1.通过具体化学反应分析,使学生理解化学方程式的涵义。
2.理解书写化学方程式要遵守的两条原则,能初步掌握用最小公倍数法配平化学方程式的方法。
重点和难点
1.重点是正确书写化学方程式。
2.难点是化学方程式的配平方法。
教学方法
讲练结合,配合阅读。
教学过程
【复习提问】
1.什么是质量守恒定律?
2.为什么在化学反应前后,各物质的质量总和必然是相等的呢?(用原子、分子的观点说明。)
〔引言〕我们已经知道质量守恒定律,那么在化学上有没有一种式子,既能表示出反应物和生成物是什么,又能反映出遵循质量守恒定律呢?回答是肯定的,这就是化学方程式。
〔板书〕化学方程式
一、化学方程式
用化学式来表示化学反应的式子。
例如,木炭在氧气中充分燃烧的化学方程式为:
C+O2CO2
〔设疑〕化学方程式的写法是否只要写出反应物和生成物的化学式就可以呢?请看磷在氧气中燃烧的反应。
〔板书〕磷+氧气五氧化二磷(改成化学式)
P+O2P2O5
〔组织讨论〕这个式子能称为化学方程式吗?为什么?(由学生回答。)
怎样才能把上式改为化学方程式呢?
〔板书〕二、化学方程式的书写方法
〔提问〕书写化学方程式必须遵守哪些原则?具体的书写步骤是怎样的?
〔阅读〕让学生带着问题阅读教材有关内容,然后指定学生回答问题。
以磷在空气中燃烧生成五氧化二磷的反应为例,说明书写化学方程式的具体步骤。
〔板书〕1.根据实验事实写出反应物及生成物的化学式
P+O2─P2O5
2.配平化学方程式用最小公倍数法确定系数。(根据是质量守恒守律)。把短线改等号。
4P+5O2===2P2O5
3.注明反应发生的条件
4P+5O22P2O5
(介绍“”’“”“”等符号表示的意义,及“”“”符号的使用范围)。
〔讲解〕反应条件常见的有:点燃、加热()、高温、催化剂等。
“”“”号的使用范围:在反应物中无气态物质参加反应,如果生成物中有气体,则在气体物质的化学式右边要注“”号;在溶液中进行的化学反应,反应物无难溶性物质参加反应,如果生成物中有固体难溶性物质生成,在固体物质的化学式右边要注“”号。(强调要防止随意乱标)
〔板书〕例如:
CuSO4+2NaOH===Na2SO4+Cu(OH)2
〔小结〕书写化学方程式具体步骤(韵语)
左边反应物,右边生成物
写好化学式,方程要配平
短线改等号,条件要注明
生成气体或沉淀,上下箭头来分清。
强调书写化学方程式的关键和难点是方程式的配平,并要注意其规范化。
〔板书〕三、化学方程式所表示的意义和读法
〔讲解〕以磷在空气中燃烧的反应讲解化学方程式所表示的质和量方面的涵义
〔板书〕4P+5O22P2O5
质的方面:略
量的方面:略
〔过渡〕根据化学方程式所表示的各物质间的量的关系,可以用于化学计算,这将在下一节讲。
〔总结〕略
化学方程式教案(B)
教学目标
1.使学生理解化学方程式的涵义,并通过化学方程式的教学,进行辨证唯物主义教育。
2.使学生能正确书写并配平简单的化学方程式,发展和培养学生的观察与思维能力。
教学重点
化学方程式书写和配平。
教学难点
化学方程式的涵义。
教学过程
〔提问〕请学生用微观说法解释质量守恒定律。
〔讲述〕我们已经学过质量守恒定律,知道化学反应的本质是原子重新组合成新物质的分子的过程,化学式是用元素符号表示物质组成的式子。那么什么叫做化学方程式呢?
〔板书〕用化学式来表示化学反应的式子叫化学方程式。
〔例〕C+O2CO2
〔读法〕碳和氧气在点燃的条件下生成二氧化碳。
〔提问〕怎样才算完整的化学方程式?
〔板书〕化学方程式的书写方法
l.根据实验事实写出反应物及生成物的化学式
〔板书〕P+O2P2O5
2.根据质量守恒定律,通过配平的方法建立方程式,使两边原子个数相等。
〔注意〕最小公倍数法、奇偶法配平。
确定系数,符号连结。
〔板书〕4P+5O22P2O5
〔注意〕表示点燃或加热、高温。催化剂等条件须注在等号上方。若在反应物中无气态物质参加反应,而生成物中有气体,则在气态物质化学式右边注上“”;在溶液中进行的化学反应,若反应物无难溶性物质,而生成物中有固体难溶性物质生成,在固体物质的化学式右边要注“”号。
CuSO4+2NaOH=Na2SO4+Cu(OH)2
〔练习〕
1.下列方程式是否正确
KMnO4===K2MnO4+MnO2+O2
错误①没配平②没标条件③O2后没有打
C2H2+O2CO2+H2O
错误没配平
2HgO2Hg+O2正确
Zn+CuSO4===Cu+ZnSO4
关键词:化学反应方向新课程改革教学目标教学方法教学过程
化学反应的方向教学目标是让学生了解反应焓变与反应方向有关,知道化学反应存在熵变且反应熵变与反应方向有关,结合已有知识及日常生活中的见闻,构建化学反应方向的判据,学会运用比较、归纳、概括等方法对信息进行加工,构建新知识,使学生体会事物的发展、变化常常受多种因素的制约。难点是焓减和熵增与化学反应方向的关系。教师如何在这堂课中充分调动学生的主观能动性呢?下面我从以下三个方面进行反思,希望强化教学效果。
一、对教学目标的反思
教学目标要求:(1)了解反应焓变与反应方向有关,但不是唯一因素;(2)知道化学反应存在熵变且反应熵变与反应方向有关,但不是唯一因素。课堂上在对教学目标的落实中,由于对基础知识焓变与熵变本质区别讲解得不透彻,分析不到位,导致学生的基础知识不扎实,在课堂巩固练习时就出了问题,学生对焓变与熵变两概念交叉用错。随后经过对定义和概念的纠错判断训练,使学生对焓变与熵变能够正确理解和运用。
创设能够暴露学生思维过程的情境,使他们大胆地想、充分地问、多方位地交流,教师要在教学活动中从一个知识的传播者自觉转变为与学生一起发现问题、探讨问题、解决问题的组织者、引导者、合作者。所以教师要科学地、系统地、合理地组织化学教学,正确认识学生的知识基础和能力层次,采用良好的教学方法,重视学生的观察、实验、思维等实践活动,实现知识与技能、过程和方法、情感态度与价值观的三位一体的课堂教学。
二、对教学方法的反思
本堂课要应用讨论交流的方法调动学生的积极性,充分发挥学生的想象力;面向全体学生,兼顾两头。班级授课要面向全体学生、能照顾到绝大多数学生地因“班”施教,课后还要因人施教,对学习能力强的学生一定要鼓励他们积极参与教学,使他们从被动地听课变为主动地参与教学;应该让他们自己分析知识结构,用自己的语言来复述知识,给他们设置的问题应相对难一点。对学习有困难的学生,则要在课堂上培养他们的学习兴趣,集中注意力,提高听课效率;在课堂上应该设置比较简单的问题,以增强他们的自信心;课后适当辅导补充。教师在教学中注意成绩好的学生的同时,要有意帮助学习有困难的学生,对他们多关注、鼓励和帮助,让他们树立起学习的信心,让全体学生共同进步。
启发学生学会归纳、概括,对信息进行加工,得出结论;增强学生的参与意识,主体作用,有充分的动手、动口、动脑的时间。注重学法指导,中学阶段形成化学概念,一是在大量的化学实验现象的基础上归纳、总结出来的;二是在已有的概念、规律的基础上通过演绎推理得到的。只有在积极参与教学活动,给他们以充分的动手、动口、动脑的时间,充分经历观察、分析、推理、综合等过程,才能完整地理解概念的内涵及其外延,全面掌握规律的实质,与此同时,学生的思维才能得到真正的锻炼,体现其学习的主体角色。
教学方式形式多样,要恰当运用现代化的教学手段,提高教学效率。科技的发展,为新时代的教育提供了现代化的教学平台,为“一支粉笔,一张嘴,一块黑板”的传统教学模式注入了新鲜的血液。
三、对教学过程的反思
教学过程中除了采用提问学生、分组讨论、要求学生查资料等传统的教学方式之外,还要适当地运用电化教学手段,制作多媒体课件,特别是制作复杂化学过程的演示动画等视听设备和手段,以便增强课堂教学的趣味性,强化视觉上的冲击,更重要的是表现客观事物,在短时间内展示事物的运动和发展的全过程,为学生提供大量而丰富的感性材料,突破传统教学手段在时间、空间上的限制,对传统教学手段不能表现的许多现象和过程进行形象而生动的模拟表现,它是传统教学手段的补充和延伸。例如:
[释疑]如何理解“熵”的含义?
[板书]混乱度:表示体系的不规则或无序状态。
[多媒体展示]混乱度演示动画。
[指出]混乱度的增加意味着体系变得更加无序。
[板书]熵:热力学上用来表示混乱度的状态函数。
[指出]体系的有序性越高,即混乱度越低,熵值就越小。有序变为无序——熵增加的过程。
在教学过程中应有意向学生渗透化学的常用研究方法和思想。学生如果对化学问题的研究方法有了一定的了解,则将对化学知识领会得更加深刻,同时也将学到一些研究化学问题的思维方法,从而提高学习能力。
元素化合物知识是中学化学的重要组成部分,元素化合物的化学性质内容繁杂,学生在复习的时候往往是逐条的进行记忆,反应方程式更是反复的默写过关,无疑既增加了复习时间,又增加了复习的难度.高三复习的重要任务就是在教师的指导下,把各部分相应的知识按其内在的联系进行归纳整理,将散、乱且多的知识串成线,结成网,纳入自己的知识结构之中,从而形成一个系统完整的知识体系.注意归纳总结,强化复习“过程意识”.教学中注意呈现知识的梳理、延伸等归纳过程,通过对知识中蕴含规律的提炼、方法的归纳,举一反三,触类旁通.
元素及其化合物知识作为一个知识的载体,是培养学生的学习方法和能力的教育教学模型.元素化合物性质虽然内容繁杂,但它们存在着某些内在的联系,抓住了这种内在的联系,就会掌握元素化合物性质的分析方法,使元素化合物性质的复习变得简单很多.复习课就是要善于渗透复习方法的引导,关键是抓住两条主线:一是从物质分类的角度运用复分解反应原理来解决酸,碱,盐的化学性质;二是从化合价变化的角度运用氧化还原反应原理来解决常见的氧化性物质及还原性物质的化学性质.另外通过比较,加深对物质特性的认识和应用.所以,我认为元素化合物的复习模式最好的就是根据物质分类和化合价变化这两个角度运用复分解反应原理和氧化还原反应原理去分析元素化合物的性质.
接下来是我按照这个复习模式在高三年级中最好的两个理科班中进行的元素化合物复习模式.
一、从常见的酸,碱,盐入手归纳总结复分解反应原理
1.酸(包括酸性氧化物)与盐之间的反应
这类反应看似简单,但很多学生却容易犯错,例如,将CO2通入BaCl2溶液,很多学生认为会生成BaCO3沉淀,符合复分解反应的条件,所以能反应,忽略了如果生成BaCO3沉淀,那么同时也应该生成盐酸,盐酸和BaCO3怎么可能大量共存呢?其实这类反应只要应用较强酸制较弱酸的规律就很容易解决了.
①利用较强酸制较弱酸规律解决酸与盐能否反应的问题:中学常见酸的酸性强弱顺序:H2SO4,HNO3,HCl>H2SO3>CH3COOH>H2CO3>HClO,H2SiO3;以及碳酸>苯酚>碳酸氢根,根据较强酸制较弱酸并且记住常见酸的强弱顺序,学生就能轻易的判断出什么样的酸和什么样的盐能反应以及产物是什么.这样学生就找到解决这类问题的正确方法了.
②二元酸和其正盐反应
如,Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3(将碳酸盐转化成碳酸氢盐的方法),举一反三:碳酸盐+二氧化碳+水=碳酸氢盐;亚硫酸盐+二氧化硫+水=亚硫酸氢盐.
2.酸与碱之间的反应
强酸与弱碱,强碱与弱酸都可以发生反应.一元酸与碱反应很简单,对于学生来说,难点就是二元酸与碱的反应.一个典型的实验:少量的二氧化碳通入澄清石灰水结果是溶液变浑浊,而继续通入过量的二氧化碳,溶液又会变澄清.说明二元酸与碱的反应要注意过量问题.
①少量CO2通入澄清石灰水:
CO2(少量)+Ca(OH)2=CaCO3+H2O
可让学生举一反三的写出下列反应:少量二氧化碳和氢氧化钠反应;少量二氧化硫和氢氧化钠反应.
②过量CO2通入澄清石灰水:2CO2(过量)+Ca(OH)2=Ca(HCO3)2
联系上面1中的情形②,学生也就不难理解过量的CO2把碳酸盐转化成了碳酸氢盐.同样可让学生举一反三的写出下列反应:过量二氧化碳与氢氧化钠反应;过量二氧化碳与氨水反应.
3.碱与盐反应,以及盐与盐反应,要求学生熟记必修1附页上的《部分盐,碱的溶解性表》就很容易解决这类问题.
二、从常见的强氧化剂与强还原剂之间的反应归纳总结氧化还原反应原理
学生存在的问题:不能判断常见强氧化剂与强还原剂之间的反应;书写氧化还原反应大多靠记忆;不会计算转移的电子数.
1.掌握氧化还原反应的基本概念,如,氧化剂与还原剂,被氧化与被还原,氧化反应与还原反应.
2.熟记常见的强氧化剂及其在溶液中的还原产物:Cl2,H2SO4(浓),HNO3,Fe3+,MnO-4(H+),H2O2;熟记常见的强还原剂及其在溶液中的氧化产物:Fe2+,I-,S2,SO23,SO2.
3.会用化合价升降法配平.
4.会计算电子的转移数.
例,往含有1摩尔氯化亚铁的溶液中滴加足量的氯水,反应中转移的电子数是多少摩尔?没讲这部分内容之前,很多学生不知如何下手,我给学生讲了2种方法,常规算法和快速算法,常规算法就是遇到这种问题,写出反应方程式,算出反应中转移的电子数(即化合价升高的总数或者降低的总数),建立了转移的电子数和已知量氯化亚铁的关系,即可求出反应中转移的电子数;快速算法就是抓住反应中只有氯化亚铁失电子,1mol氯化亚铁失去的1摩尔电子就是反应中转移的电子数.然后再做一个对比:如氯气与水的反应中,如果消耗1摩尔氯气,则反应中转移的电子是多少摩尔?和上面反应不一样的是氯气与水的反应中,消耗的氯气是一半得电子,一半失电子,弄清楚这个问题,转移的电子数也就容易算了,就是0.5摩尔氯气得到的电子数1摩尔.
三、从物质分类的角度运用复分解反应原理来解决酸,碱,盐的化学性质及从化合价变化的角度运用氧化还原反应原理来解决常见的氧化性物质和还原性物质的化学性质
下面我们就可以引导学生从复分解反应和氧化还原反应这两个角度分析中学涉及到的一些重要元素化合物的性质了.学生的思路就清晰多了,而不再依靠盲目的记忆了.
例如,复习SO2的性质,学生就能够从物质分类的角度根据复分解反应原理理清SO2作为酸性氧化物的性质:①SO2作为酸性氧化物(酸)可以和某些盐反应(较强酸制较弱酸),如,醋酸盐,碳酸盐等;②可与其正盐反应生成亚硫酸氢盐;③二氧化硫与氢氧化钠的反应,要注意二氧化硫是少量还是过量的情况;④另外根据氧化还原反应原理分析二氧化硫作为典型的强还原性物质,能被常见的强氧化剂氧化,最后再提醒一下学生注意该物质的特殊性(漂白性),就能竟全功.
【关键词】巧记;初中化学方程式;理解原理;反应类型;物质特性;实验现象;归类识记;科学的记忆规律
Recordsthejuniormiddleschoolchemicalequationhowskillfully
XiaWenlan
【Abstract】Thechemicalequationisthestudychemistrymostimportantchemistryterminology,isalsostudent’sstudydifficulty,theskilledmemoryandthewritingchemicalequationislearnschemistrythekey,becausethechemicalequationsimpleanddirectperspicuitywasrespondingtheobjectivethingschange’sessenceandbetweeninnerlink,canrememberthechemicalequationaccurately,notcanonlyhelpustoremembersomechemicalreactionthephenomenon,thematerialcompositionstructure,understandsthereactionprincipal,moreovercanhelpustoformchemistryconcept,knewthatthingaspectsandsoonchangeruleareplayingthevitalrole.Astheteacher,canattherightmomentthecoachpupils“trick”theknowledgetorecordthechemicalequation,willbeenhancesthequalityofteachingkeyalink,isalsopromotesthestudenttolearnchemistrytheguarantee.
【Keywords】Recordsskillfully;Juniormiddleschoolchemicalequation;Understandstheprinciple;Reactiontype;Materialcharacteristic;Experimentphenomenon;Theclassificationknowledgerecords;Scientificmemoryrule
化学方程式是化学学科中的重要语言工具,它简捷明了地反应着客观事物变化的本质及之间的内在联系,能准确记住化学方程式,不仅能帮助我们记住一些化学反应的现象,物质的组成结构,理解反应原理,而且能帮助我们形成化学概念,认识事物的变化规律等方面起着重要的作用。
仅初中课本涉及到的化学方程式就有近80个,要记住它们确实不容易;想通过死记硬背来记,更是困难,但这些化学方程式中多数又是非记不可,作为教师,能适时指导学生“巧法”识记,将是提高教学质量关键的一环。下面是几点有关化学方程式的巧记法,仅供参考:
1按化学反应类型记忆
初中阶段,要求学生掌握四个基本反应类型,即化合反应、分解反应、置换反应、复分解反应。在理解各类反应特点的基础上,可将课本上出现的化学方程式归纳后分类记忆。如:一般情况下,凡是金属单质和非金属单质之间的反应,非金属单质和非金属单质之间的反应,氧化物与氧化物之间的反应,都是化合反应;凡是金属与酸、盐之间的反应,有还原性的单质与金属氧化物的反应,一般都属置换反应;不稳定的含氧酸,含氧酸盐及难溶性碱受热时易发生分解反应,另外专门记住KClO3、KMnO4、H2O2、H2O、HgO的分解反应;凡酸、碱、盐及金属氧化物各类物质之间相互反应的均属复分解反应。
2理解反应原理的记忆
要对记忆的东西形成深刻的印象,理解是最重要的。其实,任何一个反应的发生都有它内在的原因,在揭示反应原理的基础上的记忆,会是记得较牢固的。
在初中化学中,复分解反应算是较复杂的了。若我们能理解到复分解反应的发生实质上是离子交换的结果,因此,只要搞清酸、碱、盐等电解质的电离,抓住阳离子互换或阴离子互换、阴阳离子结合的规律,那么识记复分解反应的化学方程式也就不难了。
对氧化――还原反应,虽然教学上不作要求,但对于一氧化碳的还原性牵涉到的化学方程式如:3CO+Fe2O3高温2Fe+3CO2也是要求掌握的,许多同学都不容易记住,特别是配平,用一般的最小公倍数和奇数配偶法,观察法都不易配平,而从元素化合价升降的角度来揭示反应实质并配平,对于初中生来说又是不要求的。但只要使学生理解CO有还原性,在反应中夺得氧而被氧化成CO2,Fe2O3中的氧被夺走而被还原成Fe,这样,就容易想到反应产物,再根据得失氧原子个数作为系数配在得氧物质的化学式前面作为配平的入手点,那么,识记这类方程式就容易得多了。
有些同学对识记酸性氧化物如CO2、SO2与可溶性碱溶液反应的化学方程式感到很困难。这类反应为什么要生成盐呢?生成的究竟是什么盐?对上述问题,只有我们理解到酸性氧化物溶于水要生成相应的酸,如专门记住CO2+H2OH2CO3、SO2+H2OH2SO3、SO3+H2OH2SO4等,酸进一步与碱发生中和反应生成相应的盐和水,这就容易写出产物及化学方程式了。
3按照反应规律的记忆法
化学方程式的种类虽多,但每一类反应总有一定规律,抓住这些规律,记忆效率会大大提高。
在初中化学中,金属与酸或盐溶液的置换反应要服从金属活动性顺序:(1)凡是排在氢前面的金属与非氧化性酸(如盐酸、稀硫酸)反应时,都要生成氢气和该金属离子与反应的酸中的酸根离子组成的化合物。记为“氢前金换氢”;(2)凡是排在“前面”的金属单质与排在它“后面”的金属的化合物溶液的反应,都要生成“后面”金属的单质和“前面”金属的化合物。记为“前金换后金”。而复分解反应的发生是受复分解反应发生的条件(或有沉淀生成,或有气体放出,或有水生成)制约的。依据这些规律,能帮助我们识别反应能否发生并判断反应的产物是什么,从而正确地写出方程式。
4依据物质特性的记忆法
物质的特性决定着它能发生一系列的特点的反应。如:氢气、碳、一氧化碳都有还原性,因此,它们与若干金属氧化物的氧化――还原反应都有共同特点,即金属氧化物中的氧被夺走,金属被还原游离出来;而有还原性的氢气、碳、一氧化碳都要得氧而变为相应的水和二氧化碳。再如,碳酸根离子是不稳定的酸根离子,它很容易被氢离子破坏:CO2-+2H+H2O+CO2据此可知,碳酸盐易与酸溶液反应并要生成水和放出二氧化碳气体。而对于凡是由碳、氢、氧三种元素中的两种或三种组成的物质(多数是有机化合物)在空气中燃烧的方程式,由于实质都是物质被空气中的氧气氧化,因此,结果都生成水和二氧化碳。
5抓住内在联系记忆法
化学反应间往往存在着一定的内在联系,这种内在联系便构成记忆化学方程式的基础。如:
2H2+O2点燃2H2O和2H2O通电2H2+O2
CO2+H2OH2CO3和H2CO3H2O+CO2
通过分析可知,随着条件的改变,几种物质间便发生方向不同的反应。
对于复分解反应类型中的一些化学方程式,若抓住能结合成难电离物质的一对对“冤家”离子,如:
Ag++Cl-AgCl、Ba2++SO42-BaSO4、H++OH-H2O、H++CO32-H2O+CO2、NH4++OH-H2O+NH3等,那么根据这些内在联系,便可牢固记住一大片有关酸、碱、盐溶液间相互反应的化学方程式。
6联系实验现象记忆法
化学实验和电影一样,有声有色,生动形象。在观察实验现象时,若注意识记化学方程式,必然会留下深刻印象。在回忆化学方程式时,联系活生生的实验现象,当然也就容易回忆起来。例如:在木炭粉还原氧化铜的实验中,固体粉末逐渐由黑色变为紫红色,同时生成一种能使澄清石灰水变浑浊的气体。在观察实验现象时,如果把固体粉末颜色的改变与反应物氧化铜和生成物铜联系起来,把澄清石灰水变浑浊的现象与碳转化为二氧化碳联系起来,并注意到实验中使用喷灯加热,则记住化学方程式2CuO+C高温2Cu+CO2就较容易了。又如:在写铁在氧气中燃烧的方程式时,有的同学常把生成物写为氧化铁,记不准的原因之一就是没有注意与实验现象联系起来,若能联想铁丝在氧气中燃烧产生的是黑色物质,而不是红褐色物质,就不至于出现这种错误。
7归类记忆法
根据知识系列或反应类型或物质类别记忆,使零散的知识通过归纳成有规律可循,构建以重点物质为中心的知识网络的识记将更有利于提高记忆效率。如:学习上册第六、七单元后,可抓住由碳单质衍生出的一系列化合物之间的相互转化关系为主线来记住一大片化学方程式。即:
再如:学习酸、碱、盐的知识时,可依据酸的5条通性,碱的4条、盐的4条,除与指示剂的反应外,其余性质都可结合各条反应的类型、反应条件来判断、书写相关化学方程式。
而对于化学方程式中反应条件的识记,除在平时的学习中通过观察实验现象来加深印象,如:铁丝的燃烧、水的电解、用过氧化氢或氯酸钾制氧气等专门记住外,还可根据物质的性质进行归纳识记。如:所有可燃性气体或液体的燃烧都是点燃的条件;而固体与氧气的反应,根据非金属的着火点或金属的活泼性不同,大多也需点燃或加热或高温的条件;而固体物质发生分解反应时也常需要在加热或高温下才能进行。特别强调:因为氢气、碳单质、一氧化碳这三种物质化学性质在常温下较稳定,只有在升高温度下化学性质才活泼,所以在写这些物质的有关化学方程式时一定要有条件(点燃、加热或高温)。对于金属与酸、盐的置换反应,酸、碱、盐及氧化物之间的复分解反应,可溶性酸性氧化物或碱性氧化物与水的化合反应,一般是不需要外在条件的,因为它们的反应是在溶液中进行,反应机理是在有水作介质的环境中实现电子的转移或离子的交换来实现反应的。
其实,记忆化学方程式不是一蹴而就的事,是有程序,有步骤,讲方法的。刚学化学时,结合学习化学变化的的概念,让学生了解用文字表达式来体现化学反应,为分散化学用语识记的难点,让学生逐步记住实验中用到的物质的元素符号及物质的化学式,再通过学习分子、原子、离子、化合价、化学式的书写、命名等知识,加深理解、巩固了物质的化学式的写法和读法,由于有了文字表达式的记忆,熟悉了化学式的写法等的基础上,进一步学习化学方程式的书写、配平也就不怎么困难了。当然,要使学生熟练掌握化学方程式的书写,教师除了在教学中遵循科学的认知规律,引导学生由浅入深,逐步过渡外,还得促进学生多写多练,反复强化。“巧记”的实质就是按照化学知识和科学的记忆规律来记,这样,就能巧取捷径,否则,就会多走弯路,根据这个道理,我们应在教学实践中不断探索出更多更好的巧记办法,以便更好地指导、提高记忆化学方程式的效率。
关键词:化学反应工程;研究方法;教学应用
中图分类号:G642.0文献标识码:A文章编号:1671-0568(2012)29-0078-02
化学反应工程是化学工程与工艺专业的核心课程,以化学反应过程的共性规律、反应器的设计、放大和优化为主要研究对象,用自然科学的原理考察、解释和处理工程实际问题,是一门实践性很强的工程学科。面向本科生的化学反应工程课程教学的目标,是使学生掌握化学反应工程基础知识,学习化学反应工程的研究方法和思路,了解化学反应工程最新进展和发展方向,提高创新思维能力。[1]笔者在长期的教学中将“方法论”作为重点,不断总结教材各章节、研究各类反应过程的共同方法,并应用于教学,对学生掌握化学反应工程的基本观点和工程方法,培养学生分析与解决工程问题的实际能力起到了很好的作用。
一、数学模型方法
工业反应器中进行的化学反应过程往往与物料的流动、混合、传质、传热、反应计量学、催化剂性能等有直接关系,浓度、温度、压力等参数影响反应结果,影响因素多,相互耦合,通常表现出很强的非线性,传统的因次分析和相似方法不能反映化学反应工程的基本规律。[2]教学中,把反应器中进行的过程分解为化学反应过程和物理传递过程,反应器中进行的过程分解为化学反应过程和物理传递过程,分别建立反应动力学模型和反应器传递模型,然后通过物料衡算和能量衡算把它们综合起来,建立反应器的数学模型,用数学模型方法来研究化学反应工程,进行反应器设计、放大与优化,比传统的经验方法能更好地反映其本质。因此,数学模型方法是化学反应工程的基本研究方法,可以通过数学模型的建立和求解去预测和模拟反应器的实际操作状况。[3]在阐明化学反应工程基本概念和原理的基础上,将各类反应器的数学模型作为讲授重点,尤其突出间歇反应器、平推流反应器、全混流反应器数学模型的建立和求解方法,借此培养学生利用数学模型方法设计反应器的能力。
二、物料、能量衡算中非线性问题的线性化处理方法
反应速率一般是由反应实际进行场所的浓度和温度决定。而工业上广泛使用的气固相催化反应器、流固相非催化反应器,气液反应器中物料温度和浓度的变化呈现非线性特点。处理的共同方法为反应器设计中物料衡算、能量衡算时,衡算范围取一个微元,在微元内物料温度和浓度的变化近似按线性关系计算。在气固相催化反应工程讨论中、以单颗粒的球形催化剂为基础,在其中距中心R处取一厚度dR的微元球壳进行物料衡算、能量衡算;在气液反应工程讨论中、以双膜理论为基础,在液膜中距界面x处取一厚度dx的单位面积微元液膜进行物料衡算;在流固相非催化反应工程讨论中,以收缩未反应芯模型为基础,对单个球形固体颗粒,在其固相产物层内距中心R处取一厚度dR的微元球壳进行物料衡算;平推流反应器、非理想流动反应器轴向混合模型的计算中,在距反应器进口L处取一厚度dL的微元管段进行物料衡算、能量衡算。这些问题的研究方法有相似性,在教学中强调相互的联系,可以加深学生对内容的理解和对反应器设计中线性化处理非线性问题方法的掌握。
三、解决复杂问题时先分解后综合的方法
影响工业反应过程的因素多,关系复杂,若直接全面分析求解,往往比较困难,不容易理解。在教学中可采用先分解后综合的方法,把复杂的问题分成若干步、先研究每一步的规律,再综合得出整体的规律。气固相催化反应工程讨论中,先分外扩散、内扩散、化学反应过程分别讨论三个过程的规律和计算公式,再综合三个过程得出单个催化剂颗粒的反应规律,再进一步综合得出整个床层的反应规律;气液反应工程讨论中,先分气液两相间的传递规律、液膜中的扩散反应规律,液相主体中的扩散反应规律,再综合得出整个气液相反应规律;流固相非催化反应工程讨论中,先分流体滞流膜扩散控制、固体产物层(或惰性残留物层)内扩散控制、化学反应控制分别讨论,再综合得出总体的规律和计算公式;讨论吸附动力学方程中,先按单组分反应物的化学吸附控制、表面化学反应控制、单组分产物的脱附控制分别讨论,再综合得出总体的吸附动力学方程。这样的教学方法,往往能使复杂的问题变得简单明了,复杂的计算过程得到简化。
四、理论推演与实验结合的方法
化学反应工程自设立以来,作为一门工程学科,其复杂性往往不仅表现在过程本身,而更表现在化学反应器复杂的几何形状及千变万化的物性,[4]因此,广泛采用理论推演和实验相结合的研究方法。通过理论推演得出轴向混合模型、多级串联全混流模型等非理想流动模型,通过实验测定实际反应器停留时间分布、计算出无因次时间方差、选择合适的非理想流动模型,利用实验数据计算出模型参数,进行实际反应器的设计;气固相催化反应内扩散影响的判别中,通过理论推演得出判据式,通过实验测定判据式的值,可判断出内扩散的影响程度;流固相非催化反应中通过理论推演得出不同过程控制时的计算公式,通过温度对总体速率的影响实验,可判别过程是化学反应控制还是扩散控制,通过流速对总体速率的影响实验,可判别过程是流体滞流膜扩散控制还是固相产物层内扩散控制,然后选择相应过程控制的公式,能使计算过程大为简化。反应动力学模型的建立更需要理论推演与实验结合,虽然可以通过理论计算确定化学反应的机理和速率,但对大多数反应体系,这类理论计算所能达到的准确程度尚不能满足工业反应过程开发和反应器设计的要求,实验研究仍然是认识反应过程动力学特征的主要途径。化学反应工程在其发展过程中已形成了一整套动力学实验测定和数据处理方法。[3]教学中,应着重强调利用幂函数型模型,双曲线型模型拟合实验数据的方法,以及它们的优缺点,使学生较好地理解和掌握反应动力学模型的建立方法。
工科院校培养的工程技术人才,不仅要有丰富的理论知识,理论还应当联系实际,具有较高的独立思考能力、发现、分析和解决实际生产问题的能力,这就要求教师不仅要对学生传授知识,更重要地是教给学生求索知识的方法和应用知识的能力。[5]长期的教学中,笔者体会到数学模型方法,物料、能量衡算中非线性问题的线性化处理方法、解决复杂问题时先分解后综合的方法、理论推演与实验结合的方法,并在化学反应工程研究中普遍应用,将这些方法重点介绍给学生,使他们在学习中触类旁通,举一反三,取得了良好的学习效果。
参考文献:
[1]王垚等.化学反应工程教学新理念和实践探索[J].化工高等教育,2009,(2).
[2]朱炳辰.化学反应工程(第五版)[M].北京:化学工业出版社,2012.
[3]朱开宏,袁渭康.化学反应工程分析[M].北京:高等教育出版社,2002.
一、中学有关氧化还原反应的学习安排
首先氧化还原反应是学生所“熟悉”的化学知识,因为氧化还原反应是生产、生活中经常接触的,也是应用很多的或是很多要避免的反应。比如
硫酸工业、氯碱工业等,生活中的植物的光合作用、铅蓄电池、手机电池等等的使用;要避免的氧化还原反应有防止金属的生锈、将“84”消毒液与洁厕剂混用等等。熟悉了氧化还原反应原理,可以使生产、生活得更好。
但是氧化还原反应又是抽象的。考试并不是简单地说出生活中的氧化还原反应,而是从反应原理的角度来进行考查,因而氧化还原反应对中学生来说又是“陌生”的和“抽象”的。
由于以上的这些特点,中学教材中的氧化还原反应知识是比较难的重要的基本概念和基本理论知识。所以在中学教材中将氧化还原反应的知识分为了几个阶段进行学习,以便学生能层层推进,慢慢提高,让学生能更容易掌握氧化还原反应的相关知识,通过慢慢提高难度,让学生遵循“最近发展区”原理来进行氧化还原反应的学习。中学化学教材中将氧化还原反应分为三个阶段学习:一是在物质分类及物质的相互转化中,学习了氧化还原反应的概念,主要是从化合价的角度定义了氧化还原反应;二是在学习氯气的获取和性质之后,学习了氧化还原反应的其他相关概念,特别是学习了氧化还原反应中氧化剂、还原剂的判断,氧化性、还原性的判断和比较,氧化还原反应的分析方法――双线桥法,氧化还原反应的配平方法等;三是在必修2和化学反应原理两本教材中都学习了原电池和电解池的原理,它是氧化还原反应知识的应用。
二、氧化还原反应在高考中的考查
氧化还原反应是高考中的必考考点。不管是哪一个版本的教材,哪一个模式的高考试卷,都会有相当多的有关氧化还原反应的知识考查。比如,2015年江苏高考化学试题中关于氧化还原反应的考查(见表1)。
表1
题号知识点分值
3氧化还原反应中得、失电子数目的关系2分
4比较氧化还原反应中的氧化性、还原性2分
10氧化还原反应中的电子转移数目;
原电池反应的电极反应式2分
11氧化还原反应中的电子转移数目,
原电池、电解池反应原理4分
18.(1)、(4)氧化还原反应中电子得失守恒的应用,
计算氧化剂与还原剂的关系8分
19.(1)氧化还原反应方程式的书写3分
20.(2)(4)氧化还原反应中反应规律、方程式的书写9分由以上对2015年江苏高考化学试题分析,可以看出在化学试题中氧化还原反应的考查分值达到了30分之多。考查的覆盖面也很广,既考查了氧化还原反应的概念,也就是判断氧化剂、还原剂,并对氧化还原反应中氧化性和还原性进行了比较,又考查了氧化还原反应中的电子得失数目的守恒,并进行相应的计算,还考查了氧化还原反应方程式的书写,也即重点考查了氧化还原反应的配平;另外还考查了关于原电池、电解池的知识,也即考查了氧化还原反应知识的应用。
三、氧化还原反应知识的复习
氧化还原反应在高考题中的考查覆盖面很广,不仅考查概念,同时还要考查对概念的应用;不仅考查氧化还原反应中电子得失数目守恒,同时考查氧化还原反应方程式的书写,也即考查氧化还原反应的配平。那么在复习中就要不仅重视概念的复习,还要注意学会对氧化还原反应知识的应用。
1.氧化还原反应的基本概念
氧化还原反应表现出的特征是在反应中元素的化合价发生了升降,其实质是由于元素原子在反应过程中得到电子或是失去电子。把反应中失去电子的物质称之为还原剂,而失去电子的过程称为氧化反应(或被氧化),在反应中得到电子的物质称之为氧化剂,得到电子的过程称为还原反应(或被还原)。所以也可以说,氧化还原反应中电子是由还原剂转移给了氧化剂,这也是最易出错的地方,即电子的得和失是守恒的,还原剂的电子转移给了氧化剂,而不是氧化剂从其他地方得到了电子。所以在氧化还原反应中氧化剂得到的电子数就等于反应中还原剂失去的电子数。而这一原理在原电池或电解池中得到了更好的体现。原电池或电解池中两个电极分别发生氧化反应或还原反应。通过原电池的正、负极或电解池的阴、阳极得失电子数目相等即可得到氧化还原反应中的电子转移的情况。
2.氧化还原反应的分析方法
分析氧化还原反应的方法主要有两种,一种是单线桥法,一种是双线桥法。单线桥法是用一个箭头从还原剂指向氧化剂,并在箭头上标出电子转移的数目,它的关键点是从还原剂指向氧化剂。双线桥法是我们最常用的分析方法,它是分别用箭头表示出同种元素在反应前、后的元素化合价的变化情况,箭头的起点和终点是同一种元素,箭头上标出的是该元素在反应前后的化合价变化,或是该元素反应前后的电子得和失,同时要标出化合价是升高了还是降低了,电子是得到了还是失去了。其中元素化合价升高是因为失去了电子,其生成的产物称为氧化产物,而元素化合价降低是得到了电子,所得到的产物称为还原产物,如图1表示出双线桥分析法:
氧化剂+还原剂还原化合价降低、得到ne-,发生还原反应产物+氧化合价升高,失去ne-,发生氧化反应化产物
图1
双线桥可以将氧化还原反应中的所有概念都联系起来。除了了解各个概念以外,还可以得到:
(1)氧化还原反应中的得、失电子数目是守恒的,即氧化剂得到的电子数等于还原剂失去的电子数;
(2)氧化还原反应中一定有氧化性的是氧化剂和氧化产物,一定有还原性的是还原剂和还原产物,并且氧化剂的氧化性大于氧化产物,还原剂的还原性大于还原产物。
3.氧化还原反应的配平
氧化还原反应的配平也是高考的必考试题。中学一般都是用化合价升降法配平氧化还原反应,即利用氧化还原反应中的化合价升高总数一定等于化合价降低总数。其具体的步骤是:
(1)正确写出反应方程式中各物质的化学式,并表示出元素的化合价特别是发生了元素化合价变化的元素化合价;
(2)用双线桥列出元素在反应前后的化合价变化,即标出1分子氧化剂完全被还原化合价降低的总数,1分子还原剂完全被氧化化合价升高的总数;
(3)求出(2)中标出的元素化合价变化数值的最小公倍数,则所乘的数值即为相应氧化剂和还原剂的系数,用原子守恒的方法算出氧化产物和还原产物的系数;
(4)用观察的方法(即原子数目守恒的方法)配出其他未参加氧化还原反应的物质的系数。
总之,氧化还原反应是中学化学最重要的知识点,在复习中必须理清各种概念,然后通过适当的训练提升解题