“情境解构，模型建构”促进催化剂反应历程有效复习-《化学教学》(2020年11期).docx

龙源版权所有 “情境解构，模型建构”促进催化剂反应历程有效复习作者：江合佩 刘炯明 郑玉海来源：《化学教学》2020年第11期 摘要： 提出“情境解构，模型建构”复习模型的内涵、操作程序，并以“合成氨的意义与价值→均相催化→非均相解离吸附→缔合吸附→合成氨未来展望”为主线，设计“合成氨的反应历程分析”一课，为动力学催化剂反应机理专题复习提供可借鉴的操作模式和教学案例。 关键词： 情境解构; 模型建构; 催化剂; 反应历程 文章编号： 1005-6629（2020）11-0057-08 中图分类号： G633.8 文献标识码： B 当前，无论是国家的顶层设计还是学科的具体落实，都特别强调教学要融入真实情境，利用思维建模使得知识具有可迁移性。“催化剂与活化能”情境素材多来源于前沿学术期刊，陌生度大、信息量广，如何将真实情境与思维建模有效链接起来，正是本文探索的核心问题。 1 催化剂与活化能命题规律 2017年修订的《考试大纲》增加了“了解反应活化能的概念，了解催化剂的重要作用”，2017年版课程标准也增加了“知道化学反应是有历程的，认识基元反应活化能对化学反应速率的影响”等要求[1]。高考命题根据考纲及课标的变化，适时进行了调整，单旭峰[2]在谈到新型催化技术时指出“对于某些已经工业化的化学反应，采用新型的催化技术可提高转化效率、降低生产成本，该类情境主要考查推理反应过程的能量变化、判断反应历程和机理以及反应的转化率等”。梳理2018～2019年全国卷化学反应原理题不难看出，动力学不再仅仅局限于化学反应速率，越来越聚焦于化学反应历程，考查催化剂与反应历程的关系、催化剂与活化能的关系、中间产物判断和反应选择性等。 2 “情境解构，模型建构”复习模式内涵 “情境解构，模型建构”复习模式操作流程如图1 所示，情境线与建模线两条线索并行，情境解构是明线，模型建构是暗线。根据考查方向、需突破的难点及教学目标遴选合适的真实情境，从真实情境中抽提出必备知识、关键能力、学科素养、核心价值，将其转化为学科问题，设计教学活动。在真实情境转化为学科问题过程中，抽离出情境的关键要素，构建其逻辑关系，形成思维模型。 3 “情境解构，模型建构”复习模式操作程序 3.1 遴选适切的真实情境 情境是教学活动设计的载体，选取“合成氨的反应历程分析”这一情境素材，一方面是对《化学反应原理》教材中“化学反应条件的优化——工业合成氨”的深度挖掘，另一方面也融合了化学学科核心素养（见图2）。 3.2 设计高效的教学活动 通过对有关学术论文的解构、相关高考试题的重组改造，本节课以“情境素材导入→催化机理分析→解离吸附机理分析→缔合吸附机理分析→未来展望”作为教学主线，教学思路如图3所示。情境问题由熟悉到陌生、简单到复杂、理想到真实不断进阶，融入学科核心知识，精心设计驱动性问题，形成教学活动与任务，实现高频考点突破与学科素养提升相得益彰。 3.3 建构可迁移的思维模型 所谓模型建构即将真实情境中非主要的因素舍弃，提炼其中关键的要素进行抽象，在要素之间构建起一定的逻辑关系，形成思维模型。建模可以直接切入问题的本质，使得分析、解决问题的方法能实现迁移的功能及价值。全国卷化学反应原理题中关于反应历程的分析模型如图4所示。 4 基于“情境解構，模型建构”复习模式的教学设计 4.1 情境导入： 合成氨的意义与价值 [情境引入]工业合成氨解决了日益增长的人口与紧缺的粮食之间的矛盾问题，同时，氨气还是极为重要的能源载体、化工原料，Haber、 Bosch和Ertl 3位科学家也因合成氨研究获得了诺贝尔奖。今天我将带领同学们从合成氨反应历程角度来解构催化剂。 [过渡]高考题中也曾多次出现合成氨，如2014年天津卷、2018年11月浙江卷、2019年全国Ⅰ卷等。合成氨从传统的热催化向电催化、酶催化发展，因此依旧还是高考的热点。 [设疑]合成氨是放热熵减的反应，那么什么条件有利于合成氨反应的进行呢？ [学生]低温高压有利于提高反应的限度。 [分析]低温高压有利于提高反应的限度，这是从热力学的角度进行分析的，但是从动力学角度而言，低温会导致速率慢，不利于生产。再从成本、设备角度谈，高压对设备提出了高要求，也提高了成本。也正是因为这些因素，使得催化剂成为合成氨技术的关键。 [设疑]但是我们对催化剂了解多少呢？催化剂能参与化学反应，改变反应历程，降低反应活化能，加快反应速率，不改变反应焓变。但是你对催化剂与反应历程、过渡态等真的都了若指掌吗？接下来咱们一起来解锁催化剂。 设计意图： 真实情境有助于学科素养的落实，选择工业合成氨首先是因为教材上出现过，学生相对熟悉;其次是因为合成氨在人类历史上的重大意义，体现了化学推动人类发展的价值;第三是因为合