化学史在中学化学教学中的应用研究

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  摘 要: 本文在中学化学课程内容基础上,将化学史分为化学学科的形成与奠基者、原子分子论与元素周期律、化学重要原理的提出、化学微观世界的探究四个部分,化学史应用在中学化学教学中具有极大价值,在教学中要合理应用化学史。
  关键词: 化学史 中学化学 教学应用
  一、问题的提出
  近年来,中学化学教学中化学史的应用逐渐被重视,许多高等师范院校开设了化学史课程。对于中学化学教学中需要应用的化学史实,已有研究都以举例形式呈现,未能系统指出中学化学阶段涉及的化学史实。笔者在中学化学课程内容的基础上,将化学史实分四个部分,下面对化学课程内容涉及的化学史实进行论述。
  二、化学学科的形成与奠基者
  1.化学学科的形成
  人类从用火开始,由野蛮进入文明,开始用化学方法认识和改造物质,人类用火烧制熟食、制作陶瓷、冶炼金属,逐渐学会酿造、染色等。早在公元前四世纪,我国有阴阳五行学说,认为万物的构成以金、木、水、火、土为基础,古希腊人提出的火、风、土、水四元素说,二者是古代朴素的元素观。公元前两世纪,炼丹术在古代中国盛行,后来传入欧洲,演化为炼金术,成为近代化学的雏形。
  2.波义耳——把化学确立为科学
  化学史学家把1661年作为近代化学的开端,因为这年有本对化学发展产生重大影响的著作问世,这本书是《怀疑派化学家》,它的作者是英国化学家波义耳(1627-1691),波义耳最大的贡献是给化学元素下了科学定义,他的科学成就还有对空气性质的研究、燃烧现象本质的研究、酸碱和指示剂的研究,波义耳被誉称“把化学确立为科学”。
  3.拉瓦锡——近代化学之父
  拉瓦锡(1743-1794),法国化学家,被称为“近代化学之父”,拉瓦锡的科学研究方法开创化学发展的新纪元,他推翻了统治化学理论达百年之久的燃素说,建立了以氧为中心的燃烧理论,他提出规范的化学命名法,倡导并改进定量分析方法,验证了质量守恒定律,撰写了第一部真正意义的化学教科书《化学基本论述》。
  三、原子分子论与元素周期律
  1.道尔顿——原子学说
  道尔顿(1766-1844),英国化学家,1808年道尔顿提出了原子学说,为近代化学的发展奠定了重要基础,在提出原子论的同时,确定原子量的测定工作,从而成为化学史上测定原子量的第一人,成为这一领域的拓荒者,引起当时欧洲科学界的广泛关注,测定各元素的原子量成为当时热门的课题。
  2.阿伏伽德罗——分子学说
  阿伏伽德罗(1776-1856),意大利物理学家、化学家,1811年阿伏伽德罗提出分子学说,在之后的50年里分子学说没有受到科学界的重视,尽管阿伏伽德罗做了再三努力,直到他1856年逝世,分子学说仍然没有为大多数化学家所承认,为了纪念阿伏伽德罗,把一摩尔某种微粒集体所含微粒数为阿伏伽德罗常数。
  3.康尼查罗——原子分子论
  康尼查罗(1826-1910),意大利化学家,1860年在德国卡尔斯鲁厄的国际化学家会议上,他用充分的论据证实了分子学说的正确性,康尼查罗的工作使原子分子论得以确立,当时因为不承认分子的存在,化合物的原子组成难以确定,原子量的测定和数据呈现一片混乱,原子分子论的确立使原子量测定工作走出困境。
  4.贝采尼乌斯——元素符号
  贝采尼乌斯(1779-1848),瑞典化学家,对化学的突出贡献是测定原子量和制定元素符号,他在近二十年的时间里孜孜不倦地从事原子量的测定工作,在化学发展史上写下光辉的一页,他首先倡导以元素符号代表各种化学元素,用化学元素的拉丁文名表示元素,这就是一直沿用至今的化学元素符号系统,他的元素符号系统公开发表在1813年由汤姆逊主编的《哲学年鉴》上。
  5.戴维——发现元素最多者
  戴维(1778-1829),英国化学家,19世纪初,戴维用电解法和热还原法制得钾、钠、镁、钙、锶、钡、硼和硅,证明了舍勒发现的黄绿色气体不是所谓的“氧化盐酸”,而是一种化学元素的单质。他将这种元素命名为Chlorine,中文译名为氯,使元素的种类增加了九种,是发现元素种类最多的科学家。
  6.门捷列夫——元素周期律
  门捷列夫(1834-1907),俄国化学家,于1869年发现元素性质随原子量的递增呈周期变化的规律——元素周期律,他根据元素周期律编制了第一个元素周期表,把当时已经发现的63种元素全部列入表里,从而初步完成使元素系统化的任务,此时还有许多元素没有被发现,他在元素周期表里留下空位,对某些未发现元素的性质作了预言,后来他的预言都得到证实。
  四、化学重要原理的提出
  1.化学热力学与动力学理论
  盖斯(1802-1850),俄国化学家,热化学的奠基人,化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态有关,而与反应的途径无关,即著名的盖斯定律。吉布斯(1839-1903),美国科学家,他奠定了化学热力学的基础,提出了吉布斯自由能。范特霍夫(1852-1911),荷兰化学家,在化学反应速度、化学平衡和渗透压方面取得了骄人的研究成果,1901年第一个诺贝尔化学奖授予范特霍夫。勒夏特列(1850-1936),法国化学家,1888年他提出了化学平衡移动原理(勒夏特列原理)。哈伯(1868-1934),德国化学家,发明了合成氨的方法,1918年获诺贝尔化学奖。
  2.化学酸碱理论
  波义耳提出了最初的酸碱理论:能使石蕊试液变红的物质是酸,能使石蕊试液变蓝的物质是碱。阿伦尼乌斯(1859-1927),瑞典科学家,电离理论的创立者,1887年提出了酸碱电离理论(阿伦尼乌斯酸碱理论):凡在水溶液中电离出的阳离子全部都是H 的物质是酸,电离出的阴离子全部都是OH-的物质是碱,他还研究温度对化学反应速度的影响,得出著名的阿伦尼乌斯公式,提出活化分子理论和盐的水解理论等,获得1903年诺贝尔化学奖。   3.有机化学理论
  维勒(1800-1882),德国化学家,1828年他因人工合成了尿素,打破了有机化合物的生命力学说而闻名,使有机化学得到了迅猛发展。李比希(1803-1873),德国化学家,被称为“有机化学之父”,他发明和改进了有机分析的方法,准确地分析了大量有机化合物,提出了化合物基团的概念及多元酸的理论。凯库勒(1829-1896),德国化学家,有机结构理论的奠基人,1857年提出碳原子四价和碳原子间相互成链理论,1890年提出苯分子的结构式,推动了有机化学的发展。
  五、化学微观世界的探究
  1.原子结构理论
  在道尔顿的原子学说基础上,展开了原子结构的研究。汤姆逊(1856-1940),英国物理学家,1903年他在发现电子的基础上提出了原子结构的葡萄干布丁模型。卢瑟福(1871-1937),英国物理学家,他根据α粒子散射实验提出了原子结构的核式模型。波尔(1885-1962),丹麦物理学家,于1913年建立起核外电子分层排布的原子结构模型。20世纪20年代建立的量子力学理论,使人们对于原子结构的认识更深刻,从而有了原子结构的量子力学模型。
  2.分子间作用力与化学键理论
  范德华(1837-1923),荷兰物理学家,范德华首先研究了分子间作用力,分子间作用力又称范德华力。科塞尔(1888-1956),美国化学家,1916年提出离子键理论。路易斯(1875-1946),美国化学家,提出共价键理论。鲍林(1901-1994),美国化学家,他提出共价半径、离子半径、电负性、杂化轨道等概念和理论,他撰写的《化学键的本质》被认为是化学史上最重要的著作之一,1954年因在化学键方面的工作取得诺贝尔化学奖。
  六、结语
  上述是中学化学课程内容涉及化学史实的系统总结,由于理论水平和篇幅限制,难免有所遗漏并且未能展开论述。化学史实应用在化学教学中具有极大价值,有利于中学化学和大学化学教学的衔接,对化学课程标准和教科书的编写有启示意义,从学生角度而言,可以激发学生的学习兴趣和探究欲望,使其了解化学学科发展的大致历程,加深学生对科学本质的理解。在实际化学教学中,要依据课程内容要求和学生的认知水平,把握好化学史实涉及知识理论的深度和难度,合理应用化学史进行化学教学。
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