新高一“入学攻略”!如何度过迷茫期,赢战新高考

作者: 来源: 发布时间:2018年10月12日 点击数:

以学定教——“化学反应限度”的教学与思考

  从教的角度来看化学反应限度,它是理解化学反应的一个重要维度,是建立“平衡观”的起点。必修模块的化学反应限度,又不同于选修模块的化学平衡,它只是让学生归纳出一些简单结论,而不进行理论分析。从学生学的角度看,它是较难理解的,因为它的表象“静止”与本质“运动”看似矛盾实则统一。对于这类分跨必修与选修的理论内容,教师通常感觉很难处理,不讲化学平衡“等、定、逆、动、变”的特点怎么能把化学反应限度讲清楚呢?不多做几道“下列特征是否是反应达到化学平衡状态的标志”的题目这课还有什么好上的呢?上述做法都有些操之过急,“平衡”是种观念,从“学”的角度看,是一点一点“悟”出来的,是需要有个建构过程的,因此教学中组织起充分的讨论十分重要。

讨论的思路是从“对限度一词的理解”到“对一些熟悉的存在限度的过程的理解”到“对化学反应限度的认识”。

一、对“限度”及“存在限度的过程”的讨论

什么是“限度”?学生的七嘴八舌未必是字典上的定义,但可以帮助大家打开理解这一问题的思路。学生谈到“受限制”、“受制约”、“只到一定程度”、“不能完全”、“心有余而力不足”等等,这种看似和化学没有直接关系的讨论不是在浪费时间,学习正是从这里开始发生的,因为思考已经开始了。

接下来讨论的话题引向一些熟悉的存在一定限度的生活现象。比如物质溶解和液态水气化。请描述这些过程是如何达到限度的,并思考这些过程共同的特征。教师提问的时候往往喜欢跳过“描述”而直接问“特征”,殊不知学生在看似啰里啰嗦描述的过程中,才能真正进行他们自己的归纳和概括。直接提问“特征”,课堂气氛往往僵硬,学生一下子不知道说什么,先请他们“描述”,大部分学生都会有话可说,说多了,关键词自然而然就出来了:固体“溶解”的同时也会“结晶”,液态水“气化”的同时也会“液化”,即同时存在着两个可逆的过程。“存在可逆过程”是达到限度的必要条件之一,还有什么?学生茫然。教师需要加以引导。结合图片或实物提问:有盖水杯中的半杯水正在气化吗?上方空气中的水蒸汽正在液化吗?水面为何不会变化?如果打开杯盖呢?为何敞口久置后水会变少?气化与液化的过程不是仍然存在吗?一瓶啤酒中溶解有许多CO2,啤酒瓶上方的空气中有CO2吗?为什么酒中溶有的CO2不会都跑光?将啤酒倒中杯中,冒出大量气泡,这杯啤酒中溶有的CO2会跑光吗?结合这些实例以及问题,学生明白了:原来还需要“封闭体系”。那么在封闭中的可逆过程达到限度时有什么特征呢?仍然结合“物质溶解”和“液态水气化”的例子讨论。教师心中有数,这个特征有宏观“静止不变”和微观“运动变化”两个方面,那么在提问时应当先问学生“我们能看到什么”,再问学生“我们能想到什么”。学生的回答也许表述不是特别清楚:“我什么也看不到。”其实他的意思应当是:“我看不到什么变化。”课堂讨论中教师应当以其专业的敏锐性瞬即把握并肯定学生回答中的正确因素,并适当地修正补充。良好的课堂学习生态很大程度上决定于教师对学生回答的专业性回应。

至于我们为什么能看到“静止”而想到“变化”,这里既有逻辑推理,也有实验支持。可逆的两个过程发生的条件都还存在,理应继续进行这两个过程,只能理解为正逆速率相等了。另外饱和硫酸铜溶液中投入一块缺角的胆矾后,晶体质量不变而形状变化也支持了微观上有“变化”的结论。这里也可请学生画出“速率—时间”图像,并进一步提问:温度升高后,溶解的限度会怎样变化?杯中的水面会怎样变化?为什么?不惜花时间反复理解不是化学反应的“限度”,是从学生已有的认知出发,打牢理解“化学反应限度”的基础,是磨刀不误砍柴工,其实将来所谓化学平衡的“等、定、逆、动、变”的五字特点已经暗含在这些讨论中了。

二、对“化学反应限度”的讨论

可以开始讨论化学反应的限度了。如果问什么样的化学反应才能达到一定限度?学生几乎并不费力就能回答一是可逆反应,二是在封闭体系中进行。可问题是学生觉得可逆反应是很有限的,只有合成氨、SO2与H2O反应等少数几个例子。那么,化学反应的可逆性是普遍存在的如何让学生认识到?如果没有意识到这点,建立“平衡观”的意义就会大打折扣了。这个问题仍然要舍得花时间讨论。

师:石灰石与盐酸反应制取CO2气体,是否为可逆反应?为什么?

生:不是,因为强酸不能制弱酸。(学生想法高度一致)

师:(在针筒中演示这一反应,针孔敞开。)可以看到大量气体,然后反应逐渐减缓,最后停止,可是仍有石灰石在。为什么会这样?

生:盐酸逐渐变稀,反应速率变小,最后盐酸消耗完了,就没有CO2了。

师:(再次在针筒中演示这一反应,针孔敞开。)这次我少放些石灰石,多放些盐酸,反应到最后不冒气泡了,是什么原因?

生:石灰石消耗完了啊。(集体不屑,认为这个问题弱智)

师:(又一次在针筒中演示这一反应,用手堵住针孔。)可观察到气泡也逐渐变少,最后消失,(然后敞开针孔),又产生大量气泡。这回不产生气泡是因为哪种药品用完了?为什么?

生:石灰石和盐酸都没有用完,因为后来又有气泡了。

师:那为什么刚才会不冒气泡?

问出这个问题后的讨论相当有趣。学生的第一反应是“因为堵住了针孔,CO2被压回去了”。可是如果继续追问:压回到哪儿去了?如果压到水里去了,水中CO2的含量会怎样变化?再结合演示CO2传感器测得溶液中CO2的浓度基本不再发生变化了,他们终于悻悻地放弃了这个想法。于是接下来有学生提出“还是CO2被压回去了,压到水里后与水反应生成碳酸了”。初听貌似合理,可很快有学生想到这样水中溶解的碳酸浓度会不断增大,最终还是会分解成CO2逸出,因此这种解释也不合理。在学生的相互讨论中,可以听到有人小声在议论也许反应也在逆向进行,但教学实践中发现学生大都不敢大声说出,因为他们实在太深信这个反应的不可逆性了!当最后他们走投无路时,不得不承认这个反应此时也在逆向进行,正逆反应速率相等,导致各物质的量不再变化。而当认识到这点时,他们显然都惊叹于原来这个反应也有可逆性啊,化学反应的可逆性、化学反应限度的问题是普遍存在的,当然前提依然是封闭体系。教学实践中笔者还很高兴地看到学生的独立思考意识已经逐渐在建立,有学生对上述解释并不十分满意,他们认为压强增大了,怎么会没有气体的溶解限度增大呢,事实上他们确实很敏锐,在真实的化学反应的化学平衡中,常常同时伴随有气体溶解平衡、沉淀溶解平衡等等。

课堂讨论是要花时间的,有时候教师会因为担心学生说得“乱七八糟”而不愿“浪费”这个时间;真正的课堂讨论当然会是开放的,有时候教师会因为担心超出预设不好控制而不愿去组织讨论。而如果从“学”的角度来思考,讨论是多么有意义!

 

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