化学史教学之家
化学史教学是打开化学教育之门的另一密匙
实际化学史教学难以开展的原因之一,就是高考对于化学史很少触及,“不太重视”。即使有所提及,也是把化学史仅仅当作试题的背景材料,与学生的知识和能力考查没有关系,学生是否掌握化学史知识对考试成绩没有影响。[1]
通过分析、归纳近几年高考化学试题中涉及化学史的考察形式,探讨了编制化学史习题的几点注意点。
(1)直接考查化学历史事件及人物,考查基本学科素养
例1十九世纪初,英国科学家提出了近代原子学说,意大利科学家______首先提出了分子的概念
分析此题是第一次直接考试化学史的试题,由于之前高考中没有考查化学史相关内容,导致在教学过程中对化学史教育重视不够,评价目标只是学生对基本化学史实的记忆理解能力,因此其考查效果不是特别理想,导致此试题难度非常大(难度:0.05)。
此类化学史试题是对学生的思维能力考查不是特别深入,只能对化学史教育起到一定的促进作用,其根本目的是检验和提高学生的基本科学素养。类似的试题出现在年上海卷中(例2),同样是为提升学生的科学素养而设置的。此试题设置为选择题,由于干扰项对应的科学家均不是从事化学领域的科研工作,干扰作用不强,因而试题难度不大。
例2下列科学家中,为我国化学工业作出重大贡献的是______A.邓稼先B.李四光C.华罗庚D.侯德榜
(2)将化学家、化学研究过程作为背景,考查学科研究方法
例3门捷列夫在描述元素周期表时,许多元素尚未发现,但他为第四周期的三种元素留下了空位,并对它们的一些性质做了预测,X是其中的一种“类硅”元素,后来被德国化学家文克勒发现,并证实门捷列夫当时的预测相当准确。根据元素周期律,下列有关X性质的描述中错误的是_____
A.X单质不易与水反应B.XO2可被碳或氢还原为X
C.XCl4的沸点比SiCl4的高D.XH4的稳定性比SiH4的高
分析以门捷列夫为代表的科学家发现并完善了元素周期律,这是人类从化学角度认识自然界的一个重要成果,它表明构成千变万化的化学元素本身也是具有一定的规律。它带给我们的不仅是知识,还有对其研究使用的科学方法。例3是以当年门捷列夫预测锗的性质为背景,考查了对元素周期律的应用,实际上是呈现了归纳、演绎、分析推理等基本科学方法。此类试题向学生传递科学方法,有助于让学生在学习过程中去认识和利用科学方法。科学方法是人们在认识和改造客观世界的实践活动中总结出来的正确的思维方式和行为方式,是人们有效地认识自然和改造自然的工具和手段。在科学研究中,科学方法被视作产生知识的“知识”,是由知识转化能力的桥梁。
(3)将某个化学问题或物质的研究过程作为背景,考查科学探究能力
例4人们对苯的认识有一个不断深化的过程。
(1)年德国科学家米希尔里希,通过蒸馏安息香酸(即苯甲酸)和石灰的混合物得到液体,命名为苯,写出苯甲酸钠与碱石灰共热生成苯的化学方程式_______;
(2)由于苯的含碳量与乙炔相同,人们认为它是一种不饱和烃,写出C6H6的一种含叁键且无支链链烃的结构简式,苯不能使溴水褪色,性质类似烷烃,任写一个苯发生取代反应的化学方程式_______;
(3)烷烃中脱水2mol氢原子形成1mol双键要吸热,但1,3—环己二烯脱去2mol氢原子变成苯却放热,可推断苯比1,3—环己二烯_______(填稳定或不稳定);
(4)年凯库勒(图1)提出了苯的单、双键交替的正六边形平面结构,解释了苯的部分性质,但还有一些问题尚未解决,它不能解释下列事实(填入编号)_______;
a.苯不能使溴水褪色
b.苯能与H2发生加成反应
c.溴苯没有同分异构体
d.邻二溴苯只有一种
(5)现代化学认为苯分子碳碳之间的键是_______。
图1凯库勒
分析利用化学史料进行中学化学教学可开拓学生的知识领域,让体验科学探究过程,形成优秀的科学品质和科学精神,提高科学探究能力。这对于倡导科学探究的新课程而言,加强化学史教育无疑是提高科学探究能力的一种重要手段。在试题中运用化学史料展现整个科学研究的过程,让学生学习科学家进行科学研究所使用的科学思维和科学方法,可以帮助他们提高提出问题、猜想和假设、学生形成结论、评价与反思等基本能力,提高科学探究和实践能力,培养创新精神。
随着新的理论、新的技术发展,人们对物质的研究不断加深。例如对苯的结构的认识是一个不断加深的过程。在苯发现初期,科学家不能认识其结构,只能了解其元素组成与基本的化学性质;随后凯库勒根据其组成和化学性质,提出了单双键交替的环状分子结构;之后化学家开始利用先进的分子结构理论认识和解释苯分子的结构和性质。例4正是以苯的发现以及结构理论的不断发展为背景,向学生展现近一百多年来对苯分子结构和性质的研究过程。这种考查方式有利于学生了解科学研究的过程,深入领悟科学研究的方法,有助于提高其科学探究能力。
例5工业上可用食盐和石灰石为主要原料,经不同的方法生产纯碱。请回答下列问题:
(1)路布兰法是以食盐、石灰石、浓硫酸、焦炭为原料,在高温下进行煅烧,再浸取、结晶而制得纯碱。
①食盐和浓硫酸反应的化学方程式为_______;
②硫酸钠和焦炭、石灰石反应的化学方程式为_______(已知产物之一为CaS);
(2)氨碱法的工艺如图2所示,得到的碳酸氢钠经煅烧生成纯碱。
图2氨碱法示意图
①图中的中间产物C是_____,D是_____(写化学式);
②装置乙中发生反应的化学方程式为_____;
(3)联合制碱法是对氨碱法的改进,其优点是_____;
(4)有人认为碳酸氢钾与碳酸氢钠的化学性质相似,故也可用氨碱法以氯化钾和石灰石等为原料制碳酸钾。请结合图3的溶度(S)随温度变化曲线,分析说明是否可行?______________
图3
分析研究高效、绿色的物质合成方法一直是化学家奋斗的目标之一。对纯碱的工业生产的研究道路曲折而又充满着艰辛。例5就是纯碱的生产为背景,考查了对纯碱的工业制法的历史演变研究过程,并比较了不同方法的优缺点。最早生产纯碱的方法是路布兰法,其缺点原料利用不充分,成本较高、设备腐蚀严重等。于是比利时人索尔维对其进行研究,发明了氨碱法,解决了路布兰法的缺点。而氨碱法存在食盐利用率不高且副产品氯化钙难以利用等问题。我国的化工专家侯德榜对氨碱法进行了改进,将氨碱法与合成氨联合生产。这种生产的工艺体现了大规模联合生产的优越性,是综合利用原料、降低成本、减少环境污染和典型代表。
(4)将中国传统科技领域成果融入试题,渗透情感态度与价值观的教育
例6锌是一种应用广泛的金属,目前工业上主要采用“湿法”工艺冶炼锌。某含锌矿的主要成分为ZnS(还含少量FS等其他成分),以其为原料冶炼锌的工艺流程如图4所示。回答下列问题:
图4
(1)硫化锌精矿的焙烧在氧气气氛的沸腾炉中进行,所产生焙砂的主要成分的化学式为_____。
(2)焙烧过程中产生的含尘烟气可净化制酸,该酸可用于后续的____操作。
(3)浸出液“净化”过程中加入的主要物质为_____,其作用是_____。
(4)电解沉积过程中的阴极采用铝板,阳极采用Pb-Ag合金惰性电极,阳极逸出的气体是_____。
(5)改进的锌冶炼工艺,采用了“氧压酸浸”的全湿法流程,既省略了易导致空气污染的焙烧过程,又可获得一种有工业价值的非金属单质。“氧压酸浸”中发生主要反应的离子方程式为_____。
(6)我国古代曾采用“火法”工艺冶炼锌。明代宋应星著的《天工开物》中有关于“升炼倭铅”的记载:“炉甘石十斤,装载入一泥罐内,……,然后逐层用煤炭饼垫盛,其底铺薪,发火煅红,……,冷淀,毁罐取出,……,即倭铅也。”该炼锌工艺过程主要反应的化学方程式为_____。(注:炉甘石的主要成分为碳酸锌,倭铅是指金属锌)
《天工开物》是世界上第一部关于农业和手工业生产的综合性著作,是中国古代一部综合性的科学技术著作
分析课程标准中指出要“热爱家乡,热爱祖国,树立为中华民族复兴、为人类文明和社会进步而努力学习化学的责任感和使命感”。例5中除了体现对纯碱的制备方法的演变过程进行考查之外,引入中国近代伟大的化工专家侯德榜先生的对制碱工业的巨大贡献,有利于培养学生的爱国情怀,有利于形成正确的情感、态度和价值观。其实中国古代在冶金、火药、造纸、酿造以及制陶方面的工艺达到世界领先水平。对这些内容考查,有利于学生了解中国古代在科技领域的巨大成就以及在近代化学领域的一些基本情况,引导加入到学生为祖国科技研究的队伍中,激发学生的创新潜能,促进培养学生热爱祖国的品质。例6对这种思路进行了有益的尝试。该题是以目前采用“湿法”工艺冶炼锌为主要考查内容,在最后一问就是以明朝《天工开物》中有关“火法”冶炼锌的工艺,考查用化学方程式表示这一过程中的物质转化
习题教学是化学教学的重要环节之一。如何在习题教学中落实化学史教育是我们教师面临的新课题与新挑战。在化学教学中,有目的地进行化学史习题编制的尝试与探索,对改进训练方式,引导学生学习方式的变革,进而成功实施新课程,无疑具有十分重要的现实意义。在编制有关化学史习题时,应把握以下几点[2]
(1)在编制习题中运用化学史实,尤其是恰到好处地运用化学史实并非易事。为了帮助教师在任何一个水平上运用化学史实,可以提供以下策略,就是