化學(xué)反應(yīng)歷程教學(xué)的再思考

王昀

摘要：反應(yīng)歷程是化學(xué)反應(yīng)中的反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為最終產(chǎn)物通過(guò)的途徑。通過(guò)了解反應(yīng)歷程，可以找到相應(yīng)的主反應(yīng)和副反應(yīng)，從而找出決定反應(yīng)速率的關(guān)鍵。

關(guān)鍵詞：反應(yīng)歷程；基元反應(yīng)；活化能；能壘；催化劑

中圖分類(lèi)號(hào)：O621 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1992-7711（2021）08-0102

反應(yīng)歷程是化學(xué)反應(yīng)中的反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為最終產(chǎn)物通過(guò)的途徑。通過(guò)了解反應(yīng)歷程，可以找到相應(yīng)的主反應(yīng)和副反應(yīng)，從而找出決定反應(yīng)速率的關(guān)鍵，達(dá)到生產(chǎn)中多快好省的目的。高等教育出版社出版的《課程標(biāo)準(zhǔn)2017版解讀》上談到：對(duì)于一個(gè)化學(xué)反應(yīng)來(lái)說(shuō)，在反應(yīng)的過(guò)程中互相碰撞產(chǎn)生作用，轉(zhuǎn)化成了生成物分析，這個(gè)化學(xué)反應(yīng)我們把它叫作基元反應(yīng)，那么反之其實(shí)就是非基元反應(yīng)。或者被我們稱(chēng)之為總包反應(yīng)。在我們?nèi)粘５慕虒W(xué)中存在著一個(gè)嚴(yán)重的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，就是覺(jué)得化學(xué)反應(yīng)方程式就是反應(yīng)過(guò)程，為此我們需要針對(duì)化學(xué)反應(yīng)歷程教學(xué)進(jìn)行進(jìn)一步的思考探究。

這些陌生化學(xué)反應(yīng)歷程在高考試卷上的呈現(xiàn)，由于其歷程復(fù)雜、知識(shí)綜合程度高、維度廣、陌生度高等在學(xué)科知識(shí)層面難度加大；在學(xué)生心理等方面更是不小的考驗(yàn). ；挖掘題的背景、探尋出題人的思想；我們不難發(fā)現(xiàn)它以基礎(chǔ)性、應(yīng)用性、綜合性的考查要求詮釋了必備知識(shí)和學(xué)生需要具備的能力。

而這一呈現(xiàn)更多的是應(yīng)引起廣大一線(xiàn)教師在教學(xué)上的再思考、再深入：

思考一：歸納化學(xué)反應(yīng)歷程的幾種呈現(xiàn)方式：直線(xiàn)圖式能壘圖式循環(huán)圖式等：歷程圖表示的含義：活化能、能壘真實(shí)含義及如何求算；在循環(huán)機(jī)理圖中，凡是出現(xiàn)在歷程中進(jìn)去的箭頭表示反應(yīng)物，出來(lái)的箭頭表示生成物，既有進(jìn)去又有出來(lái)的箭頭表示為催化劑或反應(yīng)條件，其余可以看成為中間物種。在能壘圖式中首先改變將總反應(yīng)當(dāng)作基元反應(yīng)一樣，將總反應(yīng)的活化能看作活化分子與反應(yīng)物分子的能量差值的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。通過(guò)這些分析讓學(xué)生有效的了解這部分的知識(shí)和內(nèi)容。活化分子平均的能量和全部反應(yīng)物分子之間平均能量的差，而且在復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)中它也僅僅就是基元反應(yīng)活化能一個(gè)綜合性的體現(xiàn)，是反應(yīng)速率當(dāng)中的溫度系數(shù)，在這個(gè)階段我們把活化能稱(chēng)作為這個(gè)總包反應(yīng)的表觀活化能。而且通過(guò)研究我們認(rèn)識(shí)到了兩個(gè)分子在反應(yīng)的過(guò)程中需要經(jīng)歷過(guò)渡態(tài)，這個(gè)過(guò)渡態(tài)要比反應(yīng)物分析和產(chǎn)物分子具備更好的勢(shì)能。活化能是反應(yīng)物從初始的狀態(tài)到能夠參加反應(yīng)所需要的能量，一般說(shuō)需要多少能量，或活化能是多少。而能壘更多的表示上述概念的一種障礙性概念，比如說(shuō)克服能壘，或畫(huà)成圖的形式給出。最大能壘步驟，決定了整個(gè)反應(yīng)步驟的反應(yīng)速率，稱(chēng)為“控速步”。

思考二：催化劑的實(shí)質(zhì)———如何改變反應(yīng)歷程；對(duì)調(diào)控反應(yīng)速率的重要意義：在催化反應(yīng)中，如化學(xué)反應(yīng)A+B→AB，所需活化能為E，加入催化劑C后，反應(yīng)分兩步進(jìn)行，所需活化能分別為F，G，其中F，G均小于E。催化劑與反應(yīng)物發(fā)生化學(xué)作用，改變了反應(yīng)途徑，從而降低了反應(yīng)的活化能，這是催化劑得以提高反應(yīng)速率。

2、A+C→AC———AC+B→AB+C，這兩步的活化能基本都是比E值小的，而且小了很多。根據(jù)阿倫尼烏斯公式k=Ae-E/ RT，催化劑參與到了反應(yīng)當(dāng)中，使得E值變小，加速了反應(yīng)的速率。當(dāng)然也有一些反應(yīng)，在催化劑的參與下活化能E值的改變并不大，但是指前因子逐漸地增大，這樣也是可以帶來(lái)反應(yīng)速率提升的。

實(shí)際教學(xué)中通過(guò)如合成氨反應(yīng)中，氮?dú)庠阼F催化劑上得到了活性吸附，離解是氮原子，之后不斷加氫，合稱(chēng)生成NH（亞氨基）、NH2（氨基）和NH3。

延伸到大部分的實(shí)際反應(yīng)中催化劑的應(yīng)用：在很多個(gè)催化反應(yīng)當(dāng)中，固體催化劑對(duì)于反應(yīng)物分子產(chǎn)生了化學(xué)吸附的效果，這樣就能使得反應(yīng)物分子被火花，從而使得反應(yīng)活化能降低，加快了反應(yīng)的速率。固體催化劑的表面具有著不均勻性，而且只有部分反應(yīng)物分子會(huì)發(fā)生化學(xué)吸附的效果。

將這些深度思考恰當(dāng)?shù)厝谌虢虒W(xué)中，知識(shí)層面將基元反應(yīng)、反應(yīng)歷程的引入不僅僅是幫助學(xué)生建立”化學(xué)反應(yīng)是有歷程的”的認(rèn)識(shí)角度，以便對(duì)活化能、催化劑對(duì)活化能的影響等的描述、理解更加準(zhǔn)確。更是在能力層面上學(xué)生科學(xué)態(tài)度探究素養(yǎng)的建立。

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（作者單位：新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第四師第一中學(xué) 伊寧 835000）