1、1,中學(xué)化學(xué)教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)性、科學(xué)性與時代性,華東師范大學(xué) 高劍南 E-mail:,2,中學(xué)化學(xué)教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)性、科學(xué)性與時代性,一、中學(xué)化學(xué)教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)性 二、中學(xué)化學(xué)教學(xué)內(nèi)容的科學(xué)性 三、中學(xué)化學(xué)教學(xué)內(nèi)容的時代性,3,一、中學(xué)化學(xué)教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)性,按什么原則確定基礎(chǔ)？ 在哪些方面打基礎(chǔ)？,4,一、中學(xué)化學(xué)教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)性,基礎(chǔ)的化學(xué)核心知識 支撐化學(xué)學(xué)科體系與發(fā)展的知識 基本的化學(xué)學(xué)科意識 讓學(xué)生形成終身受用的關(guān)于化學(xué)與化學(xué)品的基本判據(jù),5,化學(xué)核心知識,(1)物質(zhì)由化學(xué)元素組成。正式命名的111種元素，按原子核中質(zhì)子數(shù)的遞增有序地排在元素周期表中。 第110號元素Ds 鐽 第111號元

2、素Rg 錀,6,元素周期表,反映100多種元素之間的內(nèi)在聯(lián)系。 除第一周期和第七周期外，每個周期都從金屬性強的堿金屬開始，到非金屬性強的鹵素，最后止于稀有氣體元素。,7,元素周期表,同族元素具有相似的電子組態(tài)。 反映元素性質(zhì)的周期性變化規(guī)律。 元素周期表是對化學(xué)研究基本成果最簡潔的記錄，為我們提供極為豐富的化學(xué)信息。,8,元素周期表,甚至沒有量子力學(xué)，元素周期表也能“預(yù)言”原子結(jié)合成分子的途徑，因而打開了理解原子世界的窗口。,9,化學(xué)核心知識,(2)物質(zhì)由原子、分子構(gòu)成。原子、分子不僅是抽象的模型，而且還是實實在在的客體，可以進(jìn)行搬動。,10,化學(xué)核心知識,(3)物質(zhì)的結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)的層次性與層次

3、間的關(guān)聯(lián)性 結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性與隱蔽性,11,化學(xué)核心知識,(4)物質(zhì)性質(zhì)的多樣性 物理性質(zhì) 化學(xué)性質(zhì) 生物活性,12,化學(xué)核心知識,(5)物質(zhì)的變化 物理變化 化學(xué)變化,13,化學(xué)核心知識,(6)“化學(xué)反應(yīng)”是化學(xué)研究的中心問題 化學(xué)反應(yīng)類型的多樣性 化學(xué)反應(yīng)及機理的復(fù)雜性 對反應(yīng)條件的靈敏性 化學(xué)反應(yīng)必然伴隨能量與混亂度的變化,14,化學(xué)核心知識,(7)實現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)的關(guān)鍵是提高反應(yīng)速率。改變化學(xué)反應(yīng)速率的物質(zhì)是催化劑。,15,化學(xué)核心知識,(8)綠色化學(xué) 采用無毒無害的原料； 在無毒的反應(yīng)條件下進(jìn)行； 產(chǎn)品對環(huán)境友好； 具有“原子經(jīng)濟(jì)性” ； 滿足“價廉物美”的傳統(tǒng)原則。,16,化學(xué)學(xué)科意識,(

4、1)世界是物質(zhì)的?？梢娢镔|(zhì)分成兩類：實物和場?；瘜W(xué)重點研究實物中的兩個結(jié)構(gòu)層次：原子與分子。,17,化學(xué)學(xué)科意識,(2)自然界中的任何物質(zhì)，大至天體，小至微生物，無論是無生命的，還是有生命的（包括人在內(nèi)），都由化學(xué)元素組成。物質(zhì)是多樣的，其元素組成是統(tǒng)一的。,18,化學(xué)學(xué)科意識,(3)結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)。 乙醇 C2H5OH 二甲醚 CH3OCH3 H H H O H HCCOH HC CH H H H H,19,化學(xué)學(xué)科意識,(3)結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)。,20,化學(xué)學(xué)科意識,(4)任何物質(zhì)對于人類和環(huán)境來說都有兩面性。要正確認(rèn)識物質(zhì)性質(zhì)的客觀性與兩面性，趨利避害，合理使用。 三氧化二砷(砒霜)既是劇毒品，

5、又是治病的藥。既能致癌，又能治癌。,21,化學(xué)學(xué)科意識,(5)化學(xué)運動是七大基本運動之一。 七大基本運動： 機械運動、熱運動、電磁運動、基本粒子運動、化學(xué)運動、生命運動、意識與思維。,22,化學(xué)學(xué)科意識,(6)通過化學(xué)反應(yīng)不僅能夠認(rèn)識物質(zhì)，修飾物質(zhì)，還能合成物質(zhì)。合成是化學(xué)家改造世界、保護(hù)世界的有力手段。,23,化學(xué)學(xué)科意識,(7)既要正視化學(xué)品和傳統(tǒng)化學(xué)過程給人類帶來的負(fù)面影響，積極治理污染，更要發(fā)展綠色化學(xué)，具有綠色化學(xué)的意識。,24,化學(xué)學(xué)科意識,(8)化學(xué)原理反映客觀規(guī)律，規(guī)律本身是中性的、客觀的。人們在考慮“能不能做”的同時，更應(yīng)考慮“該不該做”。,25,科學(xué)意識,“科學(xué)是一把神奇的

6、鑰匙。有了這把鑰匙可以打開天堂之門，如果不慎也可能打開地獄之門。 ” “人類缺少的不是智慧而是駕馭智慧的智慧，即人文智慧。”,26,二、中學(xué)化學(xué)教學(xué)內(nèi)容的科學(xué)性,中學(xué)化學(xué)教學(xué)的科學(xué)性受基礎(chǔ)性制約： 考慮到學(xué)生的知識和認(rèn)知的基礎(chǔ)，理論或概念不可能一次到位，在科學(xué)性方面允許有一些妥協(xié)。 不能有科學(xué)性的錯誤。 不能講死，應(yīng)為今后的學(xué)習(xí)留有余地。,27,二、中學(xué)化學(xué)教學(xué)內(nèi)容的科學(xué)性,如：對氧化還原反應(yīng)的認(rèn)識 與氧氣結(jié)合氧化，脫氧還原 化合價升高氧化，降低還原 失去電子氧化，得到電子還原 最高占有軌道上失去電子氧化， 最低空軌道上得到電子還原,28,一些混淆的概念,金屬性與金屬活動性 對稱與不對稱 晶胞

7、與晶格,29,1.金屬性與金屬活動性,例1： 某教材p.4：根據(jù)金屬活動性順序比較金屬原子失去電子及其對應(yīng)離子得到電子的難易程度。,30,金屬性與金屬活動性,例2：某教材p.36課堂實驗 “鈉、鎂、鋁金屬活動性比較”：用與水反應(yīng)的條件來判斷比較鈉和鎂的活動性，用與鹽酸反應(yīng)的激烈程度來判斷比較鋁和鎂的活動性。,31,金屬性與金屬活動性,例3：金屬化學(xué)性質(zhì)研究性復(fù)習(xí)課： 設(shè)計實驗比較Na、Al、Fe的活動性。Na與水反應(yīng)激烈，Al、Fe與水反應(yīng)比較慢，說明金屬性（還原性）的遞變規(guī)律。,32,金屬性與金屬活動性,例4：某教材 “一般說來，我們可以從元素的單質(zhì)跟水或酸反應(yīng)置換出氫的難易，元素最高價氧化

8、物的水化物氫氧化物的堿性強弱，來判斷元素金屬性的強弱?！薄皩嶒灡砻麂X跟酸的反應(yīng)不如鎂跟酸的反應(yīng)劇烈。也就是說，鋁的金屬活動性不如鎂強?！?33,金屬性與金屬活動性,金屬性與金屬活動性是不是一個概念？ 能不能用反應(yīng)激烈程度判斷金屬活動性的強弱？,34,金屬性與金屬活動性,金屬性：用電離能的大小衡量氣態(tài)金屬原子失去電子的難易程度。 金屬活動性：用生成焓的大小或電極電勢的高低來衡量金屬單質(zhì)在水溶液中形成水合離子傾向的大小。,35,金屬性與金屬活動性,生成焓 M(s) M+(aq)+e 氣 水 化 合 能 能 M(g) M+ (g)+e 電離能,36,Li、 Na 、 K的金屬性與金屬活動性,37,金

9、屬性與金屬活動性,金屬性 KNaLi 金屬活動性 LiKNa,38,能不能用反應(yīng)激烈程度判斷金屬活動性的強弱？,反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的趨勢大，反應(yīng)速率是否一定大？ 反應(yīng)速率大是否反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的趨勢一定大？,39,反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的趨勢大不等于反應(yīng)速率大,化學(xué)熱力學(xué)能夠預(yù)言某一化學(xué)反應(yīng)能否進(jìn)行，進(jìn)行到什么程度，但不能告訴我們反應(yīng)速率的大小。 CO（g）+ NO（g）CO2（g）+1/2 N2（ g） rGm（298K）= -334kJ.mol-1 Kp = 1.91060,40,反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的趨勢大不等于反應(yīng)速率大,H2g1/2O2g H2O l rGm（298K）= -237.19kJ.mol-1 常溫下

10、，氫氣與氧氣反應(yīng)生成水的趨勢很大，但反應(yīng)速率極小，經(jīng)過105億年才生成0.1%的水。,41,2.對稱與不對稱,辨析： CH4分子為正四面體結(jié)構(gòu)，是對稱分子，所以是非極性分子。 H2O為折線形分子，不對稱，所以是極性分子。,42,對稱與不對稱,何謂對稱？何謂不對稱？ 何謂極性分子？何謂非極性分子？ 能否根據(jù)分子對稱性判斷分子的極性？,43,對稱元素和對稱操作,44,對稱與不對稱,對稱性理論認(rèn)為所有的圖形都具有某種對稱性，對稱性最低的是EC1，也就是我們通常說的不對稱。,45,分子對稱性與分子極性的關(guān)系,極性分子的對稱性 分子只含一個Cn旋轉(zhuǎn)軸 ，屬Cn群。 含一個Cn旋轉(zhuǎn)軸與n個包含這個旋轉(zhuǎn)軸的

11、對稱面，屬Cnv群。,46,分子對稱性與分子極性的關(guān)系,非極性分子的對稱性 分子含有2個或2個以上彼此相交的旋轉(zhuǎn)軸。 對稱面與旋轉(zhuǎn)軸垂直。 有對稱中心等。,47,分子對稱性與分子極性的關(guān)系,H2O分子含有一個C2旋轉(zhuǎn)軸與2個包含這個C2軸的對稱面，屬C2v群，是極性分子。 CH4分子含有3類彼此相交的旋轉(zhuǎn)軸C3 、 C2 、S4等，屬Td群，故是非極性分子。,48,3.晶胞與晶格,是NaCl晶胞還是NaCl晶格？,NaCl單晶,49,金剛石晶體,百克拉鉆石 101.4695克拉,常林鉆石 158.768克拉,50,金剛石的晶形,51,晶體與晶胞,金剛石晶體,金剛石晶胞,52,晶胞,NaCl a

12、=563.94 pm,金剛石 a=356.6 pm,53,分?jǐn)?shù)坐標(biāo),54,晶胞,辨析： 晶胞是晶體的最小單位。 晶胞的形狀大多是平行六面體，少教是六方柱體。,55,晶胞,晶胞是晶體的基本單位。 素晶胞與復(fù)晶胞 晶胞的形狀一定是平行六面體六個晶胞參數(shù)，彼此無縫并置，具有平移對稱性。,56,晶格,點陣?yán)碚摚壕w點陣結(jié)構(gòu)基元,57,晶格,點陣具有平移對稱性。 點陣： 直線點陣、平面點陣、空間點陣。 平面點陣和空間點陣用線段相連成晶格。,58,晶格,空間點陣的形狀一定是平行六面體六個點陣參數(shù)，彼此無縫并置，具有平移對稱性。 空間點陣七種形狀十四種陣式。,59,晶胞與晶格,60,晶胞與晶格,61,晶胞與

13、晶格,NaCl晶胞,立方面心點陣,62,晶胞與晶格,金剛石晶胞,立方面心點陣,63,晶胞與晶格,64,辨析,金剛石晶體中碳原子間呈四面體結(jié)構(gòu)，具有八面體外形，屬于立方晶系、立方面心點陣。這幾句話有沒有矛盾？其內(nèi)在聯(lián)系是什么？,65,66,辨析,內(nèi)在聯(lián)系：晶體的理想外形和晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有著共同的對稱性。 四面體、八面體、立方體有共同的對稱元素：4個C3軸。,67,三、中學(xué)化學(xué)教學(xué)內(nèi)容的時代性,大學(xué)本科教育教學(xué)內(nèi)容的時代性體現(xiàn)在內(nèi)容的先進(jìn)性。先進(jìn)性：新知識、新理論、新技術(shù)。 基礎(chǔ)教育階段內(nèi)容的時代性體現(xiàn)在哪里？新常識、新觀念、新應(yīng)用。,68,新常識,C60 酸雨 溫室氣體 綠色化學(xué),69,回顧人們

14、對于化學(xué)的認(rèn)識,化學(xué)是物質(zhì)科學(xué)的重要組成部分，是在原子、分子的層次上研究實物的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和反應(yīng)規(guī)律的科學(xué)。 涉及到對物質(zhì)、實物、原子、分子、組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和反應(yīng)的認(rèn)識。,70,對物質(zhì)的認(rèn)識,對物質(zhì)的認(rèn)識范圍： 從可見物質(zhì)擴(kuò)大到暗物質(zhì)、暗能量。,71,對物質(zhì)的認(rèn)識,對可見物質(zhì)的分類： 1.實物靜止質(zhì)量不為零； 2.場靜止質(zhì)量為零，如光、電、磁等。,72,對物質(zhì)的認(rèn)識,對物質(zhì)層次的認(rèn)識： 1.對微觀世界的認(rèn)識，從原子、分子層次深入到夸克、輕子等層次，即深入到10-19m的極小空間。 2.對宏觀世界的認(rèn)識，從長期以來一直局限于地球上的物體和太陽系，擴(kuò)展到星系和宇宙，達(dá)到1017m（1010光

15、年）以上的大尺度范圍。,73,對原子的認(rèn)識,原子不可分 原子可分 原子有結(jié)構(gòu) 原子可以搬動,74,對原子的認(rèn)識,原子不僅是人們對于物質(zhì)結(jié)構(gòu)某一層次解釋的一種模型，而且還是一種可以進(jìn)行拖、拉、滾等操作的客體。,75,對分子的認(rèn)識,從小分子到大分子，低分子到高分子，普通分子到超分子。 結(jié)構(gòu)層次從分子到分子以上層次。 化學(xué)反應(yīng)的研究從大量分子的統(tǒng)計行為到單分子操作。,76,對組成的認(rèn)識,兩種情況 原子整數(shù)比 H2O C2H5OH ZnO TiS2 偏離整數(shù)比 Na1+Cl Zn1+O Ti1+O LiTiS2,77,對結(jié)構(gòu)的認(rèn)識,結(jié)構(gòu)的多樣性 原子結(jié)構(gòu) 分子結(jié)構(gòu) 聚集狀態(tài)結(jié)構(gòu),78,聚集狀態(tài),氣態(tài)：

16、典型的無序結(jié)構(gòu) 液態(tài)：短程有序、長程無序 固態(tài)：非晶態(tài)保留液態(tài)結(jié)構(gòu)的特征 晶態(tài)短程有序、長程也有序 等離子態(tài) 玻色-愛因斯坦冷凝態(tài) 費米冷凝態(tài),79,幾種中間狀態(tài),晶態(tài)和液態(tài)之間的狀態(tài)： 像晶態(tài)的液態(tài)液晶 像液態(tài)的晶態(tài)塑晶 準(zhǔn)晶體 氣態(tài)和液態(tài)之間的超臨界流體,80,結(jié)構(gòu)的確定,從用化學(xué)方法推測結(jié)構(gòu) 到用物理方法直接測定,81,溫道斯用化學(xué)方法推測膽固醇的結(jié)構(gòu),82,用X射線衍射法測定膽固醇結(jié)構(gòu),甾族,83,測定結(jié)構(gòu),按測試要求可分體相分析和表面相分析； 按測試原理可分為光譜法、磁共振法、能譜法和衍射法等。,84,對性質(zhì)的認(rèn)識,性質(zhì)的多樣性與規(guī)律性 物質(zhì)性質(zhì)的兩面性,85,性質(zhì)的多樣性與規(guī)律性,

17、第六周期從Cs到Hg熔點的變化,5d0-106s1-2,Cs 5d06s1,W 5d46s2,Hg 5d106s2,86,性質(zhì)的多樣性與規(guī)律性,第三周期氟化物熔點的漸變和突變現(xiàn)象,87,對反應(yīng)的認(rèn)識,化學(xué)反應(yīng)的研究，從大量分子的統(tǒng)計行為到單分子操作。,88,單分子反應(yīng)：丁烯丁炔,89,中國科學(xué)家首次利用STM，對吸附在金屬表面的鈷酞菁分子進(jìn)行“單分子手術(shù)”，實現(xiàn)單個分子內(nèi)的化學(xué)反應(yīng),C32H16CoN8 571.47,90,91,對合成的認(rèn)識,合成無禁區(qū) 海癸毒素的合成,92,海癸毒素 C129H223O54N3,93,對合成的認(rèn)識,合成新概念 (a)極端條件下合成 (b)軟化學(xué)合成 (c)組

18、合化學(xué) (d)理想合成 (e)分子設(shè)計與分子工程 (f)仿生合成,94,新觀念,1.化學(xué)是在原子、分子的層次上，研究可見物質(zhì)中實物的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和反應(yīng)規(guī)律的科學(xué)。 2.原子、分子不僅是人們對于物質(zhì)結(jié)構(gòu)兩個層次解釋的模型，而且還是可以進(jìn)行拖、拉、滾等操作的客體。,95,新觀念,3.任何物質(zhì)都有對人類有益、有用的一面，同時又有對人類有害甚至有毒的一面。 4.從用化學(xué)方法推測結(jié)構(gòu)，到用物理方法測定結(jié)構(gòu)。,96,新觀念,5.化學(xué)反應(yīng)的研究，從大量分子的統(tǒng)計行為到單分子操作。 6.合成無禁區(qū)。 7.綠色化學(xué)。,97,量子隧道效應(yīng),98,STM,99,STM,100,石墨的六元環(huán)結(jié)構(gòu),101,世界上最小的算盤,102,STM針尖操縱C60分子形成納米算盤的示意圖,C60,103,STM的科學(xué)