高中化學(xué)增加“化學(xué)反應(yīng)歷程”內(nèi)容的特殊意義探討

宋婷

摘 要：文章以化學(xué)反應(yīng)歷程為切入點，闡述了化學(xué)反應(yīng)歷程是考查學(xué)生吸收、接受、整合化學(xué)信息能力及解決分析化學(xué)問題的重要內(nèi)容，以此為基礎(chǔ)，明確高中化學(xué)增加“化學(xué)反應(yīng)歷程”內(nèi)容具有特殊意義，其能夠拓寬學(xué)生對化學(xué)反應(yīng)的認(rèn)知，幫助學(xué)生循序漸進地了解化學(xué)反應(yīng)環(huán)節(jié)。此外，文章還提出了“化學(xué)反應(yīng)歷程”內(nèi)容的教學(xué)措施，為相關(guān)工作者提供參考。

關(guān)鍵詞：高中化學(xué);化學(xué)反應(yīng)歷程;特殊意義

引 言

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡稱《標(biāo)準(zhǔn)》）提出，化學(xué)學(xué)科需要教師對化學(xué)思維方式、知識及方法擁有結(jié)構(gòu)化、本源性認(rèn)知，不僅要理解化學(xué)知識，還要理解化學(xué)學(xué)科的思維方式?；瘜W(xué)反應(yīng)自有其歷程，將“化學(xué)反應(yīng)歷程”內(nèi)容納入高中化學(xué)教學(xué)中，能夠增強學(xué)生對化學(xué)的認(rèn)知，使其構(gòu)建結(jié)構(gòu)化化學(xué)的知識體系，從而提高學(xué)科核心素養(yǎng)。

一、化學(xué)反應(yīng)歷程概述

化學(xué)反應(yīng)歷程指的是化學(xué)反應(yīng)中轉(zhuǎn)化反應(yīng)物為最終產(chǎn)物的途徑，了解反應(yīng)歷程有利于我們尋找對應(yīng)的副反應(yīng)與主反應(yīng)，進而明白決定反應(yīng)速率的重點，為實際實驗提供理論指導(dǎo)。我們不僅需要了解化學(xué)反應(yīng)歷程的反應(yīng)方向及外界條件影響，還要知道反應(yīng)速率及反應(yīng)機理，了解各因素（濃度、壓力、溫度、分子結(jié)構(gòu)、催化劑、介質(zhì)）對反應(yīng)速率的影響，以掌握化學(xué)反應(yīng)的主動權(quán)，保證化學(xué)反應(yīng)能夠按照希望的反應(yīng)速率進行。高中化學(xué)較為抽象，化合物反應(yīng)過程復(fù)雜，不同化合物反應(yīng)所需條件也存在差異，部分反應(yīng)類型僅需加熱化合物即可達(dá)到轉(zhuǎn)化效果，部分特殊化合物轉(zhuǎn)化卻需要加入硫酸、鹽酸、硝酸等物質(zhì)，例如，濃硝酸和苯進行反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)式是：C6H6+HNO3C6H5NO2+H2O;還有部分化合物轉(zhuǎn)化雖添加相同物質(zhì)，但受到溫度差異影響，最終產(chǎn)物也有所不同，例如，乙醇類化合物反應(yīng)中，加熱至140℃產(chǎn)物為乙醚，其化學(xué)反應(yīng)式：CH3CH2-OH+HO-CH2CH3H2O+CH3CH2OCH2，加熱溫度達(dá)到170℃，獲得產(chǎn)物為乙烯，其化學(xué)反應(yīng)式：CH2HCH2OH2H2O+CH2=CH2。可見，化學(xué)反應(yīng)知識較為復(fù)雜，通過學(xué)習(xí)“化學(xué)反應(yīng)歷程”內(nèi)容，學(xué)生能夠構(gòu)建化學(xué)學(xué)科結(jié)構(gòu)化知識，有助于學(xué)生認(rèn)識“化學(xué)反應(yīng)是有歷程的”，明確化學(xué)反應(yīng)活化能概念，加強其對化學(xué)知識的理解。

二、高中增加“化學(xué)反應(yīng)歷程”內(nèi)容的特殊意義

（一）拓寬反應(yīng)認(rèn)知

高中化學(xué)教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生獨特的學(xué)科視角相比知識遷移更具價值，化學(xué)反應(yīng)通常分為動力學(xué)與熱力學(xué)兩個視角，動力學(xué)視角包含反應(yīng)歷程、反應(yīng)速率，熱力學(xué)視角包含反應(yīng)方向、能量變化及限度等[1]。從微觀層面來看，化學(xué)反應(yīng)主要經(jīng)過一定路徑分步完成，每步反應(yīng)均為基元反應(yīng)，多個基元反應(yīng)構(gòu)成的總反應(yīng)為復(fù)雜反應(yīng)，包含可逆反應(yīng)、有鏈反應(yīng)、平行反應(yīng)、連續(xù)反應(yīng)等。以往高中化學(xué)教學(xué)中，通常僅強調(diào)化學(xué)反應(yīng)速度，對于反應(yīng)歷程有所忽視，導(dǎo)致學(xué)生僅能以靜態(tài)反應(yīng)方程式了解化學(xué)反應(yīng)的情況，難以深刻了解整體反應(yīng)過程，因此會出現(xiàn)一些誤解，例如，認(rèn)為催化劑不參與反應(yīng)、反應(yīng)物基團或微粒不參與反應(yīng)、反應(yīng)物濃度大會加快反應(yīng)等，甚至是誤解“反應(yīng)速率-能量”示意圖。而添加“化學(xué)反應(yīng)歷程”內(nèi)容，對學(xué)生學(xué)習(xí)有以下重要作用。

1.化繁為簡

引入反應(yīng)歷程能夠?qū)追N不同種類官能團的反應(yīng)簡化成電子對的電子運動，學(xué)生能夠更深入地理解化學(xué)反應(yīng)的內(nèi)容[2]。醛酮、芳烴、烯烴的反應(yīng)均為雙鍵反應(yīng)，若雙鍵結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變化，會導(dǎo)致反應(yīng)種類較多，而通過引入“反應(yīng)歷程”內(nèi)容，能夠?qū)Ω黝惙磻?yīng)加以歸類總結(jié)，降低學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的難度。

2.由表及里

引入“化學(xué)反應(yīng)歷程”能促使學(xué)生透過表面反應(yīng)現(xiàn)象思考發(fā)生反應(yīng)的內(nèi)在驅(qū)動因素，拓寬化學(xué)學(xué)習(xí)范圍，轉(zhuǎn)變以往死記硬背的學(xué)習(xí)模式，增強其化學(xué)反應(yīng)認(rèn)知，讓學(xué)生思考為什么會發(fā)生反應(yīng)、反應(yīng)條件是什么。

3.活躍思維

化學(xué)學(xué)習(xí)中，學(xué)生能夠總結(jié)歸納反應(yīng)類型，思考發(fā)生反應(yīng)的內(nèi)在驅(qū)動邏輯后，即可感受化學(xué)的獨特魅力，明白化學(xué)靈活多變的反應(yīng)現(xiàn)象源自電子運動，進而學(xué)生能夠深入理解化學(xué)知識，并運用化學(xué)知識解決課后習(xí)題。

（二）跟上化學(xué)前沿研究

化學(xué)動力學(xué)的發(fā)展晚于熱力學(xué)，相關(guān)反應(yīng)歷程研究較為緩慢艱難，直至近代使用閃光光解法、激光技術(shù)、交叉分子束、量子化學(xué)、先進譜學(xué)技術(shù)等手段，才推動化學(xué)動力學(xué)發(fā)展。反應(yīng)歷程研究作為化學(xué)發(fā)展研究前沿領(lǐng)域，已有十多人在反應(yīng)歷程的研究方面獲得諾貝爾化學(xué)獎，而1956年獲獎的欣謝爾伍德和謝苗諾夫提出的化學(xué)反應(yīng)歷程意義重大，增進了人們對化學(xué)復(fù)雜反應(yīng)過程的認(rèn)知。在未來，無論是應(yīng)用領(lǐng)域還是實驗技術(shù)拓展革新，化學(xué)反應(yīng)歷程研究均擁有蓬勃的生命力。高中增加“化學(xué)反應(yīng)歷程”內(nèi)容，能夠為化學(xué)研究培養(yǎng)優(yōu)質(zhì)人才提供條件。

（三）實現(xiàn)微觀探析

總反應(yīng)方程式僅能表達(dá)化學(xué)反應(yīng)宏觀熱力學(xué)結(jié)果及物質(zhì)計量關(guān)系，而化學(xué)反應(yīng)歷程能夠從微觀層面揭示化學(xué)反應(yīng)如何開展，通過價鍵分析模型、有效碰撞模型、基元反應(yīng)理論進行分析[3]。例如，價鍵分析模型提出，化學(xué)變化代表物質(zhì)結(jié)構(gòu)與組成變化，以舊化學(xué)鍵斷裂和新化學(xué)鍵形成的情況分析化學(xué)反應(yīng)過程中能量變化和物質(zhì)變化，即反應(yīng)物吸收能量E1斷裂舊化學(xué)鍵后，原子或原子團放出能量E2形成新化學(xué)鍵，當(dāng)E1E2時為吸熱反應(yīng);有效碰撞模型提出，原子或分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的碰撞為有效碰撞，分子發(fā)生有效碰撞即為活化分子，活化能為分子活化的最小能量，該模型要求反應(yīng)中分子必須碰撞，且為活化分子;基元反應(yīng)理論提出，化學(xué)反應(yīng)中從反應(yīng)物至生成物變化需要經(jīng)歷中間狀態(tài)，即AB+C→[A…B…C]→A+BC，過渡態(tài)不穩(wěn)定，僅為反應(yīng)的中間階段，無法分離獲得。這種理論能夠體現(xiàn)反應(yīng)性能和物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系，在學(xué)生提出和猜測反應(yīng)機理時，也能根據(jù)該理論，結(jié)合事實發(fā)揮想象，從而做出假設(shè)，然后再以實驗驗證假設(shè)的正確性。就學(xué)科發(fā)展而言，反應(yīng)歷程研究從以往僅注重反應(yīng)速率轉(zhuǎn)變?yōu)樽⒅匚⒂^反應(yīng)細(xì)節(jié)，真正從單分子特定量子態(tài)與微觀結(jié)構(gòu)出發(fā)，加強對化學(xué)反應(yīng)分子水平的認(rèn)知。了解這些內(nèi)容，有助于學(xué)生結(jié)合微觀和宏觀層面深入認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)。

三、高中“化學(xué)反應(yīng)歷程”內(nèi)容教學(xué)措施

（一）注重教材內(nèi)容

教師在“化學(xué)反應(yīng)歷程”內(nèi)容教學(xué)中，應(yīng)當(dāng)加強對教材知識的理解，不能簡單地將大學(xué)“反應(yīng)歷程”內(nèi)容搬運至高中課堂。開展教學(xué)前，需研究教材結(jié)構(gòu)，將各項教材資源的效用充分發(fā)揮出來，提高學(xué)生的積極性，并培養(yǎng)學(xué)生獨立理解、解決問題的思維?！稑?biāo)準(zhǔn)》提出，教師應(yīng)當(dāng)以教材為基礎(chǔ)，結(jié)合自身理解傳授知識，培育學(xué)生。為達(dá)成目標(biāo)，教師需全面認(rèn)識、了解教材內(nèi)容，根據(jù)教學(xué)目標(biāo)、內(nèi)容意義及學(xué)生特點，以“高觀點”分析、理解教材，適當(dāng)調(diào)整教材內(nèi)容，保證教材知識能夠內(nèi)化為學(xué)生能力[4]。教師應(yīng)優(yōu)化教學(xué)重點，整合教材零星的知識點，做到歸納知識、排除盲點、突破重難點，教授學(xué)生化學(xué)反應(yīng)歷程的知識，提高學(xué)生的綜合能力。

（二）開展情境解構(gòu)

在高中化學(xué)教學(xué)中，教師需融入真實情境，建設(shè)思維模型，幫助學(xué)生深入理解知識。教師需將思維建模和真實情境相聯(lián)系，以建構(gòu)情境為明線，以建構(gòu)模型為暗線，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)歷程重難點、考查方向、教學(xué)目標(biāo)等，選擇恰當(dāng)?shù)恼鎸嵡榫?，同時提取關(guān)鍵能力、必備知識與學(xué)科素養(yǎng)等轉(zhuǎn)化成學(xué)科問題，完成教學(xué)活動設(shè)計，提高教學(xué)效果。

例如，在“合成氨反應(yīng)歷程”教學(xué)中，教師可進行情境導(dǎo)入：“工業(yè)合成氨有效緩解了人口增長和糧食緊缺的矛盾，氨氣也是重要的化工原料與能源載體，科學(xué)家Ertl、Bosch、Haber也因為研究合成氨獲得諾貝爾獎，今天，就讓我們來了解一下合成氨的反應(yīng)歷程，然后以此來學(xué)習(xí)催化劑的知識?！蓖ㄟ^情境導(dǎo)入調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)興趣后，提問學(xué)生：“合成氨作為放熱熵減反應(yīng)，怎樣的條件能夠助推合成氨反應(yīng)？”有的學(xué)生說：“低溫高壓能夠提高反應(yīng)限度。”還有的學(xué)生說：“不對，從動力學(xué)層面看，低溫會降低速率，不利于生產(chǎn)，可使用催化劑?！薄按呋瘎┠軌騾⑴c化學(xué)反應(yīng)，加快反應(yīng)速率，你們了解催化劑過渡態(tài)、反應(yīng)歷程嗎？”教師以此為切入點，建立模型，例如，某反應(yīng)的最高反應(yīng)條件對應(yīng)的活化能為Ea，整體過程為A+KAK，E1，為慢反應(yīng);AK+BK+AB，E2，為快反應(yīng);總反應(yīng)為：A+BAB，添加催化劑K后，活化能E1和E2均低于總活化能Ea，加快了反應(yīng)速率。教師還可進行知識拓展延伸，提問學(xué)生：“Minteer教授構(gòu)筑的生物燃料電池，負(fù)極催化劑為氫化酶，正極催化劑為固氮酶，溫室條件下合成氨，具有哪些優(yōu)勢？[5]”同時引導(dǎo)學(xué)生進行思考，讓學(xué)生認(rèn)識到該合成氨方式條件溫和、低能耗，不僅能獲得氨氣，還能獲得電能，且降低了能壘。建立思維模型能呈現(xiàn)更為復(fù)雜的真實情境，促使學(xué)生學(xué)會利用模型分析問題，掌握化學(xué)反應(yīng)歷程，這不僅體現(xiàn)了教材設(shè)計理念，還能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

（三）激發(fā)學(xué)習(xí)動機

高爾基曾說：“即便是小的成功，也能讓人變得更加堅強。”教學(xué)過程中，教師應(yīng)當(dāng)采取循序漸進的方式，轉(zhuǎn)變“一步到位”的思想，不能隨意拓展、加深學(xué)習(xí)范圍與學(xué)習(xí)深度，遇到較抽象的問題，教師可以為學(xué)生設(shè)置“思維加油站”，幫助學(xué)生理解知識。例如，遇到概念問題可圍繞關(guān)鍵詞、關(guān)鍵字設(shè)置;遇到定律公式問題，可從適用范圍、物理意義方面設(shè)置;遇到綜合問題，可從挖掘隱含條件、審題方面切入，或是根據(jù)內(nèi)在知識點間的聯(lián)系設(shè)置。這樣能夠提高學(xué)生學(xué)習(xí)能力，幫助學(xué)生利用所學(xué)知識解決問題，分散學(xué)習(xí)難點，減小思維跨度。

例題1：FeCl3+3KSCN←→3KCl+Fe（SCN）3為平衡體系，添加KCl固體平衡將向逆反應(yīng)方向移動，溶液顏色變淺。（ ）

提示：根據(jù)化學(xué)反應(yīng)歷程，寫成離子方程式，發(fā)現(xiàn)KCl未參與反應(yīng)，即便增加KCl濃度，也不會造成平衡移動。

例題2：四氧化二氮與二氧化氮平衡體系，加壓后將縮小體積，顏色變淺。（ ）

提示：加壓是通過物理變化增大濃度，加壓后將會縮小體積，增大二氧化氮濃度，根據(jù)勒夏特列原理，壓強增大平衡移動后，會減小二氧化氮濃度，但仍比原本濃度大，只是減弱改變卻無法徹底消除[6]。

例題3：CH3COONH4和NaCl溶液均為中性，溶液內(nèi)水電離程度等同。（ ）

提示：NaCl溶液水正常電離，CH3COONH4溶液內(nèi)，NH4+和CH3COO-產(chǎn)生水解，水解本質(zhì)是水的電離[7]，所以CH3COONH4溶液增加了水電離程度。

學(xué)生解題過程中，教師要做到尊重、熱愛他們，少批評學(xué)生，多運用“老師認(rèn)為你可以……”“老師希望你……”等語句激勵學(xué)生，發(fā)揮情感評價的效用，讓學(xué)生感受到教師對他的愛護、關(guān)心與尊重，讓學(xué)生感受到信任、鼓勵與希望[8]。

結(jié) 語

綜上所述，在高中化學(xué)教學(xué)中，教師應(yīng)讓學(xué)生明確化學(xué)反應(yīng)是有歷程的，讓其認(rèn)識基元反應(yīng)活化能對反應(yīng)速率的影響，明確催化劑能夠改變反應(yīng)歷程，對化學(xué)反應(yīng)速率調(diào)控具有重要意義。因此，在高中化學(xué)教材添加“化學(xué)反應(yīng)歷程”內(nèi)容，能夠加深學(xué)生對化學(xué)反應(yīng)的認(rèn)知，培養(yǎng)學(xué)生微觀探析能力，讓其了解前沿化學(xué)知識。教師也要通過注重教材內(nèi)容、開展情境建構(gòu)、激發(fā)學(xué)習(xí)動機等手段，提高“化學(xué)反應(yīng)歷程”內(nèi)容的教學(xué)質(zhì)量，從而提高學(xué)生綜合能力。

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