化学反应论文范文
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第1篇
从知识的概括抽象程度来看，孤立的某一、两个化学反应的实例及其应用往往价值有限。要使它们变得真正富有教育意义，就必须把它们纳入到学科知识的结构中，需要把事实(实例)、概念和规律与化学观念、学科中普适性更高的重要概念和方法，如物质的性质、物质的检验、物质的转化、化学反应的验证等组合起来，让学生能够基于这些不同层次知识间的内在联系实现知识的拓展和知识结构的改造(见图1)，让学生能够从中领悟更有普遍意义、具有持久迁移价值的学科思想观点与解决问题的思路和方法，以提升学生的化学思维水平。以“二氧化碳与碱的反应”为载体来感悟学科中普适性更高的化学观念、重要概念与方法，需要学生“穿越”事实，需要让学生经历以事实、现象、规律为基础的比较与分析、归纳与概括、观点表达与质疑等思维活动。这是实现学生知识改造、完善学生认知结构的重要保障。例如，以二氧化碳使澄清的石灰水变浑浊、二氧化碳与氢氧化钠溶液反应无明显现象等内容为认识对象，围绕“探究化学反应发生的证据”这一核心任务，需要引导学生利用联系和变化的观点，整合之前所学的相关知识，通过比较、分析、概括等思维过程，逐步完善相应的分析思路与方法(见表1)。
夜上海论坛 2学生的认识发展与障碍分析
物质的性质、反应与检验，化学反应发生的验证与物质的变质等内容涉及的知识点多，其综合性较强，学生学习存在一定困难。表现:少数学生对实验现象的描述不准确，对实验原理的分析及化学方程式的书写有错误;在有关实验探究及方案设计方面，大多数学生没有思路或思路混乱，对实验过程的描述和分析不清楚等。多数学生能够依据物质的性质对单一物质进行检验、解释相关现象等，但对于相对复杂的问题，如两种物质同时存在如何检验某一种物质时，想不到或不会分析排除干扰，不能将知识综合运用。基于上述分析，学生在复习过程中需要发展的方面主要如下:①知识的巩固与提升。以“二氧化碳与碱的反应”为载体，将常见物质(二氧化碳、氢氧化钠、氢氧化钙、碳酸钠、碳酸钙)与上述反应建立关联，建立这几种物质的性质、反应、检验与转化的认识，帮助学生建立有联系的知识，促进知识的巩固、整合与系统化。②分析思路与方法的完善。以二氧化碳与氢氧化钠是否反应为探究点，从验证反应物减少、验证有新物质生成两个角度来探究反应是否发生，在问题解决的过程中促进学生完善分析思路与方法。③认识角度的拓展，将知识应用于解决较为复杂的问题。如，换个角度看“二氧化碳与碱的反应”，引出氢氧化钠溶液的变质问题，按照是否变质、是部分变质还是完全变质等问题的探究，将常见的碱(氢氧化钠)与盐(碳酸钠)的性质、反应与检验融入其中。物质的检验需利用物质的性质差异来进行。利用氢氧化钠与碳酸钠的化学性质差异来分析和解决氢氧化钠溶液的变质问题(见表2)，可以帮助学生形成较为清晰的思考问题的路径，有利于帮助学生应用所学知识解决实际问题。
3复习教学活动设计
(1)复习教学的整体思路基于上述分析，在“二氧化碳与碱的反应”复习教学中，基于学生的认知基础与发展需要，从物质的性质、检验、转化(变质)以及化学反应的验证等多角度来深入认识化学反应便成为复习的核心所在。为此，将“二氧化碳与碱的反应”专题进行整体复习教学设计:第1课时，定性分析二氧化碳与碱的反应，侧重物质检验、反应发生的验证以及碱的变质问题;第2课时，定量分析二氧化碳与碱的反应，解决实验装置的分析及实验中某物质质量分数的计算等问题。(2)主要复习活动举例以第1课时的教学为例。教学思路如下:(课的引入)二氧化碳与碱反应的再认识(任务1)探究二氧化碳与氢氧化钠溶液是否发生了反应(任务2)分析碱的变质问题(任务3)提升思路与方法，解决新的问题。任务1和任务2的设计，体现了同一问题的不同认识角度，即通过检验生成物不仅能判断氢氧化钠溶液与二氧化碳是否发生了反应，还能分析碱液是否变质的问题。任务3的设计，注重在解决新的问题过程中，增进学生的理解力，并形成应用化学反应分析问题的思路和方法。现就其中的主要活动设计简要说明如下。任务1探究二氧化碳与氢氧化钠是否发生了反应［问题1］如何用实验证明二氧化碳与氢氧化钠发生了反应?［素材1］2013年北京化学中考32题实验装置(见图2)。［学生活动1］分析此装置的特点及小气球的作用。思考并讨论:证明二氧化碳与氢氧化钠反应需进行的操作、相应的实现现象及发生的相关反应是什么。［设计意图］利用图2所示的实验装置，证明二氧化碳与氢氧化钠反应的实验操作依次为:第一步，将针管1中的氢氧化钠溶液推入瓶中，气球鼓起，发生的反应是CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O反应;第二步，将针管2中的稀盐酸推入瓶中，溶液中有气泡产生，气球变瘪，发生的反应为Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2;第三步，向外拉注射器3，澄清石灰水变浑浊，发生的反应是CO2+Ca(OH)2=CaCO3+H2O。以此作为教学素材，将反应原理与实验装置、操作有机整合，指导学生如何看实验装置图，如何在新的实验情境中分析化学反应，从而体会到如何利用化学反应解释现象、检验物质、说明反应的发生。［素材2］学生探究二氧化碳与氢氧化钠反应的实验微视频。［问题2］想一想实验还有需要完善的地方吗?有哪些干扰因素?如何排除干扰?［学生活动2.1］观看学生实验视频，思考和交流实验探究二氧化碳与氢氧化钠的反应的思路:通过验证生成物碳酸钠的存在，即加酸有气泡，生成的气体使澄清的石灰水变浑浊，说明二氧化碳与氢氧化钠溶液反生了反应。讨论和分析实验的干扰物质及排除方法:瓶中有可能存在没有反应完的二氧化碳。而要排除瓶中二氧化碳的干扰，需在推入盐酸前，先向外拉注射器3。若无明显现象，说明瓶中二氧化碳已完全反应。［追问］设计实验通过气压差能否验证二氧化碳与氢氧化钠发生了反应?［学生活动2.2］思考并交流需排除氢氧化钠溶液中水的干扰，学生能想到做对比和控制变量的实验。观看用氢氧化钠固体与二氧化碳反应的视频，说明通过证明二氧化碳减少，产生气压差也能证明二氧化碳与氢氧化钠反应发生。［方法提升］在互动交流中师生共同总结检验无明显现象反应发生的方法。［设计意图］播放学生实验的微视频，将实验原理、装置的理论分析与学生探究实验的实践相结合，能有效地激发学生新的学习。利用连续性的问题引导学生思考、讨论和交流，让学生参与实验探究的全过程。一方面帮助学生理清检验无明显现象反应发生的思路，即可以从验证反应物的减少、验证有新物质生成两个角度来考虑;另一方面引导学生发现验证实验中的干扰因素并考虑如何排除干扰，在问题分析与解决的过程中提升化学思维，培养思维的严谨和发散性。任务2对氢氧化钠溶液是否变质及变质程度的探究［素材3］一瓶久置的氢氧化钠溶液。［学生活动3.1］思考久置的氢氧化钠溶液有可能发生的变化:氢氧化钠溶液与空气中的二氧化碳可能发生了反应。［问题3］如何检验这瓶氢氧化钠溶液是否变质及变质的程度呢?［学生活动3.2］思考如何来分析氢氧化钠溶液的变质问题，设计相应的实验方案并完成学案中的相关内容。［追问］若证明氢氧化钠溶液部分变质，如何排除碳酸钠对氢氧化钠检验的干扰?［学生活动3.3］交流完成的学案(见表3)及设计的实验方案(见表4)。小资料:①碳酸钠俗称纯碱，其水溶液呈碱性。②CaCl2溶液呈中性，CaCl2+Na2CO3=CaCO3+2NaCl［方法提升］在互动交流中师生共同总结判断碱液是否变质及变质程度的方法。［设计意图］提出氢氧化钠溶液的变质问题，给学生一个新的视角，通过分析与讨论，让学生体会到通过检验生成物不仅能判断氢氧化钠溶液能与二氧化碳发生了反应，还能帮助分析碱液是否变质，这样给学生之前已完成的复习增添了新的意义。分析氢氧化钠溶液是否变质的关键要看是否有碳酸钠存在，因此可以利用碳酸钠的性质进行检验。分析氢氧化钠的变质程度关键在于分析生成物的成分:如果是全部变质，生成物只有碳酸钠;如果是部分变质，生成物中既有碳酸钠，又有氢氧化钠。要说明变质程度关键是要证明氢氧化钠是否存在。要检验氢氧化钠的存在，还需要考虑如何排除碳酸钠的干扰。基于上述的分析思路的讨论，引导学生学会从哪些角度分析、如何通过实验来证明氢氧化钠碱液的变质问题，促进学生将知识转化为解决实际问题的能力。在实验方案的书写与交流方面，要求学生从“取、加、若、则”四个方面做答，以规范和提升学生实验方案的书写与表达水平。任务3提升思路与方法，解决新的问题［问题］利用二氧化碳与碱液反应能解决哪些问题?如何解决呢?［学生活动］总结所复习的内容，在教师引导下学生完善板书内容(见图3)［拓展应用］有一包久置的生石灰干燥剂，你能探究哪些问题?请说出你的思路与方法。［设计意图］通过“二氧化碳与碱的反应”特点及其应用的分析，整理所复习的知识内容，让学生进一步体会多角度地认识化学反应;通过板书(见图3)结构化地呈现的内容与分析要点，将分析问题的角度与思维可视化，让学生清晰地知道证明化学反应发生的思路、分析碱液是否变质及变质程度的方法。设计的拓展应用，重在促进学生运用所学知识解决相关的不同问题，既是给学生提供更多的练习与应用的机会，也可以用此来说明或检测学生是否掌握了所复习的内容。
4结束语
第2篇
一、活用网络整合资源，优化自主合作学习
选取“化学反应条件的优化———工业合成氨”一课进行网络背景下的自主合作学习的原因有：一是本节课内容是“化学反应的方向”“化学反应的限度”“化学反应的速率”等化学理论知识的延续拓展，也是学生综合利用化学理论知识解决实际问题的具体案例，而合成氨反应也是学生熟悉的、典型的平衡体系，是重要的化学工业之一；二是本节课教学内容难度不大，但内容相对分散，而且是学生自开设化学课以来第一次较多地接触到化工生产，适于安排网络教学形式；三是经过高中一年的训练，学生的思维水平正从感性思维、形象思维向理性思维、抽象思维转变，基本上具备积极主动获取知识的能力，参与意识、合作意识已有较明显的提高。同时学生已经完成信息技术课程的学习，掌握信息技术操作的基本技能，足以胜任网络背景下自主合作学习的要求。通过自我实践和探索完成知识的学习和建构是自主合作学习的核心，而网络背景下的自主合作学习的关键是如何运用网络平台整合教学资源。在实施本课程教学时，主要从两方面入手：一方面将学习资源进行筛选、整合，优化呈现方式。如将有关合成氨的学习资源整合成一份资料包，内含：导学案的Word文档，合成氨生产的温度、压强、催化剂数据分析模型、曲线图，合成氨工厂模型建造过程的视频，合成氨生产网络搜索关键词及网址等，这样做有助于学生利用纷繁复杂的知识进行有序的学习；另一方面将学生资源进行整合。如合理地将学生进行分组，本次授课班级有40位学生，通过精心巧妙地编排座位，分为12个小组，每个小组3～4名学生，一人负责上网查资料，一人负责查询提供的信息，一人负责引导讨论并完成电子导学案。分组时力求每个小组的学力水平保持相对均衡，每组都要有较为活跃、善于关心和鼓励他人的学生，以增强组员之间的合作意识。在自主合作学习过程中，要求小组成员明确分工并相互交换角色。整合教学资源的目的是为了运用，那么经过整合的教学资源在课堂上能呈现出预期的精彩吗？不一定，有时可能跟教师的预期相差很远，这就需要灵活运用网络平台，把握教学资源呈现的时机和呈现的形式。如在本节课的教学过程中，讲到合成氨工厂需要庞大而复杂的设备时，顺势引导学生观看资料包中的三维动画及课件中的图片，让学生直观感受实现合成氨工业化生产的困难，学生就会产生质疑：“既然实现合成氨工业化生产那么困难，不研究可以吗？”此时，借机引导学生查看课前印发的阅读材料和资料包中提供的网址上网浏览，了解合成氨的重要性，紧接着用教师机展示归纳好的合成氨的重要性，进而让学生明白学习这节课的必要性和重要性。利用网络平台采集资源、整合资源，并灵活地运用于课堂教学实践中，使课堂教学充满无穷的魅力；同时把课堂交给学生，让他们大胆尝试，学习效率自然就提高了，从而优化自主合作学习。
二、妙用网络克服弊端，提升自主合作学习效果
夜上海论坛 网络背景下的自主合作学习以学生为主，开放性很强，丰富的教学素材为学生提供了多样化学习的可能，但是，若没有方法指导进行盲目的学习，是很难抓住课程重难点的。另外，课堂有限的时间未必能保证学生学习所有的教学素材。因此，要发挥网络平台的优势，除了选取合适的教学内容，充分做好学情分析以外，还需要教师对学生可能的学习手段和方式做好充分的预设，保证在有限的教学时间内帮助学生达成教学目标。这就需要教师在教学过程设计和教学资源整合上做好文章，充分发挥教师的引导作用。如在实施本课教学时，从以下几个角度入手：一是课前进行理论分析，明确学生自主合作学习的任务，设计电子导学案，通过网络发送在班级QQ群中。在电子导学案中设置的问题有：利用平衡移动的知识分析如何提高氨的产量；利用化学反应速率的知识分析如何提高合成氨的反应速率；从化学平衡的角度和化学反应速率的角度分析温度、压强、催化剂、反应物浓度和生成物浓度对合成氨的影响。当学生在自主合作学习过程中可能会发现达到高转化率与高反应速率所需条件会产生相互矛盾时，再追问几个问题：压强怎么选择？温度怎么确定？N2和H2的体积比为何是1∶2．8？合成氨工业生产中，原料气为什么要循环利用？为什么要在适当的时候将氨气从混合气中分离出来？二是教师有目的地查寻信息，精选网络资源，对丰富的教学素材进行整合与归纳，整理成一份资料包发送到每台学生机上。学生可以通过阅读多媒体课件中提供的信息，并根据提供的相关网址上网浏览相关材料以及阅读教材P68－69中的“化学与技术”，解决电子导学案中的基本问题。三是在学生自主合作学习时，教师有目的地深入到各小组中，参与学生的交流和讨论，对学生的观点、看法做到心中有数，并随机提出问题，引导学生利用网络平台提供的学习素材解决问题。如讨论“合成氨适宜温度选择”这一问题时，学生认为反应速率与化学平衡的结论有矛盾，教师指导学生查询PPT课件中“铁触媒催化能力———温度图”解决温度问题。四是在师生交流环节中选择与课堂重难点有关的问题加以讨论。教师可以利用交互功能，在学生通过网络平台提交的反馈作业中，找出两份具有代表性的作业发送到学生机上进行分析讨论，如在解决生成物浓度对提高合成氨反应速率的影响时，一组学生认为应增大浓度，另一组学生则认为要降低浓度，教师顺势引导小组成员查看课件中合成氨的速率方程，引发小组之间讨论交流、发表看法，共同得出结论：应该是降低氨气的浓度以提高反应速率。网络教学有传统媒体不可比拟的优势，但也存在先天的局限。只有学习的指向性得到保证才能节省课堂时间，才能保证绝大多数学生通过课堂的学习，达成教学目标，学生才有时间在网络平台上学习自己感兴趣的内容，拓宽视野，提升自主合作学习效果。总之，基于网络背景下的自主合作学习，使教材内容与生动的网络信息有机整合，优化了课堂教学结构和学生的学习方式，提高了课堂教学效率；既发挥了教师的主导作用，又充分体现了学生的主体作用，培养了学生自主合作学习的能力和意识。
作者： 沈宝华 单位：福建宁德市民族中学
第3篇
夜上海论坛 在电池的充放电过程中，电极材料体积的显著变化容易导致结构的塌陷[13-15]，开发嵌锂后结构稳定的材料是解决这一问题的关键。Wang等指出，空心圆锥形结构可以有效缓解充放电过程中结构应力和体积变化[16]，从而显著提高其循环稳定性。受该工作启发，本研究组通过引入碳来调整高价锰被二价锰离子还原的速率，利用水热法和Ostwaldripening机理实现低结晶度氧化锰的溶解再结晶，以及结构导向剂对晶体的诱导生长，然后通过反应器内温度场、浓度场控制，使其满足氧化锰圆锥形结构生长所需要的动力学条件，成功制备了氧化锰空心圆锥体/碳纳米复合材料[17]，如图1所示；作为锂离子电池负极材料，表现出高的电化学性能。在此基础上，进一步利用复合材料中的碳加速氧化锰的还原速率，从而显著降低嵌锂温度（380°Cvs.700°C），成功地将氧化锰/碳复合材料转变成单晶锰酸锂空心圆锥体锂离子电池正极材料。表现出高的比电容量（127mAh•g-1vs.理论容量148mAh•g-1）、高功率性能（100mAh•g-1，50C）和优异的循环稳定性（>1000次）[18]。因为赝电容材料的电化学反应仅仅发生在材料的表面，减小颗粒尺寸还可以显著提高材料的电化学活性[19-21]。本研究组利用结构导向剂对晶面的诱导生长，通过控制反应物界面温度浓度梯度，制备了多种超细超薄层状化合物，显著提高了其电化学活性。采用双表面活性剂六亚甲基四胺和水合肼对晶面进行诱导生长，并控制界面的反应-扩散速率，利用水热反应实现了不同厚度氢氧化镍纳米片的可控制备及自组装，得到的超薄氢氧化镍纳米片组装形成的花状结构具有最优异的电容特性，明显优于较厚纳米片的组装体[22]；基于水热环境中强碱溶液对二氧化锰纳米线表面微区的反应-扩散速率，制备出具有超高长径比的超细二氧化锰纳米线（直径约3-6nm），显著提高了其比电容量[23]，且其电化学性能优于Tang等和Xiao等课题组报道的二氧化锰纳米带[24]、纳米管[25]等结构；通过控制反应速率和氧化锰的晶体生长习性，通过简单的液相法合成了具有不同结晶度的超薄二氧化锰层状结构，研究结果表明氧化锰的结晶度越低、比表面积越大，其比电容量越高[26]。通过构建超薄超细的纳米结构以及新型稳定的空心结构来提高电极材料的电化学活性和稳定性是切实可行的。超薄超细纳米结构可以提供更高的比表面积和电化学反应效率，进而提高活性材料利用率及其电化学性能；空心圆锥形结构可以存储大量的电解液，保证快速的电子离子传输，并能够有效缓解电极材料在充放电过程中的结构应力和体积变化，提高其稳定性。
夜上海论坛 2界面限域反应控制制备金属氧化
物嵌入介孔碳杂化材料氧化锰作为典型的过渡金属氧化物储能材料，具有高理论容量、廉价等优势；但是，当氧化锰应用于超级电容器电极材料时，其电导率低、且在电化学反应过程中容易导致锰离子的部分溶解（2Mn3+Mn4++Mn2+），导致其功率特性和循环性能比较差，阻碍了其在电化学领域中的应用[27,28]。目前，解决这些问题的主要方法是将MnO2负载在导电化合物的表面。例如，Guo等成功地将MnO2负载在导电高分子/石墨烯复合物的表面[29]，Xia等将MnO2纳米片生长在碳纳米管外表面[30]。采用上述方法虽然可以显著提高MnO2的电化学活性，但是复合材料的比电容量小，且MnO2留在外部，锰离子的部分溶解问题仍然存在。针对这些不足，本研究组提出了制备金属氧化物嵌入介孔碳纳米杂化材料的思路（如图2a所示）[31,32]，这种结构不仅体现了介孔碳高功率特性与金属氧化物高能量特性之间的强耦合作用，而且避免了金属氧化物与电解液的直接接触，从而有效缓解了充放电过程中的溶解问题。制备过程主要利用多巴胺构筑固-液反应界面，借助聚多巴胺的氨基和羟基与金属离子之间的络合反应生成金属有机化合物，通过碳化过程创新性地制备了金属氧化物嵌入介孔碳杂化材料，如图2b-2c所示；氧化锰嵌入介孔碳杂化结构复合材料的比电容量高达266F•g-1，在60A•g-1的大电流密度下比电容量仍保持150F•g-1，明显高于纯MnO2纳米线（75F•g-1，20A•g-1）；经过1200次循环后比电容量也没有明显下降的趋势，显著提高了其循环稳定性。在此研究工作的基础上，本研究组还进一步设计制备了异质结构豆荚状氧化锰/碳纳米复合材料[33]，有效解决了锂化反应过程中材料体积显著膨胀所造成的活性材料部分溶解和结构破坏等问题。在材料的制备过程中，利用多巴胺易于成膜的特点，借助氧化锰前驱体纳米线和氧化锰纳米线结晶度的不同，控制碳化过程中温度分布，使氧化锰前驱体纳米线发生原位分解，并断裂成高结晶度的氧化锰纳米颗粒，从而实现了豆荚状氧化锰/碳异质结构的制备，且颗粒与颗粒之间存在大量的空隙。作为锂离子电池负极材料，这种豆荚状结构比氧化锰纳米线、氧化锰/碳核壳纳米线表现出具有更高的容量和充电、放电倍率性能，且经过1000次连续充放电测试，循环前后电极材料的结构保持高度一致性。基于多巴胺易成膜的特点，利用多巴胺构筑固-液反应界面，来制备金属氧化物嵌入介孔碳杂化结构是一种方便可行的方法。该方法可以有效提高金属氧化物的电导率，并缓解其在电解液中的部分溶解，进而提高电极材料的循环稳定性。
3新颖三维结构的多元复合电极材料
对于纳米材料制备过程，通过组装等方法形成具有特定结构的复合材料体系具有重要意义，因为组装体系表现出的特异理化性能，使其在新能源等领域显示出了良好的应用前景。Chen等利用超声自组装法成功制备了还原氧化石墨烯-MnO2空心球复合材料[34]，Zhu等利用静电自组装制备了石墨烯包覆蜂窝状MnO2纳米球[35]。但是，由于石墨烯不可避免地发生再堆叠以及MnO2与之界面只是物理作用力结合，导致二者的电容性能并不是很理想。因此，目前设计和制备具有显著协同效应和良好界面结合的异质结构并不容易实现。本研究组利用不同种类结构单元之间的协同效应及其界面耦合作用增强复合材料的电化学性能，借助高锰酸钾溶液的强氧化性与固液界面的化学反应速率控制，组装了具有特定结构的rGO/CNTs/MnO2等三维复合材料体系。为进一步提高氧化锰材料的大电流充放电能力，本研究组提出了通过在还原氧化石墨纳米片表面生长碳纳米管，构建氧化锰电子快速传递三维网络通道。基于CVD法在还原氧化石墨纳米片表面控制生长碳纳米管，有效避免了还原氧化石墨的再堆积，利用高锰酸钾溶液的强氧化性实现超薄氧化锰纳米片在碳骨架表面的生长，制备得到rGO/CNTs/MnO2三元纳米杂化材料（图3a）[36]。作为超级电容器电极材料时，在60A•g-1的大电流密度下，比电容量仍保持222F•g-1，明显高于单一组分的氧化锰超薄纳米片（仅52F•g-1）。基于上述研究工作，研究者进一步利用高锰酸钾强的氧化性在氢氧化镍（Ni(OH)2）纳米线和聚苯胺（PANI）纳米纤维表面构筑固-液反应界面，通过调节反应物浓度、反应温度、搅拌速率等控制其反应和扩散速率，从而控制氧化锰在固体表面的成核生长，实现了超薄二氧化锰纳米片均匀生长在Ni(OH)2纳米线[37]，以及超细二氧化锰纳米颗粒负载在导电PANI纳米纤维（图3b-c）[38]，长时间超声测试后复合材料结构保持完整，其界面结合牢固。电化学测试结果表明复合材料的电化学性能明显优于单一组分，各组分之间表现出明显的协同效应。
4结论
