"化学反应速率"教学实录

作者：龚国祥

化学教学 2011年12期

　　一、教学设计思想

　　学生通过对人教版必修2模块《化学反应速率和限度》学习，定性掌握了反应速率的概念；通过实验探究，定性了解影响化学反应速率的因素，但不涉及对反应速率进行定量计算或同一反应中不同物质间反应速率的相互换算，学生也没有定量比较化学反应速率快慢思维基础。本节课是人教版[1]化学选修4《化学反应原理》第二章第一节化学反应速率教学内容，从课程标准要求来看，教学中需要培养学生从定量的角度理解化学反应速率，掌握化学反应速率实验测定的方法。

　　高二学生通过初中教材、人教版必修2模块“化学反应速率和限度”学习，对比较化学反应速率快慢定性的实验方法，如通过气泡产生的快慢、颜色的变化已经有了初步的认识，但也只是停留在定性认识的阶段。高二学生在新情境下的应用能力还十分欠缺，当问题与图像、数据相联系后，处理问题能力就会下降，突出的问题就是找不到解决问题的切入点，难于与所学的相关理论知识发生准确的链接。

　　本节课在学生已有认识的基础上，借助镁和盐酸反应速率的测定实验，引导学生小组合作研究讨论，从化学反应中的变量和从实际实验操作可行性角度考量，掌握化学反应速率的测量原理，从而掌握化学反应速率的定量表示方法，同时将测定化学反应速率的实验和定量计算有机地融合，完成反应速率的教学，达到课程标准要求的教学目标。

　　通过反应速率曲线的绘制，培养学生数据记录、数据处理的能力，使学生体验科学认识的过程。

　　二、教学目标

　　1.知识目标

　　①掌握化学反应速率的概念，学会有关化学反应速率的计算。

　　②了解有关化学反应速率的测量方法。

　　③了解研究化学反应速率的目的和意义。

　　2.能力目标

　　①通过实验数据记录分析处理，掌握化学反应速率的计算方法，提高有关化学概念的计算能力。

　　②通过实验、讨论、总结，使学生了解和掌握科学研究的一般过程，培养学生的科学素养。

　　③通过实验测定某些化学反应速率，掌握设计科学实验的思维方法。

　　3.情感目标

　　使学生初步学会从化学视角去观察生活、生产和社会中有关化学反应速率的问题。

　　三、教学模式

　　情景激学→问题导学→实验促学→迁移博学。

　　四、教学过程

　　1.情景激学

　　[课件展示]

　　一组图片“奥运焰火”、“煤、石油的形成”、“食物变质”。

　　[教师]“奥运焰火”、“煤、石油的形成”、“食物变质”，它们的化学变化过程是快还是慢呢？在日常生活中你希望上述化学反应反应的速率快还是慢？

　　[学生]“奥运焰火”反应速率快，“煤石油的形成”速率慢。“食物变质”相对焰火反应的速率慢，相对石油形成的速率快。生活中希望“奥运焰火”美丽停留的时间长一些；国际能源紧张，希望煤、石油的形成快一些。

　　[教师]食物变质有快有慢，对反应速率定性描述产生矛盾。“快”与“慢”是相对而言的，在科学研究和实际应用中，需要一个统一的定量标准来衡量或比较。人们定量建立了化学反应速率这个概念，同时人类希望能控制反应速率。

　　设计意图：从学生熟悉的生活经验入手，揭示定量表示化学反应速率重要性和研究反应速率的意义。使学生了解研究反应速率的目的是人类希望能够控制反应速率，为第二节“影响化学反应速率”的教学做铺垫。

　　2.问题导学

　　[教师]请回忆《化学2》有关化学反应速率的知识，思考什么是化学反应速率？应如何表示化学反应速率？化学反应速率的单位？

　　[学生]化学反应速率是表示化学反应快慢的物理量。通常用单位时间内反应物浓度的减少或生成物量来表示。用υ表示化学反应速率，Δc表示浓度的变化量，Δt表示时间的变化量。υ=Δc/Δt，单位：mol/（L·min）或mol/（L·s）。

　　设计意图：回忆必修2学习的化学反应速率，由必修2的定性描述转为定量计算，复习掌握化学反应速率的概念。复习υ：Δc/Δt公式为多角度设计化学反应速率方案提供理论基础。

　　3.实验促学

　　[教师]建立化学反应速率定量概念目的就是为了定量表示化学反应速率的快慢。化学反应速率若觉得慢了，你就会想到采取措施使它快一点；若觉得快了，你就会想到采取措施使它慢一点，达到人们控制化学反应速率的目的。您怎么知道这些措施有用呢？那就必须测量化学反应速率。

　　可见化学反应速率的测量对化学反应速率研究非常重要。可是具体到化学反应我们应该怎样来测定化学反应速率呢？依据什么指导思想测定进行化学反应速率？下面我们就这个重点进行讨论。

　　[课件展示]以镁与盐酸反应为例。小组合作讨论，如何测定该反应的速率？

　　从反应速率定义和反应方程式提供、、Mg、变量考虑，选取什么变量测量？

　　从实际实验操作可行性考量，哪些变量可以测定反应速率？

　　[教师]要求首先自己独立思考1 min，填写实验记录表。然后，与同学小组讨论2 min，填写实验记录表。

　　

　　设计意图：独立思考，培养学生综合设计实验能力。小组讨论，培养学生合作学习的能力。

　　填写实验记录，展示学生的思维过程，课后收集为教师制定教学策略提供参照。

　　[教师]从反应速率的定义和反应方程式提供的变量，从理论上考虑应如何测定反应速率？

　　[学生1]测定、的浓度变化。

　　[学生2]测定镁条的质量变化和氢气的体积变化。

　　[教师]根据反应速率的定义同学们想到了测定浓度的变化，这是正确的。但Mg的质量、的体积怎么测呢？

　　[学生]体积、质量与物质的浓度变化存在一定的数学关系。测定体积和Mg的质量转化到、的浓度。

　　[教师]阅读人版教材第18页，理解下面一段话。

　　化学反应速率是通过实验测定的。化学反应中发生变化的是体系中的化学物质（包括反应物和生成物），所以与其中任何一种化学物质的浓度（或质量）相关的性质在测量反应速率时都可以加以利用。

　　[教师]与其中任何一种化学物质的浓度（或质量）相关的性质还可以是压强、吸光度等等。

　　[课件展示]用压力传感器测定的压强时间的图像。

　　

　　[教师]从所给的实验条件和操作的可行性分析，应该如何测量镁与盐酸反应的反应速率？

　　[学生1]pH计测量一定时间内氢离子浓度的变化。

　　[学生2]镁条与盐酸反应隔一段时间称镁条质量。

　　[学生3]可用针筒测量生成氢气体积的变化。

　　[学生4]pH计测量浓度范围～1 mol/L，范围太窄，氢离子浓度小，与镁反应太慢；镁条与盐酸反应隔一段时间测出称量，操作比较麻烦；测量反应产生的氢气体积的变化，操作最简单。

　　[教师]测不断变化的质量不方便。但想想有没有什么办法借助质量这个物理量来测反应速率呢？我们刚才的讨论都是固定Δt，测定Δc。

　　[学生]测定相同质量的镁条，在不同浓度的盐酸中消失的时间，测时间变量来实现。

　　[教师]这也是一个测定思想。课本第18页上的实验就是用测量相同的气体体积所用的时间变量来比较反应速率的快慢的。这个相对而言测定比较简单（所以我们教材后面实验反应速率的比较都用时间来比较的）以上是我们的讨论，请看资料：实际操中人们是如何测定反应速率的。

　　资料[2]

　　反应速率的实验测定需要准确测出不同时刻反应物或生成物的浓度。这一点常常是困难的，尤其是对那些反应速率很快的反应。通常有两类测定方法。

　　（1）化学分析法。反应进行后，在某一时刻突然使反应终止（如用骤冷反应系统，冲稀或迅速除去反应物质等），再取样，做化学分析测定反应系统中物质的浓度。

　　（2）物理化学分析法。如果反应物和生成物的某种物理性质有较大的差别，则随着反应进行，这种物理性质就不断出现较显著的改变。测量不同时刻反应系统中的这一性质的改变情况，就可计算出浓度的变化和化学反应速率。通常可利用的物理性质有：压力、体积、颜色、吸光度、折射率、电导、电动势和光谱等。物理化学分析的方法可以连续进行，不像化学方法那样要中断反应，但须先确定浓度—物理性质间的关系，即做一系列的标准曲线。

　　[教师]浓度需要使反应停止后才能测，很不方便，但用与浓度相关的性质测定起来比较方便。

　　设计意图：通过上述问题的讨论和分析，使学生理解测定反应速率控制变量的方法，借此培养学生逻辑分析的能力和多角度考虑问题的能力。设计有梯度的教学提问，培养学生发散思维的能力，培养学生思维的广阔性，让学生的分析方法与实际测定的实验方法对比，获得成功愉悦。

　　[教师]理论讨论起来总是比较简单，下面我们让同学们体会一下实际实验操作。教师讲解任务分工，讲解与测定装置与课本装置相比，改进了课本实验装置，克服了针筒实验中，由于针管间的摩擦力不均，造成实验数据不准的缺点。

　　[学生分组实验]试管、秒表、镁条、0.6 mol/L的盐酸溶液，量气装置。

　　

　　实验步骤：

　　a.向装有镁条的试管中倒入20 mL 0.6 mol/L的盐酸溶液。

　　b.塞紧橡皮塞，打开弹簧夹，在下表中记录量气管内液面的体积。

　　c.每隔15 s记录量气管的体积读数。

　　d.学生实验测定并进行数据处理。

　　（1）学生以为单位，计算每30 s时间间隔内的反应速率。

　　（2）在坐标纸上画出速率对时间图像。

　　①气体体积与时间关系

　　

　　②以为单位，计算每30 s时间间隔内的反应速率

　　

　　③在下列坐标纸上作出反应速率对时间图像

　　

　　[实物投影]学生所画的图像。

　　

　　[教师]问题1：根据实验提供的数据和图像，你得出什么规律？为什么你得到的有些数据出现了反常？

　　[学生1]一开始打开弹簧夹，液面一下就下降了，有些数据我记录不准，一开始的反应速率我测得偏低。盐酸浓度越来越低，反应速率越来越慢，还是符合反应速率的变化规律的。

　　[学生2]一开始反应速率加快，之后浓度下降反应速率减慢。一开始反应速率加快的原因是Mg与HCl反应放热了。

　　[学生3]……

　　[教师]实验测定的过程中，有偶然误差，需要对数据进行识别和处理；实验测定的过程中，若出现的数据与预想的不一致，且反复实验结果重复，则可能就是我们发现新规律的起点。

　　科学研究绝不像做习题那样容易和简单，可能会出现各种各样的情况，需要我们有科学态度和较好的操作技能和较好的分析能力，这都需要在平时研究性学习中培养。

　　设计意图：分组实验实际操作，记录数据、处理数据、分析数据，发现规律，体验科学研究的一般过程。

　　[教师]问题2：化学反应速率为什么一般为正值？上述反应的速率属于瞬时速率还是平均速率？

　　问题3：某一条件下假设在某15 s内收集到氢气2.24 mL（已折算成标况），溶液体积仍约为20mL，计算此条件下，用表示的反应速率和表示反应速率。用与表示的化学反应速率为什么不同？它们比值有什么规律？

　　[学生]用生成物浓度减少和反应物浓度增加表示的反应速率都是正量值，本例中的化学反应速率属于平均速率。，由于它们物质的量浓度的变化的数值不同，速率不同；比值之比等于方程式系数之比。

　　[教师]问题4：对于化学反应aA+bB=cC+dD，用不同物质表示化学反应的速率的量值不同，但它表示的意义相同。请问你可以采取什么方法在一个化学反应中无论用哪种物质表示它们的化学反应速率，它们量值都是相同的？

　　[学生]用反应速率除以系数。

　　

　　[教师]研究化学反应速率的意义：定量研究化学反应在不同条件下的化学反应速率变化情况，寻找有关规律，为工业生产和生活服务。

　　设计意图：从数据处理中强化化学反应速率的定量表示，从数据处理发现规律，体验科学家建立化学量的必要性。通过问题3中、反应速率的计算，巩固反应速率定量的概念。

　　4.迁移博学

　　[课件展示]总结本节课所学习内容。

　　以多角度的习题，引导学生掌握化学反应速率的计算，达成学习目标。

　　参考文献：

作者介绍：龚国祥，南京师大附中（江苏 南京 210003）。