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1、學習化學反應原理的目的

1)化學研究的核心問題是：化學反應

2)化學中最具有創造性的工作是：設計和創造新的分子

3)如何實現這個過程？

通常是利用已發現的原理來進行設計并實現這個過程，所以我們必須對什么要清楚才能做到，對化學反應的原理的理解要清楚，我們才能知道化學反應是怎樣發生的，為什么有的反應快、有的反應慢，它遵循怎樣的規律，如何控制化學反應才能為人所用！這就是學習化學反應原理的目的。

3、有效碰撞、活化分子、活化能、催化劑

2、化學反應原理所研究的范圍

　　建議課前以小組為單位活動，對下列內容進行查閱和討論。

　　活動設計1：認識化學反應原理

　　可供討論的問題和教學設計意圖如下：

　　活動設計2：簡化后的有效碰撞模型、活化分子和活化能

　　要求學生簡要回答下列問題：

　　活動設計3：化學反應原理的重要領域--關于催化劑的研究

　　要求學生填寫下表：

教學資源

1. 化學反應的活化能 　　實驗證明，只有發生碰撞的分子的能量等于或超過一定的能量Ec(可稱為臨界能)時，才可能發生有效碰撞。具有能量大于或等于E_c的分子稱為活化分子。 　　在一定溫度下，將具有一定能量的分子百分數對分子能量作圖，如圖1所示。從圖中可以看出，理論上來說，反應物分子的能量可以從0到∞，但是具有很低能量和很高能量的分子都很少，具有平均能量E的分子相當多。這種具有不同能量的分子百分數和能量的對應關系圖，叫做一定溫度下分子能量分布曲線圖。

圖1　 等溫下的分子能量分布曲線

　　圖1中，E表示分子的平均能量，E_c是活化分子具有的最低能量，能量等于或高于E_c的分子可能產生有效碰撞。活化分子具有的最低能量E_c與分子的平均能量E之差叫活化能。

　　不同的反應具有不同的活化能。反應的活化能越低，則在指定溫度下活化分子數越多，反應就越快。

圖2　 不同溫度下分子能量分布曲線

　　不同溫度下分子能量分布是不同的。圖2是不同溫度下分子的能量分布示意圖。當溫度升高時，氣體分子的運動速度增大，不僅使氣體分子在單位時間內碰撞的次數增加，更重要的是由于氣體分子能量增加，使活化分子百分數增大。圖2中曲線t₁表示在t₁ 溫度下的分子能量分布，曲線t₂表示在t₂溫度下的分子能量分布(t₂>t₁)。溫度為t₁時活化分子的多少可由面積A₁反映出來；溫度為t₂時，活化分子的多少可由面積A₁+A₂反映出來。從圖中可以看到，升高溫度，可以使活化分子百分數增大，從而使反應速率增大。 　　一個化學反應體系的活化能E_a，通常是通過溫度對反應速率常數的影響來測定的，其關系式為阿累尼烏斯方程，即：

3. 模型研究的意義

　　應該說學生根據自身的生活經驗，對于簡化后的有效碰撞模型接受起來并不難，由于缺乏相關的知識，要達到真正領會該模型的要點是不現實的。這也是教科書采取最簡化處理方法的原因。為了便于學生理解模型研究的方法和意義，教師還可以利用學生已有的可燃物燃燒條件的知識，建立下列模型：

　　可燃物必須有氧氣參與并達到著火點才能燃燒，產生新物質的同時有能量的釋放；不同的可燃物，其著火點不同；同樣道理，反應物分子獲得足夠的能量(活化能)并具有合理的取向才能發生有效碰撞，產生新物質并伴隨有能量的變化。

　　總結時教師強調：同其他科學研究一樣，當我們研究某個問題的時候，需要提取本質的內容而控制其他干擾因素來進行。概念模型是一種比較抽象的模型，需要有意識地忽略事物的某些特征，抽象出關鍵的因素，使各因素之間的關系更清晰，更利于研究對象的把握，以減少可能引起的偏差。概念模型法是科學認識史上重要的方法之一，學生們通過本課的學習應獲得一定的認識。

2. 研究化學反應原理的思路與方法--概念模型法。

　　教科書介紹了合理簡化的概念模型以及如何運用概念模型學習化學反應原理。對該段內容的處理可分三步進行：

　　(1)建立簡化的有效碰撞模型的設想：為了突出化學反應最重要的內涵，忽略其他因素的干擾作用，選擇氣相反應體系作為研究有效碰撞的基礎模型。其優點是：氣體分子運動空間遠大于自身體積所占有的空間，環境影響因素相對較少。該概念模型最重要的內涵也更加突出，更容易掌握。如在水溶液中的反應，水是較大量的，研究水溶液中的化學反應就不能忽略水分子的作用。

　　(2)模型的基本構架

　　模型的建構：在一潔凈的容器中，使氫氣與氧氣按體積比2∶1的比例混合，氣體分子因自由運動而不斷發生碰撞(互相接觸)--這是發生化學反應的必要條件。

　　假設與事實：研究結果表明，從分子的熱運動來看，分子發生碰撞的機會很多。如在常溫常壓下每個氫分子、氧分子自身或它們之間的碰撞幾率為2.355×10¹⁰次/秒。假如每次碰撞都能發生化學反應，則化學變化瞬間即可完成，但事實并非如此。

　　立論：并不是每次分子間的碰撞都會引發化學反應，只有其中部分的氣體分子碰撞是有效的，即有效碰撞--這是發生化學反應的充分條件。

　　(3)活化分子和活化能

　　對該模型的進一步認識可結合教科書上的圖示(圖1)。具有足夠能量(活化能)的分子--活化分子的碰撞是有效碰撞的必要條件，但不充分。只有當活化分子采取適合的取向進行碰撞時才能反應。

　　活化分子--具有較高能量，能夠發生有效碰撞的分子。

　　活化能--活化分子高出反應物分子平均能量部分

　　教科書以活化能為0的反應從另一個側面說明有效碰撞模型的合理性。進一步說明了活化能的大小與化學反應速率的關系。

　　結論：某一化學反應的速率大小與單位時間內有效碰撞次數有關；而有效碰撞次數的多少與單位體積內反應物中活化分子的多少有關；活化分子的多少又與該反應的活化能的大小有關。活化能的大小是由反應物分子的性質決定的，而反應物分子的性質又與分子的內部結構密切相關，可以說，反應物分子的內部結構是決定化學反應速率的內因。那么，對于一個特定反應，人類如何使用和控制，還需要研究外部條件對它的影響。這將在后面的學習中繼續討論。

　　最后教科書特別指出：化學反應的活化能可以用實驗方法測定，當實驗條件不同時，會得出不同的結果，催化劑的應用就是實例之一。人們尚未掌握化學反應活化能的有效的理論推算方法，這種留有缺憾的教學觀點值得關注，既有利于學生客觀地認識科學規律，也有利于培養學生的科學精神。 關于催化劑，在化學2中已有介紹，這里著重說明催化劑的作用、意義，在第二章中進一步從由于催化劑的參與改變了活化能，從而改變了反應速率來認識催化劑的作用。

　　教學重點：了解化學反應原理的基本學習方法--概念模型法。

　　教學難點：“有效碰撞”和“活化分子與活化能”的概念模型。

　　教學建議：

　　根據緒言內容特點，本課可設計成下述教學模式：課前自學→查閱資料→課上交流討論→師生共同研究。教師在課前布置學生自學，然后將學生分成若干個小組，要求他們通過查閱資料、小組整理資料、先行討論形成共識，再通過課堂上的匯報、講解、交流和評價，完成對本課內容的學習。

　　新課引入首先教師指出，化學研究的核心問題是化學反應。化學中最有創造性的工作是設計和創造新的分子。化學家們通常是利用已發現的原理來進行設計并實現這個過程，如果對化學原理的理解不夠清楚則無法做到。化學反應是怎樣發生的？為什么有的反應快、有的反應慢？它遵循怎樣的規律？如何控制化學反應為人所用？這是我們學習化學反應原理的宗旨。化學反應原理所包含的內容及學習化學反應原理的方法正是本書要探討的問題。

　　教學中的主要過程可以結合學生匯報交流自學與討論的成果，圍繞下列問題展開：

1. 化學反應原理研究的內容可列舉學生熟悉的化學反應進行分析。

　　情景1：

　　說明：同樣都與H₂反應，由于O₂、CuO 、N₂的性質不同，反應的難易程度不同。物質之間能否發生反應，是由物質本身的性質決定的，對于能夠發生的化學反應，影響化學反應速率的根本原因也是反應物本身的性質，我們稱之為“內因”。

　　情景2：將H₂+O₂混合，在室溫條件下可以穩定存在數百年，但點燃后卻會發生劇烈的爆炸反應，而且只要配比相當，可以完全轉化成生成物。

　　說明：外界條件可以促使其反應發生。而且在一定的條件下，反應進行得比較“徹底”。物質之間反應的“內因”已經具備，“外因”則是變化的條件。不同的外界條件都能夠改變化學反應的速率。

　　情景3：H₂+N₂即使在高溫、高壓、有催化劑的條件下反應，也不能完全轉化成生成物。

　　說明：該反應是有一定限度的。

　　總結：化學反應速率、方向及限度正是“化學反應原理”要研究的問題。此時有必要指出：在不同物質體系、不同的環境中，化學反應所遵循的規律是不同的，如在第三單元將介紹水溶液中的離子反應；在第一單元和第四單元將分別介紹化學反應中物質與能量之間的定量關系以及電化學的最基礎知識等等，這些都是“化學反應原理”研究的范圍。這些基本原理與我們身邊經常發生的化學現象密切相關，只要我們注意觀察、研究，大自然將成為無所不在的大課堂。

　　建議用1課時。

教學建議

4. 內容特點

　　緒言中概括地介紹了課程的主要內容和學習方法與思路，同時還簡介了“有效碰撞理論”和“活化分子與活化能”兩個概念模型，對全書起著提綱挈領、畫龍點睛的作用。