勘探3號在線調(diào)查數(shù)據(jù)簡析兼談對學(xué)科問題的認(rèn)識(編輯修改稿)
2025-02-14 05:45 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 子結(jié)構(gòu)的相同與不同，可以加深我們對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的理解，降低學(xué)生對物質(zhì)結(jié)構(gòu)認(rèn)識的思維難度。分子軌道在教材中提及遭到許多老師的反對，認(rèn)為學(xué)生不可能接受。如果我們將原子的特點(diǎn)分析透徹，用聯(lián)系的觀點(diǎn)看分子：分子的構(gòu)成核與電子，電子的不確定性與分散分布，能量狀態(tài)是不連續(xù)的，相同的能量狀態(tài)能級，軌道，分子軌道，ok！關(guān)鍵問題在于中學(xué)階段的教學(xué)不等同于大學(xué)教學(xué)，概念的處理也可以完全不同。（4）用聯(lián)系的觀點(diǎn)看物質(zhì)，非極性共價鍵和離子鍵是化學(xué)鍵的兩個極端情況。極性共價鍵中存在靜電作用，離子鍵中也存在共價作用；帶完整電荷的離子在離子化合物的固態(tài)和熔融態(tài)中都是不存在的，只有溶液中的離子才可看做電子的真正得失。19．有的老師認(rèn)為讓學(xué)生認(rèn)識到化學(xué)鍵的形成會使體系能量降低比知道化學(xué)鍵是原子間的強(qiáng)相互作用更重要。 盡管這是一個關(guān)于鍵的問題，還是單獨(dú)討論一下，因?yàn)椤盎瘜W(xué)鍵的形成會使體系能量降低”是幫助學(xué)生形成能量觀的一個重要類型。原子是核與電子共同作用的能量較低的體系。原子相互作用，成鍵，能量降低，形成分子。化學(xué)變化朝著能量降低的方向進(jìn)行。物理變化也是如此，例如重物的落體，勢能下降。需要進(jìn)一步說明的是，前面的“能量降低”并不易清楚地界定究竟是什么能量。我們暫且將其稱為“勢”或“勢能”?！皠荨笔且环N體系屬性，也許您會認(rèn)為，沒有把原子抬高，怎么可能具有勢呢？地球和蘋果通過引力作用，重力勢能。正負(fù)電荷吸引，電勢能。原子、分子是核與電子的作用體系，自然也具有勢。每一種物質(zhì)都有其自身的勢，于是化學(xué)變化前后的勢差（產(chǎn)物的勢之和減去反應(yīng)物的勢之和）決定了變化的方向——化學(xué)勢。關(guān)于勢的討論先告一段落，后面還會繼續(xù)討論。20．墨水在水中的擴(kuò)散。 21．將一盒火柴散落在桌子上。 22．在進(jìn)行熵增與反應(yīng)方向關(guān)系的教學(xué)時，先要從統(tǒng)計(jì)學(xué)的角度講清熵的概念。 （1）21~22題的題干丟掉了，應(yīng)該是：在教學(xué)中我更傾向于用下面的案例來幫助學(xué)生體會熵增有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行。21．墨水在水中的擴(kuò)散。22．將一盒火柴散落在桌子上。也許您在看到題目的時候就已經(jīng)猜到出題的意圖了。很多學(xué)科專家反對用宏觀物體的變化來說明熵。由于熵是一種統(tǒng)計(jì)量，而宏觀都是有限數(shù)目的，因此不易用火柴的散亂來說明熵的增加。我個人不贊同這種觀點(diǎn)，這種比喻也未嘗不可，其與熵的內(nèi)涵是類似的。宏觀體系變化的趨勢是混亂度增加，要使其恢復(fù)有序必須輸入功；微觀體系也是如此。國外教材一般都比較靈活，一些教材用不刻意收拾的房間混亂來比喻。我國的科學(xué)教育都比較嚴(yán)謹(jǐn)（古板），板著面孔給學(xué)生講科學(xué)。（2）對于判斷反應(yīng)的方向和限度，熵是一個至關(guān)重要的概念，其意義往往被我們忽視。是否總能量決定自發(fā)變化的方向呢？不是。第一定律表明，任何過程中能量守恒，發(fā)生任何變化均不改變總體的能量。下面的兩個論據(jù)也表明“體系的能量最小”不能作為判據(jù)：①理想氣體自發(fā)地向真空膨脹，但其內(nèi)能卻不變。②在進(jìn)行自發(fā)變化時如果體系的能量確有減少，則總體其余部分（環(huán)境）的能量必然增加同樣多的量（以滿足第一定律）。就在體系進(jìn)行一個能量減少的過程時，環(huán)境能量增多是自發(fā)的。為什么我們要強(qiáng)調(diào)總體的這一部分（體系）勝于總體的另一部分（環(huán)境）呢？i）能量無序分散決定變化的方向過程發(fā)生時總能量恒定，但它可以用不同的方式分配在不同的部分中。能否把自發(fā)變化的方向與能量分配的某些方面聯(lián)系起來呢？我們將看到事實(shí)確實(shí)如此，自發(fā)變化總是伴隨著能量“品位”的下降，即意味著能量遞降為更分散、更無序的形式。各種自發(fā)的天然變化確實(shí)表明總體中的天然傾向指向更大的無序。能量無序分散的另一個表現(xiàn)就是物質(zhì)的混亂。ii）熵增與熵減反應(yīng)在教學(xué)中，我們可能會經(jīng)常面對這樣的困惑：許多化學(xué)變化是熵減的，而熵增加原理認(rèn)為所有的變化向著熵增的方向進(jìn)行，兩者不是互相矛盾嗎？產(chǎn)生上述錯誤認(rèn)識的根源在于沒有分清熵判據(jù)適用的條件，即對于孤立體系或者體系與環(huán)境構(gòu)成的總體而言，變化過程熵是增加的：△S總體＝△S體系＋△S環(huán)境≥0。而我們所熟悉的化學(xué)變化均不是在孤立體系中進(jìn)行的，因此其熵變僅相當(dāng)于上式的△S體系部分，由此可見并不要求反應(yīng)體系的熵一定增加了。iii）熵增與勢能降在等溫等壓條件下，反應(yīng)熱Q=－△H，△S環(huán)境=Q/T，△S總體＝△S體系－△H/T≥0所以△H/T－△S體系≤0，即△H－T△S體系≤0，即△G≤0因此，前文所謂的“勢能降”（△G）和總體的熵增是一致的。也就是說，自發(fā)過程的熵增加，也就是能量的分散，或者說有用能的減小，或者說是做功能力的減弱。例如樹上蘋果落地是自發(fā)過程，下落時重力勢能做功能力減小了，一直降到最低，蘋果落地，完全轉(zhuǎn)化為熱，熱就是一種混亂，因此有序轉(zhuǎn)化為混亂。自發(fā)的化學(xué)變化，化學(xué)勢（等溫等壓下用△G描述）下降，化學(xué)勢反映了化學(xué)變化的做功能力。23．在化學(xué)反應(yīng)限度的教學(xué)中，有的老師除了介紹平衡常數(shù)的計(jì)算方法外，還強(qiáng)調(diào)利用平衡常數(shù)和濃度商的關(guān)系判斷平衡移動方向。 24．平衡常數(shù)的計(jì)算已經(jīng)給學(xué)生的計(jì)算能力提出了很高的要求，再借助平衡常數(shù)和濃度商的關(guān)系來判斷平衡移動方向要求過高。 25．焓變與熵變是反應(yīng)方向的判據(jù)，平衡常數(shù)是對平衡狀態(tài)的定量描述，兩者沒有密切聯(lián)系。 第23題的結(jié)果說明大部分老師是認(rèn)同KQ關(guān)系對于判斷平衡的意義，這在前面課程簡報(bào)中已經(jīng)有充分地討論。但是在認(rèn)同其意義的同時，同樣認(rèn)為會對學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來困難。其實(shí)K的計(jì)算并不重要，判斷平衡移動的方向更為重要，Q趨于變?yōu)镵，Q大了要減小，也就是要減小分子或增大分母，平衡右移；Q小了要增大，增大分子或減小分母，平衡左移。最初級的數(shù)學(xué)分析，就這么簡單。我們曾經(jīng)對某重點(diǎn)中學(xué)初二理科實(shí)驗(yàn)班的學(xué)生嘗試直接用KQ關(guān)系判斷平衡狀態(tài)及移動，毫無問題。同樣面對的也是深廣度的處理，深了、教條化、摳概念，必然會變得枯燥，難懂，反之不僅
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