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1、基于问题设计的知识建构与高三化学复习 以化学反应原理专题复习为例桐乡市高级中学 张敬 314500摘要：基于问题设计的知识建构能够激发学生参与课堂的积极性。以化学反应原理专题复习为例，结合历年试卷中的高频考点设计相关问题，在问题解决中完成知识的建构与强化，从而提高复习的高效性。关键词： 问题设计 知识建构 化学复习 高效建构主义认为，学习者要想完成对所学知识的意义建构，即达到对该知识所反映事物的性质、规律以及该事物与其它事物之间联系的深刻理解，最好的办法是让学习者到现实世界的真实环境中去感受、去体验(即通过获取直接经验来学习)，而不是仅仅聆听别人(例如教师)关于这种经验的介绍和讲解。【1】在高
2、三化学复习中，传统的授课模式是教师课上讲解知识点，课下布置习题练习。但实际上很多同学对知识点的讲解课提不起兴趣，认为自己已经知道了，但是面对课后题目却又不能准确地联想到知识点，不能很快找到解题思路。因此，这样授课模式无法激发学生的学习积极性与主动性，复习效果大打折扣。高效的复习课一定要能够激发学生的学习欲望，只有建立在学生积极参与的基础上，才能取得良好的复习效果。基于问题设计的知识建构采用“知识问题化”的教学模式，强调使学习者建立丰富的、复杂的、具有高度联系性的记忆表征，从而能够自主的在自己已有背景下学习，解答具体问题。本文尝试在高三化学复习探索用设计问题的方式来建构知识。一、考纲要求与考点分
3、布浙江高考理综考试卷中化学反应原理题考查的内容包括两个方面：化学反应速率和化学平衡。2016年浙江省普通高考考试说明中化学反应速率和化学平衡的考纲要求（1）了解化学反应速率的概念及其定量表示方法。（2）了解催化剂在生产、生活和科学研究领域中的重要作用。（3）了解焓变和熵变是与反应方向有关的两种因素。（4）了解化学反应的可逆性。（5）了解化学平衡建立的过程。理解化学平衡常数的含义，能够利用化学平衡常数进行简单的计算。（6）理解浓度、温度、压强、催化剂等因素对反应速率和化学平衡的影响，认识其一般规律。（7）了解化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。针对最近五年的浙江高
4、考理综考试卷中化学反应原理题中各知识点出现的概率进行了统计。其中，焓变H、平衡常数K、活化能与反应速率、平衡移动影响因素四个考点为高频考点。因此，针对这四个考点设计相关问题，从而在问题解决中实现知识的构建与强化。二、教学中的问题设计与知识建构问题设计是引导学生主动学习的基本环节，问题设计的优劣直接关系着教学效果。本专题的教学结合重要考点设计相关问题，引领学生探究问题、解决问题，最终在问题中建构知识。考点1：焓变H【例1】（2015浙江理综28）乙苯催化脱氢制苯乙烯反应：CH2CH3(g)CHCH2(g)H2(g)(1) 已知：化学键CHCCCCHH键能/kJ·mol141234861
5、2436计算上述反应的H_kJ·mol1。解析：反应物断开2molC-H键和1molC-C键，吸收能量为：2×412 kJ·mol1+348 kJ·mol11172kJ·mol1；生成物形成1mol CC键和1mol HH键，放出能量为：612 kJ·mol1+ 436 kJ·mol11048kJ·mol1，则H1172 kJ·mol11048 kJ·mol1=124 kJ·mol1。【答案】124【例2】（2013浙江理综27）捕碳技术（主要指捕获CO2）在降低温室气体排放中具有重要
6、的作用。目前NH3和(NH4)2CO3已经被用作工业捕碳剂，它们与CO2可发生如下可逆反应：反应：2NH3(l)H2O(l)CO2(g)(NH4)2CO3(aq) H1反应：NH3(l)H2O(l)CO2(g) (NH4)2HCO3(aq) H2反应：(NH4)2CO3(aq)H2O(l)CO2(g)2(NH4)2HCO3(aq)H3（1）H3与H1、H2之间的关系是：H3 。解析：由盖斯定律可知，反应×2反应=反应；则H32H2H1【答案】2H2H1【知识链接】有关的焓变H计算有两种方法：一是利用键能：H（反应物）（生成物）；二是利用盖斯定律来计算：盖斯定律指的是化学反应的反应热只
7、与反应体系的始态和终态有关，而与反应的途径无关。盖斯定律的本质:方程式按一定系数比加和时其反应热也按该系数比加和。可以用下图表示盖斯定律：H H1+H2H3+H4+H5。考点2：平衡常数K【例3】（2011浙江理综27）某研究小组在实验室探究氨基甲酸铵（NH2COONH4）分解反应平衡常数和水解反应速率的测定。将一定量纯净的氨基甲酸铵置于特制的密闭真空容器中(假设容器体积不变，固体试样体积忽略不计)，在恒定温度下使其达到分解平衡：NH2COONH4(s)2NH3(g)CO2(g)。实验测得不同温度下的平衡数据列于下表：温度()15.020.025.030.035.0平衡总压强(kPa)5.78
8、.312.017.124.0平衡气体总浓度(×103mol/L)2.43.44.86.89.4根据表中数据，列式计算25.0时的分解平衡常数：_。解析：可将25的平衡总浓度4.8×10-3mol·L-1转化为NH3和CO2的平衡浓度；NH2COONH4(s)2NH3(CO2(g)。可知平衡时NH3的体积分数为1/3,CO2 的体积分数为1/3。所以，25.0时的平衡浓度：c(NH3) = 4.8×10-3mol·L-1, c(CO2) = ×4.8×10-3mol·L-1 ；则 【答案】1.6×10-8【
9、例4】（2015浙江理综28）乙苯催化脱氢制苯乙烯反应：CH2CH3(g)CHCH2(g)H2(g)(2) 维持体系总压强p恒定，在温度T时，物质的量为n、体积为V的乙苯蒸气发生催化脱氢反应。已知乙苯的平衡转化率为，则在该温度下反应的平衡常数K_(用等符号表示)。解析：乙苯的平衡转化率为，则平衡时各组分的物质的量为：n（乙苯）n（1）mol、n（苯乙烯）n（氢气）n mol，此时体积为V（1），将数据带入平衡常数表达式，则Kc ；或者也可用各组分的分压表示平衡常数，平衡时气体总的物质的量为n（1）mol：各组分的分压为p（乙苯）（1）p/（1）、p（苯乙烯）p（氢气）p/（1），将数据带入Kp
10、表达式可得Kp【答案】：Kp或Kc【知识链接】对于可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)来说，化学平衡常数表达式：，用某组分(B)的平衡压强(PB)代替物质的量浓度(cB)则为平衡常数KP。在计算KP时需用各组分的分压，分压=总压强×物质的量分数考点3：活化能与反应速率【例5】（2012浙江理综27）甲烷自热重整是先进的制氢方法，包含甲烷氧化和蒸汽重整。向反应系统同时通入甲烷、氧气和水蒸气，发生的主要化学反应有：反应过程化学方程式焓变H(kJ/mol)活化能Ea(kJ/mol)甲烷氧化CH4(g)2O2(g)CO2(g)2H2O(g)802.6125.6CH4(g)O2
11、(g)CO2(g)2H2(g)322.0172.5蒸汽重整CH4(g)H2O(g)CO(g)3H2(g)206.2240.1CH4(g)2H2O(g)CO2(g)4H2(g)165.0243.9（2）在初始阶段，甲烷蒸汽重整的反应速率 甲烷氧化的反应速率（填大于、小于或等于）。解析：甲烷蒸汽重整的反应活化能高于甲烷氧化的反应活化能，则反应速率小。【答案】小于【例6】（2014浙江理综27）煤炭燃烧过程中会释放出大量的SO2，严重破坏生态环境。采用一定的脱硫技术可以把硫元素以CaSO4的形式固定，从而降低SO2的排放。但是煤炭燃烧过程中产生的CO又会与CaSO4发生化学反应，降低脱硫效率。相关反
12、应的热化学方程式如下：CaSO4(s)+CO(g) CaO(s) + SO2(g) + CO2(g) H1=218.4kJ·mol-1(反应) CaSO4(s)+4CO(g) CaS(s) + 4CO2(g) H2= -175.6kJ·mol1(反应)（3）假设某温度下，反应的速率(v1)大于反应的速率(v2)，则下列反应过程能量变化示意图正确的是 。解析：反应为吸热反应，反应为放热反应，则B、C符合此条件；反应的速率(v1)大于反应的速率(v2)，说明反应的活化能低于反应，则符合此条件的为C。【答案】C【知识链接】反应的活化能 ：根据过渡态理论，反应物转化为生成物的过程要
13、经过能量较高的过渡状态。过渡状态的平均能量与反应物分子的平均能量的差为反应的活化能。（见下图）反应物与过渡状态的能量差值为正反应的活化能，生成物与过渡状态的能量差值为逆反应的活化能。正反应的活化能越小，反应速率越大，催化剂是通过降低反应所需的活化能来增大反应速率。考点4：平衡移动影响因素【例7】（2013浙江理综27）已知反应：(NH4)2CO3(aq)H2O(l)CO2(g)2(NH4)2HCO3(aq) H3为研究温度对(NH4)2CO3捕获CO2效率的影响，在某温度T1下，将一定量的(NH4)2CO3溶液置于密闭容器中，并充入一定量的CO2气体（用氮气作为稀释剂），在t时刻，测得容器中C
14、O2气体的浓度。然后分别在温度为T2、T3、T4、T5下，保持其它初始实验条件不变，重复上述实验，经过相同时间测得CO2气体浓度，得到趋势图（见图1）。则：H3 0(填、或)。在T1T2及T4T5二个温度区间，容器内CO2气体浓度呈现如图1所示的变化趋势，其原因是 。解析：温度对平衡移动的影响：在其他外界条件不变的情况下，升高温度，向吸热方向移动；降低温度，向放热方向移动。【答案】；T1T2区间，化学反应未达到平衡状态，温度越高，化学反应速率越快，所以CO2被捕获的量随着温度的升高而提高。T3T4区间，化学反应已达到平衡状态，由于正反应为放热反应，温度升高平衡向逆反应方向移动，所以不利于CO2
15、的捕获。【例8】（2015浙江理综28）工业上，乙苯制苯乙烯反应为： CH2CH3(g)CHCH2(g)H2(g) H>0通常在乙苯蒸气中掺混水蒸气（原料气中乙苯和水蒸气的物质的量之比为19），控制反应温度600，并保持体系总压为常压的条件下进行反应。在不同反应温度下，乙苯的平衡转化率和某催化剂作用下苯乙烯的选择性(指除了H2以外的产物中苯乙烯的物质的量分数)示意图如右图：掺入水蒸气能提高乙苯的平衡转化率，解释说明该事实 。 解析：恒压下加入水蒸汽（不参与反应的物质），相当于减压。对于有气体参与的反应，其他条件不变时，增大压强，反应向气体分子数减少的方向进行；减小压强，反应向气体分子数增
16、加的方向进行。【答案】正反应方向气体分子数增加，加入水蒸气稀释，相当于起减压的效果【知识链接】体系条件改变对化学平衡移动影响可以用勒夏特列原理解释：改变化学平衡的一个因素，平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。三、教学小结在本节课的教学设计中，我们围绕考试说明，对历年真题中出现的重要知识点做出分析，结合高频考点，设计相关问题，在问题的解决中完成相应知识的构建及复习强化。基于问题设计，构建基础知识，有以下几点收获：1. 注重问题与教材的关联性。很多题目都是源于教材，所以在解决问题时要回归教材，强化教材中的基本知识点。2. 注重问题的层次性。在设计问题时，应按照建构知识的逻辑顺序，由易到难，层层递进。3. 注重问题与知识的结合性。解决问题时，注意挖掘题目背后的知识点，强化基础知识。总之，在高三的化学复习课中，我们要紧紧围绕考试说明，以试卷为载体设计典型问题，注重引导学生积极思考、主动探索的教学模式，在问题的解析中完成知识的构建及强化，以期提高学生参与课堂的积极性，提升课堂的教学有效性。参考文献【1】裘建浩.知识问题化 问题情景化J. 中学化学教学参考,2005(2): 高中化学知识与技能融合的教学实践J.中学化学教学参考,2005,(第C2期).