北京师范大学化学学院 王明召

1. 《化学反应原理》模块教材分析 北京师范大学化学学院 王明召

2. 《超越分子前沿》（美）21世纪化学科学的挑战委员会著《超越分子前沿》（美）21世纪化学科学的挑战委员会著 * 21世纪化学和化工的研究对象已不限于分子，要超越分子以上的各个层次，直到有组织的化学体系，包括材料、器件、活的细胞，甚至整个器官。 * 21世纪的化学和化工超越化学科学的传统界面，渗透到化学能起重要作用的生命科学、材料科学、能源科学、信息科学、国防和安全科学等重要领域中。

3. 《超越分子前沿》（美）21世纪化学科学的挑战委员会著《超越分子前沿》（美）21世纪化学科学的挑战委员会著 化学要解决的6个基本问题 *合成与生产制造 ——最重要 *物质的化学变化和物理变化 *分析、分离和控制 *计算与理论 *化学与生物学、医学的界面 *材料的设计和制作

4. 《超越分子前沿》 化学……具有不同寻常的特殊之处。……化学科学涉及发现和创造两部分。 *化学家希望发现化学世界的构成——从原子、分子到有组织的体系如材料、器件、活体细胞和整个生物体等——而且他们还希望了解构成之间如何相互作用并随时间改变。 *化学家并不仅限于研究业已存在的化学世界的构成，他们也研究那些可能存在的未知分子和物质及相互作用。

5. 现代化学的特征 1. 实验设备的仪器化和计算机化 2. 从宏观层次到微观层次 3. 从定性向定量化发展 4. 从静态研究到动态研究 5. 开始建立统一的理论 6. 快速有效的分离纯化方法 7. 从单一学科发展到综合学科和边缘学科

6. 加拿大化学家R．J．吉利斯皮（R. J. Gillespie）1995年在美国化学会的“普通化学中必须包括什么内容”研讨会上提出现代化学基础的 6种化学基本概念： 1. 原子、分子、离子 2. 化学键： 是什么使原子在分子和晶体中结合在一起？ 3. 分子的几何形状；三维化学 4. 动力学理论 5. 化学反应 6. 能和熵

7. 在微观层面 主要在宏观层面 《物质结构与物质性质》 《化学反应原理》 基础性 提高性？ 专业学习 中学化学最高水平 反映现代化学最基本的 研究思想、方法、结果 使部分学生获得学习现代化学所需要的、较全面的基本训练。 为培养出符合时代要求的高素质专业人才打基础

8. 化学反应原理模块教材 选取哪些内容？ 如何组织内容？ 如何呈现内容？

9. 教材编写原则: 一体化 网络化 程序化 最佳化 最可接受性 冯忠良. 结构化与定向化教学心理学原理. 北京：北京师范大学出版社，1998.

10. 《化学反应原理》选修模块的对象： 对化学有兴趣或将升入大学学习理科的学生。 教材既应注重基础性，又应注重提高性。 学生通过《化学反应原理》的学习能够有效提升对化学反应的认识，能够具有大视野，能够多角度地以高观点分析化学反应。

11. 课程标准：通过B4模块教材的学习，学生应主要在以下几个方面得到发展课程标准：通过B4模块教材的学习，学生应主要在以下几个方面得到发展 1. 认识化学变化所遵循的基本原理，初步形成关于物质变化的正确观念； 2. 了解化学反应中能量转化所遵循的规律，知道化学反应原理在生产、生活和科学研究中的应用； 3. 赞赏运用化学反应原理合成新物质对科学技术和人类社会文明所起的重要作用，能对生产、生活和自然界中的有关化学变化现象进行合理的解释； 4. 增强探索化学反应原理的兴趣，树立学习和研究化学的志向。

12. 《化学反应原理》的内容标准 主题1. 化学反应与能量 主题2. 化学反应速率与化学平衡 主题3. 溶液中的离子平衡

13. 课程标准——主题1. 化学反应与能量 1. 了解化学反应中能量转化的原因，能说出常见的能量转化形式。 2. 通过查阅资料说明能源是人类生存和发展的重要基础，了解化学在解决能源危机中的重要作用。知道节约能源、提高能量利用效率的实际意义。 3. 能举例说明化学能与热能的相互转化，了解反应热和焓变的涵义，能用盖斯定律进行有关反应热的简单计算。 4. 体验化学能与电能相互转化的探究过程，了解原电池和电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。 5. 通过查阅资料了解常见化学电源的种类及其工作原理，认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。 6. 能解释金属发生电化学腐蚀的原因，认识金属腐蚀的危害，通过实验探究防止金属腐蚀的措施。

14. 课程标准——主题2.化学反应速率与化学平衡 １. 知道化学反应速率的定量表示方法，通过实验测定某些化学反应速率。 ２. 知道活化能的涵义及其对化学反应速率的影响。 ３. 通过实验探究温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响，认识其一般规律。 ４. 通过催化剂实际应用的事例，认识其在生产、生活和科学研究领域中的重大作用。 ５. 能用焓变和熵变说明化学反应的方向。 ６. 描述化学平衡建立的过程，知道化学平衡常数的涵义，能利用化学平衡常数计算反应物的转化率。 ７. 通过实验探究温度、浓度和压强对化学平衡的影响，并能用相关理论加以解释。 ８. 认识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。

15. 课程标准——主题3. 溶液中的离子平衡 1. 能描述弱电解质在水溶液中的电离平衡，了解酸碱电离理论。 2. 知道水的离子积常数，能进行溶液pH的简单计算。 3. 初步掌握测定溶液pH的方法，知道溶液pH的调控在工农业生产和科学研究中的重要应用。 4. 认识盐类水解的原理，归纳影响盐类水解程度的主要因素，能举例说明盐类水解在生产、生活中的应用。 5. 能描述沉淀溶解平衡，知道沉淀转化的本质。

16. 教材的内容体系

17. 课程标准——主题1. 化学反应与能量

18. 课程标准——主题2. 化学反应速率与化学平衡

19. 课程标准——主题3. 溶液中的离子平衡

20. 化学热力学 物理化学 化学动力学

21. 第一章 化学反应与能量转化

22. 课程标准 1、了解化学反应中能量转化的原因，能说 出常见的能量转化形式。 2、通过查阅资料说明能源是人类生存和发 展的重要基础，了解化学在解决能源危机中的重要作用。知道节约能源、提高能量利用效率的实际意义。 3、能举例说明化学能与热能的相互转化，了解反应热和焓变的涵义，能用盖斯定律进行有关反应热的简单计算。 4、体验化学能与电能相互转化的探究过程，了解原电池和电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。 5、通过查阅资料了解常见化学电源的种类及其工作原理，认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。 6、能解释金属发生电化学腐蚀的原因，认识金属腐蚀的危害，通过实验探究防止金属腐蚀的措施。 教材内容 第1节 化学反应的热效应 第2节 电能转化为化学能 ——电解 第3节 化学能转化为电能 ——电池 课程标准与教材内容安排

23. 第一章 化学反应与能量变化 以能量转化为纲 化学能转化为热能 ——反应的热效应 化学能与电能的相互转化 电能转化为化学能 ——电解 化学能转化为电能 ——原电池 焓变概念 焓变计算 原理 应用

24. 化学能 电池 电池工作原理 原电池 常见化学电源 金属电化学腐蚀与防护方法 电解 电解原理 电解池装置 电极反应 氯碱工业 铜的电解精炼 电镀等应用 能量转化 电能 热能 伴随 定性分析 感性认识 化学反应 吸热、放热反应 氧化还原反应 知识发展与基本框架 热效应 反应热 焓变及其简单计算 热化学方程式 理性认识 本质理解 感性认识 理性分析 定量分析

25. 化学反应的热效应 反应热 定量测定 热化学方程式 反应的焓变 盖斯定律 定量计算 第1节 化学反应的热效应 等温、等压 不做其他功

26. 化学能 热能 等温等压 不做其他功Qp=△H 定量描述 联想·质疑 表达：热化学方程式 书写规则 焓变 Q<0 反应放热 Q>0 反应吸热 交流·研讨 热效应 实验获得 理论计算 活动·探究 交流·研讨 中和反应反应热的测定 盖斯定律 内容体系 含义： △H>0吸热反应 △H<0放热反应 单位：kJ·mol-1 反应热 定量水平

27. 有了“反应热”为什么还要引入“焓变”的概念？有了“反应热”为什么还要引入“焓变”的概念？ 反应热与反应焓变都属于化学反应能量变化，但焓变的科学意义层次更高。 焓是状态函数，焓变仅决定于始终态，而反应热不是状态函数。 在等温等压条件下，Qp＝△H，在其他条件下，（如T、V一定）反应热就不等于Qp了，此时仍然存在焓变。 焓变是比反应热更普遍的反应能量变化的表述

28. 关于“焓”、“焓变”概念的教学 反应焓变的计算是教学的重点。 不回避概念，但不在“焓”、“焓变”的概念上纠缠，不要求学生进行概念辨析。

29. 外加电能、特定的装置 使不自发的氧化还原反应发生 电解 电能转化为化学能 电极反应： 阴极：还原反应 阳极：氧化反应 装置： 电解池 外加直流电 水的电离与电解 离子放电顺序 复杂体系 电解熔融氯化钠 电解食盐水 电解精炼铜 电镀 第2节 电能转化为化学能——电解 简单体系

30. 特定的装置 使自发的氧化还原反应发生 产生电能 产生直流电 原电池 化学能转化为电能 电极反应： 阴极：还原反应 阳极：氧化反应 装置： 原电池 正极 负极 金属腐蚀 （电化学腐蚀） 化学电源 第3节 化学能转化为电能——电池 应用 防止

31. 产生直流电 原电池 化学能转化为电能 电极反应： 阴极：还原反应 阳极：氧化反应 装置： 原电池 负极 正极 单液原电池 双液原电池 锌-硫酸铜反应 必修阶段简单了解的铜锌原电池 推动力？ 电子 有序流动 ？ 必要性？ 可行性？

32. 第二章 化学反应的方向、限度与速率

33. 教材与课程标准 课程标准 教 材 主题2　化学反应速率和化学平衡 １．知道化学反应速率的定量表示方法，通过实验测定某些化学反应速率。 第１节　　 化学反应的方向 ２．知道活化能的涵义及其对化学反应速率的影响。 ３．通过实验探究温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响，认识其一般规律。 第２节　　 化学反应的限度 ４．通过催化剂实际应用的事例，认识其在生产、生活和科学研究领域中的重大作用。 第３节　　 化学反应的速率 ５．能用焓变和熵变说明化学反应的方向。 ６．描述化学平衡建立的过程，知道化学平衡常数的涵义，能利用化学平衡常数计算反应物的转化率。 ７．通过实验探究温度、浓度和压强对化学平衡的影响，并能用相关理论加以解释。 第４节　　 化学反应条件的优化 ——工业合成氨 ８．认识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。

34. 影响因素： 反应焓变（△H） 反应熵变（△S） 判据：△H — T△S 化学 热力学 方向 共同 影响 认识化反应 定量描述：化学平衡常数 平衡转化率 影响因素：T 、c 、P 限度 化学 动力学 速率 定量描述：化学反应速率 影响因素： c 、T、催化剂 第二章化学反应的方向、限度与速率 化学反应条件的优化 工业合成氨 先行组织者

35. 把握整体思路 不在概念细节上纠缠 第一节 化学反应的方向 共同 影响 反应焓变 反应熵变 放热 吸热 熵增 熵减

36. 提高对熵的认识 1. 建立有序与无序的概念 8枚硬币分布方式

37. 2. 从分子微观运动看熵与混乱度的关系

38. 3. 摩尔熵变的规律 (1)同一物质在不同状态 Sm(g)>Sm(l)>Sm(s) (2)同类物质，摩尔质量越大，Sm值越大 (3)摩尔质量相同的不同物质 结构越复杂Sm值越大 (4)同一物质随温度升高而熵值增大 4. 化学反应熵变的计算

39. 化学反应的限度 （反应达平衡状态) 第二节 化学反应平衡状态的建立 化学反应限度的定量描述 反应条件对化学平衡的影响 化学 平衡常数 平衡 转化率 温度 浓度 压强

40. 不从正、逆反应速率相等的角度引入平衡常数 思想： 避免套用只适用于基元反应的质量作用定律来处理正、逆反应的速率方程。 方法： 根据实验总结、概括出经验平衡常数概念,顺理成章地引出中学教材要求的经验平衡常数（不是热力学平衡常数）。

41. 不仅仅根据勒夏特列原理讨论化学平衡移动 勒夏特列原理成立的条件：均相、封闭体系、只改变一个热力学量 例：气相反应N2 + 3H2═2NH3Kx=8.33 其平衡组成：n(NH3) = n(H2) = 1.00 mol,n(N2)= 3.00 mol 加入0.10 mol N2：按勒夏特列原理n(N2)增加必有利于消耗N2的反应，即平衡正向移动。 实际上平衡移动方向相反: x NH3 = xH2 = 1.00 mol / 5.10 mol = 0.196 xN2 = 3.10 mol / 5.10 mol = 0.608 Qx = 8.39 > Kx 为使Qx=Kx，应增大xN2及xH2，减少xNH3， 即平衡向左移动，勒夏特列原理失效。 原因：反应体系是开放体系

42. 例：平衡浓度不同时，各加1mol

43. 不仅仅根据勒夏特列原理讨论化学平衡移动 可行性？ 勒夏特列原理成立的条件： 均相、封闭体系、只改变一个热力学量 从Q与K比较的普遍性定量规律来分析平衡移动的方向问题。 ——教材的科学性 将勒夏特列原理介绍为定性规律，用于定性判断。 ——教材的实用性

44. D H • R • ln(K2/K1) = 1 T1 1 T2 - • ( ) － － c、p对化学平衡的影响与T的影响不同 •  0 向右自发 • D G = 0 平衡态 •  0 向左自发 • D G = DG°+ RTlnQ • 平衡： D G = 0 • D G°+ RTlnK ＝ 0 • D G = －RTlnK+ RTlnQ •  0 • RTln(Q/K) = 0 •  0 变温 K改变 定温 K不变

45. 化学反应速率 第三节 化学反应速率的定量描述 影响化学反应速率的因素 反应历程 理论基础 定量研究基础 温度 浓度 压强 催化剂

46. 将基元反应的概念作为反应速率教学的平台 现存问题：*学生不了解化学反应是如何进行的 *滥用质量作用定律、碰撞理论 *片面解释活化能概念 教材安排揭示化学反应复杂性的内容： “ 化学反应是怎样进行的” 提出概念：“反应历程”、“基元反应” 对学生正确理解有关化学反应速率的若干问题 起到提纲挈领的作用。 只有在基元反应层面才能直接应用质量作用定律 才有活化能确定的物理意义 才能应用碰撞理论 才能认识催化作用的原理

47. kJ·mol-1 K≈10122 1 例2：H2+ H2O O 2 2 kJ·mol-1 总反应与基元反应 例1：2N2+5O2+2H2O ＝ 4HNO3长期共存 1. 反应方向及限度常温常压下热力学不稳定 2．长期共存动力学稳定性 （趋向平衡的速率） 3．一触即发：烧红的铁丝，铂黑：爆炸 反应速率与条件

48. 说明：化学反应既有热力学问题（方向、限度）说明：化学反应既有热力学问题（方向、限度） 又有动力学问题 动力学的 研究内容 例如： H2+Cl2反应H2+Cl2=2HCl 总（包）反应

49. 化学工艺学 提高生产效率 合成氨反应 能否自发进行? 化学 热力学 方向 理论 分析 工艺流程 限度 怎样能促使化学平衡 向合成氨方向移动？ 化学 动力学 高压对设备材质、加工制造的要求 温度对催化剂活性的影响 …… 怎样能提高合成氨 反应速率？ 速率 化学反应条件的优化 ——工业合成氨 第四节 适宜的合成氨条件

50. 第三章 物质在水溶液中的行为