高中化學(xué)選擇性必修 1 主要是《化學(xué)反應(yīng)原理》,以下是對(duì)這一課程的詳細(xì)介紹:
一、課程地位與目標(biāo)
地位:本課程是在必修課程基礎(chǔ)上的深化和拓展,側(cè)重于從原理層面揭示化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)和規(guī)律。它是化學(xué)學(xué)科的核心知識(shí)領(lǐng)域,是聯(lián)系化學(xué)理論與實(shí)際應(yīng)用的橋梁,對(duì)于理解化學(xué)學(xué)科的科學(xué)性以及解決實(shí)際化學(xué)問(wèn)題至關(guān)重要。
目標(biāo):幫助學(xué)生理解化學(xué)反應(yīng)的基本原理,包括反應(yīng)熱、化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡、水溶液中的離子平衡等知識(shí)。培養(yǎng)學(xué)生從微觀和宏觀相結(jié)合的角度分析和解決化學(xué)問(wèn)題的能力,提升學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng),如宏觀辨識(shí)與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據(jù)推理與模型認(rèn)知等。
二、課程主要內(nèi)容
(一)化學(xué)反應(yīng)與能量
反應(yīng)熱
概念講解:詳細(xì)介紹反應(yīng)熱的定義,即當(dāng)化學(xué)反應(yīng)在一定溫度下進(jìn)行時(shí),反應(yīng)所釋放或吸收的熱量。區(qū)分吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng),通過(guò)焓變(ΔH)來(lái)定量描述反應(yīng)熱,焓變小于零為放熱反應(yīng),大于零為吸熱反應(yīng)。
計(jì)算方法:學(xué)習(xí)利用化學(xué)鍵的斷裂和形成來(lái)計(jì)算反應(yīng)熱,即 ΔH = 反應(yīng)物的鍵能總和 - 生成物的鍵能總和;還會(huì)學(xué)習(xí)通過(guò)熱化學(xué)方程式來(lái)計(jì)算反應(yīng)熱,熱化學(xué)方程式需注明物質(zhì)的狀態(tài)和反應(yīng)熱。
熱化學(xué)方程式
書(shū)寫(xiě)規(guī)范:強(qiáng)調(diào)熱化學(xué)方程式與普通化學(xué)方程式的區(qū)別,如要標(biāo)明物質(zhì)的聚集狀態(tài)(g、l、s、aq),因?yàn)闋顟B(tài)不同反應(yīng)熱不同;化學(xué)計(jì)量數(shù)可以是分?jǐn)?shù),它代表的是物質(zhì)的量,且反應(yīng)熱與化學(xué)計(jì)量數(shù)相對(duì)應(yīng)。
應(yīng)用場(chǎng)景:在化工生產(chǎn)、能源利用等領(lǐng)域,通過(guò)熱化學(xué)方程式可以計(jì)算反應(yīng)過(guò)程中的能量變化,為反應(yīng)條件的選擇和能量的合理利用提供依據(jù)。
(二)化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡
化學(xué)反應(yīng)速率
概念與表示方法:講解化學(xué)反應(yīng)速率是衡量化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行快慢的物理量,通常用單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物濃度的減少或生成物濃度的增加來(lái)表示,單位為 mol/(L・s) 或 mol/(L・min) 等。
影響因素:深入探討影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素,包括內(nèi)因(反應(yīng)物本身的性質(zhì))和外因(濃度、溫度、壓強(qiáng)、催化劑等)。例如,濃度增大,反應(yīng)速率加快;升高溫度,反應(yīng)速率加快;使用催化劑可以改變反應(yīng)速率等。通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究和理論分析相結(jié)合的方式,讓學(xué)生理解這些因素是如何影響反應(yīng)速率的微觀機(jī)制。
化學(xué)平衡
化學(xué)平衡狀態(tài):介紹化學(xué)平衡是指在一定條件下的可逆反應(yīng),當(dāng)正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等,反應(yīng)物和生成物的濃度不再隨時(shí)間而改變的狀態(tài)。通過(guò)動(dòng)態(tài)平衡的演示實(shí)驗(yàn),如二氧化氮與四氧化二氮的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn),幫助學(xué)生直觀地理解化學(xué)平衡的特征:動(dòng)(動(dòng)態(tài)平衡)、等(正逆反應(yīng)速率相等)、定(各物質(zhì)的濃度保持不變)、變(條件改變,平衡會(huì)發(fā)生移動(dòng))。
化學(xué)平衡常數(shù):引入化學(xué)平衡常數(shù)(K)的概念,它是衡量化學(xué)平衡狀態(tài)的一個(gè)重要參數(shù),對(duì)于反應(yīng) aA + bB⇌cC + dD,平衡常數(shù)表達(dá)式為(注意純液體和固體不寫(xiě)入平衡常數(shù)表達(dá)式)。通過(guò)平衡常數(shù)可以判斷反應(yīng)進(jìn)行的程度,K 值越大,反應(yīng)進(jìn)行得越完全。
化學(xué)平衡的移動(dòng):詳細(xì)分析影響化學(xué)平衡移動(dòng)的因素,如濃度、溫度、壓強(qiáng)等。勒夏特列原理是理解化學(xué)平衡移動(dòng)的關(guān)鍵,即如果改變影響平衡的一個(gè)條件(如濃度、壓強(qiáng)或溫度等),平衡就向能夠減弱這種改變的方向移動(dòng)。例如,增大反應(yīng)物濃度,平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng);升高溫度,平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)(對(duì)于放熱反應(yīng)而言)等。
(三)水溶液中的離子平衡
電解質(zhì)在水溶液中的存在形態(tài)
強(qiáng)電解質(zhì)和弱電解質(zhì):區(qū)分強(qiáng)電解質(zhì)和弱電解質(zhì),強(qiáng)電解質(zhì)在水溶液中完全電離,如強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和大部分鹽;弱電解質(zhì)在水溶液中部分電離,如弱酸、弱堿和水。通過(guò)導(dǎo)電性實(shí)驗(yàn)等方式幫助學(xué)生理解二者的區(qū)別。
電離方程式的書(shū)寫(xiě):正確書(shū)寫(xiě)強(qiáng)電解質(zhì)和弱電解質(zhì)的電離方程式,強(qiáng)電解質(zhì)用 “=”,弱電解質(zhì)用 “⇌”,如 HCl = H⁺ + Cl⁻,CH₃COOH⇌CH₃COO⁻ + H⁺。
弱電解質(zhì)的電離平衡
電離平衡概念:介紹弱電解質(zhì)在水溶液中存在電離平衡,類(lèi)似于化學(xué)平衡。以醋酸(CH₃COOH)為例,當(dāng)醋酸分子電離成氫離子(H⁺)和醋酸根離子(CH₃COO⁻)的速率與離子重新結(jié)合成醋酸分子的速率相等時(shí),就達(dá)到了電離平衡狀態(tài)。
電離平衡常數(shù):引入電離平衡常數(shù)(Ka 或 Kb)來(lái)衡量弱電解質(zhì)的電離程度,對(duì)于一元弱酸 HA⇌H⁺ + A⁻,電離平衡常數(shù)。通過(guò)電離平衡常數(shù)可以比較不同弱電解質(zhì)的相對(duì)強(qiáng)弱。
水的電離和溶液的酸堿性
水的電離平衡:講解水是一種極弱的電解質(zhì),能發(fā)生微弱的電離:H₂O⇌H⁺ + OH⁻,水的離子積常數(shù) Kw = [H⁺][OH⁻],在 25℃時(shí),Kw = 1.0×10⁻¹⁴。溫度升高,水的電離程度增大,Kw 增大。
溶液的酸堿性與 pH:根據(jù)溶液中氫離子和氫氧根離子濃度的相對(duì)大小來(lái)判斷溶液的酸堿性,當(dāng) [H⁺]>[OH⁻] 時(shí)為酸性,[H⁺]<[OH⁻] 時(shí)為堿性,[H⁺]=[OH⁻] 時(shí)為中性。引入 pH 的概念,pH = -lg [H⁺],通過(guò) pH 可以方便地表示溶液的酸堿性程度。
鹽類(lèi)的水解
水解的本質(zhì):講解鹽類(lèi)水解的本質(zhì)是鹽電離出的離子與水電離出的氫離子或氫氧根離子結(jié)合生成弱電解質(zhì)的過(guò)程。例如,醋酸鈉(CH₃COONa)溶液中,醋酸根離子(CH₃COO⁻)與水電離出的氫離子結(jié)合生成醋酸(CH₃COOH),使溶液呈堿性。
水解的規(guī)律:總結(jié)鹽類(lèi)水解的規(guī)律,如 “有弱才水解,無(wú)弱不水解,誰(shuí)弱誰(shuí)水解,誰(shuí)強(qiáng)顯誰(shuí)性”。對(duì)于強(qiáng)酸弱堿鹽,溶液呈酸性;對(duì)于強(qiáng)堿弱酸鹽,溶液呈堿性;對(duì)于強(qiáng)酸強(qiáng)堿鹽,溶液呈中性。
水解平衡的影響因素和應(yīng)用:分析影響鹽類(lèi)水解平衡的因素,如溫度、濃度、酸堿度等。鹽類(lèi)水解在生活和生產(chǎn)中有廣泛的應(yīng)用,如泡沫滅火器的原理(利用鋁離子和碳酸氫根離子的水解相互促進(jìn))、明礬凈水(鋁離子水解生成氫氧化鋁膠體吸附水中的懸浮雜質(zhì))等。
沉淀溶解平衡
沉淀溶解平衡的概念:介紹在一定溫度下,當(dāng)難溶電解質(zhì)溶于水形成飽和溶液時(shí),沉淀溶解和生成的速率相等的狀態(tài)就是沉淀溶解平衡。例如,氯化銀(AgCl)在水中存在沉淀溶解平衡:AgCl (s)⇌Ag⁺(aq) + Cl⁻(aq)。
溶度積常數(shù)(Ksp):引入溶度積常數(shù)(Ksp)來(lái)衡量難溶電解質(zhì)在水中的溶解能力,對(duì)于沉淀溶解平衡 MmAn (s)⇌mMn⁺(aq) + nAm⁻(aq),。通過(guò)比較溶度積常數(shù)與離子積(Qc)的大小來(lái)判斷沉淀的生成或溶解,當(dāng) Qc > Ksp 時(shí),有沉淀生成;當(dāng) Qc = Ksp 時(shí),溶液飽和;當(dāng) Qc < Ksp 時(shí),沉淀溶解。
沉淀溶解平衡的應(yīng)用:沉淀溶解平衡在沉淀的生成、溶解和轉(zhuǎn)化等方面有諸多應(yīng)用。例如,在工業(yè)廢水處理中,利用沉淀法去除重金屬離子;在化學(xué)分析中,通過(guò)沉淀的轉(zhuǎn)化來(lái)進(jìn)行離子的分離和鑒定等。
三、課程學(xué)習(xí)方法與建議
理論聯(lián)系實(shí)際:本課程內(nèi)容與實(shí)際生活和工業(yè)生產(chǎn)密切相關(guān),如化學(xué)平衡在合成氨工業(yè)中的應(yīng)用、鹽類(lèi)水解在凈水和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用等。在學(xué)習(xí)過(guò)程中,要注重將所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合,加深對(duì)知識(shí)的理解。
實(shí)驗(yàn)探究:化學(xué)反應(yīng)原理中的許多概念和規(guī)律都可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)探究和驗(yàn)證。積極參與實(shí)驗(yàn),觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,思考實(shí)驗(yàn)結(jié)果背后的原理,有助于培養(yǎng)動(dòng)手能力和科學(xué)思維。
建立模型和圖像分析:利用化學(xué)模型(如平衡模型、電離模型等)和圖像(如反應(yīng)速率 - 時(shí)間圖像、化學(xué)平衡常數(shù) - 溫度圖像等)來(lái)輔助學(xué)習(xí)。通過(guò)分析模型和圖像,可以更直觀地理解抽象的化學(xué)原理,提高分析和解決問(wèn)題的能力。
對(duì)比歸納:對(duì)于相似的概念和規(guī)律,如化學(xué)平衡和電離平衡、強(qiáng)電解質(zhì)和弱電解質(zhì)等,要進(jìn)行對(duì)比歸納,找出它們的異同點(diǎn),這樣可以加深記憶,避免混淆。