选修模块学科及教学问题研讨.docx

1、选修模块学科及教学问题研讨选修模块学科及教学问题研讨（上）专题简介：化学反应原理模块是六个选修模块中唯一的一个必考模块，该模块的学科及教学问题备受实验区教师的关注。化学反应原理模块中新增了一些学科知识内容，如何正确认识这些新增内容的价值？如何深刻理解这些内容的学科内涵？如何针对不同选修模块的功能定位和风格特点有效实施这些新增知识内容的课堂教学？通过学习化学反应原理模块的学习，将使学生对物质、对化学反应的认识获得哪些发展？这些都是实验区一线教师普遍关注的问题。本专题将围绕着这些问题展开讨论。（上部）本讲主题：化学反应原理模块新增内容学科及教学问题研讨。通过专家访谈、课例研讨等活动解决化学反应的方

2、向、熵、焓、化学平衡常数等新增内容的学科意义、学习价值及教学问题。主持人：北京师范大学化学教育研究所在读博士 北京市第三十五中学高级教师 支瑶 嘉宾：教育部高中化学课程标准研制组组长 北京师范大学化学教育研究所所长 王磊教授物理化学专家 高盘良教授山东省实验中学教师 王秀忠 一、化学反应原理模块包含哪些核心内容？实施现状如何？1 化学反应原理模块包含哪些核心内容？主持人：化学反应原理模块包括三个主题：化学反应与能量、化学反应速率和化学平衡、溶液中的离子平衡。三个主题既相互独立又彼此联系。例如，主题2“化学反应速率和化学平衡”中的相关理论即为主题3“溶液中的离子平衡”的理论基础。在每个主题内部，

3、都是按着“从认识化学反应到应用化学反应”这一线索展开的。在每个主题中，都涉及到一些新增内容。例如，主题1中要求“能用盖斯定律进行有关反应热的简单计算”、主题2中要求“能用焓变和熵变说明化学反应的方向”、主题3中要求“能描述沉淀溶解平衡，知道沉淀转化的本质”等。背景资料：化学反应原理模块内容标准主题内容标准1 化学反应与能量1了解化学反应中能量转化的原因，能说出常见的能量转化形式。2通过查阅资料说明能源是人类生存和发展的重要基础，了解化学在解决能源危机中的重要作用。知道节约能源、提高能量利用效率的实际意义。3能举例说明化学能与热能的相互转化，了解反应热和焓变的涵义，能用盖斯定律进行有关反应热的简

4、单计算。4体验化学能与电能相互转化的探究过程，了解原电池和电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。5通过查阅资料了解常见化学电源的种类及其工作原理，认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。6能解释金属发生电化学腐蚀的原因，认识金属腐蚀的危害，通过实验探究防止金属腐蚀的措施。2 化学反应速率和化学平衡1知道化学反应速率的定量表示方法，通过实验测定某些化学反应的速率。2知道活化能的涵义及其对化学反应速率的影响。3通过实验探究温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响，认识其一般规律。4通过催化剂实际应用的事例，认识其在生产、生活和科学研究领域中的重大作用。5能用焓变和熵变说明化

5、学反应的方向。6描述化学平衡建立的过程，知道化学平衡常数的涵义，能利用化学平衡常数计算反应物的转化率。7通过实验探究温度、浓度和压强对化学平衡的影响，并能用相关理论加以 解释。8认识化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。3 溶液中的离子平衡1能描述弱电解质在水溶液中的电离平衡，了解酸碱电离理论。2知道水的离子积常数，能进行溶液pH的简单计算。3初步掌握测定溶液pH的方法，知道溶液pH的调控在工农业生产和科学研究中的重要应用。4认识盐类水解的原理，归纳影响盐类水解程度的主要因素，能举例说明盐类水解在生产、生活中的应用。5能描述沉淀溶解平衡，知道沉淀转化的本质。2 在

6、化学反应原理模块教学中，老师们遇到的最大的困难是什么？教学中存在的问题是什么？ 场外讨论：观点1：化学反应原理模块中出现了化学平衡常数、沉淀溶解平衡常数等，利用这些数据对某些问题进行定量讨论，具有很强的解释力，但这对学生的数学基础要求很高，学生是否具备相应的数学基础呢？观点2：用Q浓度商和平衡常数来解释平衡移动的方向，把平衡的移动变成了一种数学运算。虽然说这样使学生认识到了平衡的本质，但是运算量太大，学生难以接受。过去我们解释平衡移动用的是勒夏特列原理就非常好。 观点3：勒夏特列原理仅提供了一个定性判断平衡移动方向的依据，平衡常数与浓度商的关系不仅提供了给一个定量的依据，更有利于学生了解了平衡

7、的本质。王秀忠老师：老师们在化学反应原理模块教学中主要存在三方面的困难（或问题），一是学科知识的储备上存在欠缺，例如，老师们对如何用化学动力学和化学热力学的思路分析速率和平衡问题还不是很清楚；二是在焓、熵、化学反应方向等新增内容的教学中存在困难；三是深广度的把握，主要是处理不好高中内容与大学内容的关系，有时会超纲越界。王磊教授：经过大量的课例观察我们发现老师们在化学反应原理模块的教学中主要存在以下三方面的问题：一是不能正确处理必修模块与化学反应原理模块教学的层次性问题。一方面，老师们忽略了必修模块与选修模块的衔接，在进行选修模块内容教学前，常会忽略学生在必修的已有基础；在教学后，又经常会忽略引

8、导学生对“在必修基础上发展了什么？”这一问题的反思。另一方面是深广度把握不到位，经常出现“选修模块教学平庸化”的现象，即在化学反应原理模块教学中，仅关注具体知识的教学，缺乏对学科思想方法的体现。二是在教学中没有突出化学反应原理模块特点。在化学反应原理模块内容的教学中，要突出定性与定量相结合、实验与理性推理相结合的特点，要关注物理化学基本思想方法的运用。三是处理不好几个关系。例如，处理不好定量分析与计算的关系，将定量分析问题的思路与复杂的数学计算等同；在教学中死抠概念定义，忽视对概念的整体关系和内涵实质的把握；缺乏多样化教学处理方式，等。二、化学反应的方向、焓等新增内容的学科本体分析及教学研讨。

9、1 为什么要引入“焓变”，而不直接使用等压过程反应热？高盘良教授：等压过程的反应热（Qp)是可以通过实验测量的，但每一个反应的Qp都必须通过实验测量；引入焓变后，可以利用盖斯定律通过焓变的计算得到没有经过实验测定的反应的反应热，因此焓是比实验测得的反应热（Qp）更高层次的能量，用途更广。2 如何理解“焓变”与“生成物总能量和反应物总能量的差”、“旧化学键断裂和新化学键生成所需能量差”的关系？高盘良教授：首先，“总能量”的提法很含糊，无法对总能量进行界定，而“焓”只是其中的一部分，不能把“焓变”与“总能量差”等同起来。“焓变等于化学反应中反应物化学键断裂和生成物化学键形成的能量差值”这种提法在原

10、理上是正确的，但由于对键能的表达多种多样，有键能、平均键能、键解能等，数据来源不同，计算误差很大，即使同一种碳碳键，也会因取代基不同，键能也不同，故在研究中只有估算的作用。而在中学不宜提倡这种提法，一是理论上不容易讲清楚“键能”指什么？二是中学教师不容易找到精确的数据，无法验证。3 为什么在高中教学中要引入“熵”？如何理解“熵”？高盘良教授：熵的因素跟焓的因素在决定化学反应方向上起着同样重要的作用。而且现代科学里面熵的概念已经得到广泛的应用，比如信息学里有“信息熵”，生命科学里有“负熵”，化学里面确定反应方向从有序到无序等等。也就是说，我们过去的中学生基本上一个“熵盲”，而一个搞自然科学的人如

11、果不懂得熵，他就不能算是一个有教养的人。因此我觉得我们在中学课程引进熵等新的概念，对于中学生的思想观念的发展、适应新的科学的发展都是有很大好处的。对熵的理解要把握住两点：一是熵是用来描述大量粒子的混乱度的物理量，少量粒子谈不上“熵”；二是混乱度实际上就是均匀程度，混乱度最大就是最均匀。通常大家以为均匀跟混乱度好像是完全相反，实际上均匀就是混乱度，任何一个体系均匀了，就是混乱度最大了。譬如我们把一滴墨水滴到水里头去最后变成均匀了，那就是熵增加了、混乱度增加了。4 如何理解“自发反应”概念？高盘良教授：对自发反应的理解有两点很关键，一个是在一定温度和压强下，不借助于外力（如光照、通电等）靠自身的能

12、力来进行的反应；例如，水在电解的条件下生成氢气和氧气就不是一个自发反应，因为是在外界干扰（通电）的条件下进行的；而水在1atm 3000 时可以分解为氢气和氧气，就是一个自发反应，因为没有光、电等外界干预。第二个一定要指明是在什么条件下自发，如果脱离了这两条去谈任何自发反应，我认为都是没有意义的。5 在化学反应方向的教学中，该注意哪些问题？如何做到深入浅出？教学案例：化学反应的方向(教学流程)案例点评及教学建议：王秀忠老师：整体教学程序能够达到基本教学要求，但不要在“自发反应”、“熵”的概念上纠缠，例如，关于自发反应的教学要围绕化学反应本身，强调“一定温度、压强”，而不必从自发的物理过程开始；

13、要围绕着本节课核心问题化学反应方向的判据设计教学活动。此外，在教学中，要结合具体反应突破难点。王磊教授：在本部分内容教学中，要首先明确核心问题：一个是增加了一个看反应的角度在一定条件下，化学反应朝某个方向能够自发进行；另一个是其中蕴含的系统的、多因素、辨证的考虑事物的思想方法。其次，要选择有效策略，即使用例证策略，紧紧抓住典型的正例证和反例证展开逻辑推理，沿着“提出假设学生提供正例证（证据）教师提供反证据提出新问题形成新假设寻找新证据”这一思路进行教学。第三是要关注学生学习的误区、困难。例如，学生不明白为什么要研究化学反应的方向，教师应通过具体实例帮助学生认识到研究化学反应方向的价值。又如，学

14、生在理解“自发反应”上可能会产生偏差，教师应结合典型例证帮助学生纠正认识偏差。第四是要充分利用好教材中提供的例证。关于熵和熵变的概念，可以不仅局限于化学反应，而使学生认识到它的更广泛的应用范围和价值。主持人：在化学反应方向的教学中，要注意两点，一是抓大放小，即抓核心问题、核心思想方法，而不在具体概念上纠缠；二是要灵活运用例证策略，在提供证据的同时设置合理的问题，引导学生进行分析和逻辑推理。教学案例：化学反应的方向教师活动环节1：化学反应的方向、自发反应1介绍钛的用途与发现，提出问题。2化学反应方向、自发反应2H2+O2=2H2O的反应在常温常压下虽然看不到现象，但是这个反应的正向具有发生反应的

15、可能性，因为如果等上千年万年我们就能看到水的生成。而逆向水的分解在常温常压下却不能自动进行。除非进行电解，在电能的帮助下才能发生。这些例子告诉我们，化学反应具有方向性，在一定温度压强下，某一个方向的反应是自动进行的，或具有自动发生的可能性，而在相同的条件下，另一个方向的反应是不能自动进行，必须借助光电这样的外部力量才能发生。人们就把在一定温度、压强下，不借助(光、电能）外部力量既能进行，或具有发生的可能性的反应称为自发反应。反之称为非自发反应。环节2：影响化学反应的方向的因素1焓变对反应方向的影响问题1：化学反应向着怎样的方向自发进行呢？教师小结：大量实验证明，放热反应在常温常压下是自发的。也

16、就是说化学反应趋向于向着焓减小的方向自发进行。放热是有利于反应自发的一种因素。问题2在一定温度和压强下，反应一定不能向着吸热的方向自发进行吗？2熵变对反应方向的影响问题3为什么在一定温度和压强下，化学反应能够向着吸热的方向自发进行呢？还有什么因素在影响反应的方向呢？问题4：分析下列现象，也许有助于我们找到影响化学反应方向的另一种因素。你能找到这样一些表面上看似无关的事件的共同特征吗？（内在联系）问题5：如何量度一个体系的混乱度？德国物理学家克劳修斯，定义了一个物理量熵：用来衡量一个体系的混乱度。熵值越大，体系的混乱度越大。通过实验和计算，科学家们能够求得各种物质在一定条件下的熵值S(Jmol-

17、1K-1)问题6：上述吸热反应能够自发的原因是什么？小结：化学反应的熵变用S这个物理量来表示化学反应前后熵的变化情况。S=生成物的总熵-反应物的总熵由固体液体生成气体的反应熵增大气态物质的量增多的反应熵增大【揭示规律】自发反应趋向于向着熵增的方向进行，也即是说熵增有利于反应自发问题7：自发反应一定不能向着熵减的方向进行吗？如：2Al(s)+Fe2O3(s)=Al2O3(s)+2Fe(s)是一个熵减的反应，但是一旦引发，该反应就能自动进行，并放出大量的热。3焓变与熵变对反应的共同影响只关注焓变或熵变，不能正确判断反应是否自发，显然应该综合考虑二者的影响。焓变与熵变之间是否存在某种定量关系呢？【揭

18、示规律】介绍反应方向的判据：在一定温度、压强下：H-TS0反应自发H-TS0反应非自发请猜测：H-TS=0对应哪种情况？背景资料：关于化学反应方向焓跟熵是反应方向的两个影响因素，焓主要从能量角度来考虑，熵则主要从无序跟有序的角度来考虑，将这两个因素结合起来才能构成对化学反应方向的判据，单凭一个因素往往不足以肯定这个反应是不是自发的。所以在教材中讲的是H-TS，而不是仅仅凭H或者S来判定反应方向，为什么要把它结合起来呢？在课标里面没有引入自由能这个概念，实际上H-TS就是G，也就是自由能的改变量，那怎么理解自由能呢？我们可以这样想，化学反应总是从自由能高的地方向自由能低的地方反应，自由能降低的方

19、向也就是化学反应发生的方向，这个就好比水由高处往低处流水位的降低是水流动的方向，那么在温度压力一定的条件下自由能的降低就是化学反应发生的方向。所以从这个角度来说，自由能，是物质的化学反应能力的一种体现。当然，这里的自由能是指每摩尔物质即单位物质的量的物质的自由能多少，我们可以把它看成是一个“化学位”，就跟水位一样。那么如果这样考虑的话，就很容易理解，熵因素和焓因素结合在一起就是自由能，自由能是物质进行化学变化的方向的一种度量。此外，自由能虽然带一个“能”字，但是它跟通常讲的光能、热能、电能是不一样的，它不是一种单纯的能量形式。三、化学反应限度等在新课程中有较大变化内容的学科本体分析及教学研讨。

20、1 化学反应限度、化学平衡状态、化学平衡常数、平衡转化率的关系是什么？高盘良教授：反应式写法一定，反应限度与平衡常数是一个问题的两种表达方式。平衡常数就是反应限度（平衡反应进度），反应限度就体现在平衡常数上。而即使反应式写法一定，一个平衡常数可以对应千千万万个平衡状态，所以一个反应限度可以有千千万万个平衡状态。反应式的写法不同，平衡常数不同，但化学反应限度只有一个。平衡常数与反应限度是把反应当作一个整体来看的，转化率是从一个侧面来说明反应限度的存在性。平衡常数不变，反应限度就不变，不能说某一反应物的平衡转化率变高了，反应限度变高。2 如何看待化学平衡移动定量判据和勒夏特列原理在学生学习和问题解

21、决中的用？高盘良教授：勒沙特列原理是经验性的原理没有理论基础，是定性的规律没有定量计算。以前的高中教学里只考虑定性的判断问题，适当的用一下勒沙特列原理也是可以的。勒沙特列原理的科学的、严格的表述是：均相、封闭体系，当只有某一个因素改变的时候，平衡会向相抵消外来因素的改变的方向移动。其中均相、封闭体系、只允许一个因素改变，这是我们应用勒沙特列原理的基本前提。如果违反了这个前提，可能会得到错误的结论。譬如合成氨，这个反应在温度、压力一定的情况下加进去氮气，那么按勒沙特列原理，平衡应该是向合成氨的方向移动，但是我们用Q跟K的比值来看，发现结果跟勒沙特列的判断方向完全相反。为什么？因为这个外加氮气的合

22、成氨反应不是处在一个封闭体系里头，而是开放体系，不符合勒沙特列原理的使用条件。所以勒沙特列原理并不是普遍遵守、什么情况下都可以用的。平衡常数是热力学理论解决化学反应问题的伟大成果，是建立在严谨的理论基础之上的。无论在理论上还是指导实践中，都发挥着巨大的作用。利用平衡常数判断平衡移动方向，不管开放体系还是混相体系，不管是单一因素还是多因素改变，都是可以使用，因此，它可以解决更广泛的问题。王磊教授：平衡常数引入的价值之一在于促进学生定量观的形成，公式表达了一种变量关系，利用这种变量关系可以解决许多具体问题、深化对规律的理解。平衡常数的意义，在于以下几点：第一是数值的左边，也就是浓度商的构成（反应各

23、组分浓度的某种关系）。第二是平衡状态的定量含义是浓度商等于该温度下的平衡常数。第三是改变平衡状态的几种可能途径：一是常数值不变，改变反应中的某组分浓度，导致需要重新满足这种浓度关系；二是常数值改变即通过改变温度，导致需要重新满足这种浓度关系，从而，使得平衡常数的概念具有应用价值。 主持人：平衡移动定量判据的引入更加有利于学生将平衡移动理论迁移到水溶液离子平衡相关问题的解决过程中。例如，利用平衡移动定量判据很容易理解为什么稀释时，弱电解质的电离平衡、水的离子平衡会正向移动。3 化学反应限度教学中需要注意哪些问题？ 教学案例：化学平衡常数（片断）在进行下列教学活动前，教师为学生提供了丰富的数据，学

24、生通过对数据的分析和处理建立了化学平衡常数的概念，认识了化学平衡常数的特征。教学设计1：结束了化学平衡常数的教学，进入巩固练习环节；教学设计2：介绍了浓度商的概念，及如何运用浓度商与平衡常数的关系判断平衡移动。教学设计3：教师活动学生活动问题1：在某温度下，某一时刻测得二氧化硫、氧气、三氧化硫的浓度分别为：0.2mol/L、0.1mol/L、1.8mol/L，已知该温度下，K=1620（mol/L）-1，请你判断：（1） 在该温度下，该时刻反应是否为化学平衡状态？（2） 若非化学平衡状态，反应将向哪个方向进行以达到化学平衡状态？教师小结：1 浓度商（Q）的表达式；2 通过比较浓度商和化学平衡常

25、数得知可以判断反应是否达到平衡状态及平衡移动方向问题2：对于任意可逆反应，如何表达Q和K？如何利用Q和K的关系判断平衡移动方向？教师小结：如何利用Q和K的关系判断平衡移动方向1 运用已知数据进行计算，并在小组内交流讨论2 回答问题： 由计算结果知，该反应未达到化学平衡状态； 根据计算结果分析，若使反应达到化学平衡状态，各组分浓度幂次方之比要增大，即三氧化硫浓度增加，二氧化硫和氧气浓度减小，也就是反应将向正反应方向进行。1 交流讨论2 回答问题：Q=K时，平衡状态QK时，平衡逆向移动案例点评及教学建议：王秀忠老师：第三种教学处理方式更加有利于学生利用浓度商与化学平衡常数的关系解决平衡移动问题，为

26、后续学习奠定了基础。王磊教授：三种教学处理方式反映了教师对于“浓度商”教学价值的不同理解，即是否体会到“浓度商”对于判断平衡移动问题的功能。建议老师在讲完“可逆反应”后先引入浓度商指标，然后看可逆反应在一定条件下达到限度时，浓度商有什么特点，此时即为平衡常数；再来看当条件改变时，浓度商会怎么变、平衡常数会怎么变。这样的思路会使概念原理知识更加具有功能。高盘良教授：教材仅是剧本，教师要在充分理解教材的基础上创造性地使用教材。 主持人总结：在进行化学反应原理模块新增内容教学时，教师要关注以下几点：首先要准确、深刻理解新增知识的学科本体内容；其次要关注新增概念原理知识的功能与价值，使学生在获得知识的

27、同时，发展对物质、对化学反应的认识，形成分析问题的核心思路和核心思想方法；第三要选取多样化的教学处理方式。（下部）本讲主题：在化学反应原理模块的教学中，怎样处理才能促进学生形成分析、解决问题的思路和方法？怎样处理才能促进学生的认识发展？ 主持人：北京师范大学化学教育研究所在读博士 北京市第三十五中学高级教师 支瑶嘉宾：物理化学专家 高盘良教授北京师范大学化学学院 王明召副教授大连市二十中学高级教师 夏凯一、从必修到选修，学生对于化学反应的认识应该在哪些方面获得发展？教学中应该注意哪些问题？ 1 从必修到选修，学生对化学反应的方向、限度和速率的认识获得了哪些发展？主持人：通过上一讲的讨论可以体会

28、到，从必修到选修，学生对化学反应方向、限度和速率的认识沿着从局部到整体、从定性到定量、从感性到理性的脉络发展。具体来说，学生通过化学反应原理模块的学习，进一步完善了研究化学反应的视角（方向、限度和速率），形成了认识反应的基本思路，并能运用定量分析的方法解决方向、限度和速率问题。2从必修到选修，学生对化学反应中的能量转化，特别是化学能与电能的相互转化的认识获得了哪些发展？教学中要注意哪些问题？主持人：化学能与电能的相互转化这部分内容，从必修到选修，课标要求发生了如下变化：在具体内容要求变化的背后，学生对于化学能与电能的相互转化的认识会获得那些发展？ 夏凯老师：我认为学生主要会在以下三方面获得发展

29、,首先，会深化学生对化学电源的本质的认识；其次，学生将从定量的角度进一步认识电化学反应；第三，原电池与电解的学习将会深化学生对对氧化还原反应的认识。 王明召教授：从必修到选修，学生对原电池的认识将经历以下几个发展阶段: 在必修阶段，只要求描述铜锌原电池发生的变化，不要求书写电极反应式；在选修阶段初期，学生应该能从得失电子的角度分析铜锌原电池的工作原理，并会书写电极反应式及电池的总反应式；在选修阶段中期，要求学生能系统地从电极类型、反应类型及得失电子守恒的角度书写电极反应式和总反应式；最后，学生将能够书写氢氧燃料电池的电极反应式，并能从物质所处的溶液环境等多方面分析电极反应。 高盘良教授：对原电

30、池、电解的认识可以成为学生认识化学反应方向（自发反应）的基础，教师在日后进行化学反应方向教学时可以与此联系。教学案例：原电池工作原理教师活动学生活动教学环节1：回顾必修对原电池工作原理的认识提问1 这个电池内部的工作原理是什么呢？要构成这块电池需要哪些条件呢？ 2在必修中，我们学习了最简单原电池，它的能量是如何变化的？1 思考讨论2 回答问题：分析Cu-Zn原电池工作原理；原电池是可以直接将化学能转化成电能的装置。教学环节2：探究原电池构成条件提问能不能把锌与硫酸铜的反应此反应的化学能转化为电能？请你设计并实施实验。引导分析分析铜锌硫酸铜原电池的工作原理。布置任务设计实验探究：什么样的材料才可

31、做电极呢？什么样的溶液可形成原电池呢？小结形成原电池的条件1 要活性不同的两个电极，相对活泼的金属做原电池的负极；2 溶液须是电解质溶液提问为什么要活性不同的电极？为什么相对活泼的金属做负极？为什么溶液必须是电解质溶液？熔融态的氯化钠可不可以？1设计实验并实施，观察实验现象。2思考、分析原电池的工作原理。3 探究形成原电池对电极的要求。4探究形成电池对溶液的要求。5 汇报探究结果6 思考讨论，回答问题：活性不同的两个电极才存在电势差。电解质溶液才能导电，熔融态的氯化钠也可以，因为里面有可自由移动的离子，可导电。教学环节3：深化认识原电池工作原理提问 下列装置能否产生电流？如果不能产生电流该如何改进？教师提供另一种改进装置有彦桥的原电池，并提问 双液电池工作原理，与单液电池反应的实质是否相同？小结原电池工作原理 思考讨论，回答问题：1不能，因为没有产生闭合回路；2把锌片放入硫酸铜里；3分析双液电池的原理，完成学案，得出单双液电池产生电流一样，且盐桥还起着中和两烧杯溶液中电荷作用。教学环节4：进一步完善学生对原电池构成条件和工作原理的认识