有機化學教學中難點的突破。有機化學教學中蘊含著豐富的科學思想和科學方法的內容,有機物的結構、性質是有機化學的基礎知識,也是應用有機知識進行合成的重要基礎。這就要求學生對有機物之間的反應機理有一定了解,而這恰恰也是有機化學中的難點。我們可以借助實驗、現代教學媒體結合的方式,讓學生從宏觀實驗現象、微觀反應過程兩方麵來理解有機反應的機理,這樣才能很好地應用有機物的結構、性質去解決一定的問題。
在剛開始學習有機化學時,學生頭腦中缺乏有機物分子構型的表象,通常並不把它們想象成是立體的空間結構,而往往停留在平麵結構上,就如同我們書寫它們的結構式一樣。
而實際上的反應應該說與這種表達方式還有一定差距:因為在加成反應中,乙烯分子中的碳碳雙鍵要斷開一條,每個碳原子就有一個電子,分別與溴原子結合,形成兩條新的共價鍵,得到1,2——二溴乙烷。在這個過程中,乙烯分子的構型要發生變化,從平麵結構要向空間四麵體結構轉換,這個過程從宏觀的反應現象是無法觀察到的,因此需要用動畫的形式把它表現出來:一個乙烯分子與一個溴分子起反應,一個溴原子先接近乙烯分子,這時溴原子之間的化學鍵減弱,鍵長逐漸變長,乙烯分子中碳碳雙鍵的一條鍵也逐漸斷裂,兩個碳原子間的距離逐漸增大,鍵角也從原來的120。變為接近109。新的碳、溴鍵形成後,最後得到類似於乙烯的空間結構。學生在學習乙烯的聚合反應時,對聚合過程中化學鍵的斷裂和形成會感到一定的困難,尤其是由聚合物反推單體的時候。因此,在給學生觀察烯烴的聚合反應時,特別要注意引導他們觀察碳碳雙鍵中的一個鍵斷裂。在催化劑的表麵,有幾個乙烯分子,當它們接觸到催化劑的時候,碳碳雙鍵斷裂1條,碳原子之間的距離由於相互作用減弱而增大,且鍵角從原來的120。變為約109。分子的構型從平麵結構轉為空間四麵體的結構,然後,由於每個碳原子都斷開一條鍵,還有一個電子未成鍵,每個乙烯分子中的碳原子都與另一個乙烯分子中的碳原子形成一條新的碳碳單鍵,很多的乙烯分子彼此結合成長的碳鏈,這個物質的分子量很大,就是我們通常所說的高分子化合物——聚乙烯。通過這個動畫,學生明確了聚合過程中化學鍵是如何斷裂、如何形成的,那麼在它遇到一個聚合物的結構式時,隻需要運用它的逆向思維就可以分析出它的單體。結合學生理解聚合的過程,
讓新形成的化學鍵斷裂,恢複成原來的化學鍵,就可以反推它的單體。
元素化合物教學難點突破。有些元素化合物的反應由於受到空氣中各種因素的幹擾,以實驗的形式不能十分準確地演示出來,這時我們可以借助電腦,來表述一種理想狀態下發生的化學反應,這樣有利於學生對知識的全麵理解。
例如氮氧化物與水、氧氣的反應。氮氧化物中,最常見的就是一氧化氮和二氧化氮。它們與水、它們與氧氣、它們與氧氣和水的反應是這一章的重點,也是難點。由於氣體性質的局限性,使得下列各步反應中收集到的氣體都會混有一些空氣,這時的現象不利於學生討論物質的性質,因此可以綜合運用實驗、借助現代教學媒體把難點加以分解。
第一種情況,也是最簡單的一種:二氧化氮與水的反應。首先,將盛滿二氧化氮的試管倒立在水槽中,觀察現象。學生會發現試管中的液麵開始上升,試管內氣體的顏色變淺。這時提出幾個問題:
①試管中發生了什麼化學反應?
②試管中剩餘的氣體是什麼,試管中的溶液是什麼?
③若試管中是純淨的02,液麵應上升到什麼位置?
④實際上液麵上升到什麼位置?
⑤將試管從水槽中取出,打開膠塞,有什麼現象?發生了什麼反應?
學生經過討論,可得出如下結論:試管中發生的反應主要是:
因此試管中剩餘的氣體是50,而試管中溶液的成分是?03;若試管中是純淨的02,根據方程式係數比判斷,體積的轉化為1體積的?0,液麵應上升到試管高度的2/3處;而實際上,因為二氧化氮是采用排空氣法收集的,會混有少量的空氣,因此液麵上升的高度會低於2/3處;將試管取出後,打開膠塞,試管中的一氧化氮會接觸空氣中的氧氣而轉化成二氧化氮,試管中的氣體顏色又變為紅棕色,發生的反應為:2X0+0221\02
到此為止,第一種情況分析完了,但教師可以趁熱打鐵,在第一種情況的基礎上追問學生:若將剛才第五個問題中的試管再次放入到水槽中,會有什麼現象?以此引出第二種情況。這個問題要是直接給學生提出,學生考慮起來會比較困難,但若在上述一係列分析之後再提出這個問題,學生會很容易地想到:若將試管再次放入水槽中,等於又重複了前麵的過程,即試管中的液麵開始上升,試管內氣體的顏色變淺。此時可把空上問題再引申一步,問學生:若反複重複這個過程,最終會怎樣?學生會做出大膽的猜測:液麵不斷上升,最終充滿整個試管!關於最終能否充滿試管,學生之間是存在爭議的。爭論的焦點就在於二氧化氮是否純淨。此時,教師可帶領學生反複重複這個實驗,反複觀察現象,直到最後,無論怎樣將試管中的氣體與空氣混合,氣體都不再出現紅棕色,說明這時試管中的殘留氣體全部都是空氣了。最後,通過實驗現象說明,實際上液體是不可能充滿試管的。
若把這個反複實驗的過程簡化,實際上整個實驗過程中,反應物是什麼呢?二氧化氮、氧氣和水。這就是我們要討論的第二種情況:二氧化氮、氧氣和水的反應。
問題:若將盛滿氣體的試管倒置在水中後,通入氧氣,會有什麼現象?
沒有了空氣的幹擾,液體有沒有可能充滿試管?學生在前麵討論的基礎上,能夠很快判斷出液麵會升高。至於會不會充滿試管呢?這個問題僅靠想象是不行了,學生要借助於具體的化學反應來分析這個問題。那麼,按照學生的思維邏輯,最終總會有氣體,又被水吸收產生,這反應就沒完了。此時老師應告訴學生,我們可以采用一種科學的抽象方法,因為這個反應的反應物畢竟隻是中間產物,既然是中間產物,就應該被消耗掉。因此,一氧化氮沒有了,二氧化氮、氧氣和水,最終全部轉化為硝酸。要求學生試著寫出二氧化氮、氧氣和水反應生成硝酸的反應方程式。有些學生會考慮,對①、②兩個反應方程式做數學處理,消去0,得到下麵的方程式。
此處,應該讓學生理解:這是科學抽象的結果,表示的是反應的結果而非過程。整個過程中發生的反應仍是①、②兩個反應。在此基礎上得出結論:如果試管中全部都是二氧化氮氣體的話,逐漸向其中通人氧氣,當兩者的物質的量之比為4:1時,從理論上來講,液體是可以153充滿試管的。或者換個角度說:當剩餘的足夠少,以至於以一個很小很小的氣泡、肉眼看不見的一個氣泡存在的時候,我們也可以近似地認為液體充滿試管了。
第二種情況理解透徹了,再討論第三種情況,相對就簡單了。
第三種情況:向盛滿一氧化氮的試管中逐漸通人氧氣,會看到什麼現象?
老師邊讓學生思考,邊演示這個實驗。學生會看到氣體由無色變為黃色,又由黃色變為無色,同時試管中的液麵不斷升高。到這裏,可以要求學生獨立分析這個問題。
這裏發生的仍是①、②兩個反應,隻不過順序顛倒了,先進行②,再進行①,往複多次。至於最後是否液體會充滿試管呢?學生已學會用抽象的方法,並借助數學工具加以討論,很快就得出結論,試管中的反應可表示為:
當與02按4:3的比例混合時,液體會充滿試管。掌握了這種方法,遇到類似的問題,學生就可以直接在頭腦中想象,將凡02與02、?0與02按照比例分配,然後計算,判斷產物。
有這樣一個問題:某50毫升的試管中用排水取氣的方法收集凡0氣體20毫升,將試管倒立在水槽中,向試管中持續通人氧氣,問:通入氧氣的體積分別為多少時,可以使得試管中氣體的體積分別為0、10毫升、20毫升、35毫野、50毫升?
在考慮這個問題時,應結合這個過程中發生的反應,在進行理性分析的同時,想象一下這個過程:
在討論每個問題之後,都用課件來演示如果沒有空氣的影響,每一步實驗都是純淨的氣體,會出現什麼現象,這樣更有助於學生對知識的理解和掌握。