與范特霍夫規(guī)則相關(guān)的兩個問題

張映明

摘要：范特霍夫規(guī)則是反應(yīng)速率理論從成長到成熟過程中具有里程碑意義的成就。在研究溫度對反應(yīng)速率的影響時，大學(xué)教材一般會介紹范特霍夫規(guī)則，高中教材有時也會提及范特霍夫規(guī)則的內(nèi)容。通過縱向比較與橫向分析指出，化學(xué)教材在呈現(xiàn)給讀者范特霍夫規(guī)則時，概念使用不規(guī)范，詞語應(yīng)用不準(zhǔn)確：“溫度每升高10℃”和“溫度每升高10K”混用，“反應(yīng)速率增加2～4倍”與“反應(yīng)速率增加到2～4倍”不分。

關(guān)鍵詞：攝氏溫度；熱力學(xué)溫度；范特霍夫規(guī)則

文章編號：1005–6629（2014）4–0074–04 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

從討論溫度對反應(yīng)速率的影響開始到阿累尼烏斯公式的誕生，大致經(jīng)歷了3個階段：19世紀(jì)五六十年代威廉米與貝塞羅指出，大多數(shù)反應(yīng)隨溫度升高而加速，這是一個定性的規(guī)律；1884年范特霍夫指出，溫度每升高10K，反應(yīng)通常加速2～4倍，這是最早的定量關(guān)系；1889年阿累尼烏斯通過大量實(shí)驗(yàn)與理論的論證揭開了反應(yīng)速率常數(shù)對溫度的依賴關(guān)系[1]。

在大學(xué)化學(xué)教材中，當(dāng)討論溫度與反應(yīng)速率間的定量關(guān)系時，一般都會提及范特霍夫規(guī)則和阿累尼烏斯公式。在高中階段，通常只要求定性地了解溫度與反應(yīng)速率間的關(guān)系。為讓學(xué)生對溫度與反應(yīng)速率間的關(guān)系有更深入的認(rèn)識，有的高中化學(xué)教材會對范特霍夫規(guī)則的內(nèi)容做一些簡單的介紹。仔細(xì)分析不同化學(xué)教材上的范特霍夫規(guī)則，我們發(fā)現(xiàn)了兩個問題。

1 “溫度每升高10℃”，還是“溫度每升高10K”

在化學(xué)教材中，范特霍夫規(guī)則的前半部分（即溫度變化部分）有兩種說法：有的教材將其描述為“溫度每升高10℃”；有的教材將其描述為“溫度每升高10K”。

1.1 用“溫度每升高10℃”描述范特霍夫規(guī)則的化學(xué)教材

1.1.1 高中教材

人民教育出版社（以下簡稱人教版）、人民教育出版社化學(xué)室編著的高級中學(xué)課本《化學(xué)》（選修，第三冊，1995年）等5部教材用“溫度每升高10℃”來描述范特霍夫規(guī)則，詳見表1。

從表1可以看出，在論述溫度與反應(yīng)速率間的關(guān)系時，過去的人教版化學(xué)教材以及現(xiàn)在的蘇教版化學(xué)教材，都向讀者介紹范特霍夫規(guī)則的內(nèi)容，并且都將溫度變化部分描述為“溫度每升高10℃”。

從表1還可以看出，現(xiàn)在的人教版教材，不管是必修模塊還是選修模塊，對溫度與反應(yīng)速率間關(guān)系的闡述都只限于定性的水平，未涉及它們之間的定量關(guān)系，也不介紹范特霍夫規(guī)則的內(nèi)容。

1.1.2 大學(xué)教材

在我們查閱的幾種大學(xué)化學(xué)教材中，只有胡英主編的《物理化學(xué)》（上冊，1999年）在介紹范特霍夫規(guī)則時將溫度變化部分描述為“溫度每升高10℃”，詳見表2。

1.2 用“溫度每升高10K”描述范特霍夫規(guī)則的化學(xué)教材

1.2.1 高中教材

江蘇教育出版社和山東科學(xué)技術(shù)出版社出版（以下簡稱蘇教版和魯科版）的“化學(xué)反應(yīng)原理”模塊教材，在論述溫度與反應(yīng)速率的關(guān)系時，都對范特霍夫規(guī)則的內(nèi)容做了介紹，并且都將其中的溫度變化部分表達(dá)為“溫度每升高10K”，詳見表3。

從表3可以看出，魯科版和蘇教版化學(xué)教材在介紹化學(xué)反應(yīng)速率時，在必修與選修之間采用螺旋上升的方式配置相關(guān)內(nèi)容。必修教材中論述了溫度與速率間的定性關(guān)系；選修教材在強(qiáng)調(diào)溫度與速率間的定性關(guān)系的同時，適當(dāng)提及了二者間的定量關(guān)系，讓學(xué)生了解范特霍夫規(guī)則的內(nèi)容。

對比表1和表3，我們發(fā)現(xiàn)：王祖浩主編的普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書《化學(xué)反應(yīng)原理》（選修）及其教學(xué)參考書，在描述溫度變化時，教科書采用熱力學(xué)溫標(biāo)，表示為“溫度每升高10K”；教學(xué)參考書采用攝氏溫標(biāo)，表示為“溫度每升高10℃”。在介紹范特霍夫規(guī)則時，同一版本的不同教材間出現(xiàn)如此大的差異，怎么可能不引起讀者的困惑呢？

1.2.2 大學(xué)教材

高等教育出版社出版、武漢大學(xué)等校編的《無機(jī)化學(xué)》（上冊，1994年）等4部大學(xué)化學(xué)教材，在介紹范特霍夫規(guī)則時，都將溫度變化表達(dá)為“溫度每升高10K”，詳見表4。

對表3和表4進(jìn)行比較后，我們發(fā)現(xiàn)：在介紹范特霍夫規(guī)則時，對于其中的溫度變化部分，不管是魯科版和蘇教版高中化學(xué)教材，還是具有代表性的大學(xué)化學(xué)教材，都將其描述為“溫度每升高10K”。

溫度概念的建立以及溫度的測定都是以熱平衡現(xiàn)象為基礎(chǔ)。如果兩個系統(tǒng)分別和處于確定狀態(tài)的第三個系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，則這兩個系統(tǒng)彼此也將處于熱平衡。這個熱平衡的規(guī)律稱為熱平衡定律或熱力學(xué)第零定律[2]。由它可邏輯得出，系統(tǒng)應(yīng)存在一個性質(zhì)，作為冷熱程度的度量，即溫度。用來測量溫度的儀器叫溫度計(jì)。為了對溫度計(jì)進(jìn)行刻度，就需要溫標(biāo)，它是溫度的數(shù)值表示法。國際單位制采用的是熱力學(xué)溫標(biāo)。由熱力學(xué)溫標(biāo)確定的熱力學(xué)溫度，用符號T表示，單位是K。還有一種溫標(biāo)即攝氏溫標(biāo)，攝氏溫度用符號t表示，單位是℃，并且t/℃=T/K-273.15 [3]。

綜上所述，“溫度每升高10℃”是用攝氏溫標(biāo)度量出的反應(yīng)體系的溫度，“溫度每升高10K”是用熱力學(xué)溫標(biāo)測定出的反應(yīng)體系的溫度。在大學(xué)階段，通常用熱力學(xué)溫標(biāo)描述反應(yīng)體系的溫度，在高中階段一般用攝氏溫標(biāo)描述反應(yīng)體系的溫度。當(dāng)某一體系的溫度用不同溫標(biāo)來表達(dá)時，數(shù)值肯定不同。所以，在介紹范特霍夫規(guī)則時，假若保持后半句不變，則“溫度每升高10℃”的說法是不恰當(dāng)?shù)摹?/p>

2 “反應(yīng)速率增加到2～4倍”，還是“反應(yīng)速率增加2～4倍”

在化學(xué)教材中，范特霍夫規(guī)則的后半部分即反應(yīng)速率變化部分有兩種說法：一部分教材將其描述為“增加到”；另一部分教材卻將其描述為“增加”。

2.1 用“增加到”等描述范特霍夫規(guī)則的化學(xué)教材

2.1.1 高中教材

人民教育出版社出版、人民教育出版社化學(xué)室編著的高級中學(xué)課本《化學(xué)》（選修，第三冊，1995年）等4部高中化學(xué)教材，在介紹范特霍夫規(guī)則時，基本上用“增加到”來描述反應(yīng)速率的變化，詳見表5。

由表5可以看出，過去的人民教育出版社化學(xué)室編著的高級中學(xué)課本《化學(xué)》（選修，第三冊）以及高級中學(xué)教科書《化學(xué)》（必修加選修，第二冊）都用“增大到”來描述反應(yīng)速率的變化。

由表5還可以看出，王磊主編的普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書《化學(xué)反應(yīng)原理》（選修）是用“增大到”來描述反應(yīng)速率的變化，與其對應(yīng)的教師用書卻用“加速”來描述反應(yīng)速率的變化。“增大到”有“加速”的意思，但是“加速”并未具備“增大到”的全部含義。

2.1.2 大學(xué)教材

高等教育出版社出版、武漢大學(xué)等校編的《無機(jī)化學(xué)》（上冊，第3版，1994年）等3部大學(xué)化學(xué)教材，在介紹范特霍夫規(guī)則時，都用與“增加到”意思相同的詞來描述反應(yīng)速率的變化，詳見表6。

從表6可以看出，在介紹范特霍夫規(guī)則時，其后半部分即反應(yīng)速率的變化部分，大學(xué)教材用不同的詞來描述：有的用“擴(kuò)大”，有的用“增至”，有的用“變?yōu)椤??！皵U(kuò)大”、“增至”、“變?yōu)椤倍加小霸黾拥健钡囊馑肌?/p>

2.2 用“增加”等描述范特霍夫規(guī)則的化學(xué)教材

2.2.1 高中教材

人民教育出版社出版、人民教育出版社化學(xué)室編著的高級中學(xué)教材《〈化學(xué)〉（選修，第三冊）教學(xué)參考書》（1996年）等3部教材，在介紹范特霍夫規(guī)則時，都用與“增加”意思相同的詞來描述反應(yīng)速率的變化，詳見表7。

從表7可以看出，在介紹范特霍夫規(guī)則時，其后半部分即反應(yīng)速率的變化部分，人民教育出版社化學(xué)室編著的高級中學(xué)教材《〈化學(xué)〉（選修，第三冊）教學(xué)參考書》以及《〈化學(xué)〉（必修加選修，第二冊）教師教學(xué)用書》都用“增大”來描述；王祖浩主編的普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書《化學(xué)反應(yīng)原理》（選修）用“增加”來描述，與其對應(yīng)的教學(xué)參考書用“增大”來描述。“增大”與“增加”的含義基本相同。

對比表5和表7，我們發(fā)現(xiàn)：在介紹范特霍夫規(guī)則的內(nèi)容時，人民教育出版社化學(xué)室編著的高級中學(xué)課本《化學(xué)》（選修，第三冊）用“增大到”來描述反應(yīng)速率的變化，與其對應(yīng)的教學(xué)參考書卻用“增大”來描述反應(yīng)速率的變化；人民教育出版社化學(xué)室編著的高級中學(xué)教科書《化學(xué)》（必修加選修，第二冊）用“增大到”來描述反應(yīng)速率的變化，與其對應(yīng)的教師教學(xué)用書卻用“增大”來描述反應(yīng)速率的變化?！霸龃蟮健庇小霸龃蟆钡囊馑迹恰霸龃蟆睕]有“增大到”的含義。在介紹范特霍夫規(guī)則時，同一版本的不同教材間出現(xiàn)這樣大的差異，讀者心中怎能沒有疑問呢？

對比表5與表7，我們還發(fā)現(xiàn)：王磊主編的普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書《化學(xué)反應(yīng)原理》（選修）用“增加到”來描述反應(yīng)速率的變化；王祖浩主編的普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書《化學(xué)反應(yīng)原理》（選修）卻用“增加”來描述反應(yīng)速率的變化。在介紹范特霍夫規(guī)則時，同一時期不同版本的教材間出現(xiàn)如此大的差異，怎么可能不引起讀者的困惑呢？

2.2.2 大學(xué)教材

高等教育出版社出版、北京師范大學(xué)等校編的《無機(jī)化學(xué)》（上冊，2003）等2部大學(xué)化學(xué)教材，在介紹范特霍夫規(guī)則時，都用與“增加”意思相同的詞來描述反應(yīng)速率的變化，詳見表8。

從表8可以看出，2部大學(xué)化學(xué)教材中，北京師范大學(xué)等校編的《無機(jī)化學(xué)》（上冊，2003年）用“增大”來描述反應(yīng)速率的變化；傅獻(xiàn)彩等編的《物理化學(xué)》（下冊，2005）用“增加”來描述反應(yīng)速率的變化。

“增加”與“增加到”的含義既有相似性，又有差異性。雖然二者都可用來描述某一物理量的前后變化，但前者強(qiáng)調(diào)的是變化前后的差量，后者突出的是變化后的結(jié)果。反應(yīng)速率“增加”2～4倍，是“增加到”原來的3～5倍；反應(yīng)速率“增加到”2～4倍，是在原來基礎(chǔ)上的“增加”1～3倍。因此，“反應(yīng)速率增加到2～4倍”和“反應(yīng)速率增加2～4倍”2種說法，雖然都有速率增加的意思，但增加的幅度有區(qū)別。

在表6和表8中，有3種大學(xué)化學(xué)教材為讀者提供了范特霍夫規(guī)則的數(shù)學(xué)表達(dá)式。這個表達(dá)式告訴我們：升高溫度后的反應(yīng)速率是升高溫度前的2～4倍。因此，化學(xué)教材在介紹范特霍夫規(guī)則時，使用“增加到”來描述反應(yīng)速率的變化更為準(zhǔn)確。

提供給學(xué)生學(xué)習(xí)的范例，是教材最基本的功能[4]。但是編著者不是圣人，教材不是圣經(jīng)。我們不要苛求編著者及其教材為讀者提供十全十美的范例。在教學(xué)實(shí)踐中及時發(fā)現(xiàn)問題并妥善地解決問題，把充滿著科學(xué)性、洋溢著嚴(yán)謹(jǐn)性的化學(xué)知識傳遞給學(xué)生，化學(xué)教師責(zé)無旁貸。讓教材內(nèi)容更科學(xué)、更嚴(yán)謹(jǐn)，是讀者永恒的期盼，也是編著者不懈的追求。

參考文獻(xiàn)：

[1]王明召主編.化學(xué)反應(yīng)原理（選修）教師用書[M].濟(jì)南：山東科學(xué)技術(shù)出版社，2012：125.

[2]傅獻(xiàn)彩等編.物理化學(xué)（上冊）[M].北京：高等教育出版社，2005：66.

[3]胡英主編.物理化學(xué)（上冊）[M].北京：高等教育出版社，1999：11.

[4]畢華林，亓英麗編著.高中化學(xué)新課程教學(xué)論[M].北京：高等教育出版社，2005：73.