運(yùn)用“一境法”進(jìn)行化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)的思考與實(shí)踐

云磊

對(duì)于化學(xué)反應(yīng)，我們首先研究物質(zhì)變化，再去研究能量變化。而最常見的能量變化表現(xiàn)為熱量的放出或者吸收，還可能有其他能量轉(zhuǎn)化形式，但我們通常更多的是考慮化學(xué)反應(yīng)中的熱量變化。

對(duì)于蘇教版高中化學(xué)必修2專題2化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化的單元教學(xué)，我們要從學(xué)科知識(shí)的系統(tǒng)性、思想的整體性和認(rèn)識(shí)的階段性來把握。其中關(guān)于《化學(xué)反應(yīng)中的熱量變化》一課的教學(xué)，可通過設(shè)計(jì)氫氣與氧氣的反應(yīng)這一條主線來全程貫穿，稱之為“一境法”。在本節(jié)內(nèi)容之前，教材已經(jīng)從化學(xué)反應(yīng)的種類、本質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)速率和反應(yīng)限度四個(gè)角度對(duì)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行了研究，不同的角度明顯有階段性的側(cè)重。而本節(jié)內(nèi)容是從另一個(gè)全新的視角即能量變化進(jìn)一步認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)。學(xué)生只有學(xué)好化學(xué)反應(yīng)中的熱量變化，對(duì)化學(xué)反應(yīng)的認(rèn)識(shí)才是全面的、深刻的。下面就結(jié)合課例，談?wù)勥\(yùn)用“一境法”進(jìn)行化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)的思考與實(shí)踐。

一、通過對(duì)生活體驗(yàn)的回憶，從宏觀角度感受化學(xué)變化中的熱量變化

上課開始，圍繞“研究化學(xué)反應(yīng)的目的是什么”，師生開展對(duì)話與討論，大部分學(xué)生都能想到目的是生成新的物質(zhì)。教師系列追問“還有沒有其他的目的呢”“燒烤的目的是什么呢”“燃燒木炭難道是為了得到二氧化碳?xì)怏w”，顯然不是，我們更主要的目的是為了獲得熱量來烤熟食物。由此啟發(fā)學(xué)生，有的化學(xué)反應(yīng)不僅是為了生成新物質(zhì)，更是為了獲得能量。在燃燒木炭的化學(xué)反應(yīng)過程中，不僅有物質(zhì)變化還有能量變化。這個(gè)過程中能量變化有熱量變化，同時(shí)還有其他形式的變化，如發(fā)光等。

“為什么有的反應(yīng)需要吸收熱量，而有的需要放出熱量呢？”在物理和生物課中我們知道了“能量守恒定律”，能量在自然界中是守恒的。通過今天的化學(xué)學(xué)習(xí)，我們還可進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)：在反應(yīng)前后，能量的形式是可以改變的，但總能量保持不變。

以2H2+O2=2H2O為例，能量形式由化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芎凸饽?，但反?yīng)前后總能量不變。即2 mol H2和1 mol O2具有的總能量比2 mol H2O總能量要大，多余的能量以光能和熱能的形式釋放。從而得出有關(guān)吸熱反應(yīng)和放熱的概念以及引起化學(xué)反應(yīng)中熱量變化的宏觀原因，學(xué)生由此想到反應(yīng)物和生成物能量的不同，導(dǎo)致了化學(xué)反應(yīng)過程中表現(xiàn)為吸收熱量或者放出熱量。

此時(shí)，學(xué)生初步能夠從宏觀角度直觀感受到吸熱反應(yīng)與放熱反應(yīng)，并了解吸熱與放熱產(chǎn)生的原因在于反應(yīng)物和生成物總能量不同。

二、通過對(duì)化學(xué)反應(yīng)本質(zhì)的分析，從微觀角度分析化學(xué)反應(yīng)中的熱量變化

通過前面的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)知道化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)就是舊化學(xué)鍵的斷裂和新化學(xué)鍵的形成。關(guān)于化學(xué)鍵，學(xué)生也知道，要想斷裂化學(xué)鍵就必須要吸收能量，反之推導(dǎo)得出形成化學(xué)鍵必然會(huì)釋放能量。進(jìn)一步分析可知，斷裂化學(xué)鍵需要吸收的熱量大于形成化學(xué)鍵需要放出的熱量，那么該反應(yīng)就是吸熱反應(yīng)。反之，如果斷裂化學(xué)鍵需要吸收的熱量小于形成化學(xué)鍵需要放出的熱量，那么該反應(yīng)肯定就是放熱反應(yīng)。

仍然以2H2+O2=2H2O為例，“已知拆開1 mol 氫氣中的化學(xué)鍵需要消耗436.4 kJ的能量，拆開1 mol 氧氣中的化學(xué)鍵需要消耗498 kJ的能量，而形成水分子的1 mol H—O鍵能夠釋放462.8 kJ能量”。請(qǐng)計(jì)算說明該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)還是放熱反應(yīng)。通過計(jì)算，學(xué)生發(fā)現(xiàn)跟從反應(yīng)物與生成物總能量角度判斷是符合的。從微觀角度分析，斷開2 mol H2中的化學(xué)鍵和1 mol O2中的化學(xué)鍵吸收的總能量小于形成2 mol H2O中的化學(xué)鍵所釋放出的能量，所以此反應(yīng)表現(xiàn)為放熱反應(yīng)。

此處的計(jì)算，也為后面反應(yīng)熱的計(jì)算、熱化學(xué)方程式的書寫等做了一個(gè)很好的鋪墊，讓學(xué)生學(xué)會(huì)從定性到定量的角度來分析問題。

三、通過對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察，從實(shí)驗(yàn)角度體驗(yàn)化學(xué)反應(yīng)中的熱量變化

初中氫氣的爆鳴實(shí)驗(yàn)就已經(jīng)充分說明氫氣在氧氣中燃燒是一個(gè)放熱反應(yīng)，我們還可以從其他幾個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步認(rèn)識(shí)吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)。

探究1：濃硫酸與水混合。

探究2：化學(xué)必修2課本P35實(shí)驗(yàn)1與實(shí)驗(yàn)2。

探究3：實(shí)驗(yàn)3鹽酸與氫氧化鈉溶液混合。

探究4：實(shí)驗(yàn)4氯化鋇溶液與稀硫酸溶液混合。

以上四組探究實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)調(diào)觀察的重點(diǎn)是看溫度的變化，實(shí)驗(yàn)過程中可以采用讓學(xué)生用手觸摸感受溫度的變化，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后給學(xué)生盡可能多的時(shí)間交流對(duì)實(shí)驗(yàn)中熱量變化的看法。經(jīng)過學(xué)生觀察、討論得出三個(gè)結(jié)論：一是有化學(xué)反應(yīng)必然伴隨能量變化，但有能量變化，不一定發(fā)生了化學(xué)反應(yīng);二是有些化學(xué)反應(yīng)中的熱量變化比較顯著，也有些化學(xué)反應(yīng)中的熱量變化不明顯;三是“許多化學(xué)反應(yīng)中的能量變化主要表現(xiàn)為熱量的放出和吸收”。

利用2H2+O2=2H2O的反應(yīng)，還可以設(shè)計(jì)成氫氧燃料電池，將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，即為后面電化學(xué)的學(xué)習(xí)埋下伏筆。

至此，學(xué)生能夠切身體驗(yàn)到化學(xué)反應(yīng)過程中能量的變化，不僅對(duì)概念的理解深入，對(duì)化學(xué)反應(yīng)中能量變化的認(rèn)識(shí)更加深刻。

四、通過對(duì)熱化學(xué)方程式的書寫，從符號(hào)角度表示化學(xué)反應(yīng)中的熱量變化

教材中的交流與討論采用比較直角坐標(biāo)圖（見圖1）粗略示意化學(xué)反應(yīng)中的能量變化，也可以向?qū)W生簡單介紹圖2形式進(jìn)行的能量變化過程。

但整體來看，兩種表示方法都不夠簡潔。表示化學(xué)反應(yīng)，學(xué)生最容易想到的就是化學(xué)方程式，但化學(xué)方程式只能表示化學(xué)反應(yīng)前后物質(zhì)的變化，而我們除了要表示物質(zhì)變化，還需要表示反應(yīng)前后能量變化，很自然提出熱化學(xué)方程式的概念。

通過對(duì)氫氣在氧氣中燃燒斷鍵吸收能量和成鍵放出能量可以計(jì)算出反應(yīng)的ΔH，并書寫出熱化學(xué)方程式：2H2（g）+O2（g） =2H2O（g） ΔH=-480.4 kJ·mol-1，讓學(xué)生將此與化學(xué)方程式對(duì)比，提出熱化學(xué)方程式的書寫規(guī)律和注意事項(xiàng)。首先要注明反應(yīng)物和生成物的狀態(tài)，原因在于物質(zhì)呈現(xiàn)哪種聚集狀態(tài)，與它們所具有的能量有關(guān)。其次，在熱化學(xué)方程式中化學(xué)計(jì)量數(shù)可以是整數(shù)，也可以是分?jǐn)?shù)。對(duì)于同一個(gè)反應(yīng)來說，當(dāng)化學(xué)計(jì)量數(shù)不同時(shí)，其ΔH也不同。

至此，對(duì)于化學(xué)反應(yīng)中的熱量變化，我們就可以通過氫氣與氧氣的反應(yīng)這一條主線貫穿整個(gè)課堂的始終。運(yùn)用“一境法”設(shè)計(jì)教學(xué)，有情節(jié)、有體驗(yàn)、有思考，在主線設(shè)定的情境中讓學(xué)生體驗(yàn)學(xué)習(xí)中遇到的問題，感受所學(xué)知識(shí)如何應(yīng)用于生產(chǎn)生活實(shí)際，激發(fā)學(xué)生帶著興趣進(jìn)一步研究和學(xué)習(xí)化學(xué)。