关键词: 化学反应论文 化学反应 化学论文 化学
摘要:研究影响化学反应速率的因素及其影响结果,具有重大意义。一方面,探究的过程就是学习和巩固的过程。在教师教学完成后,再进行实验,再归纳总结相关知识,不仅有利于温故知新,增强我们的学习效果,还有助于我们学生分析、探究等能力的提高。另一方面,这有助于教学评价和教师教学。其实,研究结果能反应出我们学生的学习成效、探究能力以及学习态度,而了解这些,能在极大程度上帮助教师认识到我们学生的优点以及不足,有助于因材
一、前言
现有制造电池、蓄电池的原理是电化学反应。电极是不同种元素、不同种化合物构成,产生电流不需要磁场的参与。
目前有磁性材料作电极的铁镍蓄电池(注1),但铁镍蓄电池放电时没有外加磁场的参与。
通过数次实验证明,在磁场中是可以发生电化学反应的。本实验报告是研究电化学反应发生在磁场中,电极是用同种元素、同种化合物。
《磁场中的电化学反应》不同于燃料电池、磁流体发电。
二、实验方法和观察结果
1、所用器材及材料
(1):长方形塑料容器一个。约长100毫米、宽40毫米、高50毫米。
(2):磁体一块,上面有一根棉线,棉线是作为挂在墙上的钉子上用。还有铁氧体磁体φ30*23毫米二块、稀土磁体φ12*5毫米二块、稀土磁体φ18*5毫米一块。
(3):塑料瓶一个,内装硫酸亚铁,分析纯。
(4):铁片两片。(对铁片要进行除锈处理,用砂纸除锈、或用刀片除锈、或用酸清洗。)用的罐头铁皮,长110毫米、宽20毫米。表面用砂纸处理。
2、电流表,0至200微安。
用微安表,由于要让指针能向左右移动,用表头上的调0螺丝将指针向右的方向调节一定位置。即通电前指针在50微安的位置作为0,或者不调节。
3、"磁场中的电化学反应"装置是直流电源,本实验由于要使用电流表,一般的电流表指针的偏转方向是按照电流流动方向来设计的,(也有随电流流动方向改变,电流表指针可以左右偏转的电流表。本实验报告示意图就是画的随电流流动方向改变,电流表指针可以向左或向右偏转的电流表)。因此本演示所讲的是电流流动方向,电流由"磁场中的电化学反应"装置的正极流向"磁场中的电化学反应"装置的负极,通过电流表指针的偏转方向,可以判断出"磁场中的电化学反应"装置的正极、负极。
4、手拿磁体,靠近塑料瓶,明显感到有吸引力,这是由于塑料瓶中装了硫酸亚铁,说明硫酸亚铁是铁磁性物质。
5、将塑料瓶中的硫酸亚铁倒一些在纸上,压碎硫酸亚铁晶体,用磁体靠近硫酸亚铁,这时有一部分硫酸亚铁被吸引在磁体上,进一步说明硫酸亚铁是铁磁性物质。
6、将磁体用棉线挂在墙上一个钉子上让磁体悬空垂直不动,用装有硫酸亚铁的塑料瓶靠近磁体,当还未接触到悬空磁体时,可以看到悬空磁体已开始运动,此事更进一步说明硫酸亚铁是铁磁性物质。(注:用另一个塑料瓶装入硫酸亚铁饱和溶液产生的现象同样)
7、通过步骤4、5、6我们得到这样的共识,硫酸亚铁是铁磁性物质。
8、将塑料瓶中的硫酸亚铁适量倒在烧杯中,加入蒸溜水溶解硫酸亚铁。可以用饱和的硫酸亚铁溶液,然后倒入一个长方形的塑料容器中。实验是用的饱和硫酸亚铁溶液。装入长方形容器中的液面高度为40毫米。
9、将铁片分别放在塑料容器中的硫酸亚铁溶液两端中,但要留大部分在溶液之上,以便用电流表测量电流。由于两个电极是用的同种金属铁,没有电流的产生。
10、然后,在塑料容器的外面,将铁氧体磁体放在某一片铁片的附近,让此铁片处在磁埸中。用电流表测量两片铁片之间的电流,可以看到有电流的产生。(如果用单方向移动的电流表,注意电流表的正极应接在放磁体的那一端),测量出电流强度为70微安。为什么同种金属作电极在酸、碱、盐溶液中有电流的产生?电位差是怎样形成的?我是这样看这个问题的:由于某一片铁片处在磁埸中,此铁片也就成为磁体,因此,在此铁片的表面吸引了大量的带正电荷的铁离子,而在另一片铁片的表面的带正电荷的铁离子的数量少于处在磁埸中的铁片的带正电荷的铁离子数量,这两片铁片之间有电位差的存在,当用导线接通时,电流由铁离子多的这一端流向铁离子少的那一端,(电子由铁离子少的那一端铁片即电源的负极流向铁离子多的那一端铁片即电源的正极)这样就有电流产生。可以用化学上氧化-还原反应定律来看这个问题。处在磁埸这一端的铁片的表面由于有大量带正电荷的铁离子聚集在表面,而没有处在磁埸的那一端的铁片的表面的带正电荷的铁离子数量没有处在磁埸中的一端多,当接通电路后,处在磁埸这一端的铁片表面上的铁离子得到电子(还原)变为铁原子沉淀在铁片表面,而没有处在磁埸那一端的铁片失去电子(氧化)变为铁离子进入硫酸亚铁溶液中。因为在外接的电流表显示,有电流的流动,可以证明有电子的转移,而电子流动方向是由电源的负极流向电源的正极,负极铁片上铁原子失去电子后,就变成了铁离子,进入了硫酸亚铁溶液中。下图所示。
11、确定"磁场中的电化学反应"的正、负极,确认正极是处在磁体的位置这一端。这是通过电流表指针移动方向来确定的。
12、改变电流表指针移动方向的实验,移动铁氧体磁体实验,将第10步骤中的磁体从某一片上移开(某一片铁片可以退磁处理,如放在交变磁埸中退磁,产生的电流要大一些)然后放到另一片铁片附近,同样有电流的产生,注意这时正极的位置发生了变化,电流表的指针移动方向产生了变化。
如果用稀土磁体,由于产生的电流强度较大,电流表就没有必要调整0为50毫安处。而用改变接线的方式来让电流表移动。
改变磁体位置:如果用磁体直接吸引铁片电极没有浸在液体中的部份的方式来改变磁体位置,铁片电极不退磁处理也行。
下图所示磁体位置改变,电流表指针偏转方向改变。证明电流流动方向改变,《磁场中电化学反应》成立。电流流动方向说明了磁体在电极的正极位置。
三、实验结果讨论
此演示实验产生的电流是微不足道的,我认为此演示的重点不在于产生电流的强度的大小,而重点是演示出产生电流流动的方向随磁体的位置变动而发生方向性的改变,这就是说此电源的正极是随磁体在电源的那一极而正极就在磁体的那一极。因此,可以证明,"磁场中的电化学反应"是成立的,此电化学反应是随磁体位置发生变化而产生的可逆的电化学反应。请特别注意"可逆"二字,这是本物理现象的重点所在。
通过磁场中的电化学反应证实:物理学上原电池的定律在恒定磁场中是不适用的(原电池两极是用不同种金属,而本实验两极是用相同的金属)。
通过磁场中的电化学反应证实:物理学上的洛仑兹力(洛伦兹力)定律应修正,洛仑兹力对磁性运动电荷是吸引力,而不是偏转力。并且洛仑兹力要做功。
通过实验证实,产生电流与磁场有关,电流流流动的方向与磁体的位置有关。电极的两极是用的同种金属,当负极消耗后又补充到正极,由于两极是同种金属,所以总体来说,电极没有发生消耗。这是与以往的电池的区别所在。而且,正极与负极可以随磁体位置的改变而改变,这也是与以往的电池区别所在。
《磁场中电化学反应》电源的正极与负极可以循环使用。
产生的电能大小所用的计算公式应是法拉弟电解定律,法拉第电解第一定律指出,在电解过程中,电极上析出产物的质量,和电解中通入电流的量成正比,法拉第电解第二定律指出:各电极上析出产物的量,与各该物质的当量成正比。法拉第常数是1克当量的任何物质产生(或所需)的电量为96493库仑。而移动磁体或移动电极所消耗的功应等于移动磁体或移动电极所用的力乘以移动磁体或移动电极的距离。
四、进一步实验的方向
1、在多大的铁片面积下,产生多大的电流?具体数字还要进一步实验,从目前实验来看,铁片面积及磁场强度大的条件下,产生的电流强度大。如铁片浸入硫酸亚铁溶液20毫米时要比浸入10毫米时的电流强度大。
2、产生电流与磁场有关,还要作进一步的定量实验及进一步的理论分析。如用稀土磁体比铁氧体磁体的电流强度大,在实验中,最大电流强度为200微安。可以超过200微安,由于电流表有限,没有让实验电流超过200微安。
3、产生的电流值随时间变化的曲线图a-t(电流-时间),还要通过进一步实验画出。
4、电解液的浓度及用什么样电解液较好?还需进一步实验。
五、新学科
由于《磁场中的电化学反应》在书本及因特网上查不到现成的资料,可以说是一门新学科,因此,还需要进一步的实验验证。此文起抛砖引玉之用。我希望与有识之士共同进行进一步的实验。
我的观点是,一项新实验,需要不同的时间、不同的人、不同的地点重复实验成功才行。
一、本章教学内容在模块内容体系中的地位和作用
能源是人类生存和发展的重要物质基础,能源的充分利用是当代化学中要着重研究的问题。本章教材内容对学生来说是两个第一::第一次全面接触化学定量测定实验;第一次对化学反应现象从实验与理论角度全面定量研究,探究化学反应本质规律。
学生在初中和高中必修中初步学习了能源的开发利用、化学键、化学反应与能量等知识,弄清楚化学反应的实质与能量转化之间的关系对于化学的学习有着至关重要的作用。本章就是在此基础上的扩展与提高,通过化学能与热能转化规律的研究帮助学生认识热化学原理在生产、生活和科学研究中的应用,了解化学在解决能源危机中的重要作用,知道节约能源、提高能量利用率的实际意义,进一步讨论在特定条件下,化学反应中能量变化以热效应表现时的“质”“能”关系。本章化学反应热的计算是重点,因为热化学研究的主要内容之一就是反应热效应的计算。反应热的计算对于燃料燃烧和反应条件的控制、热工和化工设备的设计都具有重要意义。本章既是对原有知识的深化拓展,又使学生深入了解化学热力学处理反应热的重要思想与方法。同时引入焓的概念,为日后化学反应方向限度的学习及物质在水溶液中行为的研究提供了理论依据与研究方法,是整个化学反应原理学习的基础。
二、教学内容概述
本章属于热化学基础知识。热化学是研究化学反应热现象的科学,曾为建立热力学第一定律提供了实验依据,反过来,它又是热力学第一定律在化学反应中的具体应用。它主要解决各种热效应的测量和计算问题。
教材立足于学生有一定化学反应能量变化知识的基础上,重点介绍化学反应中物质与能量之间的定量关系。在安排顺序上,第一节先从微观的角度介绍化学反应中反应热的概念、表示的方法,因此第一节教学的主要目标在于帮助学生能够从化学键(键能)的角度去进一步认识反应过程中能量变化,能正确书写热化学方程式。
第二节学习与生产生活密切相关的燃烧热(反应热)和日益危机的能源问题,从反应热的种类着手,引出反应热中的一个与我们的生产生活密切相关的“燃烧热”,特别突出强调其中的“1摩尔物质”和“完全燃烧生成稳定的化合物”,在一定条件下某物质的燃烧热是一定的。另外,资源、能源、环保是当今社会的重要热点问题,教材为激发学生兴趣、教育学生关心能源、培养学生的社会责任感等社会问题作了良好的铺垫或开端,为教师的拓展发挥和学生的自主学习创造了良好的条件。
第三节学习反应热的有关计算,这实际上是对热反应方程式的一个深化,一个再认识。在整个计算过程中,包括盖斯定律的学习,都是将热化学方程式与反应热联系在一起的,另外,在化学研究过程中,经常要通过一些实验来测定物质在化学反应中的反应热。但是并不是所有反应的反应热都可以直接测定,只能够通过间接的方法获得,这就涉及到盖斯定律运用问题,这同时也培养了学生学以致用的能力,激发学生学习兴趣。
本章内容层次鲜明,层层推进,符合学生的认知规律。不但让学生知其然,还要知其所以然;学习了理论知识还要会理论联系实际灵活运用,而不是把学生当作知识灌输的对象,而且与生活联系密切,强调以人为本,体现新课标精神。
本章的内容结构如下图所示:
三、总体教学目标
课标要求为:
内容标准
学习要求
补充说明
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。
1.1了解化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因
可从家庭使用煤气、液化石油气、煤等燃料的化学反应与能量转化入手
1.2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。
2.1通过查阅资料说明能源是人类生存和发展的重要基础
可从“化学暖炉”、“热敷袋”的构造和发热原理分析入手,引导学生讨论化学在解决能源危机中的重要作用。
可引导学生调查家庭使用煤气、液化石油气、煤等的热能利用效率,提出提高能源利用率的合理化建议。
2.2了解化学在解决能源危机中的重要作用
2.3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单计算
3.1能举例说明化学能与热能的相互转化
可通过比较的方法帮助学生理解热化学方程式与化学方程式的区别
不要求学习焓和焓变的准确定义
3.2了解反应热和焓变的涵义
3.3认识热化学方程式的意义,能正确书写热化学方程式并利用热化学反应方程式进行有关反应热的简单计算
3.4了解盖斯定律的涵义,能用盖斯定律进行有关反应热的简单计算
在必修化学2中,学生初步学习了化学能与热能的知识,对于化学键与化学反应中能量变化的关系、化学能与热能的相互转化有了一定的认识,对化学反应中反应物和生成物之间的质量关系、物质的量的关系等也有所了解。但是,如何从化学键的角度、从定量的角度认识化学变化中的能量变化,使化学反应能够密切联系实际,联系生活,学生还没有更深刻的了解。基于以上分析,本章的教学目标确定为:
(一)知识与技能目标
1.了解化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因----知道一个化学反应是吸收能量还是放出能量,决定于反应物化学键断裂吸收的总能量和生成物形成放出的总能量的相对高低。
2.了解反应热和焓变的涵义---知道一个化学反应是吸热反应还是放热反应取决于生成物释放的总能量与反应物吸收总能量的相对大小,知道焓变简化后的意义=恒压下反应的反应热DH。
3.能说出常见的能量转化形式。
4.认识热化学方程式的意义,能正确书写热化学方程式并利用热化学反应方程式进行有关反应热的简单计算。
5.理解燃烧热的概念---认识燃烧热是一种应用较广的反应热,认识燃烧热的限定条件。
6.了解盖斯定律的涵义,能用盖斯定律进行有关反应热的简单计算。
(二)过程与方法目标
1.通过对学习资料的查找与交流,培养学生获取信息、理解信息并得出结论的能力以及语言表达能力。
2.通过对化学反应实质的回顾,逐步探究引起反应热效应的内在原因,引起学生在学习过程中主动探索化学原理的兴趣;通过对热化学方程式与化学方程式的讨论、分析、对比,培养学生的分析能力和主动探究能力。
3.通过热化学方程式的计算和盖斯定律的有关计算,培养学生的计算能力。
4.通过对定量实验——中和热测定的基本训练,培养学生动手、动脑能力,培养严谨科学的学习态度。
(三)情感态度与价值观目标
1.通过从微观角度对化学反应中能量的变化进行分析,培养学生从微观的角度理解化学反应的方法,培养学生尊重科学、严谨求学、勤于思考的态度,树立透过现象看本质的唯物主义观点。
2.通过对能源的学习,认识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.通过对能源问题联系实际的学习讨论,不仅可强化学生课外阅读的意识和自学能力,也可培养学生对国家能源政策制订的参与意识、经济效益观念以及综合分析问题的能力。
四、重难点分析
通过初中和高中必修化学课程的学习,学生对于化学反应中的能量变化并不陌生,但系统地研究反应热问题,这还是第一次。根据课程标准要求,像焓变、燃烧热、热化学方程式、盖斯定律等热化学理论概念,学生学习起来会觉得抽象、艰深,对本章涉及到的有关热化学方程式、盖斯定律的计算,学生会感觉运用起来比较困难。
基于上述分析,本章的教学重点和教学难点确定如下:
本章教学重点:
1.了解化学反应中的能量变化与化学键断裂和形成间的关系。
2.认识热化学方程式的涵义,能正确书写热化学方程式并能利用热化学方程式进行简单计算。
3.了解燃烧热的概念及限定条件。
4.了解盖斯定律的涵义,能用盖斯定律进行有关反应热的简单计算。
本章教学难点:
1.简单了解焓变的意义,熟悉ΔH的“+”与“-”的运用,能正确书写热化学方程式。
2.对燃烧热的概念及限定条件的理解。
3.对盖斯定律涵义的理解,用盖斯定律正确进行反应热的计算。
五、教学方式与教学方法分析
(一)运用启发和问题驱动方式,引导学生自主探究
建议从学生已有的相关知识和生活经验出发,尽量调动学生利用已有的知识来学习新的内容,可采用讲授与讨论相结合的方法进行,注意尽量采用启发和问题驱动方式。如可从家庭使用煤气、液化石油气、煤、“化学暖炉”、“热敷袋”等入手创设情境进行讨论。尽可能引导学生自主学习、合作学习。
(二)采用多种直观教学手段使宏观现象微观化、抽象问题直观化
本章是抽象的概念学习且无原形概念比对,难理解,教材在内容安排上不纠缠于概念而是更加倾向于概念的理解应用。在新知识形成过程中,注意采用适当的方式,充分利用好教科书中的两个图示,也可以尽量采用电化教学手段,利用多媒体软件进行形象化教学,以利于学生理解ΔH的涵义及与放热反应、吸热反应的关系等内容,尽可能做到宏观现象微观化、抽象问题直观化,以加深学生对知识的理解。
(三)运用对比、分类等方法加深学生对重要概念的理解
在本章教学中,可采用对比、分类等方法加深学生对概念的理解。如学习热化学方程式时,可与化学方程式进行比较,一方面指导学生对化学方程式和热化学方程式进行对比总结,找出它们的区别与联系,使学生理解为什么书写热化学方程式时必须注明物质的聚集状态等,使学生在理解的基础上正确书写热化学方程式。另一方面,要加强练习,及时巩固,形成良好的书写习惯。理解燃烧热概念时可与中和热进行比较。找出它们的相同点和特殊点。
(四)注意计算教学过程中的规范化
有关盖斯定律的计算实际上是前面所学知识和技能的综合运用,涉及了有关的物理量及各物理量间的换算,综合性较强,注意教学过程中的规范化,尽量引导学生明确解题模式:审题分析求解。
六、教学资源建议
(一)充分利用教材提供的图示,也可以采用电化教学手段,利用多媒体软件进行形象化教学对学生难于理解的一些抽象知识,如化学反应中能量变化、盖斯定律等,形象地加以说明。
(二)利用网等资源,引导学生对常见燃料、新能源的利用等问题进行搜索,帮助学生进行自主学习,加深对知识的理解,拓展学生的知识面。
(三)在实际应用层面,可以登录人民教育出版社、化学学科网、化学资源网、K12等。
知识目标:
使学生理解浓度、压强、温度和催化剂等条件对化学反应速率的影响;
使学生能初步运用有效碰撞,碰撞的取向和活化分子等来解释浓度、压强、温度和催化剂等条件对化学反应速率的影响。
能力目标:
培养学生的观察能力及综合运用知识分析解决问题、设计实验的能力,培养学生的思维能力,阅读与表达能力。
情感目标:
通过从宏观到微观,从现象到本质的分析,培养学生科学的研究方法。
教材分析
遵照教学大纲的有关规定,作为侧重理科类学生学习的教材,本节侧重介绍化学反应速率和浓度、压强、温度、催化剂等条件对化学反应速率的影响,以及造成这些影响的原因,使这部分知识达到大纲中所规定的B层次或C层次的要求。本知识点,按最新教材来讲。
教材从一些古代建筑在近些年受到腐蚀的速率大大加快等事实引出化学反应速率的概念,并通过演示实验说明不同的反应具有不同的反应速率,以及浓度、温度等对化学反应速率的影响。教材注意联系化学键的有关知识,从化学反应的过程实质是反应物分子中化学键的断裂、生成物分子中化学键的形成过程,以及旧键的断裂和新键的形成都需要通过分子(或离子)的相互碰撞才能实现等,引出有效碰撞和活化分子等名称。并以运动员的投篮作比喻,说明只有具有足够能量和合适取向的分子间的碰撞才能发生化学反应,教材配以分子的几种可能的碰撞模式图,进一步说明发生分解反应生成和的情况,从中归纳出单位体积内活化分子的数目与单位体积反应物分子的总数成正比,也就是和反应物的浓度成正比,从而引导学生理解浓度对化学反应速率的影响以及造成这种影响的原因。接着,教材围绕着以下思路:增加反应物分子中活化分子的百分数增加有效碰撞次数增加化学反应速率,又进一步介绍了压强(有气体存在的反应)、温度、催化剂等条件对化学反应速率的影响以及造成这些影响的原因,使学生对上述内容有更深入的理解。
教材最后采用讨论的方式,要求学生通过对铁与盐酸反应的讨论,综合运用本节所学习的内容,进一步分析外界条件对化学反应速率的影响以及造成这些影响的原因,使学生更好地理解本节教材的教学内容。
本节教材的理论性较强,并且具有一定的难度。如何利用好教材中的演示实验和图画来说明化学反应发生的条件,以及外界条件对化学反应速率的影响是本节教材的教学关键。教师不可轻视实验和图画在本节教学中的特殊作用。
本节教学重点:浓度对化学反应速率的影响。
本节教学难点:浓度对化学反应速率影响的原因。
教学建议
化学反应速率知识是学习化学平衡的基础,学生掌握了化学反应速率知识后,能更好的理解化学平衡的建立和化学平衡状态的特征,及外界条件的改变对化学平衡的影响。
浓度对化学反应速率的影响是本节教学的重点。其原因是本节教学难点。这部分教学建议由教师引导分析。而压强、温度、催化剂的影响可在教师点拨下由学生阅读、讨论完成。
关于浓度对化学反应速率的影响:
1.联系化学键知识,明确化学反应得以发生的先决条件。
(1)能过提问复习初中知识:化学反应的过程就是反应物分子中的原子重新组合成生成物分子的过程。
(2)通过提问复习高中所学化学键知识:化学反应过程的实质是旧化学键的断裂和新化学键的形成。
(3)明确:旧键的断裂和新键的生成必须通过反应物分子(或离子)的相互接触、碰撞来实现。
2.运用比喻、图示方法,说明化学反应得以发生的必要条件是活化分子发生有效碰撞。
(1)以运动员的投篮作比喻。
(2)以具体的化学反应为例,让学生观看HI分子的几种可能的碰撞模式图(如制成动画教学软件加以模拟会收到更好的效果),进一步说明化学反应得以发生的必要条件。
3.动手实验,可将教材中的演示实验改成边讲边做,然后据实验现象概括出浓度对化学反应速率影响的规律。有条件的学校,也可由学生动手做,再由学生讨论概括出浓度对化学反应速率的影响规律---增大反应物的浓度可以增大化学反应速率。
4.通过对本节所设铁与盐酸反应的讨论,并当堂课完成课后“习题二、2”,综合运用本节所学内容反馈学生掌握情况,巩固本节所学知识。
摘要:以苏教版高中化学2专题2“化学反应速率”两节同题异构课为研究对象,对比分析了两节课的课题导入、概念建构、实验设计和课堂小结四个教学环节,并就优化实验的开发与设计、难点的化解与突破和问题的设置与处理提出了一些建议。
关键词:同题异构;化学反应速率;概念
同题异构是不同教师就同一课题进行课堂教学展示,同样的主题,不同的维度,多样的策略,教师在交流中碰撞思维、分享智慧,共同探讨教学的真谛。为更好促进教师专业成长、积累教学资源,本学期我们化学学科组织了苏教版高中化学2专题2“化学反应速率”一节内容的同题异构教研活动。本文就二节同题异构课,谈一些思考和感悟。
一、课题导入
老师甲:利用幻灯片向学生展示溶洞的形成、塑料的降解、钢铁的生锈、奥运的焰火、炸药的爆炸等图片,美丽的图片给学生提供了真实的场景,让学生直观感受化学反应有快慢之分,再设问学生比较它们的尺度,引导学生建立定量研究化学反应速率的意识。老师乙:请两位学生来完成一组对比实验,取两支大小相同的试管,分别加入1mL0.1mol/LKMnO4溶液,加人5滴相同浓度的硫酸溶液,同时分别向两支试管中加入2mL0.01mol/L和2mL0.2mol/LH2C2O4溶液,观察比较高锰酸钾溶液褪色的快慢。
二、概念建构
老师甲:从设问学生物理上如何给速率下定义类比到化学反应速率如何表示,启发学生得出化学反应速率的定义(v(B)=Δc(B)/Δt、单位(mol•L-1•min-或mol•L-1•s-1),教师指出化学反应速率是一段时间内的平均反应速率,如果Δt取值足够小就为瞬时速率;由于固体和纯液体的浓度为常数,不能用来表示某一反应的化学反应速率;同一时间间隔内,用不同的物质表示同一反应的反应速率数值虽然不同,但所表示的反应速率意义相同;通过习题让学生得出规律化学计量系数比等于反应过程中变化的物质的量之比,等于变化的物质的量浓度之比,也等于化学反应速率之比。老师乙:将0.01mol/L的KMnO4溶液与0.2mol/LH2C2O4溶液混合,再加入少许稀硫酸。由于发生下列反应,混合溶液的颜色会逐渐变浅直至变为无色。让学生观察不同时刻反应混合物中KMnO4的浓度,见表1,思考如何用数据表示该化学反应的速率。利用表1的数据学生可算出不同时间间隔内高锰酸钾浓度的变化,强调比较反应快慢的要素时间、浓度变化。在此基础上指出:通常用单位时间内反应物浓度的减少或者生成物浓度(常用物质的量浓度)的增加来表示化学反应速率。
三、实验设计
老师甲:设计了如下5组实验:(1)比较碳酸钠粉末、碳酸氢钠粉末和同浓度的盐酸反应的快慢;(2)比较Na2S2O3分别和不同浓度的稀H2SO4反应的快慢;(3)比较同浓度的Na2S2O3和同浓度的稀H2SO4在不同温度下反应快慢;(4)比较块状与粉末状的CaCO3和同浓度的盐酸反应的快慢;(5)比较H2O2在MnO2有无的条件下反应的快慢。老师乙:设计了如下4组实验:(1)比较相同大小的镁条和铁片与0.5mol/L盐酸反应;(2)比较Na2S2O3分别和不同浓度的稀H2SO4反应的快慢;(3)比较同浓度的Na2S2O3和同浓度的稀H2SO4在不同温度下反应快慢;(4)比较H2O2在少量MnO2、2滴0.2mol/LFeCl3溶液和一小块新鲜的动物肝脏及不加任何物质情况下反应的快慢。
四、课堂小结
教师甲:在课的结束时,先引导学生回忆本课所学内容,然后引导学生反思学会了哪些方法、形成了哪些观念,最后通过几个练习巩固测试学生对所学掌握程度,习题渗透了本节课的核心知识,也在提醒所学内容中的重点,实现了学生对化学反应速率的感性认识到理性认识的转变。教师乙:与教师甲相比,教师乙不仅引导学生反思本课所学内容,反思学会了哪些方法、形成了哪些观念,还特别重视学生问题意识的培养,他询问学生还有什么问题,学生回应后还设计了一个课后探究题:如何用所学的知识来加快合成氨工业反应速率,从而既让学生感受到学习的价值,又为下一节课的学习作了较好的铺垫。
五、教学感悟
1.实验的开发与设计化学实验的主要目的是帮助学生认知和促进学生学习,优秀的化学实验不仅能丰富学生认知手段,还能引领学生深入分析问题、探究原理,促进学生思维发展和能力提升。所以,在教学实践中教师不能以教材上的演示实验为教条,而是要结合不同版本教材、学生实际情况和学校的实验条件作必要改进,教师乙没有被课本实验束缚,充分整合实验资源,开发设计了新的实验,激发了学生的学习动机,丰富了学生的情感体验,为学生建构概念提供了生动形象的支架,有效地帮助学生认知和促进学生学习。2.难点的化解与突破难点是指学生不易理解的知识、不易掌握的技能技巧,或者是容易产生负迁移的学习内容。它犹如学生学习途中的绊脚石,阻碍着学生进一步获取新知和建构概念。本节教学内容的难点是用不同的物质表示同一时间间隔内同一反应的反应速率其数值虽然不同,但所表示的反应速率的化学意义是相同的。教学中教师甲巧妙地用物理上大小不同车轮表示拖拉机前进速率,虽然大小轮转的圈数不同但表示同一拖拉机前进速度,这样的难点化解和突破,化抽象为具体,变晦涩为浅显,降低了学生建构知识的难度。3.问题的设置与处理问题对于驱动学生开展探究活动和促进学生思维发展有着重要的作用。但不是任何问题都是有效的和具备引发思维功能的。只有把问题设置在学生的最近发展区,这样做既符合学生的认知水平,又可以有效激发学生的学习和探究动机,让学生通过合作研究、相互启迪中解决问题,并在此过程中学习新的知识、掌握规律。教师乙设计的问题有层次、有梯度,由表及里,让学生拾级而上,不断深入,这样让学生在思考和解决问题的过程中习得知识,发展思维。通过同题异构这个教研平台,让教师取长补短,使教师各显神通,启迪了教师思维,分享了教学经验,教师可以在交流中生成,在生成中建构,在建构中发展。
作者:陈伟 单位:江苏省奔牛高级中学
摘要:《化学反应工程》是化工类专业的核心课程之一,在化工类学生的培养过程中起着举足轻重的作用。本文结合不同类高等学校选用教材的特点和差异,并根据我校化工专业的特色,提出了《化学反应工程》课程教学的侧重点,并从我校特点、阐述方法和教学方式的改进、注重理论和实际的结合这三个方面对本课程的教学提出了改革方案,希望能为《化学反应工程》课程的教学改革提供参考。
关键词:化学反应工程;教学改革;教材;实施方案
《化学反应工程》课程是化工类及相关专业的核心课程之一,属于本专业重要的专业基础课和必修课,在化工类学生的培养过程中起着举足轻重的作用。化学反应工程是一门研究与化学反应工程相关问题的一门科学技术,是从上世纪30年代初萌生到50年代末形成的一门由过程控制、传递工程、物理化学、化工热力学、化工工艺学、催化剂等相关学科互相交叉互相渗透而演变成的一门边缘学科[1]。通过近几年的教学经验和调查研究发现,学生普遍认为化学反应工程是大学课程中最难学的基础课程之一,学习过程中发现理论计算公式复杂,反应器种类繁多,课程学习结束后感到一头雾水,抓不住重点。因此,面对这样一门课程,如何进行教学,让学生理解起来更加形象生动,从更本上改变化学反应工程的教学现状是我们目前的重要任务。本文结合不同种类高等学校选用教材的特点和差异,并根据我校化工专业的特色,提出了《化学反应工程》课程教学的侧重点,从多方面对本课程的教学提出了改革实施方案。
1《化学反应工程》教学在化工专业中的作用
化学反应工程的主要任务是研究化工生产过程中反应器内的反应规律和传递现象,使化学反应实现工业化生产的一门技术科学,是提高化工生产技术所必需的科学技术理论。化学反应工程在化学化工领域中起着举足轻重的作用,目前各种化学品的生产和应用无不借助于化学反应工程相关的理论知识。在20世纪40年代,一个化学反应过程的技术开发到真正的工业生产大概需要十年以上的时间,而现在只需要三到五年。此外,随着计算机技术的快速发展,中试试验的规模不断缩小,试验的次数也不断减少,大大加快了化工厂建设的步伐,降低了投资建设的成本[2]。因此,作为一门理论教学课程,将化学反应工程这门课程作为化工专业方向的重点课程进行建设,对于高等学校教学改革的促进、本科教学质量的提高、优秀化工专业人才的培养具有十分重要的意义。济南大学作为一所省部共建的大学,化学工程与工艺专业一直是本学校的特色学科,学校对化工类学生的培养目标一直是培养应用型高技术的人才,每年为我国的精细化工和石油化工行业输送大约240名高水平人才,对精细化工和石油化工行业的发展起到重要的作用。为此在化学反应工程教学过程中,我们紧密结合我校的特点和化工实际生产的需要,着重提升学生的反应工程知识储备,培养学生分析解决实际工程问题的能力,并在教学过程中不断地进行教学改革和实践,把课程、教材的理论研究和教学方法相结合,不断提升《化学反应工程》的教学效果。
2不同类型高校选用教材的特点和差异
直到20世纪70年代,化学反应工程的相关研究成果才开始被大量地介绍到国内,其中华东理工大学的陈敏恒教授,天津大学的李绍芬教授,浙江大学的陈甘棠教授,四川大学的王建华教授等是国内最早从事反应工程教学的学者。到了80年代以后,国内从事化学反应工程学科教学研究的队伍迅速壮大,并且化学反应工程的研究逐渐渗透到各种化工领域,与世界研究水平之间的差距也不断缩小,不同版本的教科书和各种各样的专著也相继出版。反应工程已经成为我国化工类专业学生的一门非常重要的专业课程。目前国内已有120所大学和科研单位培养化工类相关专业的人才,例如清华大学、天津大学、华东理工大学、北京化工大学、中国石油大学、南京工业大学、浙江大学、大连理工大学、四川大学、华南理工大学和济南大学等。目前化学反应工程学科正在蓬勃发展,由于国内高校地区和专业特色的不同,不同高校在化学反应工程教材选择上也存在差异,各有各的特点。作者就不同高校所使用的《化学反应工程》教材进行了汇总和分析。首先介绍一下陈甘棠教授主编的《化学反应工程》(第三版),这本教材是国内许多化工类高校选用的主要教材之一,随着我国在化学反应工程这一重要学科的教育方面日渐普及,该部教材自1981年第一版问世以来,已经出版到了第三版,受到广大化工类专业师生的好评[3]。该部教材的特点是着重基础,本书共分为十章,分别介绍了均相反应过程,包括均相反应动力学基础、均相反应器、非理想流动:非均相反应过程,包括气—固相催化反应过程、非催化两流体相反应过程、固定床反应器、流化床反应器;聚合反应过程,包括聚合过程的化学与动力学基础;生化反应过程,包括生化动力学基础、生化反应器。该部教材注重反应工程研究方法的介绍,在不同的章节内容中论述了反应工程学的发展方向,有助于读者进一步深入研究。朱炳辰老师主编的《化学反应工程》也受到国内很多工科类高校化工专业老师和学生的青睐。本部教材的第一版是由化学工业出版社于1993年出版,截至目前本部教材已经出版到第四版,其中第三版累计发行量高达32000册。《化学反应工程》第四版主要吸收了一些关于现代化学反应工程发展方向方面的知识,本部教材的主线是围绕化学反应与动量、质量、热量传递交互作用的共性归纳综合的宏观反应过程,以及如何解决反应装置的工程分析和设计。该书对近年来出现的化学反应新概念、新理论和新方法做了大量阐述。另外,对于国内一些偏工科的化工类高等院校,选用的教材大多数以郭锴老师主编的《化学反应工程》为主,本部教材的主要内容包括:均相单一反应动力学和理想反应器、复合反应和反应器选型、非理想流动反应器、气固相催化反应本征动力学、气固相催化反应宏观动力学、气固相催化反应固定床反应器、气固相催化反应流化床反应器、气液相反应过程与反应器、反应器的热稳定性和参数灵敏性。本部教材的特点是主要突出了该门课程的重点和难点,删除了一些与教学大纲联系不是十分密切相关的内容,并着重讲解解决化学工程问题的基本方法。除此之外,罗康碧老师主编的《化学反应工程》教材结合了理科和工科的综合优势,吸收了国内外相关教材的许多内容和好的经验,增添了一些反应工程研究方面的最新成果。另外,本部教材在贯彻“少而精”的原则上更注意删繁就简,将重点放在化工专业领域内共性的基本问题上,并且同时体现了其教学性。本部教材先重点阐述基本概念和基本原理,然后结合实际生产,详细论述各种常用反应器的设计方法,并列出详细的例题和课后习题,用于帮助学生利用所学到的反应工程原理去分析和解决实际应用问题。近年来,梁斌等老师主编的《化学反应工程》第二版也受到国内许多化工类高校老师和学生的欢迎。在本部教材中,主要内容是以《化学反应工程》、《反应器理论分析》及国内外相关优秀教材为基础,致力于培养学生的分析问题能力和提高学生的工程实际知识储备,减少了教材内容在模型分析上的过程描述,加强学生在建立模型方面的训练。另外,本部教材还增加了工业应用背景的实例分析和课后习题,在分析解答这些习题的过程中让学生充分掌握反应工程的基本原理和相关知识,使教学内容尽量与科学研究和工程实践同步。
3我校化工专业的特点和教学侧重点
济南大学的化学工程与工艺专业属于理论性和应用性兼顾的一门特色化工学科,本专业始建于1992年,前身为山东建材学院精细化工专业,1993年招生,是济南大学重点学科的重要组成部分,2007年被学校授予校级特色专业,2012年成为山东省品牌(特色)专业,现为山东省氟化学化工材料重点实验室依托专业之一。其中化学反应工程这门课是本专业重要的专业基础课和必修课,另外,化学反应工程课程的理论教学是本专业本科教学的重要组成部分,起着理论指导和基础知识培养的作用。另外,从学校每年安排的工程实习学时就可以看出,学校对学生的动手能力和实践能力提出了更高的要求。例如学校每年组织化学工程与工艺专业大三学生去山东金城医药化工有限公司进行生产实习,主要参观和学习2-甲氧羰基甲氧亚胺基-4-氯-3-氧代丁酸生产车间的反应器设计和工艺装置流程图。通过调研每年的学生生产实习效果发现:学生在学习完实际工业生产装置后,对课本上的基本概念和原理理解的更加透彻。根据我校化工专业的特点,在《化学反应工程》的课程教学上,我们选择的教材是郭锴老师主编的《化学反应工程》第二版。在课堂教学过程中我们的教学目标为:通过对反应工程理论的学习,能够运用化学反应工程的理论方法建立数学模型,优化设计反应器、或者改善化学反应场所、改进现有的化工生产工艺;进一步提高学生的理论联系实际的能力,培养学生判断和解决问题的能力,使学生学会研究的方法,为进入研究生学习打下良好的基础;掌握由化学动力学特性建立动力学方程、建立数学模型、优化和设计反应器及改进化工工艺的理论;运用化学反应工程的知识,能够进行基本化工反应装置反应器的设计。
4拟采用或已经实施的教学方法
化学反应工程具有跨接多种学科的特点,结合本校化学工程与工艺专业的特色和优势,笔者从以下方面进行了教学方法的改进。(1)结合我校特点济南大学在医药中间体工业化生产、氟化学材料合成、精细化学品制备和环境催化方向具有鲜明的特色和优势,已经发展成为以新产品开发、新工艺设计、新技术应用为特色的精细化工和化工领域高级人才培养、科学研究和新技术开发的重要基地之一,并多次获得国家科技进步奖和发明奖。因此,在本科教学过程中,要结合我校化工专业的特色,着重讲解气固相催化反应和气液相反应过程,并要求学生能够运用化学反应工程的知识进行基本化工反应装置或反应器的设计,进一步提高学生的理论联系实际的能力,培养学生判断和解决问题的能力,为社会培养优秀的化学化工(医药中间体、氟化学材料和精细化学品)相关人才。(2)阐述方法和教学方式的改进目前全国高等学校的教学方式还是以灌输式教学为主,老师主动讲,学生盲目听,导致课堂利用率低,学生学习效率不高。随着计算机技术的不断发展,多媒体技术在高校已经普遍使用,虽然这样可以改善课堂教学方式,丰富课堂教学内容,提高学生的学习兴趣,但是多媒体技术的使用导致每节课的授课内容大大增加,学生并不能高效率的吸收每节课中所有的知识点,导致在学期末时学生对这门课的了解程度并不高[4]。例如,我在第一次讲授《化学反应工程》这门课程时,由于讲课经验和技巧都很欠缺,所以在整个课堂教学过程中完全按照多媒体上的内容进行阅读,这样生硬的填鸭式的教学模式,导致整个课堂教学效果很差。因此这样的灌输式教学模式会导致学生盲目听从,其自主性和能动性大大缺失,所以在以后的教学过程中,我们要“授之以渔”,而非“授之以鱼”,这需要我们在教学方式上加以引导[5]。笔者认为改变这种填鸭式的教学模式,主要的突破口就是让学生参与到课堂教学过程中,充分调动学生的积极性并培养学生对本门课的学习兴趣。针对这一措施,笔者在教学过程中进行了一些探索和改进,取得了很好的效果。具体探索过程如下:在阐述一些基本概念和原理的时候,可以在课前让学生充分的查阅资料,然后在课堂上让学生进行讲解,在这过程中并进行充分讨论,最后老师做总结,并纠正学生的错误观点。这种“查阅资料-主题讨论-问题反馈”的教学模式,能够让学生参与到课堂教学过程中,让学生做课堂真正的主人,提高学生的主观能动性,改变填鸭式教学的不足。(3)注重理论和实际的结合在高校的课堂教学过程中,教科书是一种不可或缺的教学工具,但也不能作为唯一的使用工具,教科书在本科教学过程中只能作为一种辅助的工具。这样就要求老师在教学过程中要灵活应用教材,既不能完全拘泥于教材,也不能完全脱离教材,在讲清楚基本原理和基本概念的基础上,注重理论和实际相结合。在每一章的讲述过程中,把每一个知识点都与实际工业应用相互关联,并阐明其主要的热量传递、动量传递、质量传递及化学反应在实际过程中是如何应用的,以加深学生对每一个知识点的理解。另外,还要注意结合科研成果,对学科前沿知识进行讲解,让学生了解目前化学反应工程的研究动向,例如在讲解气固相催化反应本征动力学时,可以引入最新发表的经典文献,通过对文献的讲解,加深学生对气固相反应本征动力学的理解,知道如何来研究一个催化剂的本征反应活性。通过这种理论与实际相结合的方法,可以大大提高学生在课堂上的学习效率。在对《化学反应工程》课程教学方法不断改进后,获得了良好的课堂效果,这不仅对教师的教学能力是一种转变和提高,对化工类学生思维和能力的培养也具有重要的意义。
作者:高道伟 牟宗刚 陈国柱 李平 单位:济南大学化学化工学院
摘要:在初中阶段,化学是一门新学习的学科,学生对其的接受能力有限,为了提高初中化学的学习效率,初中的数学教师可以借用信息技术的手段提高化学的课堂教学质量。
关键词:初中化学;信息技术;课堂教学
一、在初中化学课堂教学阶段实用信息技术教学方式的意义
1.1初中化学课堂中应用信息技术提高学生对于化学课堂的兴趣
在初中阶段学习的化学知识更多的是对新生事物的探究以及兴趣,为此初中的化学教师应当积极的调动学生对于化学知识学习的兴趣,促使学生积极主动的参与到化学课堂之中,在传统的初中化学课堂上,化学教师往往采用填鸭式的教学方式,缺少自我探究的意识,对于学生的化学学习质量的提高有很大的影响,但是使用信息技术的方法优化化学课堂的讲解,使得初中生学习化学知识的时候课堂气氛活跃,在具体的化学实验的学习与认知的过程中积极主动的探究以及动手参与,提高化学课堂的氛围以及课堂教学的效率。
1.2利用信息技术设计初中化学课堂增强师生之间的课堂互动
在初中化学学习阶段,初中化学教师与学生之间的教与学是十分重要的,这样学生才能够将学习过程中遇到的问题实时了解,切实的解决,在初中的化学课堂上引用信息技术教学手段能够将学生放在化学课堂的主体地位,也方便了在课堂上学生向化学教师的提问,使得整个初中化学的课堂教学分给十分的活跃,学生对于化学的学习兴趣也被大大的提高。
二、初中化学课堂教学中应用信息技术的措施
2.1初中化学课堂中应用信息技术讲解化学的理论知识
在进行讲解初中化学的理论知识的时候,为了使得学生对于化学的基础知识有基本的认知,初中的化学教师应当利用化学实验演示的方法来使得学生对基础的化学知识有深刻的印象,在初中阶段,学生接触到的一些化学知识是具有一定的危险性的,在学习化学实验的时候利用信息技术手段能够使得学生对化学实验有基本的认知,对于化学实验进行过程中涉及到的化学知识也有更深刻的认识,借助信息技术手段可以将本堂课所涉及到的重要知识整合在一个ppt之中,学生在观赏ppt的时候对于本节课的重点有更直观的了解,信息技术手段的应用也方便了学生在自己的脑海中形成完整的知识结构,为日后的初中化学复习奠定良好的基础。在信息技术的辅助下,初中化学教师可以将自己搜集到的化学资料实时的分享给学生,在固定的信息化平台上,初中的化学教师与学生之间可以随时的进行交流以及沟通,在信息化的平台上,初中生对于自己遇到的问题能够更大胆的提出来,化学教师对这些问题的解答也比较迅速,有助于提高初中生的化学学习。
2.2在讲解初中化学实验的时候利用信息技术的措施
在初中阶段化学实验的教学对于提高初中生真正的化学综合能力有很大的帮助,但是初中的化学学习时间是有限的,学生的化学学习经历以及能力都受到了限制,为了使得初中生在初次接触化学知识的时候对于化学实验有正确的认识,初中的化学教师可以利用信息技术来向学生展现化学实验,在信息技术的辅助下,初中生对于化学知识的了解与认识是多方面的,初中化学教师展示化学实验的途径是多样化的,突破了初中化学实验教学中存在的限制。为了合理的利用初中化学的实验教学资源,初中的化学教师应当对学校内的化学资源进行综合的整合,充分的利用信息技术,让学生通过信息技术手段全方位的进行化学实验的了解,在条件允许的情况下,初中的化学教师可以组织学生亲自东少进行一些化学实验,使得学生从多个角度认识到化学实验的设计、进行以及后续结果的分析。
2.3初中的化学教师利用信息技术优化课堂教学环节
在这一过程中,初中的化学教师应当提高自己的教学水平,从新课程改革的教学目标出发,对信息技术手段如何融入到初中化学课堂中进行深入的思考,思考学生在化学课堂学习中的体验感,使得学生养成正确的化学学习态度以及化学学科学习的自信心。不仅如此,初中的化学教师对自己信息技术应用能力进行专业的学习与提高,这样初中的化学教师才能够从中进行科学的化学课堂教学环节设计,吸引学生对于化学课堂的兴趣,积极的参与到化学教师设计的课堂教学环节之中,使得初中生的化学课堂学习效率大大提高。
三、总结
在初中阶段,化学是新加入到其中学科,是一门比较综合并与实际生活有密切的联系的学科,为了使得初中生在中学阶段学习化学知识的时候养成良好的学习习惯,初中的化学教师应当突破传统的化学教学弊端,对化学课堂教学环节进行优化与完善,使得初中的化学课堂教学效率大大提高,为此,初中的化学教师应用了信息技术手段对化学课堂的教学环节进行设计与优化,提高了化学课堂的教学效率以及教学质量,使得化学知识能够以具体的形式展现在初中生的面前,真正的丰富初中化学课堂的教学形式以及教学活动,给初中生的化学学习带来全新的体验,并且,利用信息技术手段使得初中化学知识结构体系更加完整的展现在初中生的面前,增强了初中生的化学复习效率以及学习的质量,为师生之间的情感交流以及问题交流建立了良好的通道,有助于提高初中生的化学学习综合能力。
作者:杨晓珂 单位:江苏师范大学附属实验学校
一、温度对化学反应速率的影响
温度对化学反应速率的影响比较直观、显著,其影响效果一般分为以下五种。第一种是最常见的,它是指化学反应速率与温度间呈现指数关系,即随着温度的升高,化学反应速率呈现出加快的趋势,比如盐酸和烧碱的反应。范特霍夫是首位提出温度与化学反应速率常数间影响关系的化学家,而他研究的正是第一类反应。范特霍夫指出,在反应物浓度一定的情况下,温度每升高10K,化学反应速率会随着加快2~4倍,相应地,化学反应速率常数也会增加2~4倍。第二种是爆炸极限反应,也就是说,当温度升高时,K增大,但达到极限时,K增加得非常快,甚至会引起爆炸。第三种是常见的催化反应,在这类反应中,温度是通过影响催化剂的活性来影响反应速率的。例如,Fe这种催化剂的活性,从500~550℃开始,随着温度升高,活性逐渐增强,并且当催化剂Fe达到最大活性值时,化学反应速率最大,而超过这一极限对应的温度时,Fe的活性会随温度升高而下降,此时化学反应速率常数也会随着减小。第四种类比较反常,比如2NO+O2——2NO2,当温度升高时,化学反应速率反而会降低。第五种指的是温度变化会改变化学反应的生成物,会致使副反应的发生或者反应复杂化,在这类反应中,化学反应速率常数的变化趋势较为复杂,通常有起有伏,较难把握。
二、溶剂对化学反应速率的影响
溶剂是影响化学反应速率的重要因素,而考虑溶剂对反应速率的影响结果时,通常要综合分析,即全面考虑溶剂的极性,溶剂介电常数,原电池原理等。换言之,溶剂对化学反应速率的影响主要表面在以下四方面。第一,如果一个化学反应,它的生成物的极性大于反应物,那么在极性溶剂中反应速率较大,相反地,如果生成物的极性小于反应物,那么在极性溶剂中化学反应速率会减慢。第二,在化学反应中,溶剂的介电常数越大,表示着离子间的吸引力越弱,所以溶剂的介电常数越大,离子间的化合反应越难进行。第三,当化学反应是金属与电解质溶液间的反应,若金属中含有杂质,那么将形成原电池,而这将加快化学反应速率。第四,如果反应物都是电解质,那么在稀溶液下,溶液中的离子强度直接影响着化学反应速率,也就是说,若溶液中存在其他离子,则将会对反应速率产生影响。
三、催化剂对化学反应速率的影响
催化剂对化学反应速率的影响主要通过改变反应途径、降低活化能等来实现的,而催化剂的种类,表面状态,表面性质等都对化学反应速率有显著影响。就催化剂种类而言,催化剂有普通催化剂和负催化剂之分,其中负催化剂的作用效果是阻碍反应进行,也就是说当温度升高时,化学反应速率会降低,比如保鲜剂和防腐剂。而催化剂的表面状态是催化剂的物理性质,它主要包括催化剂的表面积、表面孔径大小。通常情况下,催化剂的表面积越大、表面空穴越多,催化剂的活性就越大,相应地,化学反应速率常数就会越大。比如在H2O2的分解反应中,不同状态的铂催化剂对反应速率的影响不同,具体而言,在粉状铂的催化下,H2O2分解反应速率快于丝状铂,而丝状铂催化下的反应速率快于块状铂。另外由于铂黑是铂的胶体分散状态,活性比粉状铂、丝状铂都大,所以在它的催化下可能会使H2O2的分解反应伴随着猛烈爆炸。
结束语
研究影响化学反应速率的因素及其影响结果,具有重大意义。一方面,探究的过程就是学习和巩固的过程。在教师教学完成后,再进行实验,再归纳总结相关知识,不仅有利于温故知新,增强我们的学习效果,还有助于我们学生分析、探究等能力的提高。另一方面,这有助于教学评价,有利于教师教学。其实,研究结果能反应出我们学生的学习成效、探究能力以及学习态度,而了解这些,能在极大程度上帮助教师认识到我们学生的优点以及不足,有助于因材施教。
作者:蒋妍雯
化学反应总是在一定的条件下发生,当反应条件改变时常常会导致化学反应产生不同的现象和产物,正所谓“失之毫厘,谬以千里”,下面就条件改变会导致化学反应产生不同的现象和产物的主要反应类型进行归纳和总结。
一、反应物用量不同导致现象和产物不同
1.“未充分反应产物”能与过量的酸(或碱)继续反应生成新的化合物。例如:(1)NaHCO3溶液与少量的Ca(OH)2溶液反应生成Na2CO3、CaCO3和水,NaHCO3溶液与足量的Ca(OH)2溶液反应生成NaOH、CaCO3和水;Ca(HCO3)2溶液与少量的NaOH溶液反应生成NaHCO3、CaCO3和水,Ca(HCO3)2溶液与足量的NaOH溶液反应生成Na2CO3、CaCO3和水。(2)铝盐与强碱溶液反应:强碱少量时生成Al(OH)3白色沉淀;强碱过量时则生成偏铝酸盐无色溶液。(3)偏铝酸盐与强酸溶液反应:强酸少量时生成Al(OH)3白色沉淀;强酸过量时则生成铝盐无色溶液。(4)Na2CO3溶液中滴加稀盐酸反应:当滴加少量的稀盐酸时生成NaHCO3溶液;当滴加足量的稀盐酸时则有无色的CO2气体生成。(5)往澄清石灰水中通入CO2气体:通入少量CO2气体时生成CaCO3白色沉淀;通入过量CO2气体时则生成Ca(HCO3)2五色溶液。(6)多元弱酸与强碱溶液反应:当碱的用量不同时可能生成不同的酸式盐或正盐,例如:H2CO3与NaOH反应,二者的物质的量之比由1:1逐变为1:2时,主要产物由NaHCO3逐渐变为Na2CO3;H3PO4与NaOH反应,二者的物质的量之比由1:1逐变为1:3时,主要产物由NaH2PO4逐渐变为Na2HPO4,直至变为Na3PO4。(7)五氯化磷水解,当水的量较少时五氯化磷部分水解生成POCl3和HCl;当水的量较多时五氯化磷全部水解生成H3PO4和HCl。2.“未充分反应产物”能与过量的氧化剂(或还原剂)继续反应生成新的化合物,特别是某些元素具有可变化合价,随着反应物用量的不同,可能生成不同价态的化合物。例如:(1)硫化氢与少量氧气反应时生成硫单质和H2O硫化氢与足量氧气反应时生成SO2和H2O。(2)木炭与O2、H2O、CuO等氧化剂反应时,木炭不足时生成CO2木炭充足则生成CO。(3)烃类燃烧时,氧气不足生成C、CO和H2O氧气充足则生成CO2和H2O。(4)磷在少量的氧气中燃烧生成P2O3,磷在足量的氧气中燃烧生成P2O5;磷在少量的氯气中燃烧生成PCl3,磷在足量的氯气中燃烧生成PCl5。(5)稀硝酸与少量铁反应生成NO和Fe(NO3)3;稀硝酸与足量铁反应生NO和Fe(NO3)2。(6)FeBr2溶液中通入Cl2反应,当FeBr2与Cl2的物质的量之比为2:1时,产物为FeBr3和FeCl3,当FeBr2与C12的物质的量之比为2:3时,产物为Br2和FeCl3;FeI2溶液中通入Cl2反应,当FeI2与Cl2的物质的量之比为1:1时,产物为I2和FeCl2当FeI2与Cl2的物质的量之比为2:3时,产物为I2和FeCl3。3.未充分反应产物能与过量的反应物发生其他类型的反应。例如,硝酸银与稀氨水反应,当氨水不足时生成氧化银沉淀;当氨水过量时因发生配合反应而生成银氨溶液。又如,往沸水中滴加饱和三氯化铁溶液制氢氧化铁胶体时,滴加少量饱和三氯化铁溶液即可制成氢氧化铁胶体,若滴加过量饱和三氯化铁溶液则会因为过多的FeCl3产生带电的离子,使得胶体发生聚沉,生成Fe(OH)3沉淀。
二、反应物浓度不同导致反应现象和产物不同
一些物质的部分性质在浓度不同时会表现出不同的强度,由此可导致反应生成不同的产物。1.不同浓度的氧化性强酸的氧化性不同,它们与金属反应时会产生不同的现象和产物:浓硝酸与铜、锌等金属反应时,产生红棕色气体,HNO3被还原为NO2;稀硝酸与铜、锌等金属反应时,产生无色气体,HNO3被还原为NO;常温下浓硝酸不与铁和铝反应(钝化),而稀硝酸则能与铁和铝反应生成相应的硝酸盐、NO和H2O;C与浓硝酸反应生成NO2、CO2和H2O,而C与稀硝酸反应生成NO、CO2和H2O。又如,浓硫酸能与铜反应生成CuSO4、SO2和H2O,而稀硫酸则不会与铜发生反应;常温下浓硫酸不与铁和铝反应(钝化),而稀硫酸则能与铁和铝反应生成相应的硫酸盐和H2;浓硫酸与锌反应生成ZnSO4、SO2和H2O,稀硫酸与锌反应生成ZnSO4和H2;炭与浓硫酸反应生成SO2、CO2和H2O,而炭与稀硫酸则不能反应。再如,MnO2与稀盐酸不反应,而与浓盐酸在加热条件下却能反应生MnCl2、Cl2和H2O。2.在氧化反应中,氧气含量的多少也会导致反应的剧烈程度不同。如,铁丝、铜丝和铝箔在空气中加热虽然都会被氧化成相应的金属氧化物,但不能燃烧,若将铁丝、铜丝和铝箔伸入盛有氧气(或富含氧气的空气)的集气瓶中点燃却都能剧烈燃烧。
三、温度不同导致现象和产物不同
在许多化学反应中,温度对反应的影响是不可忽略的关键问题,其中有些反应及产物的不同是因为产物在不同温度下的稳定性不同而造成的。例如:(1)钠与氧气在常温下反应生成灰白色的Na2O,而在加热或点燃条件下则生成淡黄色的Na2O2。(2)炭与足量的氧气反应通常生成CO2,但在高温下氧气不足的条件生成CO;铁在氧气中燃烧通常生成黑色的四氧化三铁,但在高温(例如炼钢时在钢水中吹氧)时生成氧化亚铁。(3)氯气通入冷的NaOH溶液中生成NaClO和NaCl,氯气通入热的NaOH溶液中则生成NaClO3和NaCl。(4)硝酸铵受热分解反应在不同温度下产物不同:110℃时生成NH3和HNO3;185~200℃时生成N2、O2和H2O;400℃以上时生成N2、O2和H2O同时有弱光;400℃以上时,生成N2、NO2和H2O并发生爆炸。有些反应则是由于反应物本身对温度的敏感性不同造成的。例如:(1)苯的硝化反应对温度的要求十分严格,因此需要水浴加热控制温度在55~60℃,如果温度超过60℃,将有二硝基苯、苯磺酸等生成。(2)五氧化二磷与冷水反应生成HPO3,与热水反应则生成H3PO4。(3)乙醇与浓硫酸混合加热到170℃左右时,乙醇发生分子内脱水生成乙烯;如果是加热到140℃,乙醇发生的则是分子间脱水生成乙醚。
四、反应物状态不同导致现象和产物不同
对于相同的反应物在不同的聚集状态下,反应可能发生,也可能不发生。例如:(1)铁丝、铜丝和铝箔在空气中加热虽然都会被氧化成相应的金属氧化物,但不能燃烧;而在空气中加热铁粉、铜粉和铝粉则都能燃烧。(2)氯化钠和硝酸钠在溶液中都不会与硫酸反应,而氯化钠和硝酸钠固体与浓硫酸在微热条件下可以分别生成盐酸和硝酸。(3)在气相条件中,碘化氢和硫反应生成硫化氢和碘,在溶液中反应反向进行硫化氢和碘反应生成碘化氢和硫的反应。
五、介质不同导致反应现象和产物不同
1.相同溶液不同溶剂对反应的影响。例如,卤代烃与氢氧化钠的水溶液共热发生取代反应生成相应的醇和卤化钠;而卤代烃与氢氧化钠的醇溶液共热发生的则是消去反应生成相应的烯烃(或炔烃)及卤化钠。2.介质的pH对反应的影响。例如,高锰酸钾在不同酸碱条件下的氧化性不同,导致其在不同酸碱条件下反应的产物也不相同,在碱性溶液中生成MnO42-,在中性溶液中生成棕色的MnO2固体,在酸性溶液中生成肉色(近乎无色)的Mn2+。又如,醛类物质与新制Cu(OH)2悬浊液反应时,只有在碱性环境中反应才能生成砖红色的Cu2O沉淀。3.原电池中不同电解质对电极反应的影响。例如,同是甲醇氧气燃料电池,其电解质分别为KOH溶液、H2SO4溶液、熔融碳酸盐和掺杂Y2O3的ZrO3的固体电解质时,其电极反应式各不相同。
六、滴加等操作顺序不同导致现象和产物不同
1.往AlCl3溶液中逐滴滴加NaOH溶液时,产生白色沉淀Al(OH)3,当沉淀量达最大值后继续滴加NaOH溶液,白色沉淀逐渐溶解最终完全消失生成NaAlO2;而往NaOH溶液中逐滴滴加AlCl3溶液时,产生白色沉淀,但白色沉淀立即消失生成NaAlO2,若继续滴加AlCl3溶液又会出现白色沉淀Al(OH)3。2.往NaAlO2溶液中逐滴滴加稀盐酸时,先产生白色沉淀Al(OH)3,当沉淀量达最大值后继续滴加稀盐酸,白色沉淀逐渐溶解最终完全消失生成NaAlO2;而往稀盐酸中逐滴滴加NaA-lO2溶液时,产生白色沉淀,但白色沉淀立即消失生成AlCl3,若继续滴加NaAlO2溶液又会出现白色沉淀Al(OH)3。3.往Na2CO3溶液中逐滴滴加稀盐酸时,开始一段时间无气泡产生,当滴加的稀盐酸达一定量时才产生无色气体CO2;而往稀盐酸中逐滴滴加Na2CO3溶液时,立即产生无色气体CO2。4.向Na2SiO3溶液中滴加稀盐酸,产生白色胶状沉淀;向稀盐酸中滴加Na2SiO3溶液,形成无色透明溶液(胶体)。5.向NaI和CCl4的混合液中滴加少量氯水,振荡后CCl4层显紫色;向氯水中滴加少量NaI和CCl4的混合液,振荡后CCl4层仍是无色,因为过量的氯水将碘单质氧化成碘酸。七、其他条件导致反应现象和产物不同光照、微波辐射、磁场,超声波等可以使反应物分子中的特定部位活性增大而影响反应现象和产物。例如,用FeCl做催化剂时,苯与氯气发生取代反应生成氯苯;紫外光照射条件下,苯与氯气发生加成反应生成六环己烷。此部分由于超出中学化学考纲要求,故简单了解即可。
作者:寸待罗 单位:腾冲市民族完全中学
1教学方法改进
1.1由于化学反应工程公式较多,完全采用多媒体教学,学生感到眼花缭乱,采用板书教学,更能帮助学生掌握化学反应工程的基本理论。在教学中始终强调物料衡算和热量衡算,它们贯穿反应工程理论公式推导的全部。虽然在化工原理和物理化学中都学过这些基本方法,但在运用中学生还不能熟练掌握。在釜式反应器与理想反应器的计算中,每一个公式的推导中都从基本出发,培养学生的基本功,只要掌握了基本方法,对于非恒温反应过程的问题也能很好的解决[6]。在教学中注重类比方法,减少学生记忆公式的负担。例如在讲解第二章的内扩散有效因子时需建立物料和热量传递的微分方程,注重球形颗粒物料反应-扩散方程的基本方法,强调推导过程中易出现的问题,再通过类比的方法得到热量反应-扩散的方程。改变方程的形式,给出球形、柱状、片状催化剂统一的反应扩散方程,便于学生类比记忆,减少公式推导的繁琐。在讲解气固相催化反应工程时,再把柱状催化剂的反应扩散方程类比引申到二维固定床反应器的计算。讲解均匀表面吸附动力学时,类比反应物吸附和产物脱附动力学的最终形式,便于理解过程的推动力,使学生更深入的了解反应推动力和平衡的概念。
1.2在教学过程中,第五、六章、流化床反应器的内容采用多媒体教学,在教学过程中更多的展示各类工业反应器的结构,特别是显示反应器的内部结构,并以实际化工生产中的实例反应器为例说明反应器各部件的作用。由于工业反应器的设计计算较为复杂,在这部分主要介绍计算方法,采用多媒体能节约教学时间。在教学中注重讨论互动,虽然化学反应工程更多的强调计算,但对实际反应器的性能分析是提高工业生产效率的有效方法[7]。比如以汽车工业的尾气净化器为例,介绍尾气的温度,发动机的工作情况、实际催化转化器的活性组成和形状,发动学生讨论汽车尾气净化器所包含的化学反应工程知识。化工中反应器的多维设计计算基本上都是通过计算机完成的,很少有人工计算设计整个工艺,利用计算机设计可以对不同的反应参数进行对比以达到节能、经济的目的。由于教学条件和学生能力的限制,现阶段只能采用由老师在电脑上演示利用计算软件进行反应器的设计计算和优化,可以采用AspenPlus、PROii等成熟的化工流程模拟软件计算稳态操作条件下的反应器的工艺参数,也可以采用FEMLAB计算多维反应器的模拟计算,把学生从枯燥的计算工作中解放出来,使学生有更多的时间去分析反应器的性能和优化,提高学生对反应工程的兴趣[8]。
2改变考核方法
化学反应工程的考核中计算量较大,由于考试时间的限制,学生不可能做一些非等温的计算,这样就不利于培养学生的实践能力。为此,在平时的教学中把学生分组,给出不同的参数,要求学生按组完成一些需用计算机完成的计算问题,加强对学生的锻炼。为了强调学生的听课效果,有时会当堂做一道小题,要求学生在10min内完成,既能督促学生认真听课,又能起到考勤的效果。在期末考核上,加大化学反应工程基本概念和反应器特征分析的考核量,防止学生死记硬背公式,过后就忘。总之,化学反应工程作为一门工程课程,它的最终目的是培养学生设计、分析化学反应器的实践能力,由于现代高等教育的教学学时减少,学生的计算能力不足,采用老的教学方法不能有效的提高学生的能力,这就需要不断的进行教学内容和教学方法的改进,使学生的化学反应工程基本理论更扎实,分析工程问题的能力更强,为现代化工生产和反应器开发研究提供优秀的人才。
作者:龚彦文 程雪妮 李晨 单位:河南工业大学化学化工学院
一、利用多媒体技术,提高课堂教学效率
虽然高等教育的大众化给高校教学工作带来了很大困难,但现代化教学手段也为提高教学质量带来了新的机遇。计算机的迅速发展和广泛应用为课堂教学提供了新的教学工具,可以利用多媒体将文字、公式、图表、动画、录像等制作成PPT,利用课件向学生进行讲解。使用多媒体课件进行授课的优点不仅在于可以通过多种媒介传播知识,而且书写规范、字迹清晰,可以激发学生的学习兴趣。更重要的是采用多媒体教学可以节省大量的板书时间,从而提高课堂教学效率。教学实践表明,与板书相比,采用多媒体授课教学效率可提高一倍以上。另外,采用多媒体教学,学生在课堂上不需要做笔记,只需要将课件拷回去,课下就可以复习和自学。这种教学手段彻底改变了传统的板书教学方式。
二、利用网络技术,提高学生课后学习效果
互联网的出现和普及在传统的课堂教学之外搭建了一个新的教学平台,可以利用网络技术,将各种教学资源,如多媒体课件、例题与习题、习题解答和历年试题等上传到课程网站上,即便学生在课上听不懂或者由于种种原因没去上课,课下可以利用网络复习和自学。另外,利用网络技术还可以在学生和教师之间搭建一个互动平台———“在线答疑”栏目,学生可以匿名的方式登录,提出自己的疑问,由教师在线解答。这样,即便是在课下,学生和教师也可以进行教学互动,从而扩展了课堂教学的时间和空间。这种方式还解决了一些不愿意当面提问题学生的疑问。使用课程网站进行教学需要注意网络的维护和教学资源的更新,确保网络通畅。另外,如果习题解答包含了作业题,那么这部分要逐步开放,即在学生没有完成某一章节的作业之前,这部分的习题解答是不可见的,只有学生交了作业以后再将这部分习题解答公开。
三、学生根据自己英文水平选择授课形式
双语教学对于教师和学生都是一个极大的挑战。由于化学反应工程这门课的难度大、理论性强,即便是中文授课也有相当一部分学生听不懂,如果完全采取双语教学,就很难保证教学效果。随着高等教育大众化的程度越来越高,学生的英语基础也越来越差,能够接受双语教学的学生也越来越少。因此,有必要开设两种课堂,一种是双语教学;另一种用纯中文授课,让学生根据自己的英语水平自主选择,以听得懂、能学会为原则。同时,对于选修双语课的学生在学分上给予适当提高(比如选修非双语课的给2个学分,选修双语课的给2.5或3个学分等),以鼓励学生选修双语课程。另外,在课程进度安排上,非双语课堂比双语课堂提前一周开课,这样学生可以先在非双语课堂上将需要学习的化学反应工程理论知识弄懂,然后在上双语课堂进一步巩固和深化对所需理论知识的理解,同时也更容易接受双语课堂上的英文讲解,有助于提高学生对英文教学的理解能力。这样既保证了学生对所学理论知识的理解,又保证了双语教学的效果。需要注意的是,这样做需要将双语课和非双语课安排在不同的时间上课。
四、改革教学方式,激发学生学习积极性
传统的教学方式是教师站在台上讲,学生坐在下面听,在这种教学模式中,学生处于被动地位,很难集中精力跟上教师的思路,更别说积极主动地思考了。虽然可以通过提问提高学生的注意力,但大多数学生因为害怕答错并不配合。因此,这种教学方式不利于提高学生学习的积极性和主动性。教学实践表明,很多学生对教师讲什么内容并不感兴趣,但对教师讲课过程中出的错误(口误或PPT中的文字错误)非常感兴趣,似乎挑出的错误越多就越显示自己的能力,这实际上是学生的一种“反叛”心理。可以利用这种心理来激发学生的学习积极性。在制作课件时故意“埋伏”一些小错误(可以是一些符号错误、文字错误或者是一些计算结果错误),让学生提前将课件拷走,有足够的时间去研究,讲课的时候鼓励学生挑错,每挑出一处,平时成绩加1分。学生为了能够挑出课件中的错误就会很认真地看、研究课件,无形之中激发了学习积极性。学生在研究课件过程中会发现一些理解不了的问题,教师在课上可以有针对性的加以讲解。采用这种教学方法不仅可以提高课堂教学效率,而且使学生的学习变被动为主动,使学生自主地学习新内容,从而充分激发了学生学习的积极性和主动性,课堂教学也随之变得生动活跃起来。
五、结语
高等教育的大众化给高校的教学工作带来了很大的困难和挑战,但现代化教学手段也提供了高效、灵活的教学工具。只要科学合理地利用好各种现代化教学手段,结合教学方法和教学模式的改革,就一定能够克服这些困难和挑战,从而将中国的高等教育事业推向一个新的阶段。
作者:范宝安 童仕唐 毛磊 俞丹青 单位:武汉科技大学
1一切平衡都只是相对的和暂时的,化学平衡只是在一定的条件下才能保持平衡
一旦维持平衡的外界条件(如温度、压力、浓度等)发生改变,这种平衡状态就会遭到破坏。气体混合物中各物质的分压或液体溶液中各溶质的浓度就会发生变化,直到与新的条件相适应,其结果必然是在新的条件下建立起新的平衡状态。这种因外界条件的改变使化学反应从原来的平衡状态转变到新的平衡状态的过程叫做化学平衡的移动。导致化学平衡发生移动的因素有哪些呢?对于反应各物质在任意浓度(或分压)下的任一反应体系,当发生1mol反应时,其吉布斯自由能变:此式即为化学反应的等温方程式,由等温方程式可看出;当Q<K时,ΔrGm(T)<0,反应正向进行;当Q=K时,ΔrGm(T)=0,体系达平衡状态;当Q>K时,ΔrGm(T)>0,反应逆向进行。可见,若使平衡发生移动,必须使Q≠K。其途径有两个,一是改变反应物或生成物的分压或浓度,这可改变反应商;二是改变反应的温度,从而改变K。同样我们也是利用化学反应等温方程来判断化学平衡移动的方向。在不同的可逆反应中,判断一个化学反应自发进行的判据,归根到底是ΔrGm来判断,但是对于不同的化学反应,它的表现形式各不相同,现分别说明。
2针对沉淀溶解反应
根据化学热力学等温方程式,有:比较Q与Ksp的相对大小,可得如下结论:①当Q>Ksp时,ΔrGm(T)>0,溶液为过饱和溶液,反应向沉淀方向进行;②当Q=Ksp时,ΔrGm(T)=0,溶液为饱和溶液,处于沉淀溶解平衡状态;③当Q<Ksp时,ΔrGm(T)<0,反应向着溶解方向进行。可此可见针对不同的化学平衡,判断的形式发生了相应的变化,但是归根到底还是利用反应的吉布斯自由能来判定。
3针对氧化还原反应
根据吉布斯自由能与原电池的电动势之间的关系ΔrGm=-nFεΔrGm=-nFε由判断化学反应自发的唯一判据可知:ΔrGm<0,氧化还原正向自发进行;ΔrGm=0,氧化还原反应达到平衡状态;ΔrGm>0,氧化还原正向反应不自发,逆向自发。根据上面推导的吉布斯自由能与原电池的电动势之间的关系,可知:ε>0,氧化还原正向自发进行;ε=0,氧化还原反应达到平衡状态;ε<0,氧化还原正向反应不自发,逆向自发。这样我们就可以直接根据两个电对的电极电势来判断一个氧化还原反应能否自发进行,从而在能量学的角度了解一个给出的氧化还原反应有没有将化学能转化为其他形式的能量的可能性。
4结语
从上面的分析,可以看出判断一个化学反应自发进行的判据就只有一个———吉布斯自由能,但是在研究不同的化学反应时,他有不同的判定形式,然而归根到底还是由吉布斯自由能决定的。通过几年的教学研究,笔者体会到,要让学生牢固的掌握专业知识,不光要逐个将概念讲解清楚,还要进一步对相关相似概念加以区分巩固,这样便于知识的条理化,清晰化,这样知识点就易于理解,这样就可以激发学生的学习兴趣,使得教学课堂更有效果,在有限的课时内达到良好的教学效果。
作者:潘勤鹤 智霞 张才灵 尹学琼 单位:海南大学材料与化工学院
一、理顺课程基本线索,精选课程主要内容
本科《化学反应工程》课程的教学目标要求教师应从教材内容的组成,章节的编排体系,各部分内容的份量和侧重等方面,依据不同专业学习的特点,对课程进行适当的梳理。我校现用教课书为陈甘棠主编的“十一五”部级规划教材《化学反应工程》第三版,此书内容系统,易于掌握。同时还选择李绍芬教授编写的“九五”部级重点教材《反应工程》作为教学参考书,此书最大的特点是编入大量生产实际反应的例题和习题,这种理论联系实际的题型,能提高学生的学习兴趣和联系实际的能力。这两本书的编排体系有所不同,学生在学习过程中可以通过比较,更深地理解反应工程的实质。在教授内容的选择上,《化学反应工程》的基础知识,教师应该重点讲授,教学上可安排较多学时,为后续的学习打下坚实的基础。在其他课程学习过的内容如化学反应速度等概念,教师应做概括性介绍,把主要精力放在新知识和学过知识的应用拓展上。部分章节学生可在教师的安排指导下有目的、有计划地在课外进行自学。生化反应工程基础等章节则可以完全不讲。与此同时,学校还根据我校煤化工的特点,以讲座形式聘请客座教授为学生授课,列举典型生产实例进行讲解和分析,提高学生分析和解决实际生产问题的能力。应用化学专业进行科研实践周活动,让学生在科研实践周里熟悉反应器的选型与优化操作。通过对课程内容的精选和课程线索的梳理,使学生在学习过程中具有很强的针对性,大多数学生都能很好的掌握课程的重点内容和要求。
二、精心组织教学方法,采用多种教学手段
《化学反应工程》内容繁杂,难点较多,有基本的概念描述,也有枯燥的公式演绎。为了保证学生对基本概念能准确理解,基本方法能学以致用,就要对教学方法和教学手段进行改革。教师要精心研究教学方法,采用多种教学手段,满足少学时多内容的教学任务,做到各章节重点和难点突出,使学生易于理解和掌握。首先,在讲课方式上,应用不同的教学方法,充分体现教师“启发引导”和学生“积极主动”的现代教育基本原则。采用启发式教学法,使学生在学习过程中始终处于积极的思维状态。在启发式教学的基础上,针对不同章节可采用对比法、归纳法、提问法等方法来调动学生的学习积极性和主动性。如通过具体事例的讲解,应用对比与归纳法结合的方法对均相反应器型式和操作方法进行评选。对于某些有难度同时又在几种情况下反复出现的概念,采取学生和老师现场探讨形式,而后由学生自己总结结果。这样活跃了课堂教学气氛,提高了教学效果。再次,采用灵活多样的教学手段是教学方法改革的重要措施。根据授课内容的特点,有选择性地使用多种手段进行教学可以起到事半功倍的效果。多媒体在教学上应用,可以将工厂一些实际例子和生产现场搬到课堂,学生通过逼真的影像资讯不仅可以看清楚反应器的内部结构,同时也能了解反应器内传质与传热状况,对于反应器的设计、放大与优化建立必要的感性认识。如对合成氨反应器内部结构和流体流动的展示,激发了学生对反应工程课程的学习兴趣和学习热情。经过近两年多位老师的共同努力,本课程多媒体教案制作完成,经过课堂的使用,同学们反应良好,可以明显地提高教学效率。
三、加强工程技术观念,做到理论实践结合
重视理论和实践结合将是提高教学质量的一个关键过程。因此在理论教学中,我们必须积极引导学生树立和强化工程观念,加大理论和实践相结合力度。学生在课堂上领悟到所学知识的用武之地,就会表现出更高的学习热情,收到意想不到的学习效果。在教学过程中我们在这方面进行了改革尝试,具体做法是:一方面,教学内容和实际生产相结合。在教学过程中,我们注意选择实际生产中与基本教学内容密切相关并具有代表性的事例进行剖析、讲解,帮助学生对《化学反应工程》课程的理解。例如我们以淮化集团合成氨生产工艺为例,通过有针对性地对生产过程进行分析,使同学们对所学理论知识有了更深的理解和巩固。另一方面,教学内容与科研、专业实验相结合。我们利用专业实验和教师的科研活动,把课程教学从较为抽象的理论变成易于理解和直观的实际过程,加深学生对概念和原理的理解,加强学生的工程观念。有些授课教师把自己的科研与课程有关内容紧密地结合起来,将一些案例引入课堂教学,让学生学习反应工程科研思路方法,并且让部分学生参与到自己的科研活动,学生通过自己动手更深地体会本课程的精髓。近年来,随着我校“对甲酚催化氧化制对羟基苯甲醛研究”、“软化学法制备共掺杂二氧化钛光催化剂的研究”等课题研究的深入,在参与科研工作中,学生大大提高了感性认识和动手能力,培养了学生构建创新思维的能力。不少学生通过参与科研工作这个活动,对《化学反应工程》课程产生了浓厚的兴趣,并且通过自己的努力,在化学工程方向继续进一步的深造。《化学反应工程》是一门最能体现化学工程与工艺特点的学科,让学生在短时间内掌握并运用它并非易事。只有激发学生的学习兴趣,在教学内容和教学方法上不断进行探索和改进,不断强化工程观念和使用多种教学方法、手段,才能提高学生的学习能力,培养学生的创新能力。我校反应工程专业的教师在近两年的教学活动中进行了初步尝试,并取得了一定的效果,今后我们将进一步进行《化学反应工程》课程改革的探索,提高学生学习《化学反应工程》课程的能力,掌握课程内容,为国家培养更多的化工创新人才。
作者:徐继红 张茂润 李广学 王剑波 单位:安徽理工大学 化学工程学院
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化学环保论文:加强化学教学中环保意识教育 江苏省锡山市锡南高级中学李莉门波 憖拕 科学技术的发展尽管使...