高中化学教材研究

李慧

一、教材分析

《化学反应原理》模块内容，与以往教材相比，最鲜明的特点是：从过去的定性描述走向定量分析。这样，就能引导学生学习现代化学最基础、最核心的知识和掌握最基本的科学研究方法，在内容本质上提高学生学习的知识“含金量”，促进学生专业品质和科学素养的更进一步提升。选修4“化学反应原理”模块涉及4个主题：主题1：化学反应与能量；主题2：化学反应速率和化学平衡；主题3：溶液中的离子平衡；主题4：电化学基础。4个主题都是教学重点。从知识体系上看是在必修的微观结构与物质多样性的内容基础上，进一步引导学生学习化学反应原理的相关知。

二、教材相关知识深入分析

《普通高中化学课程标准（实验）》增加了许多大学普通化学的基本概念和应用的内容，其中《化学反应原理》模块增加了大量的经典热力学的内容，有关该内容的教学教师颇感困惑的是如何把握和控制知识要求的深广度，通过调查分析，这一困惑的根源很大程度上在于教师自身对某些基本概念的认识模糊，甚至存在认识错误，这导致了教师在教学目标的把握和对热力学抽象概念的通俗简练的教学表达上少讲讲不透多讲又讲不清的局面。下面对化学反应原理模块中几个问题进行探讨。

（一）热力学问题

焓概念的引入：

焓是经典热力学体系中的一个能量参数，表达式为：H=U+pV，其物理意义是指体系所具有的内能和压力势能之和。焓作為热能是体系状态的一种性质，就像机械能是运动状态的一个性质参数一样。当体系的状态确定后，状态性质就是确定的。正因为如此经典热力学在研究体系变化前后两个状态之间的能量变化时，可以通过两个状态之间的热能差得到而无需考虑体系变化经过了什么过程。因此经典热力学研究和得到的结论都建立在对状态性质的应用上。如果不是状态性质，自然不符合经典热力学结论的条件。焓H是体系状态的性质，焓变ΔH也自然是状态的性质。但热量Q却不是，它是过程中由于温差传递的热量值，必须伴随过程变化才具有。热量与焓变虽然数值上可能相同，但概念之间却有差别，物理意义完全不同。就像势能差可以转化于做功，但有势能差并不代表一定有做功。此外热能传递过程的条件不同，热量表示也不一样：在恒温恒压条件下Q=ΔH；而在恒温恒容条件下，热量就表现为内能差Q=ΔU。

因此，引入焓变ΔH来表示特定条件下的反应热，而不用Q，规范了经典热力学概念的严谨性，为教材后续的盖斯定律等热力学理论的推导奠定了基础。因此，教师在教学中必须注意理清以下概念间的区别：

①焓变是反应热但不能说反应热就是焓变。只有当恒温恒压条件下的反应热才叫做焓变 QP=ΔH比如，鲁科版“资料在线”和苏教版“活动与探究都引用了弹式量热计测定物质燃烧热的拓展知识，有教师想当然地认为该实验结果就是ΔH，其实它是在恒温恒容条件下测定的，只是恒容燃烧反应的反应热QC=ΔU，要得到ΔH还需要经过换算而获得：ΔH=ΔU+P外V=QC+ΔnRT

②反应的热量Q是实际伴随反应以热形式体现的能量值，而焓变则仅仅表示两个状态之间的热能差值。焓变可以转化成热量，但并不代表它一定是热量。盖斯定律的推导正是基于此。在反应设计上可以抛开反应是否会真实发生的考虑，仅仅强调变化状态之间的逻辑合理性即可。由此可见，盖斯定律显然不能用过程函数来推导，这是新教材引入焓的概念在教材设计上的科学性考虑。

（二）化学平衡问题

学平衡常数的量纲：

“知道化学平衡常数的含义，能利用化学平衡常数计算反应物的转化率”是课程标准的内容之一。根据这一要求，教材中编入了有关化学平衡常数的内容。但不同版本的教材对化学平衡常数的量纲（或称单位）的处理不尽相同：有的带量纲，有的不带量纲，这使教师在教学过程中产生了一些困惑。那么，如何正确看待这一问题呢？

实际上，平衡常数有实验平衡常数和标准平衡常数之分，前者的量纲取决于平衡常数的表达式，后者的量纲为1。

我们知道，对于一般的可逆反应：

aA（g）+6B（g）≒gG（g）+dD（g）

在一定温度下达到平衡时（式中c（A）、p（A）分别表示物质A的平衡浓度和平衡分压）：

C（G）g·C（D）d /C（A）a·C（B）b=KC

P（G）g·P（D）d/P（A）a·P（B）b=KP

KC和KP分别称为浓度平衡常数和压力平衡常数，它们都是从实验数据归纳得到的，所以称为实验平衡常数。这就是中学化学教材中介绍的平衡常数。KC和KP能使中学生很直观地体会平衡常数不随浓度或分压而变化，一般情况下只与温度有关，而中学用得比较多的是KC。

从上式可以看出，对于反应物化学计量数之和等于生成物化学计量数之和的反应（即上述反应中a+b=g+d），KC和KP的量纲为1（一般不写出），与压力、浓度所用的量纲无关。而对于反应物化学计量数之和不等于生成物化学计鼍数之和的反应（即上述反应中a+b≠g+d），KC和KP的量纲不为l，其量纲就与压力、浓度所用的量纲有关，这给有关平衡的计算带来许多麻烦。另外，某些反应中物质的平衡浓度或平衡分压是无法由实验直接测定的，同时也不便于与研究平衡有重要价值的热力学函数相联系，因此大学教材中用得比较多的是标准平衡常数（Kθ，上标“θ”表示标准）。

三、教学中的注意问题

化学教学过程中，教师在向学生传授知识的过程中要把握好度，对于“化学反应原理”模块中涉及到的以上内容，教师应做到心中有数，以便在教学过程中能够准确理解和把握。需要注意的是，在教学过程中不要向学生过分强调这些内容，以避免引起不必要的深究。化学新课程的实施，尤其足学科性、理论性渐强的选修模块，对教师驾驭学科能力提出严峻的挑战。中学化学教科书是以学生为主要读者，在处理相关抽象理论时，尽可能具体化、简约化。但作为教师，需要深刻理解其内涵，把握知识的本质。