）在介紹范特霍夫規則時將溫度變化部分描述為“溫度每升高10℃”，詳見表2。

1.2 用“溫度每升高10K”描述范特霍夫規則的化學教材

1.2.1 高中教材

江蘇教育出版社和山東科學技術出版社出版（以下簡稱蘇教版和魯科版）的“化學反應原理”模塊教材，在論述溫度與反應速率的關系時，都對范特霍夫規則的內容做了介紹，并且都將其中的溫度變化部分表達為“溫度每升高10K”，詳見表3。

從表3可以看出，魯科版和蘇教版化學教材在介紹化學反應速率時，在必修與選修之間采用螺旋上升的方式配置相關內容。必修教材中論述了溫度與速率間的定性關系；選修教材在強調溫度與速率間的定性關系的同時，適當提及了二者間的定量關系，讓學生了解范特霍夫規則的內容。

對比表1和表3，我們發現：王祖浩主編的普通高中課程標準實驗教科書《化學反應原理》（選修）及其教學參考書，在描述溫度變化時，教科書采用熱力學溫標，表示為“溫度每升高10K”；教學參考書采用攝氏溫標，表示為“溫度每升高10℃”。在介紹范特霍夫規則時，同一版本的不同教材間出現如此大的差異，怎么可能不引起讀者的困惑呢？

1.2.2 大學教材

高等教育出版社出版、武漢大學等校編的《無機化學》（上冊，1994年）等4部大學化學教材，在介紹范特霍夫規則時，都將溫度變化表達為“溫度每升高10K”，詳見表4。

對表3和表4進行比較后，我們發現：在介紹范特霍夫規則時，對于其中的溫度變化部分，不管是魯科版和蘇教版高中化學教材，還是具有代表性的大學化學教材，都將其描述為“溫度每升高10K”。

溫度概念的建立以及溫度的測定都是以熱平衡現象為基礎。如果兩個系統分別和處于確定狀態的第三個系統達到熱平衡，則這兩個系統彼此也將處于熱平衡。這個熱平衡的規律稱為熱平衡定律或熱力學第零定律[2]。由它可邏輯得出，系統應存在一個性質，作為冷熱程度的度量，即溫度。用來測量溫度的儀器叫溫度計。為了對溫度計進行刻度，就需要溫標，它是溫度的數值表示法。國際單位制采用的是熱力學溫標。由熱力學溫標確定的熱力學溫度，用符號T表示，單位是K。還有一種溫標即攝氏溫標，攝氏溫度用符號t表示，單位是℃，并且t/℃=T/K-273.15 [3]。

綜上所述，“溫度每升高10℃”是用攝氏溫標度量出的反應體系的溫度，“溫度每升高10K”是用熱力學溫標測定出的反應體系的溫度。在大學階段，通常用熱力學溫標描述反應體系的溫度，在高中階段一般用攝氏溫標描述反應體系的溫度。當某一體系的溫度用不同溫標來表達時，數值肯定不同。所以，在介紹范特霍夫規則時，假若保持后半句不變，則“溫度每升高10℃”的說法是不恰當的。

2 “反應速率增加到2～4倍”，還是“反應速率增加2～4倍”

在化學教材中，范特霍夫規則的后半部分即反應速率變化部分有兩種說法：一部分教材將其描述為“增加到”；另一部分教材卻將其描述為“增加”。

2.1 用“增加到”等描述范特霍夫規則的化學教材

2.1.1 高中教材

人民教育出版社出版、人民教育出版社化學室編著的高級中學課本《化學》（選修，第三冊，1995年）等4部高中化學教材，在介紹范特霍夫規則時，基本上用“增加到”來描述反應速率的變化，詳見表5。

由表5可以看出，過去的人民教育出版社化學室編著的高級中學課本《化學》（選修，第三冊）以及高級中學教科書《化學》（必修加選修，第二冊）都用“增大到”來描述反應速率的變化。

由表5還可以看出，王磊主編的普通高中課程標準實驗教科書《化學反應原理》（選修）是用“增大到”來描述反應速率的變化，與其對應的教師用書卻用“加速”來描述反應速率的變化。“增大到”有“加速”的意思，但是“加速”并未具備“增大到”的全部含義。

2.1.2 大學教材

高等教育出版社出版、武漢大學等校編的《無機化學》（上冊，第3版，1994年）等3部大學化學教材，在介紹范特霍夫規則時，都用與“增加到”意思相同的詞來描述反應速率的變化，詳見表6。

從表6可以看出，在介紹范特霍夫規則時，其后半部分即反應速率的變化部分，大學教材用不同的詞來描述：有的用“擴大”，有的用“增至”，有的用“變為”。“擴大”、“增至”、“變為”都有“增加到”的意思。

2.2 用“增加”等描述范特霍夫規則的化學教材

2.2.1 高中教材

人民教育出版社出版、人民教育出版社化學室編著的高級中學教材《〈化學〉（選修，第三冊）教學參考書》（1996年）等3部教材，在介紹范特霍夫規則時，都用與“增加”意思相同的詞來描述反應速率的變化，詳見表7。

從表7可以看出，在介紹范特霍夫規則時，其后半部分即反應速率的變化部分，人民教育出版社化學室編著的高級中學教材《〈化學〉（選修，第三冊）教學參考書》以及《〈化學〉（必修加選修，第二冊）教師教學用書》都用“增大”來描述；王祖浩主編的普通高中課程標準實驗教科書《化學反應原理》（選修）用“增加”來描述，與其對應的教學參考書用“增大”來描述。“增大”與“增加”的含義基本相同。

對比表5和表7，我們發現：在介紹范特霍夫規則的內容時，人民教育出版社化學室編著的高級中學課本《化學》（選修，第三冊）用“增大到”來描述反應速率的變化，與其對應的教學參考書卻用“增大”來描述反應速率的變化；人民教育出版社化學室編著的高級中學教科書《化學》（必修加選修，第二冊）用“增大到”來描述反應速率的變化，與其對應的教師教學用書卻用“增大”來描述反應速率的變化。“增大到”有“增大”的意思，但是“增大”沒有“增大到”的含義。在介紹范特霍夫規則時，同一版本的不同教材間出現這樣大的差異，讀者心中怎能沒有疑問呢？

對比表5與表7，我們還發現：王磊主編的普通高中課程標準實驗教科書《化學反應原理》（選修）用“增加到”來描述反應速率的變化；王祖浩主編的普通高中課程標準實驗教科書《化學反應原理》（選修）卻用“增加”來描述反應速率的變化。在介紹范特霍夫規則時，同一時期不同版本的教材間出現如此大的差異，怎么可能不引起讀者的困惑呢？

2.2.2 大學教材

高等教育出版社出版、北京師范大學等校編的《無機化學》（上冊，2003）等2部大學化學教材，在介紹范特霍夫規則時，都用與“增加”意思相同的詞來描述反應速率的變化，詳見表8。

從表8可以看出，2部大學化學教材中，北京師范大學等校編的《無機化學》（上冊，2003年）用“增大”來描述反應速率的變化；傅獻彩等編的《物理化學》（下冊，2005）用“增加”來描述反應速率的變化。

“增加”與“增加到”的含義既有相似性，又有差異性。雖然二者都可用來描述某一物理量的前后變化，但前者強調的是變化前后的差量，后者突出的是變化后的結果。反應速率“增加”2～4倍，是“增加到”原來的3～5倍；反應速率“增加到”2～4倍，是在原來基礎上的“增加”1～3倍。因此，“反應速率增加到2～4倍”和“反應速率增加2～4倍”2種說法，雖然都有速率增加的意思，但增加的幅度有區別。

在表6和表8中，有3種大學化學教材為讀者提供了范特霍夫規則的數學表達式。這個表達式告訴我們：升高溫度后的反應速率是升高溫度前的2～4倍。因此，化學教材在介紹范特霍夫規則時，使用“增加到”來描述反應速率的變化更為準確。

提供給學生學習的范例，是教材最基本的功能[4]。但是編著者不是圣人，教材不是圣經。我們不要苛求編著者及其教材為讀者提供十全十美的范例。在教學實踐中及時發現問題并妥善地解決問題，把充滿著科學性、洋溢著嚴謹性的化學知識傳遞給學生，化學教師責無旁貸。讓教材內容更科學、更嚴謹，是讀者永恒的期盼，也是編著者不懈的追求。

參考文獻：

[1]王明召主編.化學反應原理（選修）教師用書[M].濟南：山東科學技術出版社，2012：125.

[2]傅獻彩等編.物理化學（上冊）[M].北京：高等教育出版社，2005：66.

[3]胡英主編.物理化學（上冊）[M].北京：高等教育出版社，1999：11.

[4]畢華林，亓英麗編著.高中化學新課程教學論[M].北京：高等教育出版社，2005：73.