高中化学“宏-微-符”三重表征分析

◇ 山东 赵晓燕

高中化学“宏-微-符”三重表征分析

◇ 山东 赵晓燕

1 化学反应与能量变化的“宏-微-符”分析

化学反应过程中出现发光、放热等现象能体现光能、热能以及化学能等之间的相互转化.人们能够通过直观感知以及化学仪器的测量来发现和观察能量变化的宏观现象.从微观角度来看,这些能量的变化是由于不同原子之间相互作用而形成的.为了更直观、更简洁地表达反应过程中能量的变化,人们运用符号、方程式等进行表示.

例如,在实验中测得1molH2与1molCl2发生反应生成2molHCl,释放出183kJ的热量.教师可引导学生从“宏-微-符”这3个方面进行分析:1)宏观角度.反应过程中H2、Cl2这2种反应物反应放出了能量,由于反应前的总能量大于反应后生成物的总能量,即ΔH＞0,因而该反应是放热反应.2)微观角度.在化学反应过程中,1molH2和1molCl2分子的化学键克服原子间的相互作用,分别吸收了436kJ和243kJ的能量,生成物分子的化学键形成时则释放了862kJ的能量,可见该化学反应属于放热放应.3)符号角度.这一化学反应可以表示为H2(g)＋Cl2(g)＝2HCl(g),其反应热为ΔH＝－183kJ·mol－1.

通过对“宏-微-符”这3个角度的分析,学生能更好地掌握化学反应热的计算,并能建立三者之间的联系,从而能更全面、准确地理解盖斯定律的涵义和意义,提高化学解题能力.

2 化学能与电能转化的“宏-微-符”分析

化学能只有在发生化学变化的时候才释放出来,并转化为热能或者其他形式的能量.其中,一次电池、二次电池以及燃料电池等化学电池的应用正是化学能和电能转化的表现.我们日常使用的碱性锌-锰干电池的正极往往由较不活泼的金属(如锰)或非金属组成,而负极则由锌等活泼金属组成.从宏观角度分析,锌-锰干电池具有连续放电、放电时间长、可存储时间长等优势.从微观角度分析,锌-锰干电池的正负极原子在闭合回路中发生化学反应,负极的Zn与OH－结合,失去2个e－,从而形成不带电的Zn(OH)2;而正极的MnO2得到2个e－,并和H2O分子结合生成2个MnOOH和2个OH－.可见,OH－在电池的正、负2极之间循环流动从而形成电流.从符号角度分析,锌-锰干电池的电极反应可以表示为

负极:Zn＋2OH－－2e－＝Zn(OH)2;

“宏-微-符”三重表征的结合分析将有利于学生对化学能与电能转化这一知识的贯通理解,完善化学电池的知识结构.

3 化学反应速率和化学平衡的“宏-微-符”分析

化学反应速率是衡量化学反应进行快慢的物理量,受反应时间、温度、压强、浓度以及催化剂等因素的影响.当外界环境符合反应物有效碰撞的条件时,化学反应才能发生.例如,通过Na2S2O3和H2SO4反应的2组对比,可以发现加热的一组的试管中首先出现浑浊,根据这一宏观现象,可以得出结论:1)通过提高温度使分子获得更高的能量,活化分子百分比提高; 2)含有较高能量的分子间碰撞频率也随之提高.可见,升高温度能使普通分子变成活化分子,实现有效碰撞,从而提高化学反应速率.从符号角度来看,这一实验的化学方程式可表述为Na2S2O3＋H2SO4＝Na2SO4＋SO2＋S↓＋H2O.

化学平衡状态是指在一定条件下的可逆反应中,正、逆反应速率相等,反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态.可以通过改变化学反应条件来改变平衡状态,实现平衡移动.例如,NO2球浸泡在冰水和热水中,可以观察到浸泡在冰水中的NO2球的红棕色明显变浅,而浸泡在热水中的NO2球的红棕色则明显加深.在温度较低的情况下,NO2分子反应并不活跃,浓度减小,化学反应速率慢;而在温度较高的情况下,NO2分子变成活化分子,浓度增大,化学反应速率快.这一实验的公式则可以表达为:

上式直观地表达出NO2和N2O4的相互转化和颜色特点,有利于加强高中生在宏观、微观上的理解,进而总结出NO2在不同温度的水中的平衡状态,强化学生对化学反应规律的感知.

“宏-微-符”三重表征结合分析有利于提高学生学习化学反应原理的效率,教师应将“宏-微-符”分析思维渗透到日常教学中,引导学生逐步形成宏观、微观、符号相结合的化学思维习惯,进一步完善和发展化学反应原理的知识体系,强化对高中化学的学习能力.

山东省滨州市邹平县第一中学)