高中化學教材研究

李慧

一、教材分析

《化學反應原理》模塊內(nèi)容，與以往教材相比，最鮮明的特點是：從過去的定性描述走向定量分析。這樣，就能引導學生學習現(xiàn)代化學最基礎、最核心的知識和掌握最基本的科學研究方法，在內(nèi)容本質(zhì)上提高學生學習的知識“含金量”，促進學生專業(yè)品質(zhì)和科學素養(yǎng)的更進一步提升。選修4“化學反應原理”模塊涉及4個主題：主題1：化學反應與能量；主題2：化學反應速率和化學平衡；主題3：溶液中的離子平衡；主題4：電化學基礎。4個主題都是教學重點。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)容基礎上，進一步引導學生學習化學反應原理的相關知。

二、教材相關知識深入分析

《普通高中化學課程標準（實驗）》增加了許多大學普通化學的基本概念和應用的內(nèi)容，其中《化學反應原理》模塊增加了大量的經(jīng)典熱力學的內(nèi)容，有關該內(nèi)容的教學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識模糊，甚至存在認識錯誤，這導致了教師在教學目標的把握和對熱力學抽象概念的通俗簡練的教學表達上少講講不透多講又講不清的局面。下面對化學反應原理模塊中幾個問題進行探討。

（一）熱力學問題

焓概念的引入：

焓是經(jīng)典熱力學體系中的一個能量參數(shù)，表達式為：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)，就像機械能是運動狀態(tài)的一個性質(zhì)參數(shù)一樣。當體系的狀態(tài)確定后，狀態(tài)性質(zhì)就是確定的。正因為如此經(jīng)典熱力學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)典熱力學研究和得到的結(jié)論都建立在對狀態(tài)性質(zhì)的應用上。如果不是狀態(tài)性質(zhì)，自然不符合經(jīng)典熱力學結(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熱，而不用Q，規(guī)范了經(jīng)典熱力學概念的嚴謹性，為教材后續(xù)的蓋斯定律等熱力學理論的推導奠定了基礎。因此，教師在教學中必須注意理清以下概念間的區(qū)別：

①焓變是反應熱但不能說反應熱就是焓變。只有當恒溫恒壓條件下的反應熱才叫做焓變 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，有教師想當然地認為該實驗結(jié)果就是ΔH，其實它是在恒溫恒容條件下測定的，只是恒容燃燒反應的反應熱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反應的熱量Q是實際伴隨反應以熱形式體現(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。蓋斯定律的推導正是基于此。在反應設計上可以拋開反應是否會真實發(fā)生的考慮，僅僅強調(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，這是新教材引入焓的概念在教材設計上的科學性考慮。

（二）化學平衡問題

學平衡常數(shù)的量綱：

“知道化學平衡常數(shù)的含義，能利用化學平衡常數(shù)計算反應物的轉(zhuǎn)化率”是課程標準的內(nèi)容之一。根據(jù)這一要求，教材中編入了有關化學平衡常數(shù)的內(nèi)容。但不同版本的教材對化學平衡常數(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？

實際上，平衡常數(shù)有實驗平衡常數(shù)和標準平衡常數(shù)之分，前者的量綱取決于平衡常數(shù)的表達式，后者的量綱為1。

我們知道，對于一般的可逆反應：

aA（g）+6B（g）≒gG（g）+dD（g）

在一定溫度下達到平衡時（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)，它們都是從實驗數(shù)據(jù)歸納得到的，所以稱為實驗平衡常數(shù)。這就是中學化學教材中介紹的平衡常數(shù)。KC和KP能使中學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，而中學用得比較多的是KC。

從上式可以看出，對于反應物化學計量數(shù)之和等于生成物化學計量數(shù)之和的反應（即上述反應中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。而對于反應物化學計量數(shù)之和不等于生成物化學計鼉數(shù)之和的反應（即上述反應中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，這給有關平衡的計算帶來許多麻煩。另外，某些反應中物質(zhì)的平衡濃度或平衡分壓是無法由實驗直接測定的，同時也不便于與研究平衡有重要價值的熱力學函數(shù)相聯(lián)系，因此大學教材中用得比較多的是標準平衡常數(shù)（Kθ，上標“θ”表示標準）。

三、教學中的注意問題

化學教學過程中，教師在向?qū)W生傳授知識的過程中要把握好度，對于“化學反應原理”模塊中涉及到的以上內(nèi)容，教師應做到心中有數(shù)，以便在教學過程中能夠準確理解和把握。需要注意的是，在教學過程中不要向?qū)W生過分強調(diào)這些內(nèi)容，以避免引起不必要的深究。化學新課程的實施，尤其足學科性、理論性漸強的選修模塊，對教師駕馭學科能力提出嚴峻的挑戰(zhàn)。中學化學教科書是以學生為主要讀者，在處理相關抽象理論時，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)。