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關(guān)鍵詞:綠色化學(xué);有機(jī)化學(xué);教學(xué)
中圖分類(lèi)號(hào):G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1674-9324(2015)51-0250-02
一、引言
“綠色化學(xué)”又稱(chēng)環(huán)境無(wú)害化學(xué)、環(huán)境友好化學(xué)、清潔化學(xué),是設(shè)計(jì)研究沒(méi)有或盡可能少的環(huán)境負(fù)作用,并在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上可行的化學(xué)品和化學(xué)過(guò)程,包括原料和試劑在反應(yīng)中的充分利用。它是實(shí)現(xiàn)化學(xué)污染防治的基本方法和科學(xué)手段,是一門(mén)從源頭上阻止污染的化學(xué)。綠色化學(xué)適用各種化學(xué)領(lǐng)域,是用化學(xué)的技術(shù)和方法去減少或消滅那些對(duì)人類(lèi)健康、社區(qū)安全、生態(tài)環(huán)境有害的原料、催化劑、溶劑、試劑和產(chǎn)物、副產(chǎn)物等的使用和產(chǎn)生。
有機(jī)化學(xué)是化學(xué)的重要組成部分,有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)是高?;瘜W(xué)化工、環(huán)境、醫(yī)學(xué)、農(nóng)學(xué)等專(zhuān)業(yè)重要的基礎(chǔ)課,對(duì)學(xué)生掌握有機(jī)化學(xué)知識(shí),培養(yǎng)思維能力有著十分重要的作用。有機(jī)合成化學(xué)實(shí)驗(yàn)中使用的許多試劑、溶劑、催化劑以及排放的廢料,都易對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染,影響實(shí)驗(yàn)者的健康,所以在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中實(shí)行綠色化學(xué)教育,培養(yǎng)學(xué)生的綠色化和環(huán)保意識(shí)有十分重要的意義,也是高校有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的重點(diǎn),因此,實(shí)現(xiàn)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化教學(xué)勢(shì)在必行。作為多年從事有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教師,結(jié)合實(shí)際教學(xué)情況和體會(huì),對(duì)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化,提出了一些想法,并進(jìn)行了初步的實(shí)踐?,F(xiàn)將我們?cè)谟袡C(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中的一些經(jīng)驗(yàn)總結(jié)如下。
二、合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),體現(xiàn)綠色化學(xué)思想
在保證達(dá)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的和使學(xué)生能夠掌握基本操作技能的前提下,有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)要盡力遵循綠色化的途徑。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容應(yīng)盡量選用毒性小、廢棄物少、污染輕的實(shí)驗(yàn)。例如:“己二酸的制備”實(shí)驗(yàn),可以采用高錳酸鉀替代硝酸做氧化劑,避免實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生大量有毒的氮氧化物氣體和使用硝酸帶來(lái)的強(qiáng)腐蝕性。又如:利用液溴制備溴苯的實(shí)驗(yàn),液溴有毒,腐蝕性大,可以選用低毒高活性的溴化劑N-溴代丁二酰亞胺代替。
三、綠色化學(xué)理念在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的滲透
我們?cè)谟袡C(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中盡可能地實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的綠色化,注意培養(yǎng)學(xué)生的綠色化學(xué)意識(shí)。結(jié)合學(xué)校的實(shí)際情況,合理選擇有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,不選用苯、甲苯、二氯甲烷、硝基苯、苯胺等毒性較大的試劑作為溶劑、原料和產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)??傊谟袡C(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的操作過(guò)程中,要把綠色化學(xué)的理念貫穿到整個(gè)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)之中。
(一)試劑的選擇
時(shí)至今日,人們己形成了一種固定思維模式,習(xí)慣地將有機(jī)反應(yīng)放在溶劑中進(jìn)行。在傳統(tǒng)的有機(jī)合成中,有機(jī)溶劑是最常見(jiàn)的反應(yīng)介質(zhì),因?yàn)樗麄兡芎芎玫厝芙庥袡C(jī)物,保證物料混合均勻和熱量交換穩(wěn)定,但有機(jī)溶劑的毒性和難以回收又成為對(duì)環(huán)境造成污染的主要因素。隨著綠色化學(xué)的發(fā)展,新的綠色合成技術(shù)和合成方法不斷涌現(xiàn),這為有機(jī)實(shí)驗(yàn)的綠色化提供了很多有效途徑。近年來(lái)無(wú)溶劑、綠色溶劑(離子液體、超臨界流體、水)在有機(jī)合成中的應(yīng)用得到了空前的發(fā)展,這些手段對(duì)于加快反應(yīng)速度、減少能耗、減小污染有很重要的作用。
1.無(wú)溶劑的化學(xué)合成。在過(guò)去的近30年中,無(wú)溶劑化學(xué)合成得到很大發(fā)展。在合成中通常需要使用一些助劑,如催化劑或固體載體,也可能用到光、研磨、微波加熱和超聲波等方法。例如:苯基環(huán)己酮與查爾酮的Michael加成反應(yīng),可以使用溴化四丁胺為催化劑,在室溫下用研磨的方法合成。又如:2-苯基四氫喹唑啉的合成,可以在無(wú)溶劑條件下由2-氨基苯胺與苯甲醛的縮合,轉(zhuǎn)化率很高。
2.選用水為介質(zhì)的合成。以水為介質(zhì)的有機(jī)反應(yīng)是“與環(huán)境友好的合成反應(yīng)”的一個(gè)重要組成部分。水相中的有機(jī)反應(yīng)具有許多優(yōu)點(diǎn):操作簡(jiǎn)便、安全,沒(méi)有有機(jī)溶劑的易燃、易爆等問(wèn)題。在有機(jī)合成方面,可以省略許多諸如官能團(tuán)的保護(hù)和去保護(hù)等的合成步驟。水的資源豐富,成本低廉,不會(huì)污染環(huán)境,因此是潛在的“與環(huán)境友善”的反應(yīng)介質(zhì)。
3.選用綠色溶劑的化學(xué)合成。綠色溶劑被認(rèn)為是綠色化學(xué)中很有前景的一類(lèi)反應(yīng)介質(zhì),尤其是離子液體。離子液體的研究是近年來(lái)綠色化學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一,室溫離子液體是一類(lèi)特殊的液體熔融鹽,具有優(yōu)良的物理化學(xué)性質(zhì)及可修飾、調(diào)變的陰陽(yáng)離子結(jié)構(gòu),且可循環(huán)使用,被認(rèn)為是替代常用揮發(fā)性有機(jī)溶劑的新型綠色溶劑。近幾年來(lái),離子液體作為一種綠色溶劑及催化劑在有機(jī)合成中發(fā)揮了獨(dú)特的作用,受到人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。因此,在離子液體中進(jìn)行有機(jī)反應(yīng)成為化學(xué)研究的一個(gè)重要領(lǐng)域。例如:在芳醛與丙烯酸甲醋的不對(duì)稱(chēng)Baylis-Hillman合成反應(yīng)中,用季銨鹽型離子液體作為溶劑,產(chǎn)率很高。又如:在離子液體中進(jìn)行的Suzuki交叉偶合反應(yīng)與傳統(tǒng)方法相比具有諸多優(yōu)勢(shì):少量的催化劑即可使反應(yīng)活性明顯提高;無(wú)副產(chǎn)物產(chǎn)生,產(chǎn)物純凈且容易分離;反應(yīng)可以在空氣中進(jìn)行,產(chǎn)率不降低,催化劑不分解;催化體系可以重復(fù)使用。
(二)積極開(kāi)展微量或半微量實(shí)驗(yàn),減少試劑消耗和污染
傳統(tǒng)的常量實(shí)驗(yàn)具有現(xiàn)象明顯、操作方便的優(yōu)點(diǎn),但消耗多、污染大,不利于環(huán)境友好。微量或半微量實(shí)驗(yàn)推廣已有十幾年,逐漸引起各國(guó)化學(xué)教育界的廣泛重視,已成為國(guó)際趨勢(shì),成為化學(xué)實(shí)驗(yàn)改革的方向之一。目前我國(guó)已有數(shù)百所大中學(xué)校開(kāi)始在化學(xué)教學(xué)中采用微型實(shí)驗(yàn),取得了很好的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)主要有以下幾方面的特點(diǎn):節(jié)約藥品、節(jié)省能源、降低實(shí)驗(yàn)成本;實(shí)驗(yàn)迅速;減少環(huán)境污染,避免不安全隱患;能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣,提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能。例如:2-甲基-2-己醇的制備、乙酰乙酸乙酯的制備、肉桂酸的制備等實(shí)驗(yàn),按照實(shí)驗(yàn)教材藥品用量的■進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在同樣可以達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐瑫r(shí),減少了廢棄物的排放量,保護(hù)了環(huán)境。總之,微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)不僅有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、提高教學(xué)質(zhì)量,也有利于師生的身心健康以及培養(yǎng)環(huán)保意識(shí)和綠色化學(xué)的理念。
(三)綠色催化劑的選擇
催化劑在化學(xué)合成中起著十分重要的作用,每種新型催化劑的發(fā)現(xiàn)及催化工藝的研制成功,都會(huì)引起化學(xué)工業(yè)的重大革新。綠色催化自然是綠色化學(xué)研究的另一個(gè)重要內(nèi)容。少量、高效催化劑的加入可以大大加快反應(yīng)的速率、提高反應(yīng)的選擇性及降低副反應(yīng)的產(chǎn)生。綠色催化劑還應(yīng)該具備清潔無(wú)毒和可循環(huán)使用的特點(diǎn)。目前有機(jī)合成中使用的綠色催化劑主要包括固體酸、固體堿、晶格氧選擇氧化催化劑等非均相催化劑以及生物催化劑(酶催化劑)。例如:在傳統(tǒng)的有機(jī)合成中,烷基化、酯化、水合、?;?、烴類(lèi)異構(gòu)化反應(yīng)一般使用氫氟酸、硫酸、三氯化鋁等液體酸催化劑,這些催化劑在工藝上難以連續(xù)生產(chǎn),不易分離,對(duì)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重,危害人體健康,產(chǎn)生廢液廢渣,污染環(huán)境。而我們可以選擇分子篩、雜多酸、超強(qiáng)酸等新型催化劑。又如異丁烷與丁烯的烷基化反應(yīng)原來(lái)使用氫氰酸或硫酸作催化劑,現(xiàn)在可用新開(kāi)發(fā)的負(fù)載型磺酸鹽/SiO2催化劑代替。
(四)目標(biāo)產(chǎn)物的綠色化
綠色產(chǎn)品,應(yīng)具有合理的使用功能及使用壽命,產(chǎn)品易于回收、利用和再生,在使用過(guò)程中和使用后不會(huì)危害生態(tài)環(huán)境和人體健康,報(bào)廢后易于處置,在環(huán)境條件下容易降解。在有機(jī)實(shí)驗(yàn)中聯(lián)系實(shí)際,如目前大量使用的聚苯乙烯發(fā)泡塑料快餐盒,使用以后成為垃圾,在自然條件下,需數(shù)百年才能降解,對(duì)環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重的影響。為了加速它的自然降解,我們生產(chǎn)時(shí)可以在其中加入光敏劑、化學(xué)助劑等,使其在使用后幾個(gè)月內(nèi)即分解成無(wú)害物質(zhì)。
(五)廢棄物的回收利用
有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中使用的有機(jī)溶劑,一般毒性較大、難處理,隨意倒掉這些有機(jī)溶劑,不僅對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染,還會(huì)造成藥品的浪費(fèi)?;诰G色化學(xué)原則,處理這些有機(jī)溶劑,應(yīng)進(jìn)行重新蒸餾后利用,或在實(shí)驗(yàn)中重復(fù)再次使用。對(duì)于在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的有毒物質(zhì)也要積極處理,例如:在制備正溴丁烷的實(shí)驗(yàn)中會(huì)產(chǎn)生腐蝕性氣體溴化氫,要使用氫氧化鈉溶液進(jìn)行吸收處理,對(duì)水銀溫度計(jì)破損灑出的汞認(rèn)真進(jìn)行收集,并撒硫磺粉進(jìn)行處理,盡可能減少對(duì)學(xué)生的危害。對(duì)于某些數(shù)量較少、濃度較高確實(shí)無(wú)法回收使用的有機(jī)廢液,可采用活性炭吸附法、過(guò)氧化氫氧化法處理,或在燃燒爐中供給充分的氧氣使其完全燃燒。對(duì)實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的廢酸、廢堿,要指導(dǎo)學(xué)生倒入相應(yīng)容器中,經(jīng)中和至近中性(pH=6-9)時(shí)方可排放。通過(guò)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化實(shí)踐,有效地做到實(shí)驗(yàn)藥品循環(huán)使用,減少環(huán)境污染,使綠色化學(xué)教育在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中對(duì)學(xué)生起到潛移默化的作用,提高了學(xué)生的環(huán)保意識(shí)。
(六)多媒體在有機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用
隨著科技的發(fā)展和計(jì)算機(jī)普及,多媒體已成為化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展的趨勢(shì)和必然,將多媒體技術(shù)引入實(shí)驗(yàn)教學(xué),對(duì)提高學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作技能和對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解起著重要的作用。例如:像易燃易爆等危險(xiǎn)性較大的實(shí)驗(yàn)、毒性較大且不易控制的實(shí)驗(yàn),可使用多媒體教學(xué)輔助手段來(lái)代替此類(lèi)實(shí)驗(yàn),既保證了學(xué)生的安全,保護(hù)了環(huán)境,又達(dá)到了良好的教學(xué)效果。例如:在制備亞磷酸二苯酯的實(shí)驗(yàn)中,反應(yīng)出來(lái)的粗品需進(jìn)行減壓蒸餾,如反應(yīng)瓶溫度達(dá)到250℃,體系中存在微量的氧,亞磷酸將會(huì)冒煙,發(fā)生爆炸。
四、學(xué)生綠色化學(xué)意識(shí)的加強(qiáng)
我國(guó)綠色化學(xué)教育還處于起步階段,但化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化已經(jīng)成為化學(xué)教學(xué)改革發(fā)展的必然趨勢(shì),將成為培養(yǎng)學(xué)生的綠色化學(xué)觀念和創(chuàng)新能力的重要途徑。有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅需要培養(yǎng)學(xué)生的基本化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能,同時(shí)應(yīng)把綠色化學(xué)思想融于實(shí)驗(yàn)教學(xué)之中,讓學(xué)生了解綠色化學(xué),樹(shù)立起綠色意識(shí)。
實(shí)踐證明,在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中滲透綠色化學(xué)教育是可行的。
參考文獻(xiàn):
例1 (全國(guó)理綜課標(biāo)卷)分子式為C5H12O且可與金屬鈉反應(yīng)放出氫氣的有機(jī)化合物有(不考慮立體異構(gòu))( )
解析:由題意可知,題給有機(jī)物屬飽和一元脂肪醇,C5H12O對(duì)應(yīng)的烷烴為C5H12,而C5H12有三種同分異構(gòu)體:①CH3CH2CH2CH2CH3、②(CH3)2CHCH2CH3、③(CH3)4C;①、②和③分子中分別有3種、4種和1種等效氫原子,則其對(duì)應(yīng)的飽和一元脂肪醇(可看作是烷烴分子中的一個(gè)氫原子被—OH取代的產(chǎn)物)分別有3種、4種和1種.故答案為(D).
點(diǎn)評(píng):此題考查了飽和一元脂肪醇同分異構(gòu)體數(shù)目的判斷.首先根據(jù)題給有機(jī)物的通式和性質(zhì),明確題目要求;然后抓住飽和一元脂肪醇可看作是烷烴分子中的一個(gè)氫原子被羥基取代的產(chǎn)物的本質(zhì)(也可將C5H12O變形為C5H11—OH,而判斷C5H11—的異構(gòu)體有8種),可快速求解.
例2 (海南化學(xué)卷)分子式為C10H14的單取代芳烴,其可能的結(jié)構(gòu)有( )
(A)2種 (B) 3種
(C)4種 (D)5種
解析:因單取代芳烴C10H14即為C6H5—C4H9,而丁基—C4H9有4種CH3CH2CH2CH2—、CH3CH2CH(CH3)—、(CH3)2CHCH2—、(CH3)3C—,則其可能的結(jié)構(gòu)有4種.故答案為(C).
點(diǎn)評(píng):此題考查了單取代芳烴的同分異構(gòu)體數(shù)目的判斷.首先將題給分子式變形為單取代芳烴的形式,然后根據(jù)取代基異構(gòu)體的數(shù)目,可快速求解.
二、考查日常生活常用物質(zhì)的化學(xué)成分
例3 (海南化學(xué)卷)下列說(shuō)法正確的是( )
(A)食用白糖的主要成分是蔗糖
(B)小蘇打的主要成分是碳酸鈉
(C)煤氣的主要成分是丁烷
(D)植物油的主要成分是高級(jí)脂肪酸
解析:食用白糖的主要成分是蔗糖,小蘇打的主要成分是碳酸氫鈉,煤氣的主要成分是
CO和H2,植物油的主要成分是高級(jí)脂肪酸甘油酯.故答案為(A).
點(diǎn)評(píng):此題考查了日常生活常用物質(zhì)的化學(xué)成分.熟記這些常識(shí)性知識(shí)是解題的關(guān)鍵.
三、考查化石燃料的有關(guān)知識(shí)
例4 (上?;瘜W(xué)卷)下列關(guān)于化石燃料的加工說(shuō)法正確的是( )
(A)石油裂化主要得到乙烯
(B)石油分餾是化學(xué)變化,可得到汽油、煤油
(C)煤干餾主要得到焦炭、煤焦油、粗氨水和焦?fàn)t氣
(D)煤制煤氣是物理變化,是高效、清潔地利用煤的重要途徑
解析:石油裂化的目的是獲得更多的液態(tài)輕質(zhì)汽油,石油分餾屬于物理變化,煤制煤氣是化學(xué)變化,則(A)、(B)、(D)均不正確;而(C)正確.故答案為(C).
點(diǎn)評(píng):此題考查了化石燃料(石油和煤)綜合利用的有關(guān)知識(shí).掌握其有關(guān)知識(shí)是解題的關(guān)鍵.
四、考查多官能團(tuán)有機(jī)物的性質(zhì)
例5 (江蘇化學(xué)卷)普伐他汀是一種調(diào)節(jié)血脂的藥物,其
結(jié)構(gòu)如圖1所示(未表示出其空間構(gòu)型).下列有關(guān)普伐他汀
的性質(zhì)描述正確的是
( )
(A)能與FeCl3溶液發(fā)生顯色反應(yīng)
(B)能使酸性KMnO4溶液褪色
(C)能發(fā)生加成、取代、消去反應(yīng)
(D)1 mol該物質(zhì)最多可與1 mol NaOH反應(yīng)
解析:因該有機(jī)物分子中沒(méi)有酚的結(jié)構(gòu)單元,其不能與FeCl3溶液發(fā)生顯色反應(yīng),則(A)不正確;因該有機(jī)物分子中含有碳碳雙鍵、醇羥基(且醇羥基所連碳原子的鄰位碳原子上有氫原子)、羧基和酯基,其能使酸性KMnO4溶液褪色、能發(fā)生加成、取代、消去反應(yīng),則(B)、(C)正確;因該有機(jī)物分子中有1個(gè)羧基和1個(gè)酯基,1 mol該物質(zhì)可與2 mol NaOH反應(yīng),則(D)不正確.故答案為(B)、(C).
點(diǎn)評(píng):此題以普伐他汀為素材,考查了多官能團(tuán)有機(jī)物的性質(zhì).抓住該有機(jī)物所含官能團(tuán)與其結(jié)構(gòu)特點(diǎn),掌握官能團(tuán)的性質(zhì)是解題的關(guān)鍵.
例6 (全國(guó)理綜大綱卷)橙花醇具有玫瑰及蘋(píng)果香氣,可作為香料,其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式:
下列關(guān)于橙花醇的敘述,錯(cuò)誤的是( )
(A)既能發(fā)生取代反應(yīng),也能發(fā)生加成反應(yīng)
(B)在濃硫酸催化下加熱脫水,可以生成不止一種四烯烴
(C) 1 mol橙花醇在氧氣中充分燃燒,需消耗470.4 L氧氣(標(biāo)準(zhǔn)狀況)
(D) 1 mol橙花醇在室溫下與溴的四氯化碳溶液反應(yīng),最多消耗240 g溴
解析:因橙花醇分子中含有碳碳雙鍵和醇羥基,其能發(fā)生取代反應(yīng)和加成反應(yīng),則(A)正確;因橙花醇分子中羥基的鄰位碳原子上有氫原子,其在濃硫酸催化下加熱脫水發(fā)生消去反應(yīng),能生成2種四烯烴,則(B)正確;因橙花醇的分子式為C15H26O,1 mol橙花醇在氧氣中充分燃燒,需消耗21 mol氧氣(其在標(biāo)準(zhǔn)狀況的體積為470.4 L),則(C)正確;1 mol橙花醇在室溫下與溴的四氯化碳溶液反應(yīng),最多消耗3 mol溴(其質(zhì)量為480 g),則(D)錯(cuò)誤.故答案為(D).
點(diǎn)評(píng):此題以橙花醇為素材,考查了多官能團(tuán)有機(jī)物的性質(zhì).抓住該有機(jī)物所含官能團(tuán)與其結(jié)構(gòu)特點(diǎn),掌握官能團(tuán)的性質(zhì)(尤其是消去反應(yīng)的本質(zhì))是解題的關(guān)鍵.
五、考查有機(jī)物分子式的推斷
例7 (全國(guó)理綜課標(biāo)卷)分析表1中各項(xiàng)的排布規(guī)律,按此規(guī)律排布第26項(xiàng)應(yīng)為( )
解析:由題給表格信息可知,可把其分為4循環(huán),從第2循環(huán)開(kāi)始,每一項(xiàng)與前一循環(huán)的對(duì)應(yīng)項(xiàng)均增加1個(gè)“CH2”原子團(tuán);因26=4×6+2,則第24項(xiàng)為C2H4O2+5(CH2)=C7H14O2,第25項(xiàng)為C2H4+6(CH2)=C8H16,第26項(xiàng)為C2H6+6(CH2)=C8H18.故答案為(C).
點(diǎn)評(píng):此題以表格信息為素材,考查了有機(jī)物分子式的推斷,考查了對(duì)表格信息的分析處理能力.通過(guò)對(duì)題給表格信息的認(rèn)真分析、挖掘出隱含的排布規(guī)律是解題的關(guān)鍵.
六、考查核磁共振氫譜的應(yīng)用
例8 (海南化學(xué)卷)下列化合物在核磁共振氫譜中能出現(xiàn)兩組峰.且其峰面積之比為3∶[KG-*2/3]1的有( )
(A)乙酸異丙酯 (B)乙酸叔丁酯
(C)對(duì)二甲苯 (D)均三甲苯
解析 乙酸異丙酯[CH3COOCH(CH3)2]分子中有三種氫原子,其個(gè)數(shù)比6∶[KG-*2/3]3∶[KG-*2/3]1;乙酸叔丁酯[CH3COOC(CH3)3]分子中有兩種氫原子,其個(gè)數(shù)比為9∶[KG-*2/3]3=3∶[KG-*2/3]1;對(duì)二甲苯
點(diǎn)評(píng):此題考查了核磁共振氫譜的應(yīng)用.能夠書(shū)寫(xiě)有關(guān)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式,掌握核磁共振氫譜的意義和等效氫原子的判斷方法(同一碳原子上的氫原子是等效氫原子;同一碳原子上所連甲基上的氫原子是等效氫原子;處于對(duì)稱(chēng)位置上的氫原子是等效氫原子)是解題的關(guān)鍵.
七、考查有機(jī)物的除雜
例9 (上?;瘜W(xué)卷)下列有機(jī)化合物中均含有酸性雜質(zhì),除去這些雜質(zhì)的方法中正確的是( )
(A)苯中含苯酚雜質(zhì):加入溴水,過(guò)濾
(B)乙醇中含乙酸雜質(zhì):加入碳酸鈉溶液洗滌,分液
(C)乙醛中含乙酸雜質(zhì):加入氫氧化鈉溶液洗滌,分液
(D)乙酸丁酯中含乙酸雜質(zhì):加入碳酸鈉溶液洗滌,分液
解析:苯能夠萃取溴水中的溴,且苯酚與溴水反應(yīng)生成的三溴苯酚仍溶于苯中,無(wú)法通過(guò)過(guò)濾除去雜質(zhì),則(A)錯(cuò)誤;乙醇與水互溶,(B)操作溶液不分層,無(wú)法通過(guò)分液達(dá)到分離、提純目的,則(B)錯(cuò)誤;乙醛與水互溶,(C)操作溶液不分層,無(wú)法通過(guò)分液達(dá)到分離、提純目的,則(C)錯(cuò)誤;乙酸乙酯不溶于Na2CO3溶液,而乙酸與Na2CO3反應(yīng)生成乙酸鈉而進(jìn)入水相從而與乙酸乙酯分離,(D)正確.故答案為(D).
點(diǎn)評(píng):此題考查了有機(jī)物的除雜方法,考查了有關(guān)有機(jī)物的性質(zhì)與基本實(shí)驗(yàn)操作能力.
掌握有關(guān)物質(zhì)的性質(zhì)、物質(zhì)的除雜方法與原則(①“不增”:不能增加新的雜質(zhì);②“不減”:不能使被提純的物質(zhì)減少;③“易分”:操作簡(jiǎn)單,容易分離;④“最好”:最好使雜質(zhì)轉(zhuǎn)化為被提純的物質(zhì))是解題的關(guān)鍵.
八、考查有機(jī)物的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
例9 (北京理綜卷)下列說(shuō)法正確的是( )
(A)天然植物油常溫下一般呈液態(tài),難溶于水,有恒定的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)
(B)麥芽糖與蔗糖的水解產(chǎn)物均含葡萄糖,故二者均為還原型二糖
(C)若兩種二肽互為同分異構(gòu)體,則二者的水解產(chǎn)物不一致
(D)乙醛、氯乙烯和乙二醇均可作為合成聚合物的單體
解析:天然植物油是高級(jí)脂肪酸的甘油酯,屬混合物,沒(méi)有恒定的熔點(diǎn)、沸點(diǎn),則(A)不正確;盡管蔗糖的水解產(chǎn)物中含有葡萄糖,但蔗糖分子中沒(méi)有醛基,蔗糖沒(méi)有還原性,蔗糖為非還原型二糖,則(B)不正確;兩種互為同分異構(gòu)體的二肽,其水解產(chǎn)物相同,則(C)不正確;乙醛可合成聚乙醛,氯乙烯可合成聚氯乙烯,乙二醇與乙二酸可以縮聚成聚合物,則(D)正確.故答案為(D).
點(diǎn)評(píng):此題考查了有關(guān)有機(jī)物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與性質(zhì).掌握其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與性質(zhì)是解題的關(guān)鍵.應(yīng)當(dāng)注意的是油脂屬于混合物、蔗糖屬于非還原型二糖、互為同分異構(gòu)體的二肽的水解產(chǎn)物相同、乙醛也可作為合成聚合物的單體.
例10 (山東理綜卷)下列與有機(jī)物的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)有關(guān)的敘述正確的是( )
(A)苯、油脂均不能使酸性KMnO4溶液褪色
(B)甲烷和Cl2的反應(yīng)與乙烯和Br2的反應(yīng)屬于同一類(lèi)型的反應(yīng)
(C)葡萄糖、果糖的分子式均為C6H12O6,二者互為同分異構(gòu)體
(D)乙醇、乙酸均能與Na反應(yīng)放出H2,二者分子中官能團(tuán)相同
解析:分子中含有碳碳雙鍵的油脂能使酸性KMnO4溶液褪色,則(A)不正確;甲烷和Cl2的反應(yīng)屬于取代反應(yīng),乙烯和Br2的反應(yīng)屬于加成反應(yīng),則(B)不正確;葡萄糖與果糖的分子式相同(C6H12O6),而結(jié)構(gòu)式不同[葡萄糖與果糖的結(jié)構(gòu)式分別為CH2OH(CHOH)4
CHO和CH2OH(CHOH)3COCH2OH],二者互為同分異構(gòu)體,則(C)正確;盡管乙醇、乙酸均能與Na反應(yīng)放出H2,但乙醇分子中的官能團(tuán)為羥基,乙酸分子中的官能團(tuán)為羧基,則(D)不正確.故答案為(C).
點(diǎn)評(píng):此題考查了有關(guān)有機(jī)物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與性質(zhì)及有關(guān)反應(yīng)類(lèi)型的判斷.掌握其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與性質(zhì)及有關(guān)反應(yīng)類(lèi)型的概念是解題的關(guān)鍵.
九、考查有機(jī)物的命名、性質(zhì)、同系物的概念及分子式正誤的判斷
例11 (浙江理綜卷)下列說(shuō)法正確的是( )
(A)按系統(tǒng)命名法,化合物
CH3CH2CHCH2CH2CH(CH3)2[ZJ5,S]CH(CH3)2
的名稱(chēng)為2,6–二甲基–5–乙基庚烷
(B)丙氨酸和苯丙氨酸脫水,最多可生成3種二肽
(C)化合物[XC
.tif>,JZ]是苯的同系物
(D)三硝酸甘油酯的分子式為C3H5N3O9
解析: 對(duì)于(A),該化合物的名稱(chēng)應(yīng)為2,6–二甲基–3–乙基庚烷;對(duì)于(B),最多可生成4種二肽(其中,丙氨酸分子之間脫水生成1種二肽、苯丙氨酸分子之間脫水生成1種二肽、丙氨酸與苯丙氨酸兩分子之間脫水生成2種二肽);對(duì)于(C),該化合物分子中含有多個(gè)苯環(huán),不是苯的同系物;對(duì)于(D),三硝酸甘油酯的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為
CH2—CH—CH2[ZJ1,X;4,X;7,X]ONO2ONO2ONO2
,其分子式為C3H5N3O9,故答案為(D).
點(diǎn)評(píng):此題考查了烷烴的命名、氨基酸的性質(zhì)、苯的同系物的概念及三硝酸甘油酯分子式正誤的判斷.掌握烷烴的系統(tǒng)命名法、氨基酸分子間脫水生成二肽的性質(zhì)、苯的同系物的概念及三硝酸甘油酯的結(jié)構(gòu)是解題的關(guān)鍵.
十、有機(jī)框圖推斷題
例12 (浙江理綜卷)化合物X是一種環(huán)境激素,存在如下轉(zhuǎn)化關(guān)系(如圖2所示).
化合物A能與FeCl3溶液發(fā)生顯色反應(yīng),分子中含有兩個(gè)化學(xué)環(huán)境完全相同的甲基,其苯環(huán)上的一硝基取代物只有兩種.1H–NMR譜顯示化合物G的所有氫原子化學(xué)環(huán)境相同.F是一種可用于制備隱形眼鏡的高聚物.根據(jù)以上信息回答下列問(wèn)題.
(1)下列敘述正確的是.
(A)化合物A分子中含有聯(lián)苯結(jié)構(gòu)單元
(B)化合物A可以和NaHCO3溶液反應(yīng),放出CO2氣體
(C)X與NaOH溶液反應(yīng),理論上1 mol X最多消耗6 mol NaOH
(D)化合物D能與Br2發(fā)生加成反應(yīng)
(2)化合物C的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式是,AC的反應(yīng)類(lèi)型是.
(3)寫(xiě)出同時(shí)滿(mǎn)足下列條件的D的所有同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式(不考慮立體異構(gòu)).
a.屬于酯類(lèi) b.能發(fā)生銀鏡反應(yīng)
(4)寫(xiě)出BG反應(yīng)的化學(xué)方程式.
(5)寫(xiě)出EF反應(yīng)的化學(xué)方程式.
解析: (1)因化合物A能與氯化鐵發(fā)生顯色反應(yīng),故應(yīng)含有酚羥基,分子含有2個(gè)完全相同的甲基,其苯環(huán)上的一硝基化合物只有2種,則A的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為
,從而可知,(A)、(B)不正確;由題意可知B的結(jié)構(gòu)
簡(jiǎn)式為 CH3—C—C—OH[ZJ4,S;4,X;LX,6,S]CH3OHO ,1 mol X最多可與6 molNaOH反應(yīng),則(C)正確;而B(niǎo)在濃硫
酸的作用下發(fā)生消去反應(yīng)生成D,D能與Br2發(fā)生加成反應(yīng),則(D)正確.
(2)因A與足量的濃溴水反應(yīng)生成化合物C,則C的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為
(3)因D的分子式為C4H6O2,屬于酯類(lèi)、且能發(fā)生銀鏡反應(yīng),則D為甲酸酯,其可能的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為HCOOCH=CHCH3、HCOOCH2CH=CH2、
(4)因環(huán)狀化合物G的分子式為C8H12O4,其分子中所有氫原子化學(xué)環(huán)境相同,則G
的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為 [XC
(5)由題意可知E的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為
,從而可寫(xiě)出EF反應(yīng)的化學(xué)方程式.
答案:(1)(C)(D)(2)
(4)
濃硫酸
一定條件
點(diǎn)評(píng):以有機(jī)框圖推斷為素材,綜合考查有機(jī)物結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式的推斷、有機(jī)物的性質(zhì)與反應(yīng)類(lèi)型的判斷、同分異構(gòu)體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式與化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)等有機(jī)化學(xué)的知識(shí).根據(jù)題給信息,抓住突破口,掌握有關(guān)有機(jī)物的性質(zhì)(尤其是官能團(tuán)的性質(zhì))、同分異構(gòu)體的寫(xiě)法及化學(xué)方程式的寫(xiě)法(注意不能漏寫(xiě)副產(chǎn)物)是解題的關(guān)鍵.
十一、有機(jī)合成題
例13 (江蘇化學(xué)卷)化合物H是合成藥物鹽酸沙格雷酯的重要中間體,其合成路線如圖3.[FL)]
(1)化合物A的含氧官能團(tuán)為和 (填官能團(tuán)的名稱(chēng)).
(2)反應(yīng)①⑤中屬于取代反應(yīng)的是 (填序號(hào)).
(3)寫(xiě)出同時(shí)滿(mǎn)足下列條件的B的一種同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式.
Ⅰ.分子含有兩個(gè)苯環(huán);Ⅱ.分子有7個(gè)不同化學(xué)環(huán)境的氫;Ⅲ.不能與FeCl3溶液發(fā)生顯色反應(yīng),但水解產(chǎn)物之一能發(fā)生此反應(yīng).
(4)實(shí)現(xiàn)DE的轉(zhuǎn)化中,加入化合物X能發(fā)生銀鏡反應(yīng),X的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式.
(5)已知:
是合成抗癌藥物美發(fā)倫的中間體,請(qǐng)寫(xiě)出以
和[XC
.tif>,JZ]為原料制備該化合物的合成路線流程圖(無(wú)機(jī)試劑任用).合成路線流程:
解析: (1)由A的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式可知,化合物A的含氧官能團(tuán)為羥基和醛基.
(2)由題給信息可知,反應(yīng)①、③、⑤屬于取代反應(yīng),反應(yīng)②、④屬于加成反應(yīng).
(3)因B的分子式為C14H12O2,則符合條件的B的同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為
(4)因X能發(fā)生銀鏡反應(yīng),再由D和E的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式可知,X的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為
(5)用正向思維法進(jìn)行分析,可得其合成路線流程為:
故答案為:(1)羥基、醛基;(2)①③⑤;(3) 或
國(guó)際上對(duì)綠色化學(xué)化工有比較統(tǒng)一的原則,主要包括以下幾方面:其一,在生產(chǎn)源頭上防止廢棄物的產(chǎn)生,而不是產(chǎn)生廢棄物后再進(jìn)行凈化處理。其二,進(jìn)行生產(chǎn)原料最大化利用的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。其三,進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí),考慮生產(chǎn)效率,并減少生產(chǎn)原料和產(chǎn)品的毒性。其四,對(duì)于析出劑和溶劑等輔助產(chǎn)品,要盡量少用或不用,或盡量使用無(wú)害產(chǎn)品[2]。其五,盡量降低能量在生產(chǎn)過(guò)程中的損耗和其對(duì)環(huán)境的影響。其六,在考慮經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的前提下,盡量選擇可回收的加工材料作生產(chǎn)原料。其七,盡量避免在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生不需要的化學(xué)衍生物。其八,選擇更符合化學(xué)計(jì)量的催化劑。其九,化學(xué)產(chǎn)品在使用結(jié)束后可以進(jìn)一步分解成為無(wú)毒無(wú)害的降解產(chǎn)物。其十,研究并發(fā)展化學(xué)化工的生產(chǎn)過(guò)程,做到在危險(xiǎn)物形成前對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)和控制。
2綠色化學(xué)化工的發(fā)展趨勢(shì)
2.1綠色化工產(chǎn)品設(shè)計(jì)提高綠色化工設(shè)計(jì)的積極性,在綠色化工產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中,應(yīng)遵循以下設(shè)計(jì)原則,即:全生命周期設(shè)計(jì)、降低原料和能量消耗設(shè)計(jì)、再循環(huán)和再使用設(shè)計(jì)、利用計(jì)算機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)等。
2.2綠色化原料及新型原料平臺(tái)基于本研究所述原材料選擇的原則,一些新型的原料平臺(tái)在化工生產(chǎn)中越來(lái)越受到矚目,如以石油化學(xué)工業(yè)中的低碳烷烴、甲醇和合成氣、廢舊塑料以及生物質(zhì)等作為原料平臺(tái)。此外,對(duì)于傳統(tǒng)原料合成中有毒、有害、有刺激的原料的綠色化工藝也得到了廣泛的研究。
2.3新型反應(yīng)技術(shù)開(kāi)發(fā)傳統(tǒng)有機(jī)合成反應(yīng)中有毒試劑和溶劑的綠色替代物成為新型技術(shù)的發(fā)展方向。另外,反應(yīng)與相關(guān)技術(shù)(如生物技術(shù)、分離技術(shù)、納米技術(shù)等)的結(jié)合為開(kāi)發(fā)新型反應(yīng)路徑提供了發(fā)展空間。
2.4催化劑制備的綠色化和新型催化技術(shù)目前的研究大多關(guān)注使用新型的催化劑改變?cè)械幕瘜W(xué)反應(yīng)過(guò)程,而對(duì)催化劑制備時(shí)的綠化問(wèn)題很少關(guān)注。因此,對(duì)可回收并能反復(fù)使用的固體催化劑的研究,即如何在分子水平上構(gòu)筑活性和選擇性均能達(dá)到高水平的固體催化劑的研究成為今后發(fā)展的重要課題。此外,酶催化劑和仿生催化劑等的研究也成為未來(lái)的發(fā)展方向。
2.5溶劑的綠色化及綠色溶劑利用無(wú)毒無(wú)害的溶劑來(lái)代替揮發(fā)性的有機(jī)化合物溶劑是目前綠色化學(xué)的重要研究方向。此外,目前的研究還關(guān)注溶劑的閉環(huán)循環(huán)、以水做溶劑或無(wú)溶劑系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)等方面。
2.6新型分離技術(shù)對(duì)于新型的分離技術(shù)普遍關(guān)注超臨界流體萃取、分子蒸餾、生物分子和大分子的分離等方面,如何采用新型的分離技術(shù)同時(shí)又降低成本也將是未來(lái)的發(fā)展方向。
2.7計(jì)算化學(xué)與綠色化學(xué)化工相結(jié)合為了減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)及原料消耗,同時(shí)又能精準(zhǔn)地選擇底物分子、催化劑、溶劑和反應(yīng)途徑等,可以借助量子化學(xué)計(jì)算來(lái)實(shí)現(xiàn),從而達(dá)到綠色化工工藝和技術(shù)的目標(biāo)。此外,還可借助計(jì)算機(jī)技術(shù),模擬研究原料、反應(yīng)器設(shè)計(jì)、經(jīng)濟(jì)和商業(yè)模型等,以降低生產(chǎn)成本。本文來(lái)自于《黑龍江科學(xué)》雜志。黑龍江科學(xué)雜志簡(jiǎn)介詳見(jiàn)
3結(jié)語(yǔ)
1.1教材的選擇鑒于各個(gè)學(xué)?;瘜W(xué)類(lèi)及相關(guān)專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)模式和教學(xué)內(nèi)容都有很大差別,在高等有機(jī)化學(xué)導(dǎo)論教材的選用上,需要具體結(jié)合本校專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn),在明確教學(xué)目的前提下,制訂出詳細(xì)的教學(xué)目標(biāo)與課程目標(biāo).在本課程教學(xué)中,筆者選擇了由汪焱鋼、張愛(ài)東主編的《高等有機(jī)化學(xué)導(dǎo)論》作為教材.本書(shū)以有機(jī)結(jié)構(gòu)理論與反應(yīng)機(jī)理作為主軸,系統(tǒng)地介紹了有機(jī)反應(yīng)活性中間體及各類(lèi)主要有機(jī)反應(yīng)的歷程,同時(shí)還介紹了各類(lèi)有機(jī)合成反應(yīng)與過(guò)渡金屬有機(jī)化合物,具有較強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)和師范特色.全書(shū)邏輯性強(qiáng),層次分明,講解清晰,前后呼應(yīng),方便教學(xué).本教材共十七章,前六章主要從“靜態(tài)”角度討論立體化學(xué)、電子效應(yīng)和空間效應(yīng)、活性中間體和酸堿理論等;后面部分則主要從“動(dòng)態(tài)”角度討論各類(lèi)反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理,周環(huán)反應(yīng)和光化學(xué)反應(yīng)等.該課程內(nèi)容較多而學(xué)時(shí)相對(duì)較少,教師只能對(duì)部分有代表性的重要章節(jié)進(jìn)行講解和輔導(dǎo).根據(jù)周口師范學(xué)院實(shí)際和專(zhuān)業(yè)設(shè)置,結(jié)合學(xué)生的水平和往年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn),筆者主要講解第1,3,7,8,9,10,11,12,13,14章,重點(diǎn)介紹分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)活性的關(guān)系以及各種經(jīng)典的反應(yīng),尤其是它們的反應(yīng)機(jī)理和本質(zhì),其余章節(jié)由同學(xué)們自學(xué)完成.
1.2備課充分,胸有成竹高等有機(jī)化學(xué)導(dǎo)論課程內(nèi)容繁雜、理論性強(qiáng)、教學(xué)難度大,而且一些具體的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)又錯(cuò)綜復(fù)雜,教師如果沒(méi)有過(guò)硬的專(zhuān)業(yè)理論水平和邏輯思維能力,是很難深刻理解并掌握這些具體的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)原理的.因此,教師只有多學(xué)習(xí),多思考,善于鉆研教材,充分備課,才能在課堂上把知識(shí)講解透徹深刻,做到胸有成竹,旁征博引.同時(shí),要關(guān)注學(xué)生課堂上的思想狀況和課堂表現(xiàn),及時(shí)發(fā)現(xiàn)他們的優(yōu)、缺點(diǎn),學(xué)會(huì)舉一反三,融會(huì)貫通,才能在課堂上發(fā)揮得淋漓盡致、游刃有余,從而調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性.
1.3教學(xué)方法靈活多樣興趣是最好的老師.學(xué)生只有對(duì)所學(xué)內(nèi)容產(chǎn)生了濃厚的興趣,才能積極主動(dòng)地學(xué)習(xí).首先,教師教學(xué)語(yǔ)言盡可能做到用詞準(zhǔn)確,生動(dòng)有趣,富有啟發(fā)性和趣味性,注重熏陶感染,潛移默化,把情感、態(tài)度、價(jià)值觀等內(nèi)容貫穿于日常的教學(xué)過(guò)程之中.其次,教師在教學(xué)中可以綜合利用多種教學(xué)方式調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,比如創(chuàng)設(shè)情境法、探究式、互動(dòng)式和討論式教學(xué)等等,以期能夠活躍課堂氣氛,優(yōu)化課堂結(jié)構(gòu),并調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性.再者,在課堂教學(xué)中適當(dāng)?shù)恼故緦?shí)物模型,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,可以達(dá)到較好的教學(xué)效果.
1.4介紹科學(xué)前沿,促進(jìn)課堂教學(xué)教師除在課堂上講解教材知識(shí)外,還應(yīng)該精心選擇一些有機(jī)化學(xué)理論的最新研究成果并帶入課堂,讓學(xué)生及時(shí)了解化學(xué)學(xué)科發(fā)展的前沿,開(kāi)闊學(xué)生的學(xué)術(shù)眼界和視野,激發(fā)學(xué)生對(duì)本課程的學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)他們對(duì)科學(xué)研究的信心和興趣.同時(shí),向他們介紹科學(xué)奇聞趣事,像凱庫(kù)勒、R.B.伍德沃德、R.霍夫曼等化學(xué)家堅(jiān)持不懈的追求和奮斗歷史,可以陶冶他們的情操,激發(fā)其學(xué)習(xí)熱情,提高課堂教學(xué)質(zhì)量.
1.5充分利用多媒體輔助教學(xué),提高教學(xué)質(zhì)量高等有機(jī)化學(xué)導(dǎo)論課程內(nèi)容豐富卻比較抽象,同時(shí)學(xué)時(shí)非常有限,科學(xué)、合理地利用多媒體輔助教學(xué)必將達(dá)到事半功倍的教學(xué)效果.多媒體教學(xué)通過(guò)動(dòng)畫(huà)模擬、過(guò)程演示,以直觀、形象、生動(dòng)、感染力豐富等獨(dú)特的長(zhǎng)處和優(yōu)勢(shì),成為目前廣大教師廣泛采用的一種教育教學(xué)的重要手段.例如Pauling的雜化軌道及價(jià)鍵理論、手性分子的概念、1,3-丁二烯、取代環(huán)己烷典型構(gòu)象等內(nèi)容都比較抽象,采用多媒體軟件輔助教學(xué)不僅可以增大教學(xué)容量,而且有利于引導(dǎo)學(xué)生探究化學(xué)微觀世界的興趣,引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情,最終大大提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效果.
1.6加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐教學(xué)高等有機(jī)化學(xué)導(dǎo)論也是一門(mén)實(shí)驗(yàn)性很強(qiáng)的學(xué)科,長(zhǎng)期以來(lái)理論課和實(shí)驗(yàn)課相脫節(jié),為了更深一步理解有機(jī)化學(xué)的理論及各化合物的性質(zhì),以實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證理論成為高等有機(jī)化學(xué)教學(xué)中必不可少的重要環(huán)節(jié).因此,教師在強(qiáng)調(diào)理論知識(shí)學(xué)習(xí)的同時(shí),應(yīng)該在教學(xué)過(guò)程中向?qū)W生滲透實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容(實(shí)驗(yàn)課).在實(shí)踐中不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決問(wèn)題,通過(guò)這樣的實(shí)踐教學(xué),既可以提高學(xué)生的動(dòng)手操作能力,加深對(duì)理論知識(shí)的理解,又能夠培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度,為以后從事化學(xué)、化工、制藥以及與化學(xué)密切相關(guān)的各個(gè)領(lǐng)域的研究或?qū)嵺`工作都具有十分重要的意義.
2學(xué)生的“學(xué)”
2.1明確學(xué)習(xí)目的通過(guò)本課程的學(xué)習(xí),教師要讓學(xué)生在掌握基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)課程各項(xiàng)要求的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步系統(tǒng)地學(xué)習(xí)并掌握各類(lèi)重要有機(jī)化學(xué)理論,像化合物立體化學(xué)理論、有機(jī)反應(yīng)機(jī)理以及有機(jī)合成方法等.同時(shí),通過(guò)對(duì)有機(jī)化學(xué)理論某領(lǐng)域內(nèi)重大成果的研究思路與研究方法的分析,可以開(kāi)發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維,為他們以后從事理論基礎(chǔ)研究、應(yīng)用基礎(chǔ)研究或繼續(xù)深造打下牢固的理論基礎(chǔ).
2.2充分利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源當(dāng)今社會(huì),網(wǎng)絡(luò)資源非常豐富,可共享、利用的資源不勝枚舉,給學(xué)生提供了大量的教學(xué)信息,為學(xué)生的學(xué)習(xí)和發(fā)展提供了豐富多彩的教育環(huán)境和有力的學(xué)習(xí)工具.因此,學(xué)生除了學(xué)習(xí)教材外,要善于合理利用校園網(wǎng)、國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)中豐富的教學(xué)資源,這樣可以開(kāi)闊他們的視野,激發(fā)他們學(xué)習(xí)的動(dòng)力,獲取課本中無(wú)法獲得的知識(shí).
2.3閱讀科技文獻(xiàn),了解最新研究進(jìn)展在當(dāng)今科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的時(shí)代,通過(guò)閱讀科技文獻(xiàn),學(xué)生可以了解國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的研究進(jìn)展、跟蹤國(guó)內(nèi)外某個(gè)研究領(lǐng)域的進(jìn)展、把握最新的研究動(dòng)態(tài)和成果.所以學(xué)生要多搜集和閱讀一些前人的科技文獻(xiàn)資料,尤其是一些比較前沿的資料,有利于專(zhuān)業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)、知識(shí)的更新和培養(yǎng)綜合應(yīng)用知識(shí)的能力.這樣他們就可以變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí),同時(shí)提高了學(xué)習(xí)興趣.
2.4要敢于花時(shí)間和精力,學(xué)會(huì)理解記憶每一門(mén)學(xué)科都有自己的專(zhuān)業(yè)特點(diǎn),高等有機(jī)化學(xué)導(dǎo)論這門(mén)課程專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)、內(nèi)容多、理論性強(qiáng),而一些具體的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)錯(cuò)綜復(fù)雜,副反應(yīng)多,反應(yīng)條件苛刻,沒(méi)有過(guò)硬的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)理論知識(shí),是很難理解并正確認(rèn)識(shí)一些具體的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)的,因此要樹(shù)立起良好的學(xué)習(xí)態(tài)度,敢于花時(shí)間和精力學(xué)好高等有機(jī)化學(xué)導(dǎo)論,真正做到學(xué)有所思、思有所得、得有所成,讓自己的化學(xué)水平真正上一個(gè)臺(tái)階.同時(shí)理解記憶在任何一門(mén)學(xué)科中都是非常重要的,但對(duì)學(xué)習(xí)高等有機(jī)化學(xué)導(dǎo)論顯得特別突出,也只有理解記憶后,才能融會(huì)貫通、舉一反三.另外,對(duì)于一些有志于考有機(jī)化學(xué)專(zhuān)業(yè)研究生的學(xué)生來(lái)說(shuō),更應(yīng)該學(xué)好這門(mén)課程.
2.5學(xué)會(huì)溝通和交流良好的教學(xué)過(guò)程是師生之間相互溝通、相互交流從而產(chǎn)生師生情感的交融,并促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)能力提高的過(guò)程.在傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)程中,學(xué)生學(xué)習(xí)方式單一、被動(dòng),學(xué)生只是被動(dòng)地接受知識(shí),學(xué)生之間、師生之間缺乏有效的溝通和交流.因此,學(xué)生與學(xué)生之間、學(xué)生與老師之間應(yīng)該加強(qiáng)溝通和交流,相互學(xué)習(xí),能充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和學(xué)習(xí)興趣,提高學(xué)習(xí)效率,真正掌握理論知識(shí).
2.6理論和實(shí)踐相結(jié)合高等有機(jī)化學(xué)導(dǎo)論既是理論性很強(qiáng),又是實(shí)踐性很強(qiáng)的一門(mén)學(xué)科.學(xué)生除了學(xué)習(xí)教材基本理論知識(shí)外,應(yīng)該培養(yǎng)自己的學(xué)習(xí)實(shí)踐能力.實(shí)驗(yàn)是在理論指導(dǎo)下進(jìn)行的,而每一個(gè)實(shí)驗(yàn)的完成又是對(duì)理論知識(shí)的強(qiáng)化與鞏固.理論和實(shí)踐相結(jié)合既能增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手操作能力,又能強(qiáng)化學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解與掌握,有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力,因此要善于做到理論與實(shí)踐相結(jié)合,做到勤動(dòng)腦、勤動(dòng)手,做到知其然、知其所以然,做到學(xué)有所用、學(xué)有所成.
3小結(jié)
[關(guān)鍵詞]生物;有機(jī)化學(xué);教學(xué)改革
有機(jī)化學(xué)是研究有機(jī)化合物的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、反應(yīng)以及制備的學(xué)科;有機(jī)化學(xué)課程是我校為生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物科學(xué)、生物技術(shù)、生物工程以及食品專(zhuān)業(yè)本科生開(kāi)設(shè)的一門(mén)重要的基礎(chǔ)課之一,我校使用的是高等教育出版社出版汪小蘭編著的第四版《有機(jī)化學(xué)》。隨著如今高考擴(kuò)招的盛行,入學(xué)學(xué)生的化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)水平相對(duì)較低,而且我校的有機(jī)化學(xué)教學(xué)時(shí)數(shù)的進(jìn)一步壓縮(理論64學(xué)時(shí),實(shí)驗(yàn)32學(xué)時(shí)),如何為生物類(lèi)專(zhuān)業(yè)本科生教授好這門(mén)課程成為每位任課教師面臨的難題,如何進(jìn)行科學(xué)的教學(xué)改革是我們需要承擔(dān)的一項(xiàng)長(zhǎng)期而艱巨的任務(wù)。我們需要不斷的進(jìn)行探索、研究、總結(jié),為學(xué)生能更好地掌握這門(mén)課程的核心內(nèi)容做到“量體裁衣”。下面從以下幾個(gè)方面進(jìn)行介紹。
1鉆研教材,認(rèn)真?zhèn)湔n
教材是知識(shí)的主要載體,也是師生完成教與學(xué)雙邊活動(dòng)不可缺少的媒體。但是由于受篇幅的限制,教材在內(nèi)容的系統(tǒng)性和前沿性等方面存在一定的局限性。如果在教學(xué)中僅僅對(duì)教材內(nèi)容做簡(jiǎn)單陳述,無(wú)意會(huì)對(duì)學(xué)生造成照本宣科的印象,這樣勢(shì)必會(huì)影響最終的教學(xué)效果。“給別人一碗水,自己得有一桶水”,教師在在備課時(shí)不僅要參考大量的有機(jī)化學(xué)教材,還應(yīng)融入一點(diǎn)有機(jī)化學(xué)前沿領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。教師應(yīng)對(duì)教材的內(nèi)容進(jìn)行分析、比較、歸納和總結(jié),使知識(shí)更加調(diào)理清晰、淺顯易懂和生動(dòng)形象。同時(shí)從多角度、多層次、綜合、全面理解和詮釋每一個(gè)知識(shí)點(diǎn),這樣更有助于學(xué)生加深對(duì)所學(xué)知識(shí)點(diǎn)的理解和記憶。例如對(duì)于親核取代反應(yīng)兩種歷程SN1和SN2的影響因素的講解,我們可以以圖表的形式列出不同烴基、離去基團(tuán)、試劑的親核性以及溶劑對(duì)兩種反應(yīng)歷程的不同影響。教師在講解時(shí)逐個(gè)比較,使不同之處得以彰顯。備課時(shí)要要盡量做到重點(diǎn)和難點(diǎn)突出,學(xué)生要掌握的重點(diǎn)和難點(diǎn)要精講細(xì)講,可以按照自己編排的順序,不必按照教材的章節(jié)順序來(lái)講,盡量使用學(xué)生容易接受的方式來(lái)進(jìn)行講授。
2培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣
培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣是教授一門(mén)課程的重要環(huán)節(jié)。教師在教學(xué)中應(yīng)努力激發(fā)并培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)的興趣,使學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中感受到這門(mén)課程的樂(lè)趣[1]。我們?nèi)粘I钪械脑S多方面都與有機(jī)化學(xué)有千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系,如藥物、材料、能源和染料等都與有機(jī)化學(xué)密不可分。在課程的導(dǎo)入和講解過(guò)程中,適當(dāng)?shù)卮┎逡恍┯袡C(jī)化學(xué)小故事、小趣聞。不但能起到活躍課堂氣氛的作用,而且能增強(qiáng)學(xué)生對(duì)這門(mén)課程的求知欲,同時(shí)也能提高教學(xué)效果。例如在緒論中講述藥物和有機(jī)化學(xué)的關(guān)系時(shí),先向?qū)W生介紹臨床上用的一些藥物,如奎寧、可卡應(yīng)、阿托品和嗎啡等藥物都是從天然的植物中發(fā)現(xiàn)的,但是這些藥物分子結(jié)構(gòu)的確證都是通過(guò)有機(jī)化學(xué)的分析方法實(shí)現(xiàn)的,而且有機(jī)合成化學(xué)的發(fā)展最終使這些藥物分子實(shí)現(xiàn)人工合成。從而讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到,一種天然藥物的發(fā)現(xiàn),要經(jīng)歷分離提取、結(jié)構(gòu)確證和人工合成等步驟,所有這些步驟的進(jìn)行有需要有機(jī)化學(xué)的知識(shí)作為基礎(chǔ)。在講解烯烴的化學(xué)性質(zhì)之前,我向?qū)W生介紹乙烯能作為植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑以及乙烯的產(chǎn)量是世界上衡量一個(gè)國(guó)家石油化工發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一,我們新疆就有能夠年生產(chǎn)百萬(wàn)噸乙烯的工廠,它就是中國(guó)石油獨(dú)山子石化分公司乙烯廠。這些能夠結(jié)合專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)的豐富的課堂教學(xué)內(nèi)容、聯(lián)系與生命現(xiàn)象及人類(lèi)日常生活緊密相關(guān)的化學(xué)知識(shí),能夠激發(fā)學(xué)生對(duì)有機(jī)化學(xué)的學(xué)習(xí)興趣,從而調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)知識(shí)的主觀能動(dòng)性,最終加深理解并增強(qiáng)記憶。此外,我校設(shè)立了大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn),教研室的部分老師承擔(dān)了一些創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目,將一些對(duì)有機(jī)化學(xué)有研究興趣的學(xué)生吸納到課題組開(kāi)展一些創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的研究也能夠提高學(xué)生對(duì)于這門(mén)課程的學(xué)習(xí)興趣。
3發(fā)揮多媒體教學(xué)的優(yōu)勢(shì)
采用多媒體教學(xué)使在傳統(tǒng)教學(xué)中難以描述的教學(xué)內(nèi)容和無(wú)法觀察的現(xiàn)象以圖象和動(dòng)畫(huà)進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬,生動(dòng)直觀地展示出來(lái),克服了傳統(tǒng)教學(xué)無(wú)法用語(yǔ)言和板書(shū)的形式體現(xiàn)以及難以理解的弊端,從而能夠解決傳統(tǒng)教學(xué)模式下的一些教學(xué)難點(diǎn)。例如:在講到鹵代烴的雙分子親核取代反應(yīng)機(jī)理時(shí),在經(jīng)歷過(guò)渡態(tài)之后會(huì)出現(xiàn)產(chǎn)物的構(gòu)型翻轉(zhuǎn),因?yàn)楫a(chǎn)物的立體結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化[2],在平面上很難描繪清楚,很難讓學(xué)生直觀的去體會(huì)這一構(gòu)型翻轉(zhuǎn)的過(guò)程,增加了學(xué)生的理解難度。此時(shí),可以利用多媒體課件做出鹵代烷的立體結(jié)構(gòu)以及反應(yīng)過(guò)程的動(dòng)畫(huà)演示,形象直觀地展示在屏幕上,讓學(xué)生一目了然,更深刻的理解為什么這是一個(gè)雙分子取代的過(guò)程,同時(shí)也調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。另外,多媒體技術(shù)可以用形象的聲音和畫(huà)面把課堂演示實(shí)驗(yàn)中有毒的、有危險(xiǎn)性的實(shí)驗(yàn)通過(guò)過(guò)程模擬,使學(xué)生很快地理解并接受。例如:講解醇與金屬鈉的反應(yīng)時(shí),應(yīng)用此反應(yīng)與醇和水的反應(yīng)作比較來(lái)說(shuō)明醇比水的酸性弱些,可以用演示實(shí)驗(yàn),但是控制不好用量的話,會(huì)有一定危險(xiǎn),則可以用flas將整個(gè)過(guò)程形象的展示出來(lái),大大降低了學(xué)生理解的難度。多媒體教學(xué)作為一種新型的教學(xué)手段,極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。它使靜止的化學(xué)問(wèn)題動(dòng)態(tài)化、復(fù)雜的化學(xué)問(wèn)題簡(jiǎn)單化、枯燥的知識(shí)趣味化,有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。
4加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)
有機(jī)化學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科。有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)理論和有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)是相輔相成的,理論的學(xué)習(xí)為實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行奠定一定的基礎(chǔ),而學(xué)生通過(guò)做實(shí)驗(yàn)又會(huì)加深對(duì)于有機(jī)化學(xué)理論的認(rèn)識(shí),任何重理論輕實(shí)驗(yàn)的教學(xué)都是錯(cuò)誤的[3]。因此,在有機(jī)化學(xué)教學(xué)中要加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)課的管理。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,我們提前通知學(xué)生下一周將要進(jìn)行的實(shí)驗(yàn),要求學(xué)生做出充分的準(zhǔn)備,書(shū)寫(xiě)出合格的預(yù)習(xí)報(bào)告(包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、需要的試劑藥品及其重要的物理常數(shù)、實(shí)驗(yàn)裝置圖、詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)步驟等)。在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前,逐一檢預(yù)習(xí)報(bào)告并指出存在的問(wèn)題,經(jīng)簽字同意后,學(xué)生才開(kāi)始做實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)裝置由學(xué)生自己裝配,自己由原料合成指定產(chǎn)物,并分離提純,要求學(xué)生仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)過(guò)程,如實(shí)記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,在實(shí)驗(yàn)記錄本上叫學(xué)生編號(hào),不得任意涂改、撕毀原始記錄。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題,我們只進(jìn)行啟發(fā)性的引導(dǎo),由學(xué)生自己找出原因并解決問(wèn)題,絕不讓學(xué)生養(yǎng)成在實(shí)驗(yàn)中過(guò)度依賴(lài)指導(dǎo)老師的習(xí)慣。實(shí)驗(yàn)完成后檢查實(shí)驗(yàn)記錄本,最后簽字認(rèn)可,方可離開(kāi)實(shí)驗(yàn)室。并要求學(xué)生課后獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告,堅(jiān)決杜絕相互抄襲的現(xiàn)象,要求學(xué)生將重點(diǎn)放在討論部分,要求他們對(duì)該實(shí)驗(yàn)的成敗以及產(chǎn)率高低的原因進(jìn)行分析,寫(xiě)出自己對(duì)該實(shí)驗(yàn)的意見(jiàn)和體會(huì)。實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)不僅培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力,還使學(xué)生加深了對(duì)理論知識(shí)的理解與掌握,掌握了研究有機(jī)化合物的實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)。同時(shí),也培養(yǎng)了學(xué)生實(shí)事求是與積極探索的精神,善于思考和敢于創(chuàng)新的能力,全面提高了學(xué)生的綜合素質(zhì),從而使學(xué)生具備一定的科研能力。
5改革考試考核辦法
改革考試考核形式,糾正應(yīng)試型學(xué)習(xí)習(xí)慣是教學(xué)過(guò)程的重要一環(huán),是對(duì)教與學(xué)兩個(gè)方面效果的檢驗(yàn)。通過(guò)考試,不僅可以全面評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)、基本技能以及應(yīng)用能力的掌握程度,還可以獲取進(jìn)一步教學(xué)改革的信息。我校之前的有機(jī)化學(xué)考試都以期末考試為單一形式,這樣“一考定輸贏”的考核辦法造成學(xué)生忽略平時(shí)的學(xué)習(xí),考試前兩周加班突擊的學(xué)習(xí)狀況,其分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力并沒(méi)有在學(xué)習(xí)中得以提高。這種傳統(tǒng)的考試辦法已經(jīng)不能適應(yīng)當(dāng)今知識(shí)信息化的時(shí)代。我們改革了這門(mén)課程的考試辦法,全面評(píng)定學(xué)生的成績(jī),采取考核與考試相結(jié)合,平時(shí)與期末相結(jié)合的策略。在這門(mén)課程的最終總評(píng)成績(jī)中,平時(shí)成績(jī)占10%,實(shí)驗(yàn)成績(jī)占20%,期末考試占70%。其中,平時(shí)成績(jī)由考勤、作業(yè)和課堂提問(wèn)組成。這樣全面評(píng)定成績(jī)的方法調(diào)動(dòng)了學(xué)生在平時(shí)學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的主動(dòng)性,也促使學(xué)生不能忽視有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué),同時(shí)也避免了學(xué)生期末考試前加班突擊的局面。有機(jī)化學(xué)知識(shí)的獲得源自于對(duì)有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)理論的認(rèn)知以及科學(xué)地進(jìn)行有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn),對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力以及綜合素質(zhì)的提高十分必要,為學(xué)生后續(xù)專(zhuān)業(yè)課的學(xué)習(xí)奠定一定的基礎(chǔ)。在教與學(xué)的過(guò)程中,勇于嘗試并加強(qiáng)教學(xué)改革,在改革中不斷完善和發(fā)展,不但能提高學(xué)生學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)的主觀能動(dòng)性,而且在全面提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)方面發(fā)揮出應(yīng)有的功能。
參考文獻(xiàn)
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類(lèi)比是根據(jù)兩個(gè)(類(lèi))對(duì)象之間在某些方面的相似或相同,從而推出在其他方面也可能相似或相同的方法.其中的相同性或相似性可能是表面的、次要的、偶然的,也可能是主要的、本質(zhì)的、必然的.類(lèi)比作為一種指導(dǎo)性的策略,非常有利于引導(dǎo)學(xué)生解決化學(xué)問(wèn)題.由于知識(shí)經(jīng)驗(yàn)和抽象概括能力的不足,當(dāng)學(xué)生面臨一些與自身認(rèn)知結(jié)構(gòu)相偏離的化學(xué)問(wèn)題時(shí),往往一籌莫展,有時(shí)試圖用純演繹或純歸納的方式推理,最終也難奏效.而類(lèi)比卻成為十分活躍的思維工具,在已知和未知之間迅速架起一座座橋梁,形成解題之捷徑.在高三化學(xué)復(fù)習(xí)教學(xué)中,很多學(xué)生出現(xiàn)“講過(guò)的題會(huì),未講過(guò)的題目不會(huì)做 ”,“概念 、原理記住了,可就不會(huì)靈活運(yùn)用”,學(xué)生考試成績(jī)不太理想.基于此種現(xiàn)象,教師要引導(dǎo)學(xué)生將書(shū)本中熟悉的知識(shí)類(lèi)比到新的問(wèn)題中,通過(guò)問(wèn)題教學(xué)激發(fā)學(xué)生思維,鞏固已學(xué)知識(shí),培養(yǎng)學(xué)生類(lèi)比遷移、分析解決問(wèn)題的思維能力和演繹能力.
一、運(yùn)用類(lèi)比策略,訓(xùn)練學(xué)生的思
維能力
思維能力是能力的核心.思維能力的高低將直接影響到人的整體能力的高低水平.類(lèi)比策略的運(yùn)用,有利于學(xué)生廣開(kāi)思路.通過(guò)比較,誘發(fā)悟性,從而能進(jìn)入新穎別致的構(gòu)思設(shè)計(jì),最終獲得準(zhǔn)確而清晰的解題途徑和方法.
近幾年高考試題的特點(diǎn):“題在書(shū)外,理在書(shū)中.”這類(lèi)題目多數(shù)取材于最新的化工生產(chǎn)、科研成果、新的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō),這類(lèi)所謂“新類(lèi)型”的題目“陌生度”大,綜合性強(qiáng),靈活多變,解答時(shí)需要前后聯(lián)想甚至需要合作討論.對(duì)于這類(lèi)題,我們不但要在平時(shí)加強(qiáng)引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)把信息與自己所掌握的知識(shí)進(jìn)行類(lèi)比,還要讓學(xué)生通過(guò)類(lèi)比產(chǎn)生聯(lián)想從而解決問(wèn)題.利用類(lèi)比策略的關(guān)鍵是找到新題型與原題型的可類(lèi)比點(diǎn),即二者有相似性,從而用相似方法解答相似習(xí)題.
新題型與原題型之間的相似性表現(xiàn)在問(wèn)題情境、表面關(guān)系和深層實(shí)質(zhì)關(guān)系的相似性.若以情景和表面的相似性來(lái)解決試題,是不能完全得出正確地答案的,所以要把深層實(shí)質(zhì)的相似性的關(guān)系建立起來(lái),才能有效地解題.
例如,燃料電池,電解質(zhì)不同,反應(yīng)原理相同,正負(fù)極分別是還原氧化反應(yīng),不同的是電極反應(yīng)式不同.利用類(lèi)比策略可以解決以酸、堿、熔融物為電解質(zhì)的燃料電池.酸性下,碳轉(zhuǎn)化為CO2,氫轉(zhuǎn)化為H+;堿性下,碳轉(zhuǎn)化為CO2-3,氫轉(zhuǎn)化為水;熔融電解質(zhì)對(duì)應(yīng)的燃料電池類(lèi)似于堿性燃料電池,負(fù)極是借助電解質(zhì)的陰離子進(jìn)行反應(yīng),正極生成對(duì)應(yīng)的陰離子.只要分析清楚反應(yīng)的本質(zhì),電極反應(yīng)式就不難寫(xiě)出.學(xué)生只要學(xué)會(huì)解答常見(jiàn)燃料電池的簡(jiǎn)單習(xí)題,歸納總結(jié)一些規(guī)律性的知識(shí),遇到類(lèi)似的問(wèn)題時(shí)就可以迎刃而解.再如:類(lèi)鹵素或擬鹵素的化學(xué)性質(zhì)與鹵素單質(zhì)相似,學(xué)生熟悉鹵素單質(zhì)化學(xué)性質(zhì),就能解決類(lèi)鹵素或擬鹵素的相關(guān)練習(xí).
二、運(yùn)用類(lèi)比策略,培養(yǎng)學(xué)生的演
繹能力
類(lèi)比主要是找出兩類(lèi)對(duì)象的特殊本性,而演繹主要是從一般到特殊.“演繹”是指根據(jù)已有的知識(shí)規(guī)律、理論,將共同要素的新舊知識(shí)進(jìn)行類(lèi)比,運(yùn)用已有的規(guī)律、理論來(lái)指導(dǎo)新的學(xué)習(xí)與解答新的問(wèn)題.演繹法在高中化學(xué)中應(yīng)用比較多,如在基本概念、基本理論、物質(zhì)性質(zhì)等中應(yīng)用廣泛.培養(yǎng)學(xué)生的演繹能力,關(guān)鍵是進(jìn)行類(lèi)比聯(lián)想,異中求同,同中求異.類(lèi)比策略主要有系統(tǒng)類(lèi)比、正反類(lèi)比、新舊類(lèi)比.
系統(tǒng)類(lèi)比主要用于基本概念和基本理論中,如學(xué)習(xí)化學(xué)平衡后,再學(xué)習(xí)電離平衡、沉淀溶解平衡時(shí)就比較容易.因?yàn)樗鼈冇泄餐囊话阍恚涸谕惑w系中,正逆反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行,且正逆反應(yīng)速率相同時(shí),就達(dá)到平衡狀態(tài),即“異中求同”.通過(guò)對(duì)比,不同的化學(xué)平衡狀態(tài)是有區(qū)別的,及“同中求異”.再如:學(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)、離子反應(yīng)等理論,他們共同的是產(chǎn)生新物質(zhì),不同的是反應(yīng)物的符號(hào)不同.在復(fù)習(xí)中通過(guò)對(duì)比,就可以使知識(shí)學(xué)活并系統(tǒng)化正反對(duì)比是從正、反兩個(gè)方面進(jìn)行比較的.如,氧化反應(yīng)與還原反應(yīng)、氧化劑和還原劑、氧化性和還原性、沉淀與溶解、化合與分解、原電池和電解池、充電和放電等.只要記住一方,另一方正好相反,不用都記,都記反而會(huì)記混淆.
【關(guān)鍵詞】維生素D;生化代謝;生理功能;合成
Introduction of Vitamin D
YANG Chun-hua.Yongzhou Vocational Technical College,Yongzhou 425000
【Abstract】 The article aims to introduce the structure,resource and the metabolism of Vitamin D.It proceeds to present the physiology function,application and the synthesis.So as the readers can have a good understanding of Vitamin D.
【Key words】Vitamin D; Biochemistry supersession; Physiology function; Synthesis
早在20世紀(jì)30年代初,科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn),多曬太陽(yáng)或食用紫外光照射過(guò)的橄欖油、亞麻籽油等可以抗軟骨病,科學(xué)家們進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)并命名人體內(nèi)抗軟骨病的活性組分為維生素D。現(xiàn)我們已知維生素D是人和家畜、家禽生長(zhǎng)、繁育、維持生命和保持健康的必不可少的營(yíng)養(yǎng)必需物質(zhì)。目前維生素D的各種生理功能的研究是科學(xué)工作者的一個(gè)研究熱點(diǎn)。
1 維生素D的結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)
維生素D為脂溶性維生素,是固醇類(lèi)衍生物。現(xiàn)已知的維生素D有多種,比較重要的是維生素D2和D3,它們的結(jié)構(gòu)很相似,只是側(cè)鏈有差別。結(jié)構(gòu)式為:
維生素D是無(wú)色晶體,溶于脂肪,脂溶劑及有機(jī)溶媒中,化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,在中性和堿性溶液中耐熱,不易被氧化,但在酸性溶液中則逐漸分解。維生素D水溶液中由于有溶解氧而不穩(wěn)定,雙鍵還原后使其生物效應(yīng)明顯降低[1]。因此,維生素D一般應(yīng)存于無(wú)光,無(wú)酸,無(wú)氧或氮?dú)獾牡蜏丨h(huán)境中。
2 維生素D的來(lái)源
維生素D都是由相應(yīng)的維生素D原經(jīng)紫外線照射轉(zhuǎn)變而來(lái)的。維生素D原是環(huán)戊烷多氫菲類(lèi)化合物。維生素D原B環(huán)中5,7位為雙鍵,可吸收270~300 nm波長(zhǎng)的光量子,從而啟動(dòng)一系列復(fù)雜的光化學(xué)反應(yīng)而最終形成維生素D。如果維生素D原為麥角固醇,則光照產(chǎn)物是維生素D2,如果維生素D原是7-脫氫膽固醇,則光照產(chǎn)物是維生素D3。維生素D2又名麥角鈣化醇,主要由植物中合成,酵母,麥角,覃類(lèi)等含量較多。維生素D3又名膽鈣化醇,大多數(shù)高等動(dòng)物的表皮和皮膚組織中都含7-脫氫膽固醇,只要陽(yáng)光或紫外光照射下經(jīng)光化學(xué)反應(yīng)可轉(zhuǎn)化成維生素D3。維生素D3主要存在于海魚(yú)、動(dòng)物肝臟、蛋黃和瘦肉、脫脂牛奶、魚(yú)肝油、乳酪、堅(jiān)果和海產(chǎn)品中。兩種維生素D具有同樣的生理作用。人體的維生素主要由人體自身合成和動(dòng)物性食物中獲得。
3 維生素D的生化代謝
人們發(fā)現(xiàn)維生素D本身并沒(méi)有生理功能,只有轉(zhuǎn)變?yōu)樗幕钚孕问讲拍艹蔀橛猩砘钚缘挠行镔|(zhì)。維生素D的活性形式有:25-羥維生素D3、1,25-二羥維生素D3、24,25-二羥維生素D3等,其中以1,25-二羥維生素D3為主要形式。膳食中的維生素D3在膽汁的作用下,在小腸乳化被吸收入血。從膳食和皮膚兩條途徑獲得的維生素D3與血漿α-球蛋白結(jié)合被轉(zhuǎn)運(yùn)至肝臟后,首先在肝細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和線粒體中,經(jīng)25-羥化酶作用,變成25-羥維生素D3,然后再在腎臟中混合功能氧化酶-1α羥化酶作用,變成1,25-二羥維生素D3,其活性比25-羥維生素D3高500~1000倍[2]。然后在DBP轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的載運(yùn)下,經(jīng)血液到達(dá)小腸、骨等靶器官中與靶器官的核受體(VDRn)或膜受體(VDRm)結(jié)合,發(fā)揮相應(yīng)的生物學(xué)效應(yīng)。
4 維生素D的主要生理功能
4.1 調(diào)節(jié)鈣、磷代謝 維生素D的主要作用是調(diào)節(jié)鈣、磷代謝,促進(jìn)腸內(nèi)鈣磷吸收和骨質(zhì)鈣化,維持血鈣和血磷的平衡。具有活性的維生素D作用于小腸黏膜細(xì)胞的細(xì)胞核,促進(jìn)運(yùn)鈣蛋白的生物合成。運(yùn)鈣蛋白和鈣結(jié)合成可溶性復(fù)合物,從而加速了鈣的吸收。維生素D促進(jìn)磷的吸收,可能是通過(guò)促進(jìn)鈣的吸收間接產(chǎn)生作用的。因此,活性維生素D對(duì)鈣、磷代謝的總效果為升高血鈣和血磷,使血漿鈣和血漿磷的水平達(dá)到飽和程度。有利于鈣和磷以骨鹽的形式沉積在骨組織上促進(jìn)骨組織鈣化。
4.2 促進(jìn)骨骼生長(zhǎng) 維生素D3可以通過(guò)增加小腸的鈣磷吸收而促進(jìn)骨的鈣化。即使小腸吸收不增加,仍可促進(jìn)骨鹽沉積,可能是維生素D3使Ca2+通過(guò)成骨細(xì)胞膜進(jìn)入骨組織的結(jié)果。VD3的缺乏是引起佝僂病的原因,長(zhǎng)期缺乏陽(yáng)光照射的幼兒,由于骨質(zhì)鈣化不足易使骨骼生長(zhǎng)不良。單純?cè)黾邮澄镏锈}質(zhì),如果維生素D3不足,仍然不能滿(mǎn)足骨骼鈣化的要求。但1,25-二羥維生素D3對(duì)骨組織的作用具有兩重性。生物劑量的1,25-二羥維生素D3能提高成骨細(xì)胞活性,增加成骨細(xì)胞數(shù)目,超過(guò)生理劑量則提高破骨細(xì)胞的活性。
4.3 對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)分化的調(diào)節(jié) 1,25-二羥維生素D3對(duì)白血病細(xì)胞,腫瘤細(xì)胞以及皮膚細(xì)胞的生長(zhǎng)分化均有調(diào)節(jié)作用。如骨髓細(xì)胞白血病患者的新鮮細(xì)胞經(jīng)1,25-二羥維生素D3處理后,白細(xì)胞的增殖作用被抑制并使之誘導(dǎo)分化。1,25-二羥維生素D3還可使正常人髓樣細(xì)胞分化為巨噬細(xì)胞和單核細(xì)胞,這可能是其調(diào)節(jié)免疫功能的一個(gè)環(huán)節(jié)。1,25-二羥維生素D3對(duì)其他腫瘤細(xì)胞也有明顯的抗增殖和誘導(dǎo)分化作用。如1,25-二羥維生素D3可使種植于小鼠內(nèi)的肉瘤細(xì)胞體積縮小,使小鼠體內(nèi)結(jié)腸癌和黑色素瘤種植物的生長(zhǎng)受到明顯抑制。對(duì)原發(fā)性乳腺癌、肺癌、結(jié)腸癌、骨髓腫瘤細(xì)胞等均有抑制作用。此外,1,25-二羥維生素D3還能加速巨噬細(xì)胞釋放腫瘤壞死因子,而后者具有廣泛的抗腫瘤效應(yīng)。1,25-二羥維生素D3可明顯抑制表皮角化細(xì)胞和皮膚成纖維細(xì)胞的增殖并誘導(dǎo)其分化,故推測(cè)1,25-二羥維生素D3對(duì)某些皮膚過(guò)度擴(kuò)生性疾病可能有治療作用[3]。
4.4 對(duì)免疫功能的調(diào)節(jié) 維生素D具有免疫調(diào)節(jié)作用,是一種良好的選擇性免疫調(diào)節(jié)劑。當(dāng)機(jī)體免疫功能處于抑制狀態(tài)時(shí),1,25-二羥維生素D3主要是增強(qiáng)單核細(xì)胞,巨噬細(xì)胞的功能,從而增強(qiáng)免疫功能,當(dāng)機(jī)體免疫功能異常增加時(shí),它抑制激活的T和B淋巴細(xì)胞增殖,從而維持免疫平衡。1,25-二羥維生素D3對(duì)免疫功能調(diào)節(jié)的機(jī)制主要有:①通過(guò)1,25-二羥維生素D3受體介導(dǎo);②通過(guò)抑制原單核細(xì)胞增殖而間接刺激單核細(xì)胞增殖,促進(jìn)單核細(xì)胞向有吞噬作用的巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)化[4]。在防治自身免疫性腦機(jī)髓炎、類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、多發(fā)性硬化癥、Ⅰ型糖尿病和炎性腸病等有一定療效。
5 維生素D的應(yīng)用和生產(chǎn)
5.1 維生素D的應(yīng)用 隨著人類(lèi)對(duì)維生素D的生理活性的研究的深入,維生素D的重要性更加突出,現(xiàn)廣泛應(yīng)用于藥物制劑、食品添加劑和飼料添加劑等3個(gè)方面。做為藥物制劑,在臨床上主要用于治療佝僂病、軟骨病、骨質(zhì)疏松、甲狀腺機(jī)能減退、銀屑病等病癥;做為食品飲料添加劑,它可添加于牛奶、乳制品、飲料、餅干、糖果中,用于預(yù)防維生素D缺乏癥;維生素D作為家禽和家畜的飼料添加劑,可增加肉、蛋、奶的產(chǎn)量,提高其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。
5.2 維生素D的合成 目前,全世界只有少數(shù)幾個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家生產(chǎn)維生素D,其中以瑞士的羅氏公司產(chǎn)量最大。我國(guó)每年對(duì)維生素D的需求在10噸以上,因此,維生素D的開(kāi)發(fā)生產(chǎn)對(duì)國(guó)內(nèi)飼料工業(yè)以及醫(yī)藥工業(yè)的發(fā)展具有重大經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。
前面我們已經(jīng)知道,麥角固醇經(jīng)光照可得VD2,7-去氫膽固醇經(jīng)光照得VD3。近幾十年來(lái),國(guó)內(nèi)外眾多科學(xué)家從有機(jī)合成光化學(xué)角度開(kāi)展了全面研究。光化學(xué)合成VD2的原料麥角固醇主要來(lái)自酵母發(fā)酵,從生產(chǎn)青霉素等藥物的廢菌絲或植物油、香菇等產(chǎn)品中提取。北京化工大學(xué)從青霉素菌絲體提取麥角固醇,收率達(dá)50%,并成功開(kāi)發(fā)了一種高效的低壓汞燈作為紫外光源,對(duì)麥角固醇生產(chǎn)維生素D2進(jìn)行了連續(xù)式光反應(yīng)器的工業(yè)化規(guī)模放大實(shí)驗(yàn),并對(duì)反應(yīng)條件進(jìn)行了優(yōu)化,得出最佳工藝條件為:無(wú)水乙醇作為溶劑,麥角固醇初始濃度為1.0~1.2 g/L,停留時(shí)間控制在26~28 min。此時(shí),麥角固醇轉(zhuǎn)化率為60%,目的產(chǎn)物選擇性得率為65%。此工藝具有副產(chǎn)物少,產(chǎn)率高,便于操作等優(yōu)點(diǎn)[5]。
迄今為止,維生素D3的合成與生產(chǎn)都是從膽固醇出發(fā),首先經(jīng)一系列化學(xué)反應(yīng),將膽固醇轉(zhuǎn)化成7-去氫膽固醇,后者再經(jīng)光照發(fā)生開(kāi)環(huán)反應(yīng),生成預(yù)維生素D3,它再經(jīng)受熱,異構(gòu)化為維生素D3。光化學(xué)合成維生素D3的原料7-去氫膽固醇主要由動(dòng)物體提取的膽固醇合成,中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所開(kāi)發(fā)了一條從膽固醇合成7-去氫膽固醇的新路線。該路線應(yīng)用了可回收利用的氧化反應(yīng)催化劑,氧化劑用的是空氣,該催化劑可選擇性催化氧化使酰化膽固醇生成7-酮基?;懝檀?,再經(jīng)相應(yīng)的還原、脫除等反應(yīng)制備7-DHC。反應(yīng)過(guò)程中不會(huì)有難于除去的雜質(zhì)生成;天然膽固醇中含有的雜質(zhì)會(huì)在合成處理的過(guò)程中自然除去。另外,摒棄了傳統(tǒng)的溴化和脫除溴化氫的方法制備7-DHC,也避免了使用重金屬化合物為氧化劑或氧化反應(yīng)催化劑,完全杜絕了重原子溴對(duì)光化學(xué)反應(yīng)的不良影響。因此,該路線合成的產(chǎn)率高達(dá)55%;產(chǎn)品質(zhì)量好,純度高于95%(傳統(tǒng)的合成方法,產(chǎn)率約為40%左右,且含有影響光化學(xué)反應(yīng)的雜質(zhì),純度為90%)[6]。
6 結(jié)束語(yǔ)
隨著對(duì)維生素D的生理功能研究的深入,它的應(yīng)用必將更加廣泛,人類(lèi)對(duì)它的需求也會(huì)更多,大規(guī)模的使用維生素D所面臨的主要問(wèn)題是降低生產(chǎn)成本,提高產(chǎn)品質(zhì)量。因此,在完善現(xiàn)有合成技術(shù)同時(shí),努力開(kāi)發(fā)和研究新的維生素D合成技術(shù)具有現(xiàn)實(shí)意義。
參考文獻(xiàn)
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[2] 雄禮鵬.維生素D及其代謝物研究進(jìn)展.國(guó)外醫(yī)學(xué)、臨床生物化學(xué)與檢驗(yàn)學(xué)分冊(cè),1991,12(4):163.
[3] 劉桂萍.1,25-二羥基維生素D3的研究進(jìn)展.生物學(xué)教學(xué),1994,4:5.
[4] 何彩萍.維生素D的生物效應(yīng)與疾病.重慶醫(yī)學(xué),1995,24(1):57.
1.化學(xué)元素與人體健康
例1化學(xué)元素與人體健康息息相關(guān),在C、N、H、O、Ca、Zn等元素中,屬于人體必需的微量元素是
,若要補(bǔ)充含該元素的藥劑,一定要遵照醫(yī)囑,不能少服也不能多服,其原因是 。缺鈣會(huì)引起佝僂病,下列物質(zhì)可用于人體補(bǔ)鈣的是。
A.CaOB.Ca(OH)2C.CaCO3
解析:人體必需的微量元素有鐵、鋅、硒、碘、氟等;補(bǔ)充這些元素應(yīng)該適量,因?yàn)閿z入不足或攝入過(guò)量均不利于人體健康;CaO能與水反應(yīng)放出大量的熱,生成的Ca(OH)2具有強(qiáng)烈的腐蝕性,可用于補(bǔ)鈣的是CaCO3。
答案:Zn,攝入不足或攝入過(guò)量均不利于人體健康,C。
2.營(yíng)養(yǎng)素與人體健康
例2為了確保人體健康,需要吃些粗糧。玉米是營(yíng)養(yǎng)成分豐富的優(yōu)質(zhì)粗糧,玉米中的主要成分見(jiàn)下表。
(1)上表中含有人體所需的營(yíng)養(yǎng)素有類(lèi)。
(2)玉米初加工可得到淀粉,淀粉屬于(填序號(hào),下同)。
①無(wú)機(jī)物 ②糖類(lèi) ③有機(jī)合成材料 ④高分子化合物
解析:人體所需的六大營(yíng)養(yǎng)素是蛋白質(zhì)、糖類(lèi)、油脂、維生素、無(wú)機(jī)鹽和水。在玉米的主要成分中,閱讀表格可知,含有蛋白質(zhì)、油脂、糖類(lèi)、水和維生素B族5類(lèi);糖類(lèi)包含淀粉、纖維素和葡萄糖,所以淀粉屬于糖類(lèi),而且是高分子化合物。
答案:(1)5;(2)②④。
3.食品安全與人體健康
例3《食品安全法》從2009年6月1日起正式實(shí)施。某些奶粉中因?yàn)楹写罅康娜矍璋?對(duì)嬰幼兒身體造成極大傷害,國(guó)家已明令禁止生產(chǎn)和銷(xiāo)售。下列關(guān)于三聚氰胺(化學(xué)式為C3H6N6)的說(shuō)法正確的是()。
A.三聚氰胺中含有氮分子
B.三聚氰胺中C、H、N三元素質(zhì)量比為1∶2∶2
C.三聚氰胺由3個(gè)C原子、6個(gè)N原子、6個(gè)H原子構(gòu)成
D.三聚氰胺由C、N、H三種元素組成
解析:三聚氰胺分子中含有氮原子,不可能含有氮分子;三聚氰胺中C、H、N三種元素的原子個(gè)數(shù)比為1∶2∶2,質(zhì)量比為6∶1∶14。
答案:D。
二、化學(xué)與能源
1.化學(xué)反應(yīng)與能量變化
例4電能是人們生產(chǎn)和生活中必不可少的能量,在①水力發(fā)電 ②風(fēng)力發(fā)電③燃煤發(fā)電④太陽(yáng)能電池⑤垃圾焚燒發(fā)電等5種獲得電能的方式中,由化學(xué)能轉(zhuǎn)變得到的是 和 (填序號(hào))。
解析:由化學(xué)能轉(zhuǎn)變得到電能,一定要發(fā)生化學(xué)變化。在5種獲得電能的方式中,只有燃煤發(fā)電、垃圾焚燒發(fā)電的過(guò)程中發(fā)生了化學(xué)變化,是由化學(xué)能轉(zhuǎn)變得到電能的。
答案:③,⑤。
2.化學(xué)反應(yīng)與能源
例5“嫦娥一號(hào)”衛(wèi)星使用的燃料是液氫,助燃劑是液氧。氧氣從淡藍(lán)色液體變成無(wú)色氣體發(fā)生了變化,氫氣燃燒的化學(xué)方程式為。液態(tài)氫作燃料除燃燒時(shí)產(chǎn)生較大的推動(dòng)力外,另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是
。對(duì)于目前全世界出現(xiàn)的能源危機(jī),以及燃燒對(duì)環(huán)境的影響,我們應(yīng)該合理開(kāi)發(fā)利用的新能源有(至少填兩種)。
解析:氧氣從淡藍(lán)色液體變成無(wú)色氣體,并沒(méi)有生成新物質(zhì),是物理變化;氫氣作為燃料不僅能夠產(chǎn)生大量的熱,而且由于生成物是水,所以對(duì)環(huán)境無(wú)污染;應(yīng)該合理開(kāi)發(fā)的新能源有太陽(yáng)能、風(fēng)能等。
答案:物理,2H2+O2 2H2O,無(wú)污染,太陽(yáng)能、風(fēng)能等。
三、化學(xué)與環(huán)境
1.pH與酸雨
例6某環(huán)保監(jiān)測(cè)站取剛降下的雨水,每隔一段時(shí)間測(cè)定其pH,數(shù)據(jù)如下表,下列有關(guān)說(shuō)法不正確的是()。
A.雨水酸性逐漸減弱
B.雨水的酸性一段時(shí)間后趨于穩(wěn)定
C.酸雨會(huì)腐蝕機(jī)械設(shè)備和建筑物
D.硫和氮的氧化物是形成酸雨的主要因素
解析:0~2分鐘時(shí),pH由4.8減至4.5,2~5分鐘時(shí),pH維持在4.5不變。pH越小,酸性越強(qiáng),所以0~2分鐘時(shí)雨水酸性逐漸增強(qiáng);2分鐘后,雨水的酸性趨于穩(wěn)定;酸雨主要由硫和氮的氧化物引起,會(huì)腐蝕機(jī)械設(shè)備和建筑物等。
答案:A。
2.化學(xué)知識(shí)與水污染
例7水是生命之源,保護(hù)水資源、防止水污染是每個(gè)公民和全社會(huì)的責(zé)任。下列做法有利于防止水資源污染的是()。
①在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中合理使用農(nóng)藥和化肥②工業(yè)廢水和生活污水處理達(dá)標(biāo)后再排放③不用含磷洗衣粉④將海水淡化
A.①②④ B.②③④ C.①②③ D.①②③④
解析:保護(hù)水資源,人人有責(zé)?!皩⒑K睂儆谒睦?與防止水污染沒(méi)有關(guān)系。
答案:C。
3.化學(xué)知識(shí)與溫室效應(yīng)
例8溫室效應(yīng)被列為21世紀(jì)人類(lèi)面臨的最大威脅之一,二氧化碳是大氣中的主要溫室氣體。為了減緩二氧化碳使全球變暖的趨勢(shì),有科學(xué)家設(shè)想,將排放到空氣中的二氧化碳?jí)嚎s使其液化,然后將其壓入到冰冷的深海中。但也有科學(xué)家擔(dān)心海水中富含二氧化碳后酸度會(huì)增加,可能會(huì)殺死一些海洋生物,甚至?xí)芙獾舨糠趾4?從而造成災(zāi)難性的后果。
(1)為減少二氧化碳這種溫室氣體的排放,我們可以采取的措施有、 (兩種即可)。
(2)二氧化碳?xì)怏w轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w時(shí)將會(huì)能量(填“釋放”或“消耗”)。
(3)二氧化碳使海水酸度增加的原理用化學(xué)方程式表示為。
(4)二氧化碳在深海中的溶解度比在通常狀況下的水中的溶解度,理由是 。
解析:通過(guò)開(kāi)發(fā)新能源或減少化石燃料的使用等措施可減少二氧化碳的排放;氣體液化時(shí)放熱;二氧化碳會(huì)與水反應(yīng)生成碳酸,增加了海水的酸性;氣體的溶解度隨壓強(qiáng)的增大、溫度的降低而增大,而深海中與通常狀況相比,壓強(qiáng)大、溫度低,所以二氧化碳在深海中的溶解度會(huì)變大。
答案:(1)開(kāi)發(fā)新能源、減少化石燃料的使用或提高燃料的利用率。
(2)釋放。
關(guān)鍵詞:化學(xué)教學(xué);問(wèn)題;學(xué)科形象;常見(jiàn)錯(cuò)誤
文章編號(hào):1008-0546(2017)06-0027-02 中圖分類(lèi)號(hào):G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B
doi:10.3969/j.issn.1008-0546.2017.06.007
當(dāng)前,我國(guó)化學(xué)教學(xué)的總體現(xiàn)狀并不令人滿(mǎn)意:學(xué)生往往學(xué)了很多瑣碎的知識(shí),但缺少對(duì)學(xué)科的整體理解和核心素養(yǎng)的習(xí)得;做題很多(其中不少題目是經(jīng)不起科學(xué)推敲的),但可能并不明白科學(xué)精神為何物,更為嚴(yán)重的是學(xué)到最后心中留下的可能是一幅被扭曲變形的化學(xué)學(xué)科形象。這些問(wèn)題既阻礙了學(xué)生的成長(zhǎng)進(jìn)步,也不利于化學(xué)學(xué)科本身的長(zhǎng)足發(fā)展。下面將這些問(wèn)題概括成三個(gè)方面并作進(jìn)一步的深入分析。
一、化學(xué)常被貼上“知識(shí)瑣碎、理科中的文科”的標(biāo)簽
這當(dāng)然是由某些不恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方式造成的,其后果是直接導(dǎo)致不少學(xué)生因此對(duì)化學(xué)學(xué)習(xí)缺乏熱情。最典型的例子是在必修1“元素化合物”這一模塊內(nèi)容的教學(xué)中,不少學(xué)生對(duì)物質(zhì)性質(zhì)和反應(yīng)的掌握(這是很多學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的第一大攔路虎)只停留在冷冰冰的機(jī)械記憶層面,甚至有學(xué)校也專(zhuān)門(mén)安排早讀讓學(xué)生記憶化學(xué)反應(yīng)方程式,而老師課堂上也是頻頻抽查學(xué)生上黑板或在練習(xí)本上默寫(xiě)這些化學(xué)反應(yīng)。本來(lái)記憶也是學(xué)習(xí)的一種重要方式,但若學(xué)生光靠著死記硬背和默寫(xiě)眾多枯燥而零碎的化學(xué)方程式來(lái)學(xué)化學(xué),而對(duì)個(gè)性豐富的物質(zhì)和變幻無(wú)窮的反應(yīng)缺少真正的理解與熱情,顯然違背了化學(xué)教學(xué)的初衷。如此,化學(xué)被部分師生貼上“知識(shí)瑣碎、理科中的文科”的標(biāo)簽就不奇怪了。
引起上述問(wèn)題的罪魁禍?zhǔn)讘?yīng)當(dāng)是以下兩股力量的合謀:一是部分教師自身學(xué)科修養(yǎng)不夠,在教學(xué)中往往心有余而力不足,課堂缺乏學(xué)科核心思想和主旋律的統(tǒng)領(lǐng),沒(méi)有學(xué)科“精氣神”和系統(tǒng)邏輯的支撐,學(xué)生自然覺(jué)得瑣碎和沒(méi)意思,甚至老師自己都覺(jué)得沒(méi)意思;二是我們的大環(huán)境所致,即教育功利心太重,老師們疲于應(yīng)付考評(píng)而習(xí)慣于圍繞考點(diǎn)教學(xué),于是有意無(wú)意地放棄了更高層次的教學(xué)追求,學(xué)生最后腦子里充滿(mǎn)了瑣碎的考點(diǎn)但沒(méi)有形成整體的、有味道的化學(xué)。
解決上述問(wèn)題的關(guān)鍵在于我們教師的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)提升與教學(xué)用心。還拿 “元素化合物”內(nèi)容的教學(xué)為例,學(xué)生難以掌握好眾多化學(xué)反應(yīng)的原因很可能是我們的引導(dǎo)和示范不到位,比如:有沒(méi)有引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)欣賞化學(xué)反應(yīng)方程式這一核心化學(xué)用語(yǔ)的妙處(跨國(guó)家跨學(xué)科通用、形式簡(jiǎn)潔、內(nèi)涵豐富)?有沒(méi)有引導(dǎo)學(xué)生思考化學(xué)反應(yīng)與物質(zhì)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)的關(guān)系以及與生活生產(chǎn)的聯(lián)系(即要“上掛下聯(lián)”)?有沒(méi)有和學(xué)生一起由衷地贊嘆某些物質(zhì)或反應(yīng)(如合成氨、硅晶體)在人類(lèi)發(fā)展史上的重大貢獻(xiàn)?有沒(méi)有引導(dǎo)學(xué)生在具體反應(yīng)實(shí)例中感受化學(xué)“點(diǎn)石成金、變廢為寶”的獨(dú)特魅力……
如果教師在教學(xué)中真的做好了上述引導(dǎo),那么學(xué)生學(xué)習(xí)“元素化合物”等化學(xué)知識(shí)就不會(huì)主要靠死記硬背了,也就不會(huì)覺(jué)得化學(xué)瑣碎和沒(méi)意思了。
二、化學(xué)教學(xué)沒(méi)能在學(xué)生和公眾心中樹(shù)立起客觀、公正、美好的學(xué)科形象
現(xiàn)在不少學(xué)生和公眾對(duì)化學(xué)學(xué)科存在誤解,甚至把“環(huán)境污染、食品中毒”等牽涉面很廣的復(fù)雜社會(huì)問(wèn)題都簡(jiǎn)單歸責(zé)于化學(xué),更有極少數(shù)學(xué)生和公眾極端而膚淺地認(rèn)為化學(xué)就是“有毒、有害、污染、爆炸”的代名詞,這完全扭曲和抹黑了化學(xué)的學(xué)科形象,從而使一些學(xué)生對(duì)與化學(xué)化工有關(guān)的專(zhuān)業(yè)和職業(yè)不感興趣甚至產(chǎn)生畏懼心理,導(dǎo)致熱愛(ài)化學(xué)和報(bào)考高校化學(xué)專(zhuān)業(yè)的人數(shù)不多,最終將使化學(xué)學(xué)科吸引不到更多優(yōu)秀人才,最后這門(mén)學(xué)科的發(fā)展和人類(lèi)進(jìn)步也將因此受阻,這絕非危言聳聽(tīng)。
學(xué)生和公眾對(duì)化學(xué)的誤解主要是因?yàn)閷?duì)學(xué)科缺乏深入了解,同時(shí)反映出我們的一些教學(xué)做得不到位或欠妥當(dāng)(當(dāng)然還包括一些媒體不當(dāng)?shù)膱?bào)道與宣傳)。比如我們的教學(xué)中有沒(méi)有注意引導(dǎo)學(xué)生對(duì)“化學(xué)品和化學(xué)反應(yīng)具有兩面性”產(chǎn)生深刻認(rèn)識(shí)?一些教師常用化工原料泄漏中毒事件來(lái)引入氯氣或苯等物質(zhì)的教學(xué)是否妥當(dāng)?當(dāng)課堂上介紹與化學(xué)有關(guān)的環(huán)境問(wèn)題時(shí),有沒(méi)有首先告訴學(xué)生污染源的分類(lèi)(有天然和人為兩大類(lèi),且人為污染的罪責(zé)也主要在于相關(guān)部門(mén)的管理不力)以及化學(xué)在環(huán)境保護(hù)方面所承擔(dān)的積極角色?再如,讓學(xué)生進(jìn)實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)時(shí)是否有充分的安全保障措施……
首先,教師自己要意識(shí)到這些問(wèn)題的嚴(yán)重性,進(jìn)而認(rèn)識(shí)到在化學(xué)教學(xué)中“宣揚(yáng)綠色化學(xué)、展示安全化學(xué)、塑造魅力化學(xué)”的重要性;其次,要盡量想辦法解除部分學(xué)生對(duì)化學(xué)的負(fù)面誤解。比如,可以用一氧化碳(煤氣中毒)、丙硫醇(一般人通過(guò)洋蔥接觸)、黃曲霉素(存在于霉變食物)等物質(zhì)為例讓學(xué)生明白:很多有毒有害的物質(zhì)并非化學(xué)和化工帶來(lái)的(上述物質(zhì)顯然都是先于化學(xué)學(xué)科而存在的),反而是化學(xué)告訴了我們生活中這些潛在的危險(xiǎn)及其避免方法。又如,為了消除部分學(xué)生對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的恐懼和厭┬睦恚可以讓學(xué)生在網(wǎng)上觀看和感受?chē)?guó)內(nèi)外一些一流化學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全、舒適、溫馨的一面;第三,可以像美國(guó)中學(xué)化學(xué)教材那樣以一定的篇幅介紹與化學(xué)相關(guān)的各種有意思、充滿(mǎn)挑戰(zhàn)的工作以吸引學(xué)生,并通過(guò)教學(xué)不失時(shí)機(jī)地向?qū)W生展示化學(xué)的功勞貢獻(xiàn)(如大量新藥物新材料的合成等);最后,也是非常重要的一點(diǎn),要經(jīng)常引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)辯證、客觀地看待化學(xué)品和化學(xué)反應(yīng)對(duì)人類(lèi)生活的影響。如“氯氣”的教學(xué),知其毒性固然必要,但更重要的是讓學(xué)生知道其作為基本化工原料以及與生活生產(chǎn)的密切聯(lián)系。
三、過(guò)于絕對(duì)化甚至有明顯科學(xué)性錯(cuò)誤的結(jié)論在課堂教學(xué)和資料習(xí)題中時(shí)有出現(xiàn)
1. 關(guān)于電解時(shí)電極上物質(zhì)的放電順序。這在很多師生心中是固定絕對(duì)的,一般資料對(duì)此都給出固定的順序,并且僅限于陰陽(yáng)離子(如陰極Ag+>Fe3+>Cu2+>H+酸>Fe2+>Zn2+>H+水>Al3+>Mg2+等),而不指明這個(gè)順序只是經(jīng)驗(yàn)的、相對(duì)的,實(shí)際放電順序與電極材料、離子濃度、超電勢(shì)、電流大小等因素有關(guān)。如工業(yè)上曾用汞作陰極電解氯化鈉溶液獲得鈉汞齊(因H+在汞電極上放電時(shí)超電勢(shì)很大)進(jìn)而與水反應(yīng)制燒堿;又如,工業(yè)制苯胺的一種方法是用電解法使硝基苯在陰極得電子被還原成苯胺(電有機(jī)合成已是一門(mén)專(zhuān)門(mén)的學(xué)科)……所以,如果我們平時(shí)把電極放電順序過(guò)于絕對(duì)化,是不利于學(xué)生靈活解決實(shí)際問(wèn)題和后續(xù)發(fā)展的。
2. 升高溫度電離常數(shù)一定增大嗎?很多老師和資料都給出了絕對(duì)答案,認(rèn)為升高溫度一定促進(jìn)電離(還從化學(xué)鍵斷裂要吸收能量的角度進(jìn)行解釋?zhuān)?。其?shí),溫度對(duì)電離平衡的影響是比較復(fù)雜的,因?yàn)殡娊赓|(zhì)在水中的電離過(guò)程既包含化學(xué)鍵的斷裂還包含離子的水合過(guò)程(后者是釋放能量的)。比如HF,它的電離過(guò)程是放熱的,所以升高溫度反而抑制了電離。再比如CH3COOH,文獻(xiàn)表明它的電離常數(shù)并不是隨溫度升高單調(diào)遞增的。事實(shí)上,對(duì)于大多數(shù)電解質(zhì),當(dāng)溫度變化不大時(shí),可以認(rèn)為其電離常數(shù)基本保持不變。
3. 難溶電解質(zhì)的溶度積Ksp與其溶解度之間都可以相互換算嗎?曾見(jiàn)過(guò)這樣的習(xí)題:已知CaSO4常溫時(shí)溶解度為0.21g,請(qǐng)換算出CaSO4的Ksp值。結(jié)果換算出的Ksp值比實(shí)際文獻(xiàn)值大一個(gè)數(shù)量級(jí)。因?yàn)槭聦?shí)上,溶解的CaSO4并未完全電離,計(jì)算表明飽和CaSO4中真正電離的CaSO4不到其溶解總量的一半(另一大半溶解的部分仍以化合態(tài)CaSO4存在),因而其Ksp與溶解度之間不能簡(jiǎn)單換算。事實(shí)上,只有BaSO4等少數(shù)(溶解部分全部電離且離子不明顯水解的)難溶電解質(zhì),才可以進(jìn)行溶度積Ksp與溶解度之間的換算。
4. 同一反應(yīng)中氧化劑的氧化性往往強(qiáng)于氧化產(chǎn)物。不少資料以“二氧化錳氧化濃鹽酸制氯氣”的反應(yīng)為例來(lái)說(shuō)明這一比較物質(zhì)氧化性強(qiáng)弱的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律,即認(rèn)為二氧化錳氧化性強(qiáng)于氯氣。而事實(shí)上,查標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)知:Eθ(Cl2/Cl-)=1.36V,而 Eθ(Mn02/Mn2+)=1.23V,即標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)Cl2氧化性其實(shí)略強(qiáng)于MnO2,這也正是該反應(yīng)要用濃鹽酸才能進(jìn)行的原因。上述提及的比較物質(zhì)氧化性強(qiáng)弱的方法只是一種有局限的經(jīng)驗(yàn)方法,并非普遍適用,不能機(jī)械亂套。
5. SO3是平面正三角形結(jié)構(gòu)嗎?事實(shí)上SO3的立體結(jié)構(gòu)與其狀態(tài)有關(guān),氣態(tài)時(shí)分子為平面正三角形結(jié)構(gòu),中心硫原子軌道采用sp2雜化,而SO3在液態(tài)和固態(tài)時(shí)為鏈狀或環(huán)狀結(jié)構(gòu),都不再是平面型,硫原子軌道為sp3雜化。而我們很多資料試題在考察SO3分子結(jié)構(gòu)時(shí)并未指明物質(zhì)狀態(tài),這是很不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹?/p>
當(dāng)然,教學(xué)教輔中還有其他一些流行性錯(cuò)誤,如認(rèn)為“HCO3-與Ca2+不會(huì)發(fā)生沉淀反應(yīng)、MgCl2比NaCl熔點(diǎn)高、鋁與酸性相同的鹽酸和硫酸反應(yīng)速率相同、足量鋅分別與等量的鹽酸和醋酸反應(yīng)生成的氫氣一樣多、等濃度的碳酸氫鈉溶液堿性比醋酸鈉溶液強(qiáng)” 等,都是不查資料、不做實(shí)驗(yàn)、不深入學(xué)習(xí)思考導(dǎo)致的謬誤,此處不再一一細(xì)說(shuō)。
造成上述問(wèn)題的客觀原因與化學(xué)學(xué)科本身特點(diǎn)有關(guān):化學(xué)是一門(mén)關(guān)于泛分子的學(xué)問(wèn),其研究對(duì)象本身有一定的復(fù)雜性,所以它的不少結(jié)論目前還只停留在經(jīng)驗(yàn)或假設(shè)階段;而主觀原因則是我們老師缺乏深入學(xué)習(xí)思考和獨(dú)立批判的意識(shí),遇到問(wèn)題不愿投入精力研究實(shí)證,所以才有那么多劣質(zhì)教輔資料充斥著我們的課堂坑害我們的學(xué)生。
針對(duì)這一問(wèn)題,我們老師同樣可以在相當(dāng)程度上通過(guò)自身努力來(lái)避免。首先,我們對(duì)已有的任何理論都應(yīng)持一種保留態(tài)度和發(fā)展的眼光,力求在教學(xué)中克服“簡(jiǎn)單化、絕對(duì)化”的傾向;其次,我們一定要本著實(shí)事求是的態(tài)度教學(xué),如在備課或習(xí)題命制中,相關(guān)問(wèn)題一定要先查證資料或做實(shí)驗(yàn)反復(fù)推敲,切忌想當(dāng)然的主觀臆造,從而確保教學(xué)不出或少出科學(xué)性錯(cuò)誤。
如果我們教師都能通過(guò)立意高遠(yuǎn)、內(nèi)涵豐富、科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕虒W(xué)解決上述化學(xué)教學(xué)的三大問(wèn)題,讓學(xué)生領(lǐng)悟到化學(xué)獨(dú)特的邏輯體系、深刻的思想魅力和在人類(lèi)生存發(fā)展中的重要擔(dān)當(dāng),那么不但學(xué)生會(huì)真正喜愛(ài)化學(xué),而且化學(xué)學(xué)科本身也一定會(huì)吸引到更多優(yōu)秀青年學(xué)子,從而發(fā)展得更好更快。
參考文獻(xiàn)
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