让学生深刻“体验”化学反应原理——以高三复习“乙酸乙酯制备原理”教学为例

吴文中　徐俊龙　何　淼

（1越州中学　浙江　绍兴　312075；2深圳科学高中　广东　深圳5181291；3越州中学　浙江　绍兴　312075）

让学生深刻“体验”化学反应原理
——以高三复习“乙酸乙酯制备原理”教学为例

吴文中1徐俊龙2何淼3

（1越州中学浙江绍兴312075；2深圳科学高中广东深圳5181291；3越州中学浙江绍兴312075）

基于学生初步理解化学反应的方向、化学反应的限度、化学反应速率等化学反应原理，以解读苏教版高中化学“乙酸乙酯实验室制备”原理为例，阐述利用高中化学教材现有素材，让学生体验化学反应原理在物质制备以及化工生产中的应用原则，帮助学生构建化学原理指导实践的基本思想和方法。

体验；构建；化学反应原理；乙酸乙酯制备

新课程三维目标的确立，决定了当今的课堂教学不能仅停留在“学科知识的传授”这一低起点上。课堂教学要走出“知识为本”的藩篱，加强学科思想方法的体验，引导学生用现有的理性认识去解释一些现象，探究事件发生的缘由，并在此基础上主动建构知识体系，获得学习方法，从而产生对已有理性认识的再感悟、再肯定，达到对已有理性知识的升华、强化。

知识是学生思维能力培养、思想方法体验与学科观念构建的载体，而不是课堂教学内容的全部，教师若能站在一个较高的平台上去审视当前课堂教学中存在的问题，探索知识传授与学科思想方法体验两者之间有机融合、相互促进的路径［1］，找到课堂教学的最佳切入点和有效组织形式是值得探讨和实践的。

一、体验式学习

体验学习在中国传统的教育教学思想中早有体现，古训曰“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”就是这个意思，“体验式学习”是指在学习过程中，让学生从已有的实际经验或已获得的知识出发，亲自感悟具体问题。体验式学习整合了杜威的“做中学”以及认知心理学家皮亚杰的“发生论”等理论，最后由社会心理学家大卫·库伯完整提出。它作为一种富于生命力的学习方式，使之与化学学习结合，改进学生化学学习方式，同时对提高学生化学学习的参与性水平有着重要意义［2，3］。

高中复习课的教学中，特别需要这样的再感悟，再强化的过程，使学生能熟练运用已有的理性知识，解决新环境下的具体化学问题。

化学反应原理是高中化学中的重点和难点，其中化学反应的自发性、化学反应限度、化学反应速率理论等都是非常重要的化学反应原理，本文将通过探讨“乙酸乙酯制备原理”的课堂教学，展示如何让学生深刻“体验”化学反应原理来解决实际问题的课堂设计理念及具体组织形式和方法。

二、教学设计思想与教学过程

［新课引入］今天，将利用同学们所学的知识，来研究和讨论:乙酸与乙醇为什么能发生反应得到乙酸乙酯？实验室为什么采用“那样”的方法来制备乙酸乙酯？

1.乙酸乙酯制备的可能性分析（热力学问题讨论）

［问题1］请同学们写出乙酸乙酯制备的化学方程式:CH3COOH+C2H5OH→CH3COOC2H5+H2O。

［问题2］该反应为什么能自发？自由能小于0，△G=△H-T△S＜0，才能自发。

［提示］已知CH3COOH（l）+C2H5OH（l）→CH3COOC2H5（l）+H2O（l）；△H（298K）=-9.20 KJ/mol。

［问题3］依据以上提示，你能判断该反应的熵变为大于0还是小于0？

基于学生已具备以下化学反应原理的理论知识设计上述问题。

△H＜0，△S＜0，反应低温自发，一般情况下为可逆反应；

△H＞0，△S＞0，反应高温自发，一般情况下为可逆反应；

△H＜0，△S＞0，任何温度下自发，反应进行到底，不可逆过程；

△H＞0，△S＜0，非自发，过程不能发生。

设计理由：（1）提取学生已有知识点——自发反应的条件；（2）用学生已有的知识强化自发反应的真正涵义（后续教学过程中有充分的体现）。

教学过程同时穿插:已知反应2H2O2=2H2O+O2↑是放热反应，问:在密闭容器中，增大压强，H2O2的分解产生氧气会减少吗？

参考答案:不会，因为该反应不是一个可逆反应，而勒夏特列原理的研究对象是可逆反应，因此氧气浓度的增大，不会影响双氧水的分解，产生的氧气量也不会变化。

最后，教师可引导学生得出乙酸乙酯制备的条件:低温（注:该结论错误，此为“伏笔”）。

2.乙酸乙酯制备的反应限度

接着提问:假如常温下，乙酸乙酯的产率很高，实验室制备乙酸乙酯是否就只要在常温下进行即可？

已知该反应在25℃时的平衡常数K≈4，物质的量分别为0.1mol乙醇、乙酸混合后的体积为V L，反应后体积变化忽略不计，混合搅拌足够长时间后，计算乙酸乙酯的产率为多少？酸乙酯产率为66.66%。

［问题2］乙酸乙酯反应在常温、无催化剂条件下能“很好地”得到吗？

通过以上的计算，得出的结论是“好像能”，而且温度升高，乙酸乙酯的产率将降低，不利于产品的获得。

那么，问题来了！

为什么高中化学实验中，乙酸乙酯制备不仅需要提高温度，同时还需加入适量的浓硫酸做催化剂？

设计理由：通过计算，产生对比，感悟自我认识与实际实验条件的反差，产生认识上的“冲突”，激发学生的求知欲望。

3.化学平衡常数和化学反应速率的关系（动力学和热力学的关系）

通过以上的教学过程，让学生体验化学反应原理在物质制备中的应用，对已有理性认识再感悟、再肯定，但得到了与课本实验“冲突”的结论。（注:显然该结论有误，学生心中也清楚，只是不知问题出在何处）

这时，教师可展示如下资料，引导学生继续讨论和思考:

［资料1］有资料表明:把乙酸、乙醇、水三种液体混合在一起，16年后该可逆反应能达到化学平衡，这就是浙江绍兴著名黄酒——“女儿红”，需要在地窖里放置16年以上才能称得上真正“女儿红”的原因之一。

［资料2］常温下，氢气和氧气反应生成水的过程是自发的，但把大量的H2与O2混合在一起，若要得到1立方米水，所需要的时间是1千万年。

至此，让学生体验如下:化学反应过程发生的可能性（自发反应）以及可进行的程度（化学反应限度与化学平衡常数）只是一种可能性，低温自发并不代表在低温条件下就能很快发生，化学平衡常数大也不代表反应速率就很大。反应速率的大小不但和反应物本身的性质有关，还与反应体系的温度、反应物浓度、催化剂等外部因素有关，尽管某条件下某化学反应过程的平衡常数很大，但也可能会由于反应速率很小使得达到化学平衡所需要的时间很长。

［延伸］工业上为了提高某产品的产量，为什么往往首先需要选择适当的催化剂？

［思考］为什么合成氨工业中对温度的要求是在500℃左右？——铁触媒在该温度下，活性最大。

那么，问题又来了！——实验室制备乙酸乙酯时，加热的作用难道仅仅是为了提高反应速率吗？

4.提高乙酸乙酯的产率分析——化学平衡移动原理的运用

毫无疑问，使用浓硫酸是为了加快化学反应速率，降低乙酸乙酯制备所需要的活化能，可大大加快化学反应速率，但温度的升高，造成另外一个不好的影响:降低了乙酸乙酯的产率，因此又产生新的“冲突”——既然有了催化剂，降低温度更可保证乙酸乙酯的产率。

基于上述讨论，教师及时提供乙酸乙酯制备的有关资料如表1和资料1:

表1　乙酸、乙醇、乙酸乙酯的沸点

［资料1］实验中，酒精灯加热的温度约为110℃～120℃之间。

［问题1］实验室制备乙酸乙酯时，是如何收集乙酸乙酯的？为什么？为什么乙醇的用量比乙酸多？

通过讨论、分析不难得出:实验中加热的另一个重要目的是把生成的乙酸乙酯及时带离反应体系，使得化学平衡CH3COOH（l）+C2H5OH（l）⇌CH3COOC2H5（l）+H2O（l），不断向正反应方向移动，提高乙酸乙酯的产率。

［问题2］带离反应体系的乙酸乙酯用饱和碳酸钠溶液收集，不也是能和水接触，为什么不会水解重新得到乙酸和乙醇？

当乙酸乙酯被带离反应体系后，被饱和碳酸钠溶液吸收，尽管可能发生水解过程，但由于体系温度显著降低，乙酸乙酯水解的速率几乎为0，可认为乙酸乙酯几乎不水解。

［问题3］由于碳酸钠溶液水解为碱性，在碱性条件下，乙酸乙酯的水解平衡:CH3COOC2H5（l）+H2O（l）⇌CH3COOH（l）+C2H5OH（l），NaOH溶液或Na2CO3溶液能与水解得到的乙酸反应，使得上述水解平衡不断往水解方向移动，产率会降低，因此，理论上，不能用饱和碳酸钠溶液收集乙酸乙酯，但课本实验偏偏使用碱性较强的饱和碳酸钠溶液来收集乙酸乙酯，这又是为什么［5］？

话外音:产生了新的“冲突”，之所以设计以上问题，目的是让学生反复体验化学反应速率、化学平衡移动原理在物质制备中的灵活运用。

“冲突”→“原理”应用→解决“冲突”→新“冲突”→……

［参考答案］饱和碳酸钠加入到水中后，溶液的极性发生了较大变化，能有效降低乙酸乙酯在水中的溶解度，事实上，饱和的NaCl溶液也可有效降低乙酸乙酯在水中的溶解度，只是饱和的NaCl溶液无法有效去除挥发出来的乙酸。有人通过实验表明:NaOH溶液代替饱和碳酸钠溶液收集乙酸乙酯，其效果几乎一样，在常温下，即便在强碱性条件下，乙酸乙酯的水解速率也是很慢的［4］。

由此，让学生体验到:对某可逆反应而言，仅仅依靠“移去”生成物来促进化学平衡往正反应方向移动是不够的，为了提高产品的产量，不但需要运用化学平衡移动原理，提高产品的产率，同时还得提高可逆反应的反应速率，两者是相辅相成的，缺一不可，不能仅仅考虑转化率而不顾反应速率快慢，也不能只考虑反应速率而不管产品产率的大小。

［强化问题1］硫酸工艺接触室中发生可逆反应: 2SO2+O2⇌2SO3，由于该反应在常温常压下，转化率很高（高温下，SO2转化率为99%以上），因此就没有必要通过加压或降温的方式去提高转化率，但为了提高其反应速率，工业上常使用V2O5做催化剂，同时通过通入廉价的“空气”来提高SO2的转化率。

同时，为了提高转化率，工业上采用“高压”的方法，其原因不但为了提高NH3的产率，加快化学反应速率，更重要的是为了在后续的工艺中，能很“方便”地移去“液态氨”，从而使得化学平衡不断地往正反应方向移动，这一点和乙酸乙酯实验室制备的原理如出一辙。

至此，课堂教学进入真正解决问题的时刻。

三、化学反应原理的再运用

那么请同学们设计乙酸正丁酯的实验室制备方案，你需要查阅哪些资料？

［资料1］乙酸正丁酯的有关“热力学数据”和乙酸乙酯制备原理类似。

［资料2］乙酸、正丁醇、乙酸正丁酯的沸点如表2:

表2　乙酸、正丁醇、乙酸正丁酯的沸点

教师与学生共同探讨，乙酸正丁酯制备实验的实验条件和方法如下:

（1）使用催化剂——浓硫酸。

（2）温度的控制——至少在100℃左右，而不是控制在乙酸正丁酯沸点126℃以上，视本题实际，只需把“水”带离反应体系，就能促进可逆反应往正反应方向移动，提高产品的转化率。

（3）加热方式:水浴加热，易于控制反应的温度。

（4）教师同时展示乙酸正丁酯实验室制备装置——分水器的作用，如图1。

图1　乙酸正丁酯制备装置

显然，利用该装置的优势:能有效地把水带离反应体系，促进平衡往正反应方向移动，能通过观察水面高度不再变化的现象，判断乙酸和正丁醇反应结束的时间，被挥发的乙酸正丁酯能冷凝回流到反应器中；同时让学生真正体验到利用化学平衡移动原理，提高产品的转化率时需视具体不同反应，而采取不同的方法（不仅仅只依靠移走产品的方法）。

通过对“乙酸乙酯制备原理”的讨论，对化学反应原理中的“自发反应、化学反应限度、化学平衡常数、化学平衡、化学平衡移动原理等内容在一堂课中都有了充分的体现，体现了复习内容的连贯性，整体性，科学性，同时能切实有效地提高化学课堂的复习效率。

通过“理性认识→实践→理性认识升华→再实践”这样的过程，使学生更充分地体验化学反应原理，熟练运用化学反应原理，具有重要意义，且事半功倍。

四、教学反思

上述教学案例说明:在课堂教学中学科知识的掌握和思想方法的体验是能做到双线并行、两者兼顾的，关键在于教师有没有放手让学生充分体验的勇气和组织设计教学的智慧。利用课本的素材，完全能做到让学生“体验”化学学科思想在生产、生活中的应用，从而帮助学生构建学科思想，真正做到学会学习、做到“做中学”。

［1］缪徐.让学生充分体验学科思想方法［J］.江苏教育（中学教学版），2014，（4）：32

［2］苏香妹.化学教学的“体验式学习”［J］.中学化学教学参考，2010，（7）：16

［3］倪江红.体验式教学在初中化学教学中的应用［J］.化学教与学，2014，（11）：30

［4］张东晓，张明君.乙酸乙酯实验中的几个问题［J］.中学化学，2014，（11）：22

［5］夏立先，纪丙全.对乙酸乙酯制备实验中饱和碳酸钠溶液作用的定量研究［J］.化学教育，2011，（6）：72-73

1008-0546（2015）10-0019-03

G633.8

B

10.3969/j.issn.1008-0546.2015.10.008