◇ 山東 趙曉燕

高中化學“宏-微-符”三重表征分析

◇ 山東 趙曉燕

1 化學反應(yīng)與能量變化的“宏-微-符”分析

化學反應(yīng)過程中出現(xiàn)發(fā)光、放熱等現(xiàn)象能體現(xiàn)光能、熱能以及化學能等之間的相互轉(zhuǎn)化.人們能夠通過直觀感知以及化學儀器的測量來發(fā)現(xiàn)和觀察能量變化的宏觀現(xiàn)象.從微觀角度來看,這些能量的變化是由于不同原子之間相互作用而形成的.為了更直觀、更簡潔地表達反應(yīng)過程中能量的變化,人們運用符號、方程式等進行表示.

例如,在實驗中測得1molH2與1molCl2發(fā)生反應(yīng)生成2molHCl,釋放出183kJ的熱量.教師可引導(dǎo)學生從“宏-微-符”這3個方面進行分析:1)宏觀角度.反應(yīng)過程中H2、Cl2這2種反應(yīng)物反應(yīng)放出了能量,由于反應(yīng)前的總能量大于反應(yīng)后生成物的總能量,即ΔH＞0,因而該反應(yīng)是放熱反應(yīng).2)微觀角度.在化學反應(yīng)過程中,1molH2和1molCl2分子的化學鍵克服原子間的相互作用,分別吸收了436kJ和243kJ的能量,生成物分子的化學鍵形成時則釋放了862kJ的能量,可見該化學反應(yīng)屬于放熱放應(yīng).3)符號角度.這一化學反應(yīng)可以表示為H2(g)＋Cl2(g)＝2HCl(g),其反應(yīng)熱為ΔH＝－183kJ·mol－1.

通過對“宏-微-符”這3個角度的分析,學生能更好地掌握化學反應(yīng)熱的計算,并能建立三者之間的聯(lián)系,從而能更全面、準確地理解蓋斯定律的涵義和意義,提高化學解題能力.

2 化學能與電能轉(zhuǎn)化的“宏-微-符”分析

化學能只有在發(fā)生化學變化的時候才釋放出來,并轉(zhuǎn)化為熱能或者其他形式的能量.其中,一次電池、二次電池以及燃料電池等化學電池的應(yīng)用正是化學能和電能轉(zhuǎn)化的表現(xiàn).我們?nèi)粘Ｊ褂玫膲A性鋅-錳干電池的正極往往由較不活潑的金屬(如錳)或非金屬組成,而負極則由鋅等活潑金屬組成.從宏觀角度分析,鋅-錳干電池具有連續(xù)放電、放電時間長、可存儲時間長等優(yōu)勢.從微觀角度分析,鋅-錳干電池的正負極原子在閉合回路中發(fā)生化學反應(yīng),負極的Zn與OH－結(jié)合,失去2個e－,從而形成不帶電的Zn(OH)2;而正極的MnO2得到2個e－,并和H2O分子結(jié)合生成2個MnOOH和2個OH－.可見,OH－在電池的正、負2極之間循環(huán)流動從而形成電流.從符號角度分析,鋅-錳干電池的電極反應(yīng)可以表示為

負極:Zn＋2OH－－2e－＝Zn(OH)2;

“宏-微-符”三重表征的結(jié)合分析將有利于學生對化學能與電能轉(zhuǎn)化這一知識的貫通理解,完善化學電池的知識結(jié)構(gòu).

3 化學反應(yīng)速率和化學平衡的“宏-微-符”分析

化學反應(yīng)速率是衡量化學反應(yīng)進行快慢的物理量,受反應(yīng)時間、溫度、壓強、濃度以及催化劑等因素的影響.當外界環(huán)境符合反應(yīng)物有效碰撞的條件時,化學反應(yīng)才能發(fā)生.例如,通過Na2S2O3和H2SO4反應(yīng)的2組對比,可以發(fā)現(xiàn)加熱的一組的試管中首先出現(xiàn)渾濁,根據(jù)這一宏觀現(xiàn)象,可以得出結(jié)論:1)通過提高溫度使分子獲得更高的能量,活化分子百分比提高; 2)含有較高能量的分子間碰撞頻率也隨之提高.可見,升高溫度能使普通分子變成活化分子,實現(xiàn)有效碰撞,從而提高化學反應(yīng)速率.從符號角度來看,這一實驗的化學方程式可表述為Na2S2O3＋H2SO4＝Na2SO4＋SO2＋S↓＋H2O.

化學平衡狀態(tài)是指在一定條件下的可逆反應(yīng)中,正、逆反應(yīng)速率相等,反應(yīng)混合物中各組分的濃度保持不變的狀態(tài).可以通過改變化學反應(yīng)條件來改變平衡狀態(tài),實現(xiàn)平衡移動.例如,NO2球浸泡在冰水和熱水中,可以觀察到浸泡在冰水中的NO2球的紅棕色明顯變淺,而浸泡在熱水中的NO2球的紅棕色則明顯加深.在溫度較低的情況下,NO2分子反應(yīng)并不活躍,濃度減小,化學反應(yīng)速率慢;而在溫度較高的情況下,NO2分子變成活化分子,濃度增大,化學反應(yīng)速率快.這一實驗的公式則可以表達為:

上式直觀地表達出NO2和N2O4的相互轉(zhuǎn)化和顏色特點,有利于加強高中生在宏觀、微觀上的理解,進而總結(jié)出NO2在不同溫度的水中的平衡狀態(tài),強化學生對化學反應(yīng)規(guī)律的感知.

“宏-微-符”三重表征結(jié)合分析有利于提高學生學習化學反應(yīng)原理的效率,教師應(yīng)將“宏-微-符”分析思維滲透到日常教學中,引導(dǎo)學生逐步形成宏觀、微觀、符號相結(jié)合的化學思維習慣,進一步完善和發(fā)展化學反應(yīng)原理的知識體系,強化對高中化學的學習能力.

山東省濱州市鄒平縣第一中學)