淺談在化學(xué)教學(xué)中轉(zhuǎn)化學(xué)生相異構(gòu)想的方法

廖朝粒

摘 要：相異構(gòu)想是制約化學(xué)教學(xué)效率的主要因素。通過演示實(shí)驗(yàn)法和邏輯推理證明法可有效轉(zhuǎn)化學(xué)生頭腦中的相異構(gòu)想，提高化學(xué)成績。

關(guān)鍵詞：相異構(gòu)想；演示實(shí)驗(yàn)法；邏輯推理證明法

相異構(gòu)想是指學(xué)生對事物的認(rèn)識與該學(xué)習(xí)階段需要達(dá)到的科學(xué)認(rèn)識不一致的理解。由于相異構(gòu)想具有特異性、膚淺性、頑固性和隱蔽性等特點(diǎn)，成為制約教師教學(xué)效果和學(xué)生學(xué)習(xí)效率的主要因素。那么，在化學(xué)教學(xué)中如何轉(zhuǎn)化學(xué)生的相異構(gòu)想呢？

一、演示實(shí)驗(yàn)法轉(zhuǎn)化學(xué)生相異構(gòu)想案例

在化學(xué)教學(xué)中，通過化學(xué)實(shí)驗(yàn)可以很直觀地揭示學(xué)生的錯誤觀念，引發(fā)認(rèn)知沖突。因此，化學(xué)實(shí)驗(yàn)是轉(zhuǎn)化學(xué)生相異構(gòu)想的最常用方法之一。

鹽溶液的酸堿性：

1.知識鋪墊，揭示已有認(rèn)識

[概念復(fù)習(xí)]回顧酸堿鹽的定義。

2.提出問題，引發(fā)思考（揭示學(xué)生頭腦中存在的相異構(gòu)想）

[提出問題]正鹽能否電離出H+或OH-？NaCl、Na2CO3、NH4Cl溶液酸堿性如何，能否使酸堿指示劑（酚酞和石蕊）變色？

[學(xué)生]正鹽不能電離出H+或OH-。因此，NaCl、Na2CO3、NH4Cl溶液都應(yīng)呈中性，滴加酚酞和石蕊不變色。

3.展示實(shí)驗(yàn)，引發(fā)認(rèn)知沖突

[實(shí)驗(yàn)展示]取三支試管，分別加入少量NaCl、Na2CO3、NH4Cl固體，各用2ml蒸餾水溶解：①用PH試紙分別測溶液的PH值；②再往盛NaCl溶液、Na2CO3溶液的試管中滴加2滴酚酞試液，往盛有NH4Cl溶液的試管中滴加2滴石蕊試液。

現(xiàn)象：①NaCl溶液PH值為7，Na2CO3溶液PH值為10，NH4Cl溶液PH值為5；②NaCl溶液不變色，Na2CO3溶液變紅，NH4Cl溶液變紅。

結(jié)論：NaCl溶液呈中性，Na2CO3溶液呈堿性，NH4Cl溶液呈酸性。

[學(xué)生愕然]

4.啟迪思維，揭示矛盾

[解釋]在水中存在著水的電離平衡：H2O?H++OH-。雖然鹽本身不能電離出H+和OH-。但Na2CO3和NH4Cl在水中分別發(fā)生電離：Na2CO3=2Na++CO32-NH4Cl=NH4++Cl-，產(chǎn)生的CO32-和NH4+會分別和水電離出的H+和OH-結(jié)合生成HCO3-粒子和NH3·H2O分子。從而破壞水的電離平衡，使C（H+）和C（OH-），平衡正向移動，從而使溶液中C（H+）≠C（OH-），使溶液呈現(xiàn)酸堿性。

[學(xué)生]終于恍然大悟。

二、邏輯推理證明法轉(zhuǎn)變學(xué)生相異構(gòu)想案例

有些物質(zhì)性質(zhì)或化學(xué)反應(yīng)中學(xué)條件無法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這時可利用理論推導(dǎo)（邏輯推理證明）來使學(xué)生獲得心理上的確定，以便將該知識內(nèi)化為認(rèn)知結(jié)構(gòu)。如利用焓變和熵變判斷一個化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行，也可以利用電極電勢差判斷氧化還原反應(yīng)能否進(jìn)行，利用平衡常數(shù)和濃度商判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向等。這就是學(xué)習(xí)化學(xué)理論帶來的益處。下面以邏輯推理證明法轉(zhuǎn)化學(xué)生“碳還原二氧化硅生成粗硅和CO2”相異構(gòu)想為例說明。

碳與SiO2反應(yīng)的產(chǎn)物：

1.學(xué)生練習(xí)（暴露學(xué)生中存在的相異構(gòu)想）

判斷化學(xué)方程式[C+SiO2高溫 Si+CO2↑]是否正確。

甲：正確，[C+SiO2電爐中加熱 Si+CO2↑]。

乙：不正確，[2C+SiO2電爐中加熱 Si+2CO2↑]。

丙：碳與SiO2反應(yīng)，產(chǎn)物既可生成CO，也可生成CO2，取決于碳的量是不足還是過量。若碳不足，則CO還具有還原性，可還原SiO2生成CO2。所以，B正確。

2.歸納問題，揭示矛盾（認(rèn)清學(xué)生頭腦中存在的相異構(gòu)想）

關(guān)于C還原SiO2制取粗硅產(chǎn)物的認(rèn)識，同學(xué)頭腦中主要存在兩種模糊認(rèn)識：碳與SiO2反應(yīng)生成CO是由于碳過量還是CO不能與SiO2反應(yīng)；碳能和SiO2反應(yīng)直接生成CO2嗎？

3.理論推導(dǎo)，統(tǒng)一認(rèn)識（轉(zhuǎn)化相異構(gòu)想）

下面是一些物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生成焓和標(biāo)準(zhǔn)熵。

根據(jù)公式：△G=△H-T△S；若△G﹤0，反應(yīng)可自發(fā)進(jìn)行；若△G=0，則反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)；若△G﹥0，則反應(yīng)逆向進(jìn)行。

（1）[C（s）+SiO2（s）電爐中加熱 Si（s）+CO2（g）↑]設(shè)反應(yīng)溫度為2500K，

?G=?H-T?S

=[0+（-393.5）-0-（-910.7）]-2500×（213.8+18.8-5.7-41.5）×10-3

=517.2-2500×185.4×10-3=517.2-463.5=+53.7﹥0

所以，在2500K時，C不能還原SiO2生成Si和CO2。

（2）[2C（s）+SiO2（s）電爐中加熱 Si（s）+2CO2（g）↑]設(shè)反應(yīng)溫度為2500K，

?G=?H-T?S

=[0+（-110.5）×2-0-（-910.7）]-2500×（197.7×2+18.8-5.7×2-41.5）×10-3=689.7-2500×361.3×10-3=517.2-903.25=-386.05﹤0

所以，在2500K時，C能還原SiO2生成Si和CO2。

（3）[2CO（g）+SiO2（s）電爐中加熱 Si（s）+2CO2（g）↑]設(shè)反應(yīng)溫度為2500K，

?G=?H-T?S

=[0+（-393.5）×2-（-110.5）×2-（-910.7）]-2500×（213.8×2+18.8-197.7×2-41.5）×10-3=344.7-2500×9.5×10-3

=344.7-23.75

=-+320.95﹥0

所以，在2500K時，CO不能還原SiO2生成Si和CO2。

通過上述理論推導(dǎo)可以證明，在2500K時，C和CO都不能還原SiO2生成Si和CO2。但在2500K時，C可以還原SiO2生成Si和CO。

因此，C和SiO2反應(yīng)，產(chǎn)物只能生成CO，不能生成CO2，這是由反應(yīng)本身決定的，而不是主要由于碳過量才寫成CO。既使C不過量，也只能生成CO。