無機化學在地球化學的應用論文
摘要：無機化學課程作為地球化學專業的基礎課程，是建立地球化學專業人才知識結構和能力水平的基石。在授課過程中，以扎實基礎理論、解決生活實際問題和激發學生專業興趣為目的，通過穿針引線、旁征博引和因勢利導的教學方式，使地球化學專業的學生能夠更好地掌握基礎理論，提高專業素養，進而成長為高水平的地質專業人才。
關鍵詞：地球化學；無機化學；教學
地球化學是地球科學的重要分支學科之一，顧名思義，地球化學就是地球的化學，它是研究地球（包括部分天體）的化學組成、化學作用及化學演化的學科，是地學和化學邊緣雜交的產物[1]，是建立地球化學專業人才知識結構和能力水平的基石。由于地球化學是地質學與化學的交叉學科，那么化學課程無疑是地球化學的基礎。化學相關課程作為石油、地質類院校地球化學專業開設的一門重要專業基礎課，如何有效地教學，激發學生的學習興趣，使其在學習這一專業基礎課的同時，對地球化學專業有所了解，培養對本專業的忠誠度，是值得探討的問題。目前，長江大學地球化學專業開設的化學類專業基礎課之一為無機化學，下面談談本人在無機化學教學過程中的一些嘗試和心得。
一、穿針引線，融會貫通，扎實基礎理論知識
無機化學涉及的知識面廣，內容多，包括大量抽象理論、公式和原理。學生在學習過程中，需要花大量時間掌握。實際上，很多知識之間存在著聯系。只要學生扎實掌握了基本概念和原理，教師在講課過程中起到穿針引線的作用，便可達到融會貫通的目的。以平衡常數K為例，第一次接觸這個概念是在化學平衡及其移動部分：在一定條件下，任何一個可逆反應達到平衡時，系統內各物質的濃度（或分壓）以反應方程式中化學計量數為指數的冪的乘積為一常數。由于該常數是由實驗獲得的，故稱為實驗平衡常數。將相對平衡濃度（相對平衡分壓）引入到實驗平衡常數中，便得到常用的標準平衡常數Kθ[2]。學生一旦在首次接觸平衡常數時就扎實掌握，那么對于后續章節，如酸堿平衡的解離常數（酸堿水溶液中解離的標準平衡常數），沉淀—溶解平衡的溶度積常數（難溶電解質在其飽和溶液中達到沉淀－溶解平衡的標準平衡常數），配位化合物的穩定常數（配位反應的標準平衡常數）等便可以很好的理解和把握。通過這種學生打好基礎、教師穿針引線的方法，不但可以使學生將大量知識內容串聯起來，便于掌握，使內容看起來沒有那么繁多，還可以節省大量時間和精力。
二、旁征博引，學以致用，解決生活實際問題
在學習無機化學的過程中，學生經常感覺內容枯燥，不易提起學習興趣。因而在講課過程中，由淺入深，理論聯系實際就尤為重要。將課本內容與生活現象、社會時事和科學前沿結合起來，既可以激發學習興趣，也可以達到學以致用的目的。介紹熵增原理時，可以將古語“由儉入奢易，由奢入儉難”作為引子，來闡述在沒有外力作用下，事物都有向混亂度增大（也就是熵增大）的方向變化的趨勢，儉樸的生活要自我約束才能做到。同樣，想把某個東西變得更好、更有序，就要對它做功。比如，要成就一番事業，就要加倍努力，付出多于常人；要保持好的身材，就要不斷地健身和控制飲食；要做個有修養、有氣度的人，就要時刻注意自己的言行，不斷地修為。以上都是不同形式的做功。拓展了這些內容，使同學深刻理解知識點的同時，進一步明白“只有付出，才會有收獲”這一道理。將教學內容與社會熱點相結合，也可以調動學生的學習熱情。如目前霧霾已經成為城市大氣污染的一個主要方面，霧霾作為一個分散系統，其組成成分、危害性、監測方法和防治方法等，都可以引導同學關注。這些內容的引入，使同學獲得相關知識的同時，關注社會時事和熱點，不因在校學習而脫離社會，在一定程度上，也有助于培養大學生的社會責任感。同時，一些長期以來懸而未決的化學問題也是年輕大學生的興趣點，如姆佩巴效應的發現及研究過程[3]，很多同學就非常好奇。該實驗操作起來相對容易，同學們利用課余時間就可以自己動手還原這一過程，可以用不同的物質來驗證姆佩巴效應，在寓學于樂的過程中培養青年人的探索精神。另外，在講授玻爾理論時，正值諾貝爾獎發布時間，借機向同學介紹諾貝爾物理學獎和化學獎獲獎人及其成果，使同學在了解最新科學前沿的同時，對科學研究工作產生濃厚的興趣。
三、因勢利導，滲透專業知識，激發學生專業興趣
地球化學是研究“地球的化學”的一門科學，從事地球化學專業的實際工作和研究主要依賴于化學學科的理論和方法，溶解－沉淀反應、酸堿理論、氧化－還原反應、置換反應、氣體、溶液、相體系等化學理論廣泛應用于地球化學專業的`各個方向：如硫化物礦床的次生富集帶的研究涉及了置換反應，流體包裹體的研究主要以理想氣體狀態方程、溶液、相體系等化學知識為理論基礎，巖石學的研究主要涉及元素性質等方面的知識。因而，化學基礎知識對于后續專業課程的學習尤為重要。而同學在學習化學課程的時候，并不清楚課程和專業之間的聯系，對專業的意義在哪里。這時，就需要老師在授課過程中，利用有利的時機，將化學知識與地球化學專業聯系起來，向同學滲透專業知識，培養用化學理論和方法解決地質問題的專業思維方式，進而激發學生對本專業的學習熱情。具體來說，在講到反應速率這章中的一級反應時，適當滲透同位素地球化學中的年代學內容。同位素地質年代學是同位素地球化學的一個重要分支，它是根據放射性同位素衰變規律確定地質體形成時間和地質事件發生的時代，來研究地球和行星物質的形成歷史和演化規律的。同位素地質年代的測定基于元素放射性衰變定律，而衰變定律正是化學反應速率中的一級反應，換言之，一級反應是同位素地質年代學的理論基礎。因此，借講授一級反應這一知識點時，將同位素測年的知識融入進來，使所學知識用到實處，更能激發學習熱情。
同時，年代學涉及的一級反應得到的年齡結果大多是以百萬年（Ma）計的，使同學了解地球的年齡、地質事件發生的時間，從而意識到自然的偉大，人類的渺小，對自然資源、環境要有敬畏之心，珍惜之意。酸堿平衡中溶液酸度的計算可以計算地表水的pH值。以石灰巖發育地區為例：該地區地表水（H2O）的特點是與大氣（CO2）接觸并與石灰巖（CaCO3）反應，反應方程式為：CaCO3+H2O+CO2葑Ca2++2HCO3-，該反應控制著地表方解石的溶解和沉淀，式中又暗含著P（CO2）的控制作用，這與體系所處的壓力有關。當氫離子（H+）濃度增加時，平衡向右移動，即石灰巖（CaCO3）溶解，石灰巖地區的溶蝕地形就是這樣形成的；相反，氫離子（H+）濃度降低時，即pH值增大，則平衡向左移動，方解石沉淀，形成石筍、鐘乳石等。反應達平衡時，經溶液酸度的計算可得石灰巖發育地區地表水（同時與大氣接觸）pH＝8.4，為堿性溶液[4]。氧化還原反應是地殼中最常見的水－巖化學作用類型之一。氧化反應實際上是電子轉移的反應。如鐵的硫化物發生氧化時，在水的參與下，二價鐵離子失去一個電子被氧化成三價鐵離子，氧接受電子由原子態轉變為負二價離子：3Fe2S+8.5O2+3H2O=2Fe3O4+3H2SO4。氧化反應形成了硫酸，而酸的存在可以進一步加速巖石的氧化。以上這些，都是將專業知識引入到化學課程的實例，使同學了解化學知識的專業應用，學習不再盲目，也有利于對地球化學專業的了解。
總之，通過教學實踐，筆者認為對于地球化學專業的化學類基礎課，無論是無機化學，還是其他基礎化學的教學，都應本著扎實基礎、學以致用和結合專業的原則，使學生真正認識到這些基礎課程的現實作用和對后續課程的重要意義。在教師積極引導下，盡早了解自己所學專業，激發專業興趣，發揮學習的主觀能動性，實現教與學的和諧統一，達到良好教學效果的同時，有利于提高學生的專業素養，為將來的科研和實際生產奠定堅實的專業基礎。
參考文獻：
[1]中國科學院地球化學教研所.高等地球化學[M].北京:科學出版社,1998.
[2]大連理工大學無機化學教研室.無機化學(第四版)[M].北京:高等教育出版社,2001.
[3]胡錫晟.“姆佩姆巴效應”的啟示[J].發明與創新(綜合版),2009,(9):1.
[4]趙倫山,張本仁.地球化學[M].北京:地質出版社,1988.
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