化學(xué)原子共面問題技巧范文

時(shí)間:2023-11-13 17:49:41

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化學(xué)原子共面問題技巧

篇1

關(guān)鍵詞: 化學(xué)教學(xué) 相關(guān)學(xué)科思想 滲透

化學(xué)被科學(xué)家譽(yù)為“中心科學(xué)”,處在其上游的學(xué)科有數(shù)學(xué)、物理學(xué),位于其下游的學(xué)科有生物學(xué)和醫(yī)學(xué),化學(xué)在中游起著承上啟下的作用[1]。化學(xué)學(xué)科綜合性、實(shí)踐性強(qiáng),在教學(xué)中,化學(xué)教師除了要善于應(yīng)用本學(xué)科的專業(yè)知識(shí)開展教學(xué)外,還必須具備豐富的相關(guān)學(xué)科知識(shí),而且能夠根據(jù)教學(xué)內(nèi)容靈活穿插使用相關(guān)學(xué)科知識(shí),使相關(guān)學(xué)科思想滲透于化學(xué)學(xué)科教學(xué)實(shí)踐中。這樣開展的教學(xué)活動(dòng)形式獨(dú)特,理解化學(xué)原理的思維方式、掌握化學(xué)知識(shí)的角度和解題技巧的探討都突破固有的模式。不同的學(xué)科知識(shí)橫向有遷移,學(xué)生學(xué)習(xí)興趣高,對(duì)知識(shí)的理解和掌握效果明顯,學(xué)科思維素養(yǎng)更容易建立,提高了化學(xué)課堂教學(xué)的有效性。

筆者在多年的教學(xué)實(shí)踐中,針對(duì)不同的教學(xué)內(nèi)容,滲透相關(guān)學(xué)科的學(xué)科思想開展風(fēng)格各異的教學(xué)活動(dòng),現(xiàn)在做一整理,借此與各位同仁探討交流。

一、數(shù)學(xué)思想滲透于化學(xué)教學(xué)中

數(shù)學(xué)位于自然科學(xué)之首,是學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)的必備工具,在化學(xué)教學(xué)中,尤其是在習(xí)題的教學(xué)過程中,如果靈活應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí),把學(xué)生的數(shù)學(xué)思維及時(shí)遷移到化學(xué)題目中來,用數(shù)學(xué)思想構(gòu)建化學(xué)科解題的學(xué)科素養(yǎng),在實(shí)際教學(xué)中,就能收到非常明顯的教學(xué)效果。

如學(xué)生剛上高一,化學(xué)必修一模塊就涉及“物質(zhì)的量”,這是一個(gè)很抽象的概念,這對(duì)于剛?cè)敫咧械膶W(xué)生來說很難弄懂,接下來是相關(guān)的計(jì)算,涉及幾個(gè)基本的公式:n===,學(xué)生在應(yīng)用公式的時(shí)候經(jīng)常搞錯(cuò),在該用乘法時(shí)用了除法,而該用除法時(shí)用了乘法。在教學(xué)中除了讓學(xué)生正確理解公式中概念的內(nèi)涵外,還啟發(fā)學(xué)生聯(lián)想小學(xué)的公式:總量=數(shù)量×單位量,引導(dǎo)學(xué)生把新公式對(duì)號(hào)入座:n就是數(shù)量,N、m、V就是總量,而N、M、V就是單位量,這樣就把高中抽象公式向小學(xué)形象公式靠攏,降低了認(rèn)知的臺(tái)階,學(xué)生易于接受。在這一章還涉及混合物計(jì)算,這是高中化學(xué)計(jì)算常見的類型,此類題主要滲透了數(shù)學(xué)的方程思想,其解題過程可分為兩個(gè)階段,第一階段利用化學(xué)知識(shí)找出題目中各物質(zhì)或量的關(guān)系,第二階段列出方程計(jì)算得出結(jié)果。最后,在教學(xué)中又和學(xué)生共同總結(jié)出解題口訣“設(shè)出摩爾,列出方程組”,記憶和理解效果更佳。在混合物計(jì)算教學(xué)中難免涉及十字交叉法,十字交叉法是在化學(xué)中應(yīng)用比較廣泛的簡化的計(jì)算方法,在解決某些二元混合體系所產(chǎn)生的具有線性平均意義的計(jì)算問題時(shí),表現(xiàn)出了思路簡單,運(yùn)算簡便等優(yōu)點(diǎn)。學(xué)生對(duì)十字交叉法理解出現(xiàn)偏差,為什么交叉相減,再相比較,就能得到組分的比?這時(shí)可以設(shè)出兩個(gè)未知數(shù),但是只列出一個(gè)方程,通過數(shù)學(xué)推導(dǎo),得出同樣的結(jié)果,最后再指出十字交叉法就是簡化方程的解法,也是加權(quán)平均值的簡單解法。例如:在標(biāo)準(zhǔn)狀況下,11.2LCO與CO的混合氣體的質(zhì)量為20.4g,求混合氣體中CO與CO的體積之比為多少?解析:在標(biāo)準(zhǔn)狀況下,11.2LCO與CO的混合氣體的物質(zhì)的量為0.5mol,混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為20.4g/0.5mol=40.8g·mol

28 44 40.8 44-40.8=3.2 40.8-28=12.8

V(CO)/V(CO)=3.2/12.8=1/4,即混合氣體中CO與CO的體積之比為1:4。解釋十指交叉法時(shí),我們可以設(shè)CO和CO的物質(zhì)的量分別為xmol和ymol,根據(jù)質(zhì)量守恒:28x+44y=40.8(x+y),整理得(40.8-28)x=(44-40.8)y,x:y=(44-40.8):(40.8-28)=1:4,這樣的推導(dǎo)解法跟十指交叉法是殊途同歸的。通過推導(dǎo),學(xué)生對(duì)十字交叉法會(huì)欣然接受并且能靈活運(yùn)用。

又如選修四模塊《化學(xué)反應(yīng)原理》中有兩個(gè)重要的知識(shí)點(diǎn):蓋斯定律和原電池,在教學(xué)時(shí),指出應(yīng)用蓋斯定律解題就是做數(shù)學(xué)證明題,根據(jù)數(shù)學(xué)中的代數(shù)式相加減的原則,從已知的熱化學(xué)方程式,通過代數(shù)運(yùn)算處理,注意H也同樣進(jìn)行運(yùn)算,得出目標(biāo)方程式,也就證明成功;原電池教學(xué)中涉及已知原電池總反應(yīng)和一個(gè)電極反應(yīng)式,求另外一個(gè)電極反應(yīng)式,也是代數(shù)式相減的思想,減完之后再把方程式中帶負(fù)號(hào)的物質(zhì)移到化學(xué)方程式對(duì)側(cè),得出正確的電極反應(yīng)式。如果題目中給了正極和負(fù)極的電極反應(yīng)式,通過相加也就自然得到原電池的總反應(yīng)。

再如選修五模塊《有機(jī)化學(xué)》,同分異構(gòu)體是一個(gè)重要的知識(shí)點(diǎn),烴分子的一鹵取代物的個(gè)數(shù),關(guān)鍵是找出等效氫的個(gè)數(shù),這是就需要借助數(shù)學(xué)上的中心對(duì)稱、軸對(duì)稱的知識(shí),先確定對(duì)稱中心,然后找出等效碳原子,確定等效氫,這樣可以使等效氫原子數(shù)確定得更準(zhǔn)確。如:丙烷的一氯代物有幾種?如圖所示:HHH,先找出對(duì)稱軸,對(duì)稱軸上的碳原子是一種,另外2個(gè)端點(diǎn)碳原子位置對(duì)稱,成為等效碳原子,是第二種碳原子,因此等效氫原子有2種,一氯代物有2種。烴分子的二鹵取代物的個(gè)數(shù),除了用碳原子之間兩兩連線的“連線法”確定之外,還可以利用排列組合的知識(shí),用數(shù)學(xué)的方法將具體問題抽象化,可以簡化解題過程,如:丙烷的二氯代物有幾種?因?yàn)楸橛?種碳原子,所以可以列式子:C×C=2×2=4,求得有4種二氯代物。有機(jī)物分子共線共面問題,由于涉及空間立體的知識(shí),學(xué)生單純從化學(xué)角度想象空間結(jié)構(gòu),認(rèn)知難度很大。如果應(yīng)用立體幾何的知識(shí),幫助學(xué)生借助數(shù)學(xué)思維思考化學(xué)問題,學(xué)生站在數(shù)學(xué)的臺(tái)階上接受化學(xué)知識(shí)就更為得心應(yīng)手。例如:H-H=H--F分子中6個(gè)碳原子可以共面嗎?首先根據(jù)雙鍵的平面模型,確定一個(gè)前1-4號(hào)碳原子共面,再根據(jù)三鍵的直線模型確定后3-6號(hào)碳原子共線,然后根據(jù)幾何學(xué)公理“一條直線上有2個(gè)點(diǎn)(3、4號(hào)碳原子)位于一個(gè)平面,那么這條直線(包含5、6號(hào)碳原子)就在這個(gè)平面上”,從而得出6個(gè)碳原子可以共面。通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)推導(dǎo)得出的結(jié)論,教學(xué)說服力非常強(qiáng)大,學(xué)生對(duì)老師的教學(xué)和知識(shí)的認(rèn)可度大大提高。求一系列有機(jī)物含碳量的最大(最?。┲档念}目時(shí),先根據(jù)同系物的分子式的差別,利用等差數(shù)列求出通項(xiàng)公式,再代入極限公式求出結(jié)果。如:同系物C1H(萘)、CH(芘)、CH(苯并芘)……中,求碳的最大百分含量。解析:根據(jù)萘、芘、苯并芘的分子式發(fā)現(xiàn)碳原子數(shù)和氫原子數(shù)遞增呈等差數(shù)列。碳原子數(shù):公差為6,首項(xiàng)是10:a=a+(n-1)d=10+(n-1)×6=6n+4,同理可得氫原子數(shù):a=2n+6,因此通式為CH,帶入極限公式:ω(C)====97.3%

二、物理學(xué)思想滲透于化學(xué)教學(xué)中

“理化不分家”。物理和化學(xué)同樣是兩門重要的自然科學(xué),學(xué)科之間總是存在內(nèi)在聯(lián)系,知識(shí)體系也是有相通的部分。如在選修四模塊《化學(xué)反應(yīng)原理》中的“化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡”教學(xué)中,首先引導(dǎo)學(xué)生思考,物理上衡量運(yùn)動(dòng)快慢的物理量是速度和速率,前者是矢量,既有大小,又有方向,后者是只有大小的標(biāo)量。再追問學(xué)生化學(xué)反應(yīng)的快慢需要有方向嗎?自然得出衡量化學(xué)反應(yīng)快慢的物理量應(yīng)該是只有正值的化學(xué)反應(yīng)速率,而不是化學(xué)反應(yīng)速度。再通過化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算公式v=c/t,聯(lián)想物理學(xué)上的公式v=x/t(v表示平均速率,x表示位移,t表示時(shí)間),學(xué)生不難得出化學(xué)反應(yīng)速率是一段反應(yīng)時(shí)間內(nèi)的平均速率,對(duì)于化學(xué)反應(yīng)來說,平均速率更具有實(shí)際表達(dá)意義。物理上v-t圖像,圖線與時(shí)間軸圍成的圖形面積表示在該時(shí)間段的位移x,引導(dǎo)學(xué)生遷移到化學(xué)上v-t圖像,圖線與時(shí)間軸圍成圖形的面積表示在該時(shí)間段的物質(zhì)的量濃度的變化量c。

例:在容積固定的4L密閉容器中,進(jìn)行可逆反應(yīng):X(氣)+2Y(氣)?葑2Z(氣)并達(dá)到平衡,在此過程中,以Y的濃度改變表示的反應(yīng)速率υ(正)、υ(逆)與時(shí)間t的關(guān)系如右圖,如圖中陰影部分面積表示( )

A.X的濃度的減少 B.Y的物質(zhì)的量的減少

C.Z的濃度的增加 D.X的物質(zhì)的量的減少

解析:v(正)曲線下圍成的圖形的面積應(yīng)該是Y物質(zhì)濃度的減少值,v(逆)曲線下圍成圖形的面積應(yīng)該是Y物質(zhì)濃度的增加值,圖中陰影部分即以上二者之差,也就是Y物質(zhì)濃度的減少值的凈值,因此B項(xiàng)正確。

學(xué)習(xí)化學(xué)平衡時(shí),首先啟發(fā)學(xué)生回憶物理上的不受外力的平衡態(tài):勻速直線運(yùn)動(dòng)和靜止。然后指出化學(xué)平衡不是靜止的平衡,而是類似于物理上的勻速直線運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)平衡。物理知識(shí)進(jìn)行思維遷移,有助于掌握化學(xué)新知。又如,平衡移動(dòng)原理(勒夏特列原理)中的關(guān)鍵詞“減弱改變”,學(xué)生很難理解實(shí)質(zhì),物理上的楞次定律中的關(guān)鍵詞“阻礙變化”和“減弱改變”的概念內(nèi)涵是完全相同的,具有異曲同工的遷移效果,在教學(xué)中及時(shí)拋出楞次定律中的“阻礙變化”,對(duì)“減弱改變”的理解也就毫無懸念。再如,電解池中陰陽離子的運(yùn)動(dòng)方向,完全是遵循帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的。物理上金屬導(dǎo)體的導(dǎo)電是自由電子的定向移動(dòng)的結(jié)果,對(duì)比到電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電,則是陰陽離子的定向運(yùn)動(dòng)形成的。在化學(xué)教學(xué)中有意識(shí)滲透物理學(xué)思想,學(xué)生會(huì)領(lǐng)悟到自然科學(xué)之間是相互交叉和滲透的,在學(xué)習(xí)知識(shí)的時(shí)候才能自覺關(guān)注學(xué)科之間的聯(lián)系。

三、哲學(xué)思想滲透于化學(xué)教學(xué)中

哲學(xué)上的三個(gè)基本的規(guī)律:“對(duì)立統(tǒng)一規(guī)律”、“量變質(zhì)變規(guī)律”、“否定之否定規(guī)律”。這三個(gè)規(guī)律是指導(dǎo)人們認(rèn)識(shí)世界和改造世界的方法論。在化學(xué)教學(xué)的三維目標(biāo)中,情感態(tài)度與價(jià)值觀這一維目標(biāo)也要求教師在教學(xué)中不但教授學(xué)生學(xué)科知識(shí),而且注意培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的學(xué)科思維和認(rèn)識(shí)問題的哲學(xué)思維。如在教學(xué)“氧化還原”時(shí),氧化是失去電子,還原是得到電子,氧化劑氧化了還原劑,還原劑還原了氧化劑,氧化劑和還原劑行為是完全對(duì)立的,但是對(duì)立的行為統(tǒng)一在同一個(gè)氧化還原反應(yīng)中,密不可分,氧化和還原“既對(duì)立,又統(tǒng)一”。氧化還原反應(yīng)是“對(duì)立統(tǒng)一規(guī)律”一個(gè)很好的例證,在教學(xué)氧化還原反應(yīng)時(shí),要不失時(shí)機(jī)地培養(yǎng)學(xué)生的“對(duì)立統(tǒng)一”思想,而且在進(jìn)行“氧化還原”的概念教學(xué)時(shí),初中學(xué)習(xí)氧化還原反應(yīng)只是停留于表面的“得氧失氧”,在高中教學(xué)中,先通過幾個(gè)氧化還原反應(yīng)方程式,總結(jié)出氧化還原反應(yīng)的共同特征是“元素化合價(jià)升降”,最后再追溯到氧化還原反應(yīng)內(nèi)在本質(zhì)為“電子轉(zhuǎn)移”,為學(xué)生的學(xué)習(xí)搭建思維平臺(tái),通過支架式教學(xué),學(xué)生的認(rèn)知臺(tái)階逐漸上升。又如在教學(xué)“元素周期律”時(shí),元素的性質(zhì)隨著原子序數(shù)的遞增到一定的程度,性質(zhì)就會(huì)發(fā)生周期性的變化,也就是元素之間不是孤立的,是存在著隨著數(shù)量的變化而性質(zhì)發(fā)生遞變的內(nèi)在規(guī)律——元素周期律。數(shù)量積累到一定程度,就會(huì)發(fā)生質(zhì)的飛躍,完美地詮釋了“量變質(zhì)變規(guī)律”。再如,在進(jìn)行必修一模塊“元素化合物”教學(xué)時(shí),對(duì)原來初中學(xué)習(xí)的燃燒概念做了“否定”,指出燃燒不一定要有氧氣,只要是有發(fā)光發(fā)熱現(xiàn)象的劇烈的氧化還原反應(yīng),就是燃燒。把對(duì)燃燒的判斷從外在的反應(yīng)現(xiàn)象和反應(yīng)的內(nèi)在實(shí)質(zhì)這兩個(gè)方面界定,這樣修正補(bǔ)充后再重新定義概念,使知識(shí)更為科學(xué)完整?!胺穸ā辈皇侨P拋棄,而是為了“肯定”,這也符合事物發(fā)展的規(guī)律:螺旋式上升,波浪式前進(jìn)。通過化學(xué)概念的動(dòng)態(tài)教學(xué),學(xué)生真切地體會(huì)到知識(shí)乃至真理的生成,是一個(gè)不斷補(bǔ)充修正的科學(xué)發(fā)展過程。

四、詩詞美學(xué)思想滲透于化學(xué)教學(xué)中

科學(xué)是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?,也就難免枯燥,然而化學(xué)這門自然科學(xué)與生活密切相關(guān),如果能夠把教學(xué)與文學(xué)生活中的詩詞聯(lián)系起來,也就在嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)中引入了美學(xué),這樣的教學(xué)體現(xiàn)了科學(xué)與人文內(nèi)涵的統(tǒng)一,展現(xiàn)了化學(xué)教學(xué)的藝術(shù)美,給學(xué)生提供了主動(dòng)探究知識(shí)的美的意境,開啟了學(xué)生審美的想象和思維,也發(fā)揮了化學(xué)課程對(duì)培養(yǎng)學(xué)生人文精神的積極作用。如在教學(xué)碳酸鹽性質(zhì)時(shí),明代詩人于謙的《石灰吟》:“千錘萬鑿出深山,烈火焚燒若等閑。粉身碎骨渾不怕,要留清白在人間。”于謙不經(jīng)意以自己詩人的視角,用凝練的語言描繪了石灰石分解生產(chǎn)石灰的過程。從科學(xué)的角度來解讀這首詩,原料的存在,反應(yīng)的條件,反應(yīng)的產(chǎn)物一一從詩中體現(xiàn)出來。從藝術(shù)的角度來看,這首詩體現(xiàn)了詩人寧折不彎,為追求理想和真理可以獻(xiàn)身的可貴品質(zhì)。在學(xué)習(xí)中,學(xué)生不僅接收了科學(xué)知識(shí),還被作者的高貴的人生信仰所打動(dòng),教師不僅傳授知識(shí),而且完成了育人責(zé)任。又如在教學(xué)硅酸鹽時(shí)可選擇杜甫詩云“大邑?zé)奢p且堅(jiān),扣如哀玉錦城傳”,以及唐代陸龜蒙在《秘色瓷器》中的“九秋風(fēng)露越窯過,奪得千峰翠色來”[2],讓學(xué)生在學(xué)習(xí)知識(shí)的同時(shí),感受古代勞動(dòng)人民的無窮智慧。在教學(xué)中引入詩詞等文學(xué)元素,能夠改變沉悶的課堂教學(xué)氣氛,使課堂氛圍變得活躍而富有文學(xué)氣息,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,使學(xué)生在提高文學(xué)素養(yǎng)的同時(shí)提高了科學(xué)素養(yǎng)。

五、歷史學(xué)思想滲透于化學(xué)教學(xué)中

法國著名科學(xué)家朗之萬說:“在科學(xué)教育中,加入歷史的觀點(diǎn)是有百利而無一弊的?!被瘜W(xué)與人文科學(xué)從來都是緊密聯(lián)系的,許多偉大的科學(xué)成就都是科學(xué)家的科學(xué)素養(yǎng)和人文精神的結(jié)晶[3]。在教學(xué)中,教師應(yīng)該不拘泥于教科書上的知識(shí)和結(jié)論,還應(yīng)該關(guān)注知識(shí)和結(jié)論生成的過程和歷史,了解科學(xué)家發(fā)現(xiàn)科學(xué)事實(shí)、形成化學(xué)概念、建立化學(xué)原理和理論的艱辛過程。化學(xué)發(fā)展史中蘊(yùn)含的科學(xué)思想和科學(xué)方法,是難能可貴的課程資源。在教學(xué)設(shè)計(jì)中把握恰當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī),引入相關(guān)的歷史事件和歷史人物,不僅有利于學(xué)科教學(xué)的開展,還能在教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生探索知識(shí)的科學(xué)品質(zhì)和愛國奉獻(xiàn)的人文精神。

如在教學(xué)化學(xué)必修二模塊苯時(shí),首先介紹了英國化學(xué)家法拉第發(fā)現(xiàn)了苯之后,后來日拉爾等人確定了苯的分子式為CH,隨后在確定苯分子結(jié)構(gòu)時(shí),當(dāng)時(shí)的科學(xué)家并沒有意識(shí)到苯是環(huán)狀結(jié)構(gòu),德國化學(xué)家凱庫勒深入地研究了苯的性質(zhì),嘗試反推結(jié)構(gòu),通過精心探索研究,最后提出了苯的結(jié)構(gòu)模型——?jiǎng)P庫勒式。據(jù)說環(huán)狀結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)是從夢(mèng)中獲得的啟發(fā),凱庫勒工作很晚就睡著了,在睡夢(mèng)中出現(xiàn)了一條蛇,蜿蜒盤繞,突然蛇頭銜住蛇尾,形成了一個(gè)環(huán),凱庫勒夢(mèng)醒后恍然大悟,最后按照環(huán)狀分子的思想確立了苯的真實(shí)結(jié)構(gòu)。介紹完苯分子結(jié)構(gòu)的探索史,學(xué)生的課堂氣氛馬上活躍起來,我又不失時(shí)機(jī)地拋出問題:做夢(mèng)真的能解決科學(xué)問題嗎?學(xué)生也就馬上回到理性思維的層面,科學(xué)問題的解決是科學(xué)家成果積累到一定程度的必然結(jié)果。

又如在教學(xué)碳酸鈉時(shí),介紹碳酸鈉的俗名有純堿、口堿等。清末民初,工業(yè)所需的碳酸鈉主要是從河北、內(nèi)蒙古鹽湖取得的天然堿,并以張家口、古北口為集散地銷往全國,故稱口堿。但是天然堿遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了民族輕工業(yè)的發(fā)展需要,只能進(jìn)口純堿。而進(jìn)口純堿價(jià)格很高,且外國技術(shù)封鎖,國內(nèi)不能生產(chǎn)。我國近現(xiàn)代化學(xué)家侯德榜熱愛祖國,獻(xiàn)身科學(xué),發(fā)明了聯(lián)合制堿法,并且把制堿技術(shù)公布,打破了外國封鎖,在國內(nèi)生產(chǎn)純堿,滿足了民族工業(yè)發(fā)展的需要。通過這部分歷史的介紹,學(xué)生深切地感受到:就要挨欺負(fù),要想強(qiáng)國富民,離不開科學(xué)技術(shù)的掌握,只有努力學(xué)習(xí),才能報(bào)效祖國。同時(shí),科學(xué)家侯德榜的獻(xiàn)身科學(xué)的偉大愛國精神,增強(qiáng)了學(xué)生的民族自尊心和自豪感,實(shí)現(xiàn)了對(duì)學(xué)生的愛國主義的思想教育。

參考文獻(xiàn):

[1]王換榮.化學(xué)教師教學(xué)風(fēng)格的培養(yǎng)和形成[J].化學(xué)教育,2012,(1):48-51.