与范特霍夫规则相关的两个问题
2022-06-08
摘要：范特霍夫规则是反应速率理论从成长到成熟过程中具有里程碑意义的成就。在研究温度对反应速率的影响时，大学教材一般会介绍范特霍夫规则，高中教材有时也会提及范特霍夫规则的内容。通过纵向比较与横向分析指出，化学教材在呈现给读者范特霍夫规则时，概念使用不规范，词语应用不准确：“温度每升高10℃”和“温度每升高10K”混用，“反应速率增加2～4倍”与“反应速率增加到2～4倍”不分。
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关键词：摄氏温度；热力学温度；范特霍夫规则
文章编号：1005?6629（2014）4?0074?04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
从讨论温度对反应速率的影响开始到阿累尼乌斯公式的诞生，大致经历了3个阶段：19世纪五六十年代威廉米与贝塞罗指出，大多数反应随温度升高而加速，这是一个定性的规律；1884年范特霍夫指出，温度每升高10K，反应通常加速2～4倍，这是最早的定量关系；1889年阿累尼乌斯通过大量实验与理论的论证揭开了反应速率常数对温度的依赖关系[1]。
在大学化学教材中，当讨论温度与反应速率间的定量关系时，一般都会提及范特霍夫规则和阿累尼乌斯公式。在高中阶段，通常只要求定性地了解温度与反应速率间的关系。为让学生对温度与反应速率间的关系有更深入的认识，有的高中化学教材会对范特霍夫规则的内容做一些简单的介绍。仔细分析不同化学教材上的范特霍夫规则，我们发现了两个问题。
1 “温度每升高10℃”，还是“温度每升高10K”
在化学教材中，范特霍夫规则的前半部分（即温度变化部分）有两种说法：有的教材将其描述为“温度每升高10℃”；有的教材将其描述为“温度每升高10K”。
1.1 用“温度每升高10℃”描述范特霍夫规则的化学教材
1.1.1 高中教材
人民教育出版社（以下简称人教版）、人民教育出版社化学室编著的高级中学课本《化学》（选修，第三册，1995年）等5部教材用“温度每升高10℃”来描述范特霍夫规则，详见表1。
从表1可以看出，在论述温度与反应速率间的关系时，过去的人教版化学教材以及现在的苏教版化学教材，都向读者介绍范特霍夫规则的内容，并且都将温度变化部分描述为“温度每升高10℃”。
从表1还可以看出，现在的人教版教材，不管是必修模块还是选修模块，对温度与反应速率间关系的阐述都只限于定性的水平，未涉及它们之间的定量关系，也不介绍范特霍夫规则的内容。
1.1.2 大学教材
在我们查阅的几种大学化学教材中，只有胡英主编的《物理化学》（上册，1999年）在介绍范特霍夫规则时将温度变化部分描述为“温度每升高10℃”，详见表2。
1.2 用“温度每升高10K”描述范特霍夫规则的化学教材
1.2.1 高中教材
江苏教育出版社和山东科学技术出版社出版（以下简称苏教版和鲁科版）的“化学反应原理”模块教材，在论述温度与反应速率的关系时，都对范特霍夫规则的内容做了介绍，并且都将其中的温度变化部分表达为“温度每升高10K”，详见表3。
从表3可以看出，鲁科版和苏教版化学教材在介绍化学反应速率时，在必修与选修之间采用螺旋上升的方式配置相关内容。必修教材中论述了温度与速率间的定性关系；选修教材在强调温度与速率间的定性关系的同时，适当提及了二者间的定量关系，让学生了解范特霍夫规则的内容。
对比表1和表3，我们发现：王祖浩主编的普通高中课程标准实验教科书《化学反应原理》（选修）及其教学参考书，在描述温度变化时，教科书采用热力学温标，表示为“温度每升高10K”；教学参考书采用摄氏温标，表示为“温度每升高10℃”。在介绍范特霍夫规则时，同一版本的不同教材间出现如此大的差异，怎么可能不引起读者的困惑呢？
1.2.2 大学教材
高等教育出版社出版、武汉大学等校编的《无机化学》（上册，1994年）等4部大学化学教材，在介绍范特霍夫规则时，都将温度变化表达为“温度每升高10K”，详见表4。
对表3和表4进行比较后，我们发现：在介绍范特霍夫规则时，对于其中的温度变化部分，不管是鲁科版和苏教版高中化学教材，还是具有代表性的大学化学教材，都将其描述为“温度每升高10K”。
温度概念的建立以及温度的测定都是以热平衡现象为基础。如果两个系统分别和处于确定状态的第三个系统达到热平衡，则这两个系统彼此也将处于热平衡。这个热平衡的规律称为热平衡定律或热力学第零定律[2]。由它可逻辑得出，系统应存在一个性质，作为冷热程度的度量，即温度。用来测量温度的仪器叫温度计。为了对温度计进行刻度，就需要温标，它是温度的数值表示法。国际单位制采用的是热力学温标。由热力学温标确定的热力学温度，用符号T表示，单位是K。还有一种温标即摄氏温标，摄氏温度用符号t表示，单位是℃，并且t/℃=T/K-273.15 [3]。
综上所述，“温度每升高10℃”是用摄氏温标度量出的反应体系的温度，“温度每升高10K”是用热力学温标测定出的反应体系的温度。在大学阶段，通常用热力学温标描述反应体系的温度，在高中阶段一般用摄氏温标描述反应体系的温度。当某一体系的温度用不同温标来表达时，数值肯定不同。所以，在介绍范特霍夫规则时，假若保持后半句不变，则“温度每升高10℃”的说法是不恰当的。
2 “反应速率增加到2～4倍”，还是“反应速率增加2～4倍”
在化学教材中，范特霍夫规则的后半部分即反应速率变化部分有两种说法：一部分教材将其描述为“增加到”；另一部分教材却将其描述为“增加”。 2.1 用“增加到”等描述范特霍夫规则的化学教材
2.1.1 高中教材
人民教育出版社出版、人民教育出版社化学室编著的高级中学课本《化学》（选修，第三册，1995年）等4部高中化学教材，在介绍范特霍夫规则时，基本上用“增加到”来描述反应速率的变化，详见表5。
由表5可以看出，过去的人民教育出版社化学室编著的高级中学课本《化学》（选修，第三册）以及高级中学教科书《化学》（必修加选修，第二册）都用“增大到”来描述反应速率的变化。
由表5还可以看出，王磊主编的普通高中课程标准实验教科书《化学反应原理》（选修）是用“增大到”来描述反应速率的变化，与其对应的教师用书却用“加速”来描述反应速率的变化。“增大到”有“加速”的意思，但是“加速”并未具备“增大到”的全部含义。
2.1.2 大学教材
高等教育出版社出版、武汉大学等校编的《无机化学》（上册，第3版，1994年）等3部大学化学教材，在介绍范特霍夫规则时，都用与“增加到”意思相同的词来描述反应速率的变化，详见表6。
从表6可以看出，在介绍范特霍夫规则时，其后半部分即反应速率的变化部分，大学教材用不同的词来描述：有的用“扩大”，有的用“增至”，有的用“变为”。“扩大”、“增至”、“变为”都有“增加到”的意思。
2.2 用“增加”等描述范特霍夫规则的化学教材
2.2.1 高中教材
人民教育出版社出版、人民教育出版社化学室编著的高级中学教材《〈化学〉（选修，第三册）教学参考书》（1996年）等3部教材，在介绍范特霍夫规则时，都用与“增加”意思相同的词来描述反应速率的变化，详见表7。
从表7可以看出，在介绍范特霍夫规则时，其后半部分即反应速率的变化部分，人民教育出版社化学室编著的高级中学教材《〈化学〉（选修，第三册）教学参考书》以及《〈化学〉（必修加选修，第二册）教师教学用书》都用“增大”来描述；王祖浩主编的普通高中课程标准实验教科书《化学反应原理》（选修）用“增加”来描述，与其对应的教学参考书用“增大”来描述。“增大”与“增加”的含义基本相同。
对比表5和表7，我们发现：在介绍范特霍夫规则的内容时，人民教育出版社化学室编著的高级中学课本《化学》（选修，第三册）用“增大到”来描述反应速率的变化，与其对应的教学参考书却用“增大”来描述反应速率的变化；人民教育出版社化学室编著的高级中学教科书《化学》（必修加选修，第二册）用“增大到”来描述反应速率的变化，与其对应的教师教学用书却用“增大”来描述反应速率的变化。“增大到”有“增大”的意思，但是“增大”没有“增大到”的含义。在介绍范特霍夫规则时，同一版本的不同教材间出现这样大的差异，读者心中怎能没有疑问呢？
对比表5与表7，我们还发现：王磊主编的普通高中课程标准实验教科书《化学反应原理》（选修）用“增加到”来描述反应速率的变化；王祖浩主编的普通高中课程标准实验教科书《化学反应原理》（选修）却用“增加”来描述反应速率的变化。在介绍范特霍夫规则时，同一时期不同版本的教材间出现如此大的差异，怎么可能不引起读者的困惑呢？
2.2.2 大学教材
高等教育出版社出版、北京师范大学等校编的《无机化学》（上册，2003）等2部大学化学教材，在介绍范特霍夫规则时，都用与“增加”意思相同的词来描述反应速率的变化，详见表8。
从表8可以看出，2部大学化学教材中，北京师范大学等校编的《无机化学》（上册，2003年）用“增大”来描述反应速率的变化；傅献彩等编的《物理化学》（下册，2005）用“增加”来描述反应速率的变化。
“增加”与“增加到”的含义既有相似性，又有差异性。虽然二者都可用来描述某一物理量的前后变化，但前者强调的是变化前后的差量，后者突出的是变化后的结果。反应速率“增加”2～4倍，是“增加到”原来的3～5倍；反应速率“增加到”2～4倍，是在原来基础上的“增加”1～3倍。因此，“反应速率增加到2～4倍”和“反应速率增加2～4倍”2种说法，虽然都有速率增加的意思，但增加的幅度有区别。
在表6和表8中，有3种大学化学教材为读者提供了范特霍夫规则的数学表达式。这个表达式告诉我们：升高温度后的反应速率是升高温度前的2～4倍。因此，化学教材在介绍范特霍夫规则时，使用“增加到”来描述反应速率的变化更为准确。
提供给学生学习的范例，是教材最基本的功能[4]。但是编著者不是圣人，教材不是圣经。我们不要苛求编著者及其教材为读者提供十全十美的范例。在教学实践中及时发现问题并妥善地解决问题，把充满着科学性、洋溢着严谨性的化学知识传递给学生，化学教师责无旁贷。让教材内容更科学、更严谨，是读者永恒的期盼，也是编著者不懈的追求。
参考文献：
[1]王明召主编.化学反应原理（选修）教师用书[M].济南：山东科学技术出版社，2012：125.
[2]傅献彩等编.物理化学（上册）[M].北京：高等教育出版社，2005：66.
[3]胡英主编.物理化学（上册）[M].北京：高等教育出版社，1999：11.
[4]毕华林，亓英丽编著.高中化学新课程教学论[M].北京：高等教育出版社，2005：73.
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关键词：摄氏温度；热力学温度；范特霍夫规则
文章编号：1005?6629（2014）4?0074?04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
从讨论温度对反应速率的影响开始到阿累尼乌斯公式的诞生，大致经历了3个阶段：19世纪五六十年代威廉米与贝塞罗指出，大多数反应随温度升高而加速，这是一个定性的规律；1884年范特霍夫指出，温度每升高10K，反应通常加速2～4倍，这是最早的定量关系；1889年阿累尼乌斯通过大量实验与理论的论证揭开了反应速率常数对温度的依赖关系[1]。
在大学化学教材中，当讨论温度与反应速率间的定量关系时，一般都会提及范特霍夫规则和阿累尼乌斯公式。在高中阶段，通常只要求定性地了解温度与反应速率间的关系。为让学生对温度与反应速率间的关系有更深入的认识，有的高中化学教材会对范特霍夫规则的内容做一些简单的介绍。仔细分析不同化学教材上的范特霍夫规则，我们发现了两个问题。
1 “温度每升高10℃”，还是“温度每升高10K”
在化学教材中，范特霍夫规则的前半部分（即温度变化部分）有两种说法：有的教材将其描述为“温度每升高10℃”；有的教材将其描述为“温度每升高10K”。
1.1 用“温度每升高10℃”描述范特霍夫规则的化学教材
1.1.1 高中教材
人民教育出版社（以下简称人教版）、人民教育出版社化学室编著的高级中学课本《化学》（选修，第三册，1995年）等5部教材用“温度每升高10℃”来描述范特霍夫规则，详见表1。
从表1可以看出，在论述温度与反应速率间的关系时，过去的人教版化学教材以及现在的苏教版化学教材，都向读者介绍范特霍夫规则的内容，并且都将温度变化部分描述为“温度每升高10℃”。
从表1还可以看出，现在的人教版教材，不管是必修模块还是选修模块，对温度与反应速率间关系的阐述都只限于定性的水平，未涉及它们之间的定量关系，也不介绍范特霍夫规则的内容。
1.1.2 大学教材
在我们查阅的几种大学化学教材中，只有胡英主编的《物理化学》（上册，1999年）在介绍范特霍夫规则时将温度变化部分描述为“温度每升高10℃”，详见表2。
1.2 用“温度每升高10K”描述范特霍夫规则的化学教材
1.2.1 高中教材
江苏教育出版社和山东科学技术出版社出版（以下简称苏教版和鲁科版）的“化学反应原理”模块教材，在论述温度与反应速率的关系时，都对范特霍夫规则的内容做了介绍，并且都将其中的温度变化部分表达为“温度每升高10K”，详见表3。
从表3可以看出，鲁科版和苏教版化学教材在介绍化学反应速率时，在必修与选修之间采用螺旋上升的方式配置相关内容。必修教材中论述了温度与速率间的定性关系；选修教材在强调温度与速率间的定性关系的同时，适当提及了二者间的定量关系，让学生了解范特霍夫规则的内容。
对比表1和表3，我们发现：王祖浩主编的普通高中课程标准实验教科书《化学反应原理》（选修）及其教学参考书，在描述温度变化时，教科书采用热力学温标，表示为“温度每升高10K”；教学参考书采用摄氏温标，表示为“温度每升高10℃”。在介绍范特霍夫规则时，同一版本的不同教材间出现如此大的差异，怎么可能不引起读者的困惑呢？
1.2.2 大学教材
高等教育出版社出版、武汉大学等校编的《无机化学》（上册，1994年）等4部大学化学教材，在介绍范特霍夫规则时，都将温度变化表达为“温度每升高10K”，详见表4。
对表3和表4进行比较后，我们发现：在介绍范特霍夫规则时，对于其中的温度变化部分，不管是鲁科版和苏教版高中化学教材，还是具有代表性的大学化学教材，都将其描述为“温度每升高10K”。
温度概念的建立以及温度的测定都是以热平衡现象为基础。如果两个系统分别和处于确定状态的第三个系统达到热平衡，则这两个系统彼此也将处于热平衡。这个热平衡的规律称为热平衡定律或热力学第零定律[2]。由它可逻辑得出，系统应存在一个性质，作为冷热程度的度量，即温度。用来测量温度的仪器叫温度计。为了对温度计进行刻度，就需要温标，它是温度的数值表示法。国际单位制采用的是热力学温标。由热力学温标确定的热力学温度，用符号T表示，单位是K。还有一种温标即摄氏温标，摄氏温度用符号t表示，单位是℃，并且t/℃=T/K-273.15 [3]。
综上所述，“温度每升高10℃”是用摄氏温标度量出的反应体系的温度，“温度每升高10K”是用热力学温标测定出的反应体系的温度。在大学阶段，通常用热力学温标描述反应体系的温度，在高中阶段一般用摄氏温标描述反应体系的温度。当某一体系的温度用不同温标来表达时，数值肯定不同。所以，在介绍范特霍夫规则时，假若保持后半句不变，则“温度每升高10℃”的说法是不恰当的。
2 “反应速率增加到2～4倍”，还是“反应速率增加2～4倍”
在化学教材中，范特霍夫规则的后半部分即反应速率变化部分有两种说法：一部分教材将其描述为“增加到”；另一部分教材却将其描述为“增加”。 2.1 用“增加到”等描述范特霍夫规则的化学教材
2.1.1 高中教材
人民教育出版社出版、人民教育出版社化学室编著的高级中学课本《化学》（选修，第三册，1995年）等4部高中化学教材，在介绍范特霍夫规则时，基本上用“增加到”来描述反应速率的变化，详见表5。
由表5可以看出，过去的人民教育出版社化学室编著的高级中学课本《化学》（选修，第三册）以及高级中学教科书《化学》（必修加选修，第二册）都用“增大到”来描述反应速率的变化。
由表5还可以看出，王磊主编的普通高中课程标准实验教科书《化学反应原理》（选修）是用“增大到”来描述反应速率的变化，与其对应的教师用书却用“加速”来描述反应速率的变化。“增大到”有“加速”的意思，但是“加速”并未具备“增大到”的全部含义。
2.1.2 大学教材
高等教育出版社出版、武汉大学等校编的《无机化学》（上册，第3版，1994年）等3部大学化学教材，在介绍范特霍夫规则时，都用与“增加到”意思相同的词来描述反应速率的变化，详见表6。
从表6可以看出，在介绍范特霍夫规则时，其后半部分即反应速率的变化部分，大学教材用不同的词来描述：有的用“扩大”，有的用“增至”，有的用“变为”。“扩大”、“增至”、“变为”都有“增加到”的意思。
2.2 用“增加”等描述范特霍夫规则的化学教材
2.2.1 高中教材
人民教育出版社出版、人民教育出版社化学室编著的高级中学教材《〈化学〉（选修，第三册）教学参考书》（1996年）等3部教材，在介绍范特霍夫规则时，都用与“增加”意思相同的词来描述反应速率的变化，详见表7。
从表7可以看出，在介绍范特霍夫规则时，其后半部分即反应速率的变化部分，人民教育出版社化学室编著的高级中学教材《〈化学〉（选修，第三册）教学参考书》以及《〈化学〉（必修加选修，第二册）教师教学用书》都用“增大”来描述；王祖浩主编的普通高中课程标准实验教科书《化学反应原理》（选修）用“增加”来描述，与其对应的教学参考书用“增大”来描述。“增大”与“增加”的含义基本相同。
对比表5和表7，我们发现：在介绍范特霍夫规则的内容时，人民教育出版社化学室编著的高级中学课本《化学》（选修，第三册）用“增大到”来描述反应速率的变化，与其对应的教学参考书却用“增大”来描述反应速率的变化；人民教育出版社化学室编著的高级中学教科书《化学》（必修加选修，第二册）用“增大到”来描述反应速率的变化，与其对应的教师教学用书却用“增大”来描述反应速率的变化。“增大到”有“增大”的意思，但是“增大”没有“增大到”的含义。在介绍范特霍夫规则时，同一版本的不同教材间出现这样大的差异，读者心中怎能没有疑问呢？
对比表5与表7，我们还发现：王磊主编的普通高中课程标准实验教科书《化学反应原理》（选修）用“增加到”来描述反应速率的变化；王祖浩主编的普通高中课程标准实验教科书《化学反应原理》（选修）却用“增加”来描述反应速率的变化。在介绍范特霍夫规则时，同一时期不同版本的教材间出现如此大的差异，怎么可能不引起读者的困惑呢？
2.2.2 大学教材
高等教育出版社出版、北京师范大学等校编的《无机化学》（上册，2003）等2部大学化学教材，在介绍范特霍夫规则时，都用与“增加”意思相同的词来描述反应速率的变化，详见表8。
从表8可以看出，2部大学化学教材中，北京师范大学等校编的《无机化学》（上册，2003年）用“增大”来描述反应速率的变化；傅献彩等编的《物理化学》（下册，2005）用“增加”来描述反应速率的变化。
“增加”与“增加到”的含义既有相似性，又有差异性。虽然二者都可用来描述某一物理量的前后变化，但前者强调的是变化前后的差量，后者突出的是变化后的结果。反应速率“增加”2～4倍，是“增加到”原来的3～5倍；反应速率“增加到”2～4倍，是在原来基础上的“增加”1～3倍。因此，“反应速率增加到2～4倍”和“反应速率增加2～4倍”2种说法，虽然都有速率增加的意思，但增加的幅度有区别。
在表6和表8中，有3种大学化学教材为读者提供了范特霍夫规则的数学表达式。这个表达式告诉我们：升高温度后的反应速率是升高温度前的2～4倍。因此，化学教材在介绍范特霍夫规则时，使用“增加到”来描述反应速率的变化更为准确。
提供给学生学习的范例，是教材最基本的功能[4]。但是编著者不是圣人，教材不是圣经。我们不要苛求编著者及其教材为读者提供十全十美的范例。在教学实践中及时发现问题并妥善地解决问题，把充满着科学性、洋溢着严谨性的化学知识传递给学生，化学教师责无旁贷。让教材内容更科学、更严谨，是读者永恒的期盼，也是编著者不懈的追求。
参考文献：
[1]王明召主编.化学反应原理（选修）教师用书[M].济南：山东科学技术出版社，2012：125.
[2]傅献彩等编.物理化学（上册）[M].北京：高等教育出版社，2005：66.
[3]胡英主编.物理化学（上册）[M].北京：高等教育出版社，1999：11.
[4]毕华林，亓英丽编著.高中化学新课程教学论[M].北京：高等教育出版社，2005：73.