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如何提高化學轉化率范文1
[關鍵詞]化學助劑 有機氯
中圖分類號:TE622 文獻標識碼:A 文章編號:1009-914X(2016)06-0143-02
1 引言
目前化學助劑檢測的主要方法為Q/SHCG 39-2012《油田化學助劑有機氯含量測量方法》,此標準闡述了化學助劑檢測的原理和步驟,但在實際檢測過程中發現一些難點,直接影響檢測速度和檢測結果的準確度,本文通過有機氯檢測技術研究與攻關,闡述在檢測過程中的幾點認識。
2 化學助劑檢測原理
樣品經氧瓶燃燒分解后有機氯轉變為無機氯,通過NaOH溶液吸收后,用鹽含量測定儀測出總氯的含量,再減去無機氯,即為油田化學助劑中的有機氯含量。
鹽含量測定儀測試Cl-原理:將處理后的樣品注入含一定量銀離子的乙酸電解液中,試樣中的氯離子即與銀離子發生反應:
Cl-+Ag+=AgCl
反應消耗的銀離子由發生電極電生補充,通過測量電生銀離子消耗的電量,根據法拉第定律即可求得氯離子含量。
3 有機氯檢測的影響因素
在日常檢測過程中,要確保油田化學助劑有機氯含量測定數據的準確性,分析和判定出影響檢測結果的相關實驗環節是十分重要的。通過對標準長期實際操作和比對實驗發現,在樣品的稱量、樣品的清洗和轉移、固體類助劑燃燒、鹽含量測定儀轉化率以及人員等環節存在一些需要引起注意的地方,處理不好會大大影響檢測結果的準確性。
3.1樣品的稱量
化學助劑中大部分試樣都是易揮發的,稱量過程中極易損失,處理不好會大大影響檢測數據的準確性。
3.2樣品的清洗和轉移
標準Q/SHCG 39-2012規定:用蒸餾水分三次沖洗氧燃燒瓶壁和支持桿,移至100ml容量瓶中,最后定溶至100ml。
在實際清洗過程中,三次清洗的用水量不同會產生不同清洗效果,從而影響檢測結果,每次用多少量的水清洗能達到最佳效果成為難點。
3.3固體類助劑的燃燒
在標準Q/SHCG 39-2012中并未明確規定固體類助劑的檢測細節,常規固體類助劑檢測方法有如下兩種;
a.研磨成粉后直接燃燒;
b.配制溶液,然后稱取溶液進行燃燒。
兩種方法的如何選擇,兩種方法對檢測結果的影響有多大成為難點。
3.4鹽含量測定儀的轉化率
Q/SHCG 39-2012標準規定:氯離子標樣的平均轉化率應在80%-100%之間。
在實際檢測過程中,鹽含量測定儀的轉化率經常出現轉化率低于80%的情況,應該如何處理成為難點。
3.5人員
在標準Q/SHCG 39-2012并未對檢測人員有相應規定。
但在實際檢測過程中,同一實驗,總氯和無機氯檢測為不同的人員檢測,會產生較大誤差。
4 有機氯檢測技術的要點控制
4.1樣品的稱量
對于易揮發的化學助劑,要減少失重誤差。通過在檢測中的大量實驗證明:吸收樣品的脫脂棉不能松散,必須把脫脂棉捏成緊致的棉球,減少樣品的揮發量,樣品必須滴在棉球上,稱量過程讀數變化較快,所以稱量過程要快,且以第一次穩定讀數為準。
4.2樣品的清洗和轉移
勝利油田樣品的清洗方法:只清洗兩次,每次用水量40ml,然后定容至100ml。
根據調研,最常用的清洗方案還有:30-30-30ml和40-30-20ml兩種。
實驗室為確定最佳清洗用水量,用標樣(10mg/L NaCl)進行燃燒后清洗,結果如下:
表格分析:因為在初次清洗氧燃燒瓶時,瓶內無機氯含量最多,應盡可能的多用水來溶解瓶內無機氯,避免在此過程產生無機氯的損失;第二次可采用30ml來清洗,因為在此次清洗過程中,絕大部分無機氯已被轉移,故可清洗用水可不需太多,最后用20ml蒸餾水進行掃底清洗。所以方案3應為最佳清洗方法。
4.3固體類助劑的燃燒
在實際檢測過程中,實驗室以粘土穩定劑JS-7進行了兩種方法的對比實驗,結果如下:
表格分析:固體類助劑研磨后直接燃燒,只有在清洗過程中產生部分損失,嚴格控制清洗程序,可使損失減至最少;而配制成溶液后,再用溶液進行燃燒,屬于間接測量,造成的損失量會明顯增強。因此,應優先選擇直接燃燒法。
4.4鹽含量測定儀的轉化率
勝利油田對轉化率低的處理方法是只要滿足下列三個條件時,則認定此轉化率為可行,條件如下:
①轉化率不低于50%;
②轉化率測定時,幾次轉化率的平穩性好、重復性好;
③轉化率測定結束后,用標樣做樣品反注,所測值不超過真值的±5%。
我實驗室與勝利油田實驗室的差別:勝利油田的鹽含量測定儀有轉化率自動補償程序,而我實驗室的鹽含量測定儀無此程序。
因此,我實驗室鹽含量測定儀的轉化率必須達到標準要求的80%以上,否則損失量過大,對檢測結果準確性影響較大。經實驗室的分析研究,對策臺下:
①與廠家聯系,升級鹽含量測定儀的程序,增加自動補償程序;
②在未升級前,通過實驗前對電解池進行光照來提高轉化率,光照的時間確定如下:
表格分析:當電解池見光時,電解池內的銀棒電極會遇光分解,使Ag+離子增強,從而使轉化率升高。但光照會使電極壽命減少,不宜進行長時間的光照,從表格可看出,最佳光照時間可確定為:5-7min。
4、5檢測人員的要求
為確定同一實驗,總氯和無機氯檢測分別為不同的人員檢測,會產生多大的誤差,實驗室對樣品殺菌劑進行了不同人員的測試,檢測結果如下:
表格分析:從表格可看出,每個檢測人員所檢測出的有機氯均在300ppm左右;但如果總氯和無機氯檢測分別為兩個不同的人,則所檢測出的結果將會產生較大誤差。因此,在檢測過程中,總氯檢測和無機氯檢測必須為同一人。
5 結論
1.稱樣過程要快,時間不能超過30s;
2.氧燃燒瓶清洗最佳用水量為:40ml-30ml-20ml;
3.固體類助劑燃燒,應優先選用直接燃燒法,只有當固體類助劑不能直接燃燒時,才選用配溶液燃燒法;
4.當轉化率達到95%時的光照時間約為5-7min;
5.總氯檢測和無機氯檢測必須為同一人員。
如何提高化學轉化率范文2
[關鍵詞]煤液化 供氫溶劑 供氫性
中圖分類號:TQ529.1 文獻標識碼:A 文章編號:1009-914X(2014)42-0168-02
1 前言
煤炭的綜合利用技術現在倍受重視,煤化工行業的前景尤為可觀。煤直接液化工藝可簡述為:先將煤磨成煤粉,與溶劑配比成煤漿,在高溫和高壓下對其直接加氫,將固態煤轉化成液態產品[1]。溶劑在煤直接液化中起著不可或缺的重要作用,近年來相關技術人員一直在研究如何更高效的發揮溶劑的作用,從而進一步提高煤炭轉化率。
2 溶劑(供氫溶劑)的闡述
2.1 溶劑簡介
在煤炭液化反應過程中,溶劑的作用非常關鍵,它不僅與煤粉混合制成煤漿,使得氣、液、固三相反應介質可處在一個相對穩定、均勻的狀態,便于液化反應的進行,重要的是溶劑還能釋放大量的活性氫,可穩定煤粉受熱裂解產生的自由基碎片,抑制了縮聚反應的發生,從而使反應順利進行。如何提高溶劑的供氫性來促進煤的轉化,是能源工作者多年探索的課題,本文介紹了世界上幾種典型的煤直接液化工藝中溶劑的發展及制備過程。
對煤炭直接液化溶劑的要求較高,不僅要具備普通溶劑的基本功能,重要的是還要兼有供氫和傳遞氫的性能。為保證煤炭直接液化溶劑性能良好,溶劑必須具備一定的條件,其分子結構和分子量都要符合指標要求。在液化反應裝置正常運轉中,可將自身產物中的中質和重質餾分油的混合油作循環溶劑(溶劑),但在裝置首次試車時則需要填加外部油品作為起始溶劑,可以將與試驗煤種不同的衍生油作起始溶劑來使用,例如選擇使用產自高溫煤焦油的脫晶蒽油、洗油等,由于含芳環節構,有很好的供氫性;也可以采用產自普通石油常減壓裝置的渣油,石油催化裂化裝置生產的重質油處理后也可用來作起始溶劑使用[2]。上述起始溶劑還需經加氫處理才能達到煤直接液化溶劑所要求的指標,如控制環烷基芳烴的含量、芳碳率fa值、溶劑的密度、H/C原子比等。溶劑的性質的好壞對提高煤炭轉化率和煤液化油收率有重大影響。通常煤液化反應裝置經過十次以上的循環可使外購填加的起始溶劑油完全置換成為煤液化自身產生的溶劑。之后,煤液化裝置運轉時就可使用自身生產的循環溶劑。
2.2 溶劑的供氫性
通常用供氫指數PDQI(mg/g)評價溶劑供氫性能的好壞,即每克溶劑中環烷基芳烴上環烷基β位含有活性氫的毫克數。研究發現供氫指數與溶劑的化學組成有直接關系,部分被氫化的多環芳烴的供氫指數隨著芳族碳數的降低而增加。根據芳香度fa值判斷芳香族碳數的多少,而被氫化飽和的碳原子上的氫才有活性。大量試驗數據表明,溶劑的芳碳率fa值控制在0.4~0.5時,溶劑的供氫性能較強。
2.3 溶劑的選擇
根據近代煤科學研究,認為煤是由基本結構單元組合而成的,每個結構單元之間通過多種橋鍵相連接,基本結構單元含有脂肪族結構、脂環族結構及芳香族結構。溶劑的選擇依據相似相溶的原理,溶劑的分子結構與煤分子結構單元相近的多環芳烴,對煤熱解時產生的自由基碎片有較強的穩定作用,在比較鏈烷烴、環烷烴與飽和芳烴的供氫性中發現,飽和芳烴的供氫性能最好,部分被氫化的多環芳香烴具有較強的供氫性,并具有與煤相似的化學結構,是煤液化的首選供氫溶劑[3]。Orchin等所做的研究發現,使用被氫化的芳香族化合物作溶劑,供氫效果要比含脂肪族合物的溶劑的效果好很多,因為含有氫化芳香結構和酚羥基結構的物質在煤液化過程中能提供大量活性氫,能快速穩定自由基,這些溶劑常常被稱作供氫溶劑[4]。供氫溶劑提供的活性氫,使自由基碎片在很短的時間里達到穩定,生成小分子的液態類產品。研究發現部分被氫化的多環芳烴(如四氫萘、二氫菲、二氫蒽、四氫蒽等)具有非常強的供氫性[5,6]。鄒綱明等所做的研究中發現,煤焦油作液化溶劑使用,效果很好,因煤焦油中含一定量的蒽、萘等芳香族化合物,經過中壓催化可生成四氫蒽、四氫萘等,這些化合物可很好的傳遞活性氫,適合作供氫溶劑[7]。此外,石油渣油、重芳烴由于含有芳環結構,經過加氫處理后同樣也可作為煤液化溶劑油,重質餾分油經加氫處理也可有效地實現煤轉化率的提高。比較幾種溶劑的供氫性能發現:煤焦油>混合油>石油渣油,原因是煤焦油是煤經過干餾而來的,含有大量的芳香族結構的物質,分子結構與煤非常相近,所以更有利于煤的溶解與轉化,因此煤焦油也是常常被選用作煤液化溶劑[8]。
3 溶劑的發展過程
3.1 溶劑的改進
二戰期間(最早的煤直接液化工藝)采用加壓過濾或離心分離的方法制備溶劑,溶劑含有固體和瀝青,性質較差,煤漿濃度較低,加熱爐容易結焦、反應器利用率低,油收率低等,稱為第一代煤直接液化工藝。
上世紀70年代末開發出新的工藝,采用減壓蒸餾的方法來制備溶劑,溶劑去除瀝青和固體,溶劑性質得到了改善。稱為第二代煤直接液化工藝。
第三代煤直接液化工藝采用部分芳香環飽和的供氫性溶劑,溶劑性能進一步提高,使反應條件緩和、油收率提高。
3.2 幾種典型工藝溶劑的制備
(1)EDS工藝。EDS工藝的基本原理是采用溶劑加氫催化技術使固體煤轉化為液體產品,即使用產自工藝本身的餾分作為循環溶劑,采用普通催化加氫的方法在特別控制的條件下先對循環溶劑進行加氫,提高其供氫性。經過加氫后的循環溶劑具有很強的供氫性能,在反應過程中便可釋放出活性氫,提供給煤熱解產生的自由基碎片使之穩定,失去了活性氫的循環溶劑則需通過再次加氫來恢復供氫能力。循環溶劑在固定床催化反應器中被加氫,使用傳統的鈷-鉬或鎳-鉬氧化鋁載體性催化劑,反應器操作溫度控制為370℃,操作壓力為11MPa,通過調整反應條件來控制溶劑的加氫質量和深度。普通的石油加氫裝置就可進行溶劑加氫,經加氫后的循環溶劑可用來制備煤漿。循環溶劑的催化加氫是EDS工藝過程最主要的特點,循環溶劑經加氫后增強了其供氫性能,可相應地提高了煤炭的液化油產率。
(2)德國IGOR+工藝。IGOR+工藝基本原理是將煤粉、循環溶劑及“赤泥”鐵系催化劑混合配成煤漿,再經過與氫氣混合以后,預熱后進入液化反應器,在反應器內反應生成的反應流出物進入高溫分離器,高溫分離器底部的產品為液化粗油,液化粗油被送入減壓閃蒸塔。減壓閃蒸塔底部的產物為液化殘渣,閃蒸塔頂產出閃蒸油與從高溫分離器分離出來的氣相產物一同進入加氫反應器。此反應器所得產物被送入中溫分離器,中溫分離器底部所得到的重質油用于煤漿制備,作為循環溶劑。固定床加氫反應器內填有Mo-Ni型載體催化劑,反應器溫度350~420℃,壓力為30.0MPa。由于制備煤漿采用本工藝生產的加氫循環油作循環溶劑,溶劑供氫性能較高,這樣有利于提高煤炭轉化率和液化油的產率。
(3)日本NEDOL工藝。NEDOL煤炭液化工藝原理是先將煤、催化劑與循環溶劑配制成煤漿,配好的煤漿與氫氣混合預熱后進入到煤液化反應器內;反應器內的反應產物經過冷卻、減壓后被送至常壓蒸餾塔,蒸出輕質產品。常壓蒸餾塔底部產物再被送至減壓蒸餾塔,經減壓蒸餾塔所產出的中質和重質組分混合后,一起被送進溶劑加氫反應器內,反應器類型為固定床反應器,操作溫度在320~400℃之間,反應壓力10.0MPa。中質油和重質油經加氫處理后可作為供氫溶劑被使用。
(4)神華工藝。神華工藝是具有國內自主知識產權的新型煤直接液化工藝。反應技術采用了二級串聯全返混懸浮床,反應器底部使用了循環泵,這樣不但可以提高反應器內液相的流速,同時還可提高氣、液、固三相的傳熱傳質速率,避免了反應器內部固體顆粒物沉降與局部過熱等問題。對反應產物的分離采取減壓蒸餾的方式,固體產物從減壓塔底抽出,加氫處理后作為供氫溶劑。煤液化裝置需要的供氫溶劑是由T-star加氫穩定裝置提供,同時T-star加氫穩定裝置還將液化裝置生產出來的液化油進行全餾分預加氫。T-star采用了AXENS公司有專利權的沸騰床技術和催化劑,可使來自液化裝置的原煤液體升級并使循環溶劑得到氫化。T-star反應器系統采用的沸騰床技術有兩大顯著的優點,一是能在裝置保持正常操作的同時,可在線添加或取出催化劑,使反應器內催化劑的活性維持在一個恒定的水平,并能使反應器處在恒定的溫度下操作。另一個優點就是能夠處理含有高含量瀝青質甚至固體的原料,這些非理想原料通常會堵塞固定床反應器系統。T-star單元使用的催化劑為HTS-358,是一種以氧化鋁為載體的鎳-鉬壓出式催化劑,可對溶劑進行相對緩和的加氫精制,目的在于將循環溶劑中芳香族碳數的比例達到指標。
4 結束語
當代的煤液化工藝降低了煤液化反應的苛刻程度,使操作相對緩和便于控制,與此同時也提高了煤炭的轉化率和油收率,充分體現了煤液化技術的發展。供氫溶劑的使用能有效地提高煤炭轉化率。如何選擇和處理供氫溶劑,使其供氫性增強仍是值得煤液化工作者探索的課題,對溶劑加氫時理想組分的含量控制仍存在一定問題。建議優化工藝參數,調整反應停留時間,增強催化劑的反應活性,使溶劑的供氫性不斷增強,才能有望進一步提高煤的轉化率。
參考文獻
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[5] 薛永兵,凌開成,鄒綱明.煤直接液化中溶劑的作用和種類.煤炭轉化[J],1999,22(4):62~66.
[6]張曉靜,吳艷,陳穎等. 用n-d-M法計算煤直接液化溶劑油芳碳率的方法探討[J].煤炭學報.2009,34(8):1129~1132.
如何提高化學轉化率范文3
新課標高考理科綜合化學試題總分100分,其中選擇題42分,主觀題58分。主觀題26、27、28三題為必考題,涉及實驗、元素化合物、化學反應原理模塊知識。主觀題36、37、38三題是選考題,三題選一作答,分別是選修2《化學與技術》、選修3《物質結構與性質》、選修5《有機化學基礎》。本文對2010年至2014年高考新課標理科綜合化學必考試題及選考有機化學試題做粗略分析,探究命題規律,提高復習效率。
1必考題
1.1化學實驗
2010~2014年高考化學實驗考核具體內容,見表1。
2010年用SO2知識為載體,要求寫出蒸餾燒瓶名稱,解釋SO2通入酸性高錳酸鉀溶液褪色原因并寫出離子反應式,解釋SO2通入H2S溶液產生沉淀的原因,推斷SO2具有氧化性和還原性,探究SO2 與品紅反應的可逆性,環境保護,尾氣處理。
2011年以登山運動中的供氫劑CaH2為載體,要求連接實驗儀器組裝實驗裝置,寫出實驗具體操作過程,寫CaH2與水反應方程式,實驗設計區別鈣與氫化鈣,評價用氫化鈣作為登山能源的優點。
2012年實驗室合成溴苯,考查儀器裝置用途,溴苯的分離提純方式,寫出反應原理。
2013年Ⅰ卷環己醇制備環己烯,要求寫出冷凝管名稱,說明碎瓷片作用,寫出實驗副產物結構簡式,考查分液漏斗的使用方法,分離提純方法,計算環己烯產率。
2013年Ⅱ卷用正丁醇制取正丁醛,考查濃硫酸稀釋問題,沸石作用,未加沸石補救措施,寫出冷凝管和分液漏斗名稱,分液漏斗使用,分液操作,液體分層分析,計算正丁醛產率。
2014年Ⅰ卷環己醇制備乙酸異戊酯,要求寫出冷凝管名稱,洗滌作用,萃取分離物質方法,化學平衡,儀器連接(識圖)正誤判斷,計算產率,誤差分析。
2014年Ⅱ卷以CoCl2·6H2O、NH4Cl、H2O2、濃氨水,合成晶體X,主要考查安全瓶作用,中和滴定原理,指示劑選擇,選取滴定管,裝置氣密性差對測定的影響,多步反應的化學計算,化合價,化學方程式書寫,實驗評價。
新課標高考化學實驗試題,總體上注重對實驗基本操作、實驗基本技能、實驗設計能力的考查,達到了《考試大綱》的相關要求??疾榱顺R妰x器的結構、性能、用途,實驗儀器名稱,如2013年兩套課標卷試題都要求考生寫出實驗儀器名稱;考查了化學實驗基本操作,如2013年Ⅱ卷濃硫酸的稀釋問題、分液操作;考查實驗設計能力,如2011年設計一個實驗,區分鈣和氫化鈣;實驗中考查化學計算,如2013年兩套課標卷試題都要計算產物的產率;考查對實驗的評價能力,如2012年評價登山中用氫化鈣比用氫氣做能源的優點;考查實驗中的情感、態度、價值觀,如2010年的尾氣處理問題。
在高考實驗備考中,要注意實驗基礎的復習,注意化學實驗常見儀器結構用途,記住常見儀器的名稱,規范常見實驗操作,考前重溫教材實驗操作過程,加強實驗設計能力培養,加強實驗方案進行評價訓練,加強運用數學知識處理實驗數據訓練,多關注分離提純物質各種方式,關注老教材實驗。
1.2元素及化合物
2010~2014年高考化學對元素及化合物的考核內容,見表2。
2010年第26題,以硫及其化合物、銅及其化合物知識為背景,以元素框圖題形式出現,推斷物質化學式;利用銅的電解精煉原理判斷電極材料,計算平衡常數,書寫濃硫酸與銅的化學反應方程式,計算平衡濃度,計算轉化率。
2011年第26題,以硫及其化合物知識為載體,題目給出硫酸銅晶體受熱分解曲線,推斷不同溫度下固體產物分別是什么,書寫濃硫酸與銅的化學反應方程式,利用溶度積常數計算c(Cu2+) 、c(H+)。
2012年第26題,以金屬鐵及其化合物知識為載體,利用酸堿中和滴定原理計算FeClx中的X值,計算FeCl2和FeCl3混合物中FeCl3的質量分數,FeCl3與氫碘酸反應的離子方程式, FeCl3與KClO在強堿性條件下反應制取K2FeO4的離子方程式,K2FeO4-Zn電池正極反應式和電池總反應的離子方程式。
2013年Ⅰ卷第27題,廢舊電池回收,鋁及其化合物知識。題目設計好回收提純反應流程,要求標出LiCoO2中Co元素的化合價;寫出“正極堿浸”中發生反應的離子方程式;寫出“酸浸”中發生的所有氧化還原反應的化學方程式;評價鹽酸代替H2SO4和H2O2混合液的缺點;寫出“沉鈷”過程中發生反應的化學方程式;寫出放電時電池反應方程式;“放電處理”有利于鋰在正極回收的原因;寫出整個回收工藝中回收到的金屬化合物。
2013年Ⅱ卷第27題,題目設計好回收提純反應流程,要求判斷出流程②中除掉的雜質離子并寫出反應的離子方程式;酸堿性對除雜的影響;判斷流程③的反應類型;設計實驗“檢驗沉淀是否洗滌干凈”;計算產物ZnCO3·xZn(OH)2的x值。
2014年Ⅰ卷第27題,以次磷酸及其化合物為載體,要求寫次磷酸電離方程式,判斷次磷酸中磷元素化合價,寫利用次磷酸化學鍍銀的氧化還原反應判斷氧化產物,判斷鹽次磷酸二氫鈉的類別,判斷次磷酸二氫鈉溶液的酸堿性,寫次磷酸二氫鋇與硫酸的化學反應式。用電解法制備次磷酸,分析電解池,寫陽極反應式,產生次磷酸原理分析等。
2014年Ⅱ卷第27題,以金屬鉛及其化合物為背景,要求判斷鉛元素在元素周期表中的位置,氧化物PbO2和CO2的酸性強弱,寫PbO2和濃鹽酸反應的化學反應方程式,寫由次氯酸鈉與PbO反應制PbO2的離子反應式,以及電解法制PbO2的有關問題。
縱觀上述分析,元素及化合物考題綜合程度高,對考生的能力要求較高。注重考查考生的邏輯推理能力和綜合運用所學知識靈活解答的能力。穿插考查電化學知識,氧化還原反應,離子反應,化學計算等。
元素及化合物是中學化學基礎和核心,貫穿整個化學教學過程,高考對此部分的測查也很多,實驗題、選擇題等試題的解答都要用到元素及化合物知識。通過抓元素及化合物的物質分類、反應原理、物質特征3條主線,可以落實本知識點的高考復習。高考中要求掌握Na、Mg、Al、Fe、Cu、Cl、Si、S、N、C、O、H等元素及其化合物的性質,根據分類原理,可分為單質、化合物,非金屬單質、金屬單質,氧化物、酸、堿、鹽、氫化物,兩性氧化物,兩性氫氧化物,等等。通過分類把相似的物質歸類,同類物質具有相似的性質,由此推彼,舉一反三,提高復習效率。通過復分解反應和氧化還原反應原理實現元素及化合物的復習,要掌握常見物質的溶解性、常見的強電解質及弱電解質、幾種弱酸的相對強弱、常見的揮發性及非揮發性物質、常見元素化合價、常見氧化劑及還原產物、常見還原劑及氧化產物、既有氧化性又有還原性的物質、氧化還原反應的配平技巧。通過記憶物質特征實現復習元素及化合物,熟記特殊物質顏色、空間結構、密度等。
1.3化學反應原理
2010~2014年高考化學對化學反應原理的考核內容,見表3。
2010年第28題,試題情景用稀硫酸與鋅制取氫氣的實驗呈現,寫硫酸銅溶液與鋅反應的化學方程式;分析硫酸銅溶液可以加快氫氣生成速率的原因;通過實驗尋找與硫酸銅溶液起相似作用的物質;加快實驗中氣體產生的速率其他措施;實驗探究。
2011年第27題,根據H2(g)、CO(g)和CH3OH(l)的燃燒熱,求分解10 mol水消耗的能量;甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態水的熱化學方程式;利用圖像回答化學平衡問題;考查化學平衡,轉化率,起始時與平衡時氣體壓強之比;甲醇燃料電池負極、正極的反應式書寫;計算能量轉換效率。
2012年第27題,以光氣(COCl2)、甲烷等為知識載體,寫實驗室制備氯氣的化學方程式;根據CH4、H2、和CO的燃燒熱,計算生成1 m3(標準狀況)CO所需熱量;寫實驗室用氯仿(CHCl3)與雙氧水反應制備光氣的化學方程式;利用平衡圖像,計算反應速率、平衡常數、判斷反應溫度大小、計算達到平衡時c(COCl2)、比較反應速率大小、影響速率的因素。
2013年Ⅰ卷第28題,以新能源二甲醚(CH3OCH3)等為知識背景,給出相關物質燃燒熱化學方程式,寫制備Al2O3化學方程式;分析影響CO轉化率的因素;寫H2和CO制二甲醚的熱化學方程式;分析增加壓強對制二甲醚的影響;分析CO轉化率隨溫度升高而降低的原因;寫二甲醚燃料電池的負極反應;計算產生的電量。
2013年Ⅱ卷第28題,題設情景A(g)B(g)+C(g),ΔH=85 kJ·mol-1,結合表格數據,回答提高A的轉化率應采取的措施;推導A的轉化率α(A)的表達式;計算平衡時A的轉化率;計算平衡常數K;推導反應體系中總物質的量n和反應物A的物質的量n(A)表達式;計算第4 h時A的濃度;推導反應中c(A)變化與時間間隔(Δt)的規律。
2014年Ⅰ卷第28題,由乙烯和水合成乙醇為背景,給出相關物質燃燒熱化學方程式,寫合成乙醇熱化學反應方程式,合成方法優劣評價;圖像分析,計算平衡常數,比較壓強大小,平衡正向移動提高乙醇產率方式等。
2014年Ⅱ卷第26題,題設情景化學平衡N2O4(g) 2NO2(g),結合平衡圖像,判斷反應吸熱還是放熱,計算N2O4的反應速率,計算平衡常數;根據圖像及N2O4速率變化,推斷外界溫度變化關系,計算新平衡時的平衡常數;改變容器體積,判斷化學平衡移動方向,并說明理由。
本部分考點主要考查學生對化學平衡圖像的讀圖識圖能力,熱化學方程式書寫,蓋斯定律應用,焓變值計算,化學反應速率計算,計算平衡常數,溶度積常數應用,電化學原理,電池電極反應式書寫,化學平衡時組分濃度計算,影響反應速率因素,影響化學平衡因素。
化學反應原理在高考備考復習中,應抓好熱化學反應方程式、電池反應方程式、電解反應方程式的書寫練習;重視電池、電解原理的應用;掌握溶度積常數、化學平衡常數的內涵;反應速率、焓變、轉化率、平衡組分含量的計算;注意蓋斯定律的應用問題;影響速率及平衡的因素。
2選考題
選考模塊由《化學與技術》、《物質結構與性質》、《有機化學基礎》三部分組成,每個模塊一個考題,由考生任意選一題作答。這里僅分析《有機化學基礎》模塊試題。
2010年,PC可降解聚碳酸酯類高分子材料合成,考查有機物之間的相互轉化關系、有機合成、同分異構體的書寫。具體要求寫出有機物A的名稱,寫出B的結構簡式,有機反應方程式,限定有機結構的同分異構體結構簡式。
2011年,以甲苯為原料合成香豆素,根據合成路線流程圖,要求用香豆素結構簡式寫出分子式甲苯與氯氣(FeCl3)反應生成A,A(C7H7Cl)的名稱,A水解生成B(C7H8O),寫出B在光照條件下與氯氣反應生成C(C7H6OCl2)的反應方程式,推斷B的同分異構體數目,寫D(C7H6O2)的同分異構體結構簡式。
2012年,用甲苯合成對羥基苯甲酸丁酯,要求寫出A(C7H8)的名稱;分析甲苯與氯氣反應生成B(C7H7Cl),寫出B與氯氣光照下生成C(C7H5Cl3)反應方程式,判斷反應類型; C水解得到D(C7H5OCl),寫D的結構簡式。
2013年Ⅰ卷,合成酮類化合物G流程,利用相對分子質量、燃燒量、產物水的量確定芳香烴A的分子式及命名,A為苯乙烯;苯乙烯與水反應生成醇B,要求寫出醇B物質催化氧化生成C的化學反應式;D(C7H6O2)能發生銀鏡反應,能和Na2CO3反應,要求寫出D與氫氧化鈉反應生成產物E的結構式,判斷反應類型;推導F(C9H10O2)同分異構體數目,寫出符合條件的F(C9H10O2)同分異構體。
2013年Ⅱ卷,由A(C7H7Cl)及F(C7H8O)制備I(C11H12O3),結合其他條件命名A;寫出2-甲基丙醛的結構簡式;寫出對甲基苯酚與氯氣在光照條件下的化學反應方程式,判斷該反應類型;寫出I的結構簡式;推斷相對分子質量比I小14的物質J的同分異構數目。
2014年Ⅰ卷,合成席夫堿類化合物G流程,利用流程圖、合成路線反應條件、題目另外5點信息,寫A(C6H13Cl)在NaOH乙醇條件下B的化學反應方程式,判斷反應類型。寫出D的名稱,結合信息③“D為單取代芳烴,相對分子質量為106”,推知D是乙苯;寫D在濃硫酸和濃硝酸及加熱條件下發生的化學反應的方程式;根據④“F苯環上有兩種化學環境的氫”及F分子式,D與濃硝酸發生反應時對位取代,寫C與F反應產物,G的結構簡式。
2014年Ⅱ卷,立方烷及合成路線為背景,推結構簡式,判斷反應類型,寫化學反應方程式,選擇化學試劑,判斷立方烷同分異構體,判斷立方烷氫種類,推六硝基立方烷同分異構體數目。
有機化學基礎模塊試題分值都是15分,題號均是38,試題設置都是合成流程圖,試題中的有機物質基本上有苯環結構,考查有機結構與性質,推斷同分異構體數目,寫同分異構體結構式,寫反應方程式。
復習中要構建好有機物知識網絡體系,理清烴、鹵代烴、醇、醛、酸、酯之間相互轉化關系,一定要注意它們之間相互轉化時的反應條件;加強同分異構體的推斷書寫練習,掌握同分異構體的推導方式;注意苯環上有側鏈烴基時,條件不同鹵素單質與其發生取代位置不同;注意苯環上連接有酚羥基、醇羥基、羧基時,與Na、NaOH、NaHCO3、Br2等反應的量關系。5年來高考有機試題,試題間的相似度很高,認真分析歷年高考題,改編好高考試題,做好高考試題變式訓練練習。
3結束語
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一、類比發散法
在元素化合物及有機化合物的學習中,我們注意這些章節的內容安排有一個共同特點,都是先派一種典型的代表物做“先行官”,介紹其結構性質制法,接踵而至的“大部隊”就是它的同族元素或同系物。我們只要重點學習透徹掌握代表物的性質,即可根據“結構決定性質,結構相似性質相似”的化學原理大膽預測,充分推斷同族其余元素或同系物的性質。并與課本上的內容加以印證。
二、具體化手法
元素周期律一章練習中有許多排序問題,如:原子半徑大小,離子半徑大小,最高氧化物對應的水合物酸鹼性,氣態氫化物穩定性,金屬性(非)強弱的排序等。習題里不會具體給出是什么元素的微粒,而是一些字母代號,這就需要學生通過分析題意,將未知粒子一一對應于兩組“靶心”粒子,然后對照討論,這兩組離子是:具有氖原子結構的 O 2-,F - ,Na + ,M g 2+ ,Al 3+ 和具有氬原子結構的 S 2- ,Cl - ,K + ,C a 2+ 。當然,學生對兩組離子的性質必須有充分的認識。假如所給離子是 X n+ ,Y m+ ,Z n- ,電荷絕對值m > n,且三種離子M電子層的電子數均為奇數,然后要求選擇性質排序,我們只要把 X n+ ,Y m+ ,Z n- 當成 N a+ ,Al 3+ , F- 問題不就簡單多了?
三、聯系實際法
化學是一門以實驗為基礎的科學,因而與日常生活的關系非常密切,生活中的化學對學生來說大部分是未開拓領域,學生對此有極大的興趣,當他們明白其中蘊藏的化學原理后,興奮之情溢于言表,決不亞于因蘋果砸到牛頓頭上而發現“萬有引力”。基于這點,我在教學中利用實物、圖片、實驗以及參觀工廠等手段,著意加大學生探究生活化學的力度。講完鐵與水蒸氣的反應,就讓學生討論鐵匠鋪中打鐵時“淬火”的原理;講了明礬的性質,就讓學生探討“炸油條”時加入明礬和小蘇打的作用,并解釋上面許多小洞的成因。最終目的是要讓學生養成理論聯系實際的好習慣。
四、口訣法
有些理論性較強的章節如“氧化還原反應 ”“周期律”等,概念多易混淆,而且關系復雜,辨證性較強,采用此法即可免去學生學習中“陰差陽錯”之苦。在“氧化還原反應”初期教學中,就讓學生掌握八字訣“升 ―失 ― 氧―還,降―得―還―氧”。乃至后期深入學習時采用更有趣的“繞口令”如:“還原性強的原子失電子后變為氧化性弱的離子”其相對應的另外一句話讓學生自己說出。因此,在學習中起到理順關系,提示引導的作用。其他的如原子核口訣:體積核小原子大,質量核大原子小。電量相抵呈中性,質量數作原子量。
五、冠名法
針對教學中的一些重點難點,教師如果一味地強調重要,結果往往適得其反。冠名的目的就是要為這些重點難點貼標簽,加“綽號”。這樣聽起來響亮,奇特,可以增強學生注意力,一提名字則可代表一種方法,一類題目或一部分知識。如學生在學習“化學平衡”時對于“勒氏”原理壓強變化的認識,往往張冠李戴,模糊不清,其原因是能引起壓強變化的手段很多,可以是: 1.恒容,改變氣體的物質的量(包括參與反應的與不參與反應的), 2. 恒容,改變溫度。 3. 體積改變,氣體物質的量不變。只要讓學生認清正宗的勒氏壓強變化指的是第三種情況,而其余則是“假冒偽劣產品”。
六、偏微分法
好的解題方法與好的學習方法并不矛盾,更不對立,后者包含前者,前者是后者的重要組成部分,數學有公式可尋,物理有定律可依,化學在這方面略顯欠缺,因此歸納解題方法,并使之定型,已成為化學解題過程中的重要手段?!捌⒎帧笔歉叩葦祵W的一個名詞,其運算原則是將一個函數中的兩個變量分別討論,將一個變量作常量時,討論另一變量的變化所引起的函數變化。我們不妨借用這種思維方式,解決化學平衡當中的有關圖像問題。如出現溫度 -- 壓強 -- 轉化率關系圖,我們只要固定溫度,分析壓強變化引起的轉化率變化,則可解決可逆反應前后的計量數大小關系。若固定壓強,分析溫度變化引起的轉化率變化,可以解決可逆反應的吸放熱問題。
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關鍵詞: 高中化學 有效教學 實施策略
教學的有效性是學校教學活動的基本追求,它直接關系到教學的質量和人才的培養。提高化學教學的有效性,教師必須以學生發展為本,促進學生學習化學方式的改變,切實關注學生在化學教學過程中所表現的積極性、自覺性、創造性,掌握有效教學的理念,運用有效教學的策略、方法和技巧。
化學課堂教學的有效性是指通過化學課堂教學使學生獲得化學方面的發展。這里的發展內涵式指的是化學知識、化學技能的發展,是學生學習化學的過程、方法與情感、態度和價值觀三者的協調發展?;瘜W課堂教學的有效性可以促使學生在學業上有更多的收獲,在學習方法上有更大的提高,在學習成績上有更快的進步。筆者認為實現化學課堂有效教學的基本策略有以下幾個方面。
一、根據教材科學制訂有效的教學目標
課堂教學的核心和靈魂是教學目標,教學目標在教學活動中具有指定方向的作用,它統帥和規范著課堂教學的實施,對確保課堂教學的有效展開有著重要的作用。教師要根據教材制訂切實可行、行之有效的教學目標,要注意以預設的教學目標為指針,對照教學目標的真實達成度,科學地對課堂教學作出有針對性的調控,將課堂向著預期的目標不斷引導。
高一化學“必修1”和“必修2”的教材內容難易適中、容量適當并且具有一定的靈活性,對化學基礎和知識面作了強調和突出,而且還重點強化了化學與日常生活、科學技術和生產勞動等方面的聯系,與此同時降低了對一些化學反應原理和基本概念的要求。例如,在“必修1”第一章中,“強弱電解質”、“氧化還原反應”、“離子反應”等內容上只是作了基本的要求;在“必修2”中,對“核外電子的排布規律”也只是作了簡要的而非系統性的介紹,對原子結構示意圖只要求識記1―18號元素。因此,化學教師在教學中一定要處理好打好基礎與提高能力的關系,切實把握好教材的“度”,“因材而異”、“因材施教”地制訂好有效教學目標。
二、注重有效講授,促使學生掌握理解重點、難點
在課堂教學的改革中,講授作為有效教學的一種具有傳統意義的教學方式,以其優勢將長久地在教學實踐中延續下去。新課程改革強調學生的創新性自主學習和探究學習,但并未放棄教師的“講授”,教師的講授仍具有必要性和重要性。教學中必要的講授是不能缺少的,帶有啟發性、精辟性、獨到性的講授,能夠對學生產生吸引力,引發學生思考,并能促使學生有效地掌握和理解重點、難點知識。高中化學選修4《化學反應原理》這一模塊理論性較強、知識點較為抽象,需要教師在原有知識點的基礎上加以引導。比如在學習鹽類水解的影響因素時,教師以CH3COONa的水解為例,改變溫度,對水解平衡的影響可以從它的逆反應中和反應的熱效應分析,判斷平衡的移動方向,以及水解程度的變化。加酸堿可以利用勒夏特列原理分析平衡移動,而加入CH3COONa,平衡右移均會判定,但水解程度減小,往往學生自己判定時得到相反的結論,誤以為平衡右移的結果會引起轉化率的升高。教師需要從普通的化學平衡加以解釋,用兩種或兩種以上的反應物,增加一種反應物的量,可以提高另一種反應物的轉化率,而自身的轉化率下降。比如在工業生產硫酸的過程中,通過鼓入過量O2來提高SO2的轉化率,這樣便于學生理解“越稀越水解”這一結論。
三、講究有效提問,促進學生積極討論思考
盡管教師的講授在某種程度上精彩、生動、感人,但講授畢竟也有其局限性,“有限”、“零碎”、“輔”就是講授的特性,教師如果想有效地促使學生投入到化學學習中去,還必須有效地開展提問并引導學生進行思考和討論,使教師與學生、學生與學生保持學習上的互動。對話式、互動式、學生自主性學習是化學有效教學的基本狀態。在這種基本狀態的教學中,教師的有效提問至關重要。
教師所提出的問題能夠引起學生足夠重視或很大興趣的就是有效提問,而且這種重視和興趣能讓學生更積極地參與到學習過程中去,并且展開積極討論。有效提問是一種教學技巧,一個令人深思的問題,能夠使學生聚精會神進行思考,對提高學生的思維能力和思維積極性有重要的意義。反之,一個沒有一定的深度且很平淡的問題,既不能激發學生的興趣,又不能鍛煉學生的思維能力。因此,具有嚴密的科學性、邏輯性是教師提問的前提。教師要善于提問,一是所提出的問題對于學生的發展、知識、技能的提高有積極的促進作用,并且提問是由淺入深的。二是要善于引導學生對提出的問題進行討論、思考、探究。
四、抓好有效實驗,提高教學質量
以實驗為基礎是化學學科的特點,在化學教學中有著重要地位和發揮重要作用的就是實驗教學,由此可見化學教學實驗的重要性是不言而喻的?;瘜W由于具備了這一特點,因此明顯有別于其他學科。變化神奇的化學實驗教學能夠極大地調動學生學習化學的興趣,教師可以以此更好地進行有效教學。加強和改進實驗教學是提高化學教學質量的關鍵環節。因此,教師如何設計好實驗,設計出有針對性的實驗,而且要讓學生親歷實驗的整個過程,從而掌握相關的化學知識就顯得特別的重要。實驗教學在激發學生學習和探索興趣的同時,更重要的是促進學生學習化學由被動向主動轉變;由消極學習走向積極學習;由學習低效邁向學習高效。
獲取化學知識、培養學習興趣、鍛煉思維能力、培育高尚品德是化學實驗所產生的功能。化學實驗的重要作用在于促進學生形成化學概念,幫助學生理解和鞏固化學知識,培養學生的觀察能力、思維能力和創造能力,讓學生通過實驗原理、實驗方法、實驗步驟、實驗現象學習觀察更好地理解反應原理,透過實驗現象來看清物質反應的本質,掌握基本方法和技能。設計實驗、實驗探究、觀察實驗是高中課程標準中列出的實驗項目,不同的實驗其功能和層次都是不相同。對于有效實驗,教師要高度重視,既要對此精心設計,又要精心準備,充分考慮實驗中可能出現的各種情況,同時還要使實驗的目的和功能一目了然。教師特別是要充分考慮學生在做演示實驗中的心理因素和他們能否準確理解實驗的目的和教師的意圖等。
五、運用學案教學,凸顯學生主體作用
筆者在教學中發現,一部分學生缺乏良好的學習化學的習慣,具體表現為只看不聽,只聽不寫,寫而不全;有的學生缺乏主動性,被動地學習,作業馬虎,甚至抄襲作業和不交作業。筆者認為要糾正和克服這些不良的學習習慣,培養學生創新性自主學習能力,提高課堂教學效益,教師要根據教學內容和教學目標,采用“學案”教學法。
“學案”教學法的核心概念就是以學案為載體、以導學為方法、以學生的自主學習為主體、以教師的指導為主導、師生共同合作完成教學任務的一種教學模式。這種教學模式摒棄了教師單純講、學生被動聽的“滿堂灌”、“填鴨式”的教學模式,充分凸顯了學生的主體作用和教師的主導作用?!皩W案”模式其實質就是學生、教師、教材三者之間的相互滲透。這樣的“學案”教學能最大限度地提高課堂教學效益。
綜上所述,作為一種先進的教學理念和教學實踐模式的有效課堂教學,引起了我們更多的、更深層次的思考、實踐和研究?;瘜W教師要科學而且熟練地運用課堂教學的有效性策略,在不斷實踐、完善和創新中,提高教學質量。
參考文獻:
[1]張璐.略論有效教學的標準[J].教育理論與實踐,2000.11.
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摘要
教學的本質是信息的傳輸、加工和內化的過程。信息轉換是知識再生產與生產新知識相融合的一個思維過程。分析了信息呈現的多種方式,從“信息量多少、信息表征方式、信息的屬性”等方面闡述了信息的轉換方法策略。
關鍵詞
化學教學;信息轉換;文字信息;符號信息;圖表信息
教學的本質是信息的傳輸、加工和內化的過程。化學教學中信息十分豐富,如各種文字信息、語言信息、符號信息、圖表信息、音像信息、實物信息等。這些信息有的簡單易懂、易學,便于接受和內化,有些則隱含、復雜,難理解和消化。要做到化隱為現,變難為易,變復雜為簡單,變生疏為熟悉,變未知為已知,就需要教師探索創新教學方法,優化教學策略,提高教學效益。
1化學教學中的信息轉換觀
信息轉換是解決問題過程中信息流的加工和相互作用的過程,并且可以看出信息轉換在培養和訓練集體成員解決問題過程中的加工和相互作用的過程[1]。換言之,信息轉換是知識再生產與生產新知識相融合的一個思維過程。通過不同信息源獲取的各種信息材料,輸入大腦,進行編碼、貯存,并經過大腦思維,進行篩選、組合等多形式、多頻次的再加工。通過轉換信息形式,逐漸內化為學生的知識和能力,并賦予個性化的理解,以一種或多種不同形式的信息貯存。課堂教學中,信息轉換無時不在,無所不在。因此,教師要利用教材、生活、媒體等各種信息源,有效地實施信息加工和轉換。教學信息形式轉換得越好,在信息流動過程中失真、失散也越少,學生接收的信息量也越多,獲得的知識量也越大,能力提升也越快。相反,如果教學信息轉換得不好,就會造成信息離散、失真,學生獲得的信息量就會減少,所獲得的知識也減少,能力提升也慢。所以,科學有效地實施信息轉換,在化學教學中有著十分重要的意義。
2豐富多彩的信息
呈現方式化學教學中的信息形式多樣,精彩紛呈。
2.1文字信息文字是人們為了實現信息交流、信息貯存、信息加工所創造的一種約定的形象符號?;瘜W學習中學生離不開對教材等各種文本的學習,從這些文字中學生提取到需要和有價值的信息。同樣,教學過程中教師簡明扼要的板書也是學生獲取信息的重要途徑。
2.2語言信息語言是一種符號系統,是一種交際和思維的工具。課堂教學更是如此?;瘜W教學中大部分內容是通過語言信息來傳輸的,這其中既有知識信息的密碼,更有師生之間的情感交流和思維碰撞。
2.3符號信息在信息傳輸系統中,視覺信息符號能有序地指引并實現信息的導向功能。有效地進行視覺信息符號的設計與傳播,是信息傳輸中的重要環節?;瘜W教學中有各種各樣的信息符號,如表示物質組成的元素符號,表示化學反應的化學方程式,表示原子內部結構的原子結構簡圖、電子式、核外電子排布式、軌道表示式,表示分子結構的結構式,表示物質電離能力的電離方程式等。直觀簡單的化學符號信息表達了豐富的化學含義,成為研究化學和學習化學特有的語言。
2.4圖表信息圖表作為一種重要的信息源,通過豐富多彩的圖像、表格或物理圖形等信息視覺化表達。圖表信息在化學教學中應用十分廣泛,如蘇教版《化學1》[2]正文中涉及到的圖形有:實物圖、物質分類樹狀圖、物質轉化關系圖、物質制備流程圖、分子模型圖、原子結構模型圖、實驗裝置圖、實驗操作示意圖、物質(元素)含量柱形圖、物質性質及應用示意圖等圖片79幅,另有表格24個。這些可視化圖表信息很好地將所研究對象的屬性或數據直觀、形象地呈現在學生面前,大大降低了在信息傳遞過程中的衰減和弱化,使信息更加清晰、高效地傳遞。
2.5音像信息隨著信息技術的不斷發展,音像信息逐漸被人們所重視,通過音像信息將形、聲、色、光等有機地結合起來,不僅能激發學生的學習興趣,增加教學容量,拓寬學生的知識面,而且在化學直觀教學中有明顯的優勢,能使復雜問題簡明化,抽象問題形象化。
2.6實物信息實物信息是對具體的實物或事物觀察過程中直接產生的有關信息。如通過具體實驗清晰觀察和感受到物質的消耗與生成,并伴隨發光、發熱、產生沉淀或氣體以及氣味等。這些直觀、生動、形象的客觀存在的實物信息,讓學生真切感受到知識的真實、可信。
3信息轉換的方法策略
化學教學中信息轉換的方式很多,教學中要根據不同的教學內容、教學目標以及學生實際,選擇恰當的轉換方法與策略。
3.1從信息量多少看
3.1.1聚斂式轉換聚斂式(多對一或多對少)轉換是指將有關的信息集中起來,進行分門別類的整理,使原本零散、龐雜的信息組成系統,使其變成條理分明、相互聯系、脈絡清楚的信息源,并以某一目標為歸宿,對信息進行抽象概括,使之朝一個方向集中、聚斂,從而找出事物的共同點,最終獲得某種結論或規律。如在化學平衡、電離平衡、水解平衡、沉淀溶解平衡中,雖然影響這些平衡的因素很多,有溫度、濃度、壓強、同離子、酸堿性等,但是平衡移動的規律是一樣的,平衡總是朝著削弱這種改變的方向移動(聚斂)。同時它們的平衡常數也有一個共同的特點:只與溫度有關,與其他條件無關,即平衡常數只是溫度的函數。
3.1.2發散式轉換發散式(一對多或少對多)轉換是以某一信息為出發點,多角度、全方位引出問題,展開思維。這種轉換不依常規,尋求變化,從不同側面、不同角度、不同方向對給出的信息進行“再生”處理,獲得多種信息和答案。如在元素化合物知識復習時,從二氧化硫的化學式(分子式)可解讀出如圖1所示信息。
3.1.3對等式轉換在不改變問題或事件本質的前提下,將原有一個或幾個信息轉換成簡便或易于理解或易于解答的一個或幾個新信息。這種變換不僅可以達到變難為易的效果,而且還可以幫助我們巧妙地找到解決問題的方法。如:在體積不變的密閉容器中充入1molNO2,建立如下平衡:2NO2N2O4,并測得NO2的轉化率為a%。在其他條件不變時再充入1molNO2,待建立新平衡后,又測得NO2的轉化率為b%,則a和b的大小關系為:A.a<bB.a>bC.a=bD.不能確定分析:很明顯,若直接按題目描述的過程進行分析,解題十分困難,如果突破常規思維模式的束縛,進行等效變換(圖2),問題將迎刃而解。假設狀態Ⅰ容器體積擴大為原來的2倍,構造中間狀態Ⅲ,其他條件不變時,狀態Ⅰ和狀態Ⅲ等效,故NO2轉化率相同。再將狀態Ⅲ體積壓縮至狀態Ⅱ,依據平衡移動原理不難看出,平衡向正反應方向移動,NO2轉化率提高。因此,b>a,則A選項正確。
3.2從信息表征方式看
3.2.1文字與符號的轉換文字和符號既是信息表達的手段,也是信息交流的載體。都承載著傳遞、加工和貯存化學知識的功能,都是化學思維的重要工具。在教學中文字與符號可以進行互換,以何種形式轉換視具體情況而定。如在學生剛步入化學殿堂時,化學反應都是用文字來表達。例:鐵和硫酸銅反應生成銅和硫酸亞鐵。當學習了元素符號等有關知識后,上述反應可表示為:Fe+CuSO4=Cu+FeSO4,這種表達更加簡明直觀。所以用元素符號、離子符號、原子結構簡圖、電子式、電子排布式、分子式、結構式、結構簡式、化學反應方程式、電離方程式、熱化學反應方程式等符號貯存和記憶物質組成、結構和變化規律更為科學。
3.2.2文字與圖表的轉換文字與圖表的轉換是信息轉換最常見和最基本的形式。文字到圖表的轉換:該轉換方式是將文字內容轉化為圖像或圖表,用直觀的圖像或圖表來表述冗長煩瑣的文字內容,達到以圖釋文目的。例如:硫及其化合物的二維關系圖(圖3),從物質類別、硫元素的化合價及氧化還原反應等多維度清晰地呈現了元素化合物之間的轉化關系,避免文字表達的煩瑣。圖表到圖表的轉換:教學過程中,常常將課本中的插圖轉化為其他形式的變式圖,變換思維角度,培養學生多角度思考問題的習慣,并幫助學生深化對圖表內容的理解和記憶。如美國《化學:概念與應用》上冊教材中“爬梯子”[3]就是一種圖片之間的轉換(圖4)。將原子核外電子能層與爬梯子進行對比轉換,充分利用學習者所熟悉的生活情境,形象地展示了電子能級及其躍遷的有關知識,幫助學生理解并形成抽象概念,加深對這一知識的記憶。
3.2.3文字、符號與圖表的轉換化學教學中時常會出現多種表達方式之間的相互轉換。如在探討氧化還原反應與4種基本化學反應類型之間關系時,通過對不同形式表征方式的互換促進學生的理解和記憶。置換反應都是氧化還原反應,復分解反應都不是氧化還原反應,分解反應、化合反應部分是氧化還原反應,部分是非氧化還原反應。另外,還有文字與文字、符號與符號、符號與圖表等形式的轉換。
3.3從信息的屬性看
3.3.1定性與定量的轉換非實驗性的,自然情境中的資料或信息,一般不用數量形式來表達,它更加突出在意義建構、經驗積累、語言描述等。這往往只是一種定性的感性認知,并沒有從事物的本質去考量。定量則要求從被研究對象的某些具有代表性的特征入手,通過測定某些物理量的變化或某些因素間物理量的變化規律,對事物及其運動的量的屬性做出回答,從本質上理解和認識事物。如對元素的非金屬性認知,可從元素在周期表中的位置、氫化物的穩定性及其形成難易、非金屬單質之間的置換反應、最高價氧化物對應水化物的酸性強弱等入手。而造成元素性質差異的根本原因是原子的內部結構,決定于原子得失電子的能力。所以,從本質上看,衡量元素非金屬性強弱要依據元素電負性的大?。ǘ浚?/p>
3.3.2具體與抽象的轉換人類對事物本質屬性的認識,是由現象到本質,由具體到抽象,由淺入深的漸進過程。感性認識常來自于對某些具體實踐的思考;而理性認識則來自于對這些初步認識的概括和抽象的過程,從而達到對事物本質屬性的認識。因此,只有從具體的感性認識上升發展為抽象的理性認識以后,才容易納入原有的認知結構中,才可以轉換為運用的能力,才能為更高級的抽象提供基礎和保證。教學中有許多數量關系都是從具體生活內容中抽象出來的。因此,課堂教學應該充分利用學生的生活實際,運用恰當的方式進行具體與抽象的轉換,把具體生活常識抽象轉換為教學內容。如,燃燒與滅火是生活中屢見不鮮的現象,如何才能促進物質燃燒或進行滅火,需要在眾多現象中抽象出燃燒的基本要素。即有可燃物和助燃物,溫度要達到著火點。
3.3.3宏觀與微觀的轉換在宏觀物質、微觀粒子和化學符號之間建立聯系,是化學科學特有的思維方式[4-6]。物質在宏觀上所表現出的各種屬性,其本質決定于微觀粒子的微觀結構,所以進行宏觀與微觀的轉換有利于全方位、多角度地認識客觀事物。如一氧化碳和氮氣,從物質組成(CO和N2)上看完全不同,但它們的性質卻十分相似,其根本原因在于分子結構相似(互為等電子體),分子中都存在共價三鍵(CO、NN),且鍵能相近,這使得2種看似毫不相干的物質卻有著相同或相似的性質。
參考文獻
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