高中化学学习要求：反应速率、平衡与计算

学习本模块的主要目的是让学生通过科学探究获得对化学反应所遵循的一般原理即化学反应本质的认识，增进对科学探究的理解，增强探索化学反应原理的兴趣，赞赏运用化学反应原理合成新物质对科学技术和人类文明发挥的重大作用，树立学习和研究化学的志向。

1.化学反应与能量

本主题的学习必须达到义务教育化学课程在“化学与社会发展”①中提出的“认识燃料燃烧的重要性，了解氢气、天然气（或沼气）、石油液化气、酒精、汽油和煤等燃料对环境的影响，懂得选择对环境污染较小的燃料”以及“知道化石燃料（煤、石油、天然气）是人类社会重要的自然资源”要求，或者达到科学（7－9年级）课程在“能与能源”②中提出的“列举能的多种形式”、“举例说明化学能与内能的转化，认识燃料的热值”以及“了解世界和我国的能源状况，调查过度开发不可再生能源带来的社会问题，认识能源的合理利用和开发与可持续发展战略的关系”等要求，还要先学习完普通高中化学必修模块。尽管本主题与高中化学必修课程化学2模块中的第2个主题名称相同，但两者的内容有所不同，前者的要求也明显高出后者。例如，在化学2中对化学能与热能、化学能与电能的转化只需要了解一些常见的实例，而对发生能量转化的化学反应本质则在选修模块中提出要求。具体地说，对于原电池反应，化学2的最低标准是只要求知道发生的化学反应是什么，能写出所发生的化学反应总方程式即可；而本主题则要求不仅要知道发生的化学反应是什么，而且要知道发生的电极反应是什么，要能写出相关的电极反应方程式。

“化学反应与能量”主要包括三个方面内容：一是研究化学能与热能的相互转化，二是研究化学能与电能的相互转化，三是研究化学能与其他形式能量相互转化的现实意义。

对于化学能与热能的相互转化，标准要求学生能从本质上了解化学能与其他形式的能量之间发生转化的原因，如标准要求学生“了解化学反应中能量转化的原因”、“了解反应热和焓变的涵义”、“了解原电池和电解池的工作原理”、“能解释金属发生电化学腐蚀的原因”等。关于化学反应的焓变，并不要求从给予焓准确定义后再给出规范的焓变的定义，而只是要求能从焓变了解反应热。

电化学及其相关知识是本主题的一个重要内容。标准从化学能与电能之间相互转化的角度对原电池、电解的原理及其应用提出了要求，从这个角度提出电化学及其相关知识主要基于电化学贡献可能是解决能源危机中的能量存贮问题。这部分内容涉及到原电池和电解池的工作原理，正确写出电极反应和电池反应方程式，了解常见化学电源的种类及其工作原理，解释金属发生电化学腐蚀的原因等。

内容标准中包含了许多研究化学能与其他形式能量相互转化的现实意义的条目，它们更多地侧重于体现过程与方法以及情感态度与价值观等课程目标。这些内容有些是从学生生活经验出发的，如“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”，“认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用”，“认识金属腐蚀的危害，通过实验探究防止金属腐蚀的措施”等，处理好这些内容有利于实现全面提高学生科学素养等化学课程理念。

本主题提供的十项活动与探究建议中，有些源自学生已有的生活经验，例如，“调查市场常见化学电池的种类，讨论它们的工作原理、生产工艺和回收价值”。该活动可引导学生从化学的视角审视这些他们过去熟视无睹的问题，有助于学生认识化学与人类生活的密切关系，在活动中不断学习相关的化学学科问题，增进学生的社会责任感，增强运用化学学科知识解决实际问题的参与意识，提高学生的决策能力。还有一些课题则源白“化学反应与能量”对未来社会的可能贡献。例如“讨论：太阳能储存和利用的途径”这一活动，就是基于对太阳能是未来主要能源的思考，通过各种探究活动让学生体验化学在解决这一问题中的重要作用。还有一些探究活动则具有较浓的学科特点，例如“实验探究：电能与化学能的相互转化”。上述活动能有力地促进学生科学探究素养的提高。

2.化学反应速率和化学平衡

在化学2模块中，提出了要“通过实验认识化学反应的速率和化学反应的限度”，要“了解控制反应条件在生产和科学研究中的作用”，也就是说在化学2中只要求学生能定性地认识到化学反应有快有慢，知道反应条件对化学反应快慢的影响结果，知道有许多化学反应的反应物不能完全转化为生成物，这是学习“化学反应速率和化学平衡”的基础。

本主题着重从三个方面研究化学反应速率和化学平衡：一是研究化学反应速率和化学平衡及其影响因素的本质原因；二是从定量角度去研究化学反应速率和化学平衡；三是研究平衡与速率理论在生活、生产和科学研究中的实际应用。

标准对于化学反应速率的要求建立在化学2部分解决了内因和外因本质区别的基础上，研究化学反应速率的定量表达，通过活化能研究，运用相关理论（如有效碰撞理论、过渡状态理论等）对影响化学反应速率的各种因素进行理论解释。标准还对化学反应速率的测定提出了明确要求。(www.xing528.com)

化学反应的方向一直是中学化学教学中被忽视的问题，在标准中特别增加了关于化学反应方向的条目。化学反应方向比较容易理解，但是对其本质原因却难以把握。标准提出“能用焓变和熵变说明化学反应的方向”，仅仅要求学生知道化学反应发生的总趋向是体系能量降低和熵的增加。基于这一阶段的学生的相关数学物理知识，要求他们准确地给出熵的定义是不可能的，所以标准并不要求给熵下定义，只要求学生知道熵是判断化学反应方向的重要依据。

关于化学平衡，标准要求学生能够描述其建立过程，通过探究外界条件对化学平衡的影响获得化学平衡移动原理，并能加以应用。对于化学平衡状态的定量描述，标准提出要求学生知道化学平衡常数的涵义，对与化学平衡相关的计算则限制在计算反应物转化率。

本主题提供了八项活动与探究建议，这些活动与探究建议都具有非常好的探究性。其中有用于建立相关概念的学科性较强的科学探究活动，如“浓度、温度对硫代硫酸钠溶液与稀硫酸反应速率的影响”、“温度、浓度对溴离子与铜离子配位平衡的影响”等，设计并让学生完成这些探究活动，对发展学生的逻辑思维能力非常有利。还有一些活动与探究建议则来自学生生活，如“温度对加酶洗衣粉的洗涤效果的影响”，是一个课题研究性的家庭实验，学生完全可以提出相关的研究报告，这对于学生深入研究酶催化剂的催化特点非常有益。在活动与探究建议中，有一些综合了速率和平衡原理，涉及这些原理的合理应用，如“合成氨反应条件选择的依据”，该问题的讨论要求学生将所学知识应用于生产实际之中，增进学生对化学反应原理的合理应用能促进人类社会文明发展的了解。

3.溶液中的离子平衡

本主题的知识基础是义务教育阶段化学（或科学）课程、高中阶段必修课程化学1、化学2中相关的元素化合物知识，以及本模块主题2中化学平衡方面的理论知识。

离子平衡广泛存在或应用于生产、生活的方方面面，人体体液就是一个复杂的离子平衡体系。化学平衡原理应用于解决溶液中的离子平衡问题是本主题的主要内容，涉及到的溶液中的平衡体系主要是电离平衡和沉淀溶解平衡，此外，还介绍了在生产、科研等领域有着重要应用的溶液pH。

电离平衡和溶液pH是本主题内容标准的重点。电离平衡主要涉及到弱电解质的电离、盐类的水解以及水的电离等，这部分内容需要了解这些平衡建立的原因、影响这些平衡的因素等等。如对于弱酸的电离，需要知道弱酸的电离受到弱酸自身的性质、外界条件（如浓度、温度）等因素的影响，还要了解判断弱酸酸强度的依据。标准对于酸和碱的定义用酸碱电离理论给出，这既是对义务教育化学课程相关知识的一个升华，又是对酸、碱知识的系统总结。

标准对溶液的pH从引入的意义、测定以及简单计算都作了具体的要求，建议学生学会使用pH试纸以及采用pH计测定溶液的pH，对于溶液PU计算，只要求计算强酸溶液、强碱溶液以及涉及这两者反应后混合液的PH。关于水的离子积常数，一是知道其影响因素，二是知道溶液酸碱性判断的标准，三是在有关溶液的pH计算中将会运用到水的离子积常数。

标准对于沉淀溶解平衡仅仅要求定性地描述，知道沉淀转化的本质。

本主题提供了五项活动与探究建议，活动与探究建议内容丰富、形式多样，探究性较强。其中有些是在教学中多年使用的探究活动，如“测定不同盐溶液的pH，说明这些盐溶液呈酸性、中性或碱性的原因”，该活动用于建立盐类水解的概念非常经典。此外，本主题还选编了部分新的活动，如“用pH计测定中和反应过程中溶液pH的变化，绘制滴定曲线”，不仅可以强化对pH的认识，而且有利于发展学生分析、处理数据的能力；活动“查阅资料并交流：含氟牙膏预防龋齿的化学原理，提出加氟预防龋齿需要注意的问题”，源自学生日常生活，具有很强的现实性，有利于激发学生的学习兴趣，强化学生对化学科学与生产、生活联系的认识。