人教版高中化学必修2教师用书

高中化学必修 2 教学参考书（新人教） 说明 为了帮助教师理解和体会课程标准，更好地使用教科书，我们根据教育部制订的普通高中化学课 程标准（实验） 和人民教育出版社、课程教材研究所化学课程教材研究开发中心编著的普通高中课 程标准实验教科书化学 2（必修） 的内容和要求，结合高中化学教学实际，组织编写了本教师教学用书， 供高中化学教师教学时参考。 全书按教科书的章节顺序编排，每章包括本章说明、教学建议和教学资源三个部分。 本章说明是按章编写的，包括教学目标、内容分析和课时建议。教学目标指出本章在知识与技能、 过程与方法和情感态度与价值观等方面所要达到的教学目的；内容分析从地位和功能、内容的选择与呈 现、教学深广度以及内容结构等方面对全章内容做出分析；课时建议则是建议本章的教学课时。 教学建议是分节编写的，包括教学设计、活动建议、问题交流和习题参考。教学设计对各节的内容 特点、知识结构、重点和难点等作了较详细的分析，并对教学设计思路、教学策略、教学方法等提出建 议。活动建议是对科学探究、实验等学生活动提出具体的指导和建议。问题交流是对“学与问” 、 “思考 与交流”等教科书中栏目所涉及的有关问题给予解答或提示。习题参考则是对各节后的习题给予解答或 提示。 教学资源是按章编写的，主要编入一些与本章内容有关的教学资料、疑难问题解答，以及联系实际、 新的科技信息和化学史等内容，以帮助教师更好地理解教科书，并在教学时参考。 参加本书编写工作的有：王晶、王作民、李桢、吴海建、孙琳琳、张晓娟、宋锐等。 本书的审定者：李文鼎、王晶。 责任编辑：吴海建。 图稿绘制：李宏庆、张傲冰。 由于时间仓促，本书的内容难免有不妥之处，希望广大教师和教学研究人员提出意见和建议，以便 修订改进。 人民教育出版社 课程教材研究所 化 学 课 程 教 材 研 究 开 发 中 心 2004 年 6 月 第一章 物质结构 元素周期律1 本章说明1 教学建议 第一节 元素周期表2 第二节 元素周期律5 第三节 化学键6 教学资源8 第二章 化学反应与能量14 本章说明14 教学建议 第一节 化学能与热能17 第二节 化学能与电能23 第三节 化学反应的速率和限度31 教学资源36 第三章 有机化合物42 本章说明42 教学建议 第一节 最简单的有机化合物甲烷43 第二节 来自石油和煤的两种基本化工原料46 第三节 生活中两种常见的有机物48 第四节 基本营养物质50 教学资源51 第四章 化学与可持续发展 59 本章说明59 教学建议 第一节 开发利用金属矿物和海水资源61 第二节 化学与资源综合利用、环境保护64 教学资源67 第一障 物质结构 元素周期律 本章说明 一、教学目标 1.能描述元素周期表的结构，知道金属、非金属在元素周期表中的位置。 2.在初中有关原子结构知识的基础上，了解元素原子核外电子排布。 3.通过有关数据和实验事实，了解原子结构与元素性质之间的关系。知道核素的涵义；认识原子结 构相似的一族元素在化学性质上表现出的相似性和递变性；认识元素周期律。 4.认识化学键的涵义，通过实例了解离子键和共价键的形成。 二、内容分析 1.地位和功能 物质结构和元素周期律是化学的重要理论知识，也是中学化学教学的重要内容。通过学习这部分知 识，可以使学生对所学元素化合物等知识进行综合、归纳，从理论进一步加深理解。同时，作为理论指 导，也为学生继续学习化学打下基础。 这部分知识既是化学 2(必修)的内容，也是选修化学的基础。 2.内容的选择与呈现 根据课程标准，有关物质结构和元素周期律的知识，在必修模块和选修模块中均有教学要求，作为 必修模块中的内容，比较简单、基础，较系统地知识将在选修模块中安排。 在初中化学的基础上，进一步介绍原子核外电子排布。教材没有具体介绍原子核外电子排布的规律， 而是直接给出了 118 号元素原子核外电子的排布，让学生从中发现一些简单规律。较系统的知识将在 选修模块中继续学习。 教材将原子结构与元素性质的关系以及元素周期律作为重点内容。以碱金属和卤族元素为代表介绍 同主族元素性质的相似性和递变性；以第三周期元素为代表介绍元素周期律。将元素性质、物质结构、 元素周期表等内容结合起来，归纳总结有关的化学基本理论。 在初中化学的基础上，通过离子键和共价键的形成，以及离子化合物和共价化合物的比较，使学生 认识化学键的涵义。 本章内容虽然是理论性知识，但教材结合元素化合物知识和化学史实来引入和解释，使理论知识与 元素化合物知识相互融合，以利于学生理解和掌握。 注：教科书章图中选用的原子球塔，位于比利时首都布鲁塞尔西北，为该市标志性建筑之一。 3.内容结构 本章以元素周期表和元素周期律为框架，先介绍元素周期表，再通过一些事实和实验归纳元素周期 律。 第一节从化学史引入，直接呈现元素周期表的结构。在学生了解一些元素性质和原子结构示意图的 基础上，以周期表的纵向结构为线索，以碱金属和卤族元素为代表，通过比较原子结构(电子层数，最外 层电子数) 的异同，突出最外层电子数的相同；并通过实验和事实来呈现同主族元素性质的相似性和递变 性。帮助学生认识元素性质与原子核外电子的关系。在此基础上，提出元素性质与原子核的关系，并由 此引出核素和同位素的有关知识。 第二节以周期表的横向结构为线索，先介绍原子核外电子排布，突出电子层数的不同和最外层电子 数的递增关系，以第三周期元素为代表，归纳出元素周期律。 第三节在前两节的基础上介绍化学键。使学生进一步认识物质结构的知识，以及化合物的形成和化 学反应的本质。 三、课时建议 第一节 元素周期表 2 课时 第二节 元素周期律 3 课时 第三节 化学键 3 课时 复习和机动 2 课时 第一节 元素周期表 一、教学设计 元素周期表是元素周期律的具体表现形式，是学习化学的重要工具。元素周期表在初中化学中已有 简单介绍，学生已经知道了元素周期表的大体结构，并会用元素周期表查找常见元素的相关知识，但对 元素与原子结构的关系还没有更深的理解。因此，本节教学的主要目的在于帮助学生能够从原子结构的 角度进一步认识元素周期表的实质，为学习元素周期律打下基础。 本节教学重点：元素周期表的结构；元素在元素周期表中的位置及其性质的递变规律。 本节教学难点：元素在元素周期表中的位置及其性质的递变规律。 为了落实重点、突破难点，教学设计时，应该充分发挥实验在化学教学中的作用，根据各学校和学 生的实际情况，尽可能采用开放式和探究式的教学方法，充分发挥学生学习的主动性。 1.关于元素周期表结构的教学设计（第 1 课时） 教学流程： 查找资料（关于元素周期表的发展史） 实践活动汇报讲授元素周期表的结构 学生设计不同 类型的元素周期表 小结。 说明： 实践活动（课前预习）分小组查找关于元素周期表发展史的相关资料，制作成幻灯片或资料卡 片等。 讲授可采取制成 Flash 动画形式，每一版块点击出现，增加周期表结构的动感，加深记忆。 课堂开放性训练以小组为单位竞赛，从不同的角度设计多种类型的元素周期表（如从密度、放 射性等角度）。 评价方式优秀成果以墙报形式展出，进行相互交流并评价。 2.关于元素性质与原子结构关系的教学设计（第 2 课时） 教学流程： 提出问题设计探究方案理论探究（碱金属及卤素原子结构特点、规律）实验探究（碱金属及 卤素元素性质递变规律）得出结论。 说明： 问题创设（1）元素周期表中为什么把锂、钠、钾等元素编在一个族呢？它们的原子结构和性 质有什么联系呢？ （2）元素的原子结构和元素的性质有什么关系呢？ 碱金属及卤素的原子结构有关资料以学案形式下发或课上以投影形式呈现。 理论探究比较、归纳、抽象。 实验探究事先可下发实验预习提纲，实验可设计成学生的分组实验，具体见活动建议。 3.关于核素内容的教学设计（第 3 课时） 教学流程： 介绍前沿科学提出问题事例分析得出概念概念辨析应用课堂练习开放性作业。 说明： 问题创设考古( 146C）、氢弹( 21H， 31H）的制造等。 内容呈现氢、碳、铀同位素资料卡片、幻灯。 方法手段比较、类比、抽象。 评价反馈多媒体呈现形成性练习题、同步测试等； 查阅同位素在能源、医疗、农业、考古等方面的应用，以读书报告会形式进行交流。 二、活动建议 【科学探究】 钾在空气中燃烧实验可设计为学生分组实验，而钾与水的反应，钾块不要取太大，以免发生危险， 此实验最好由教师在实物投影仪上演示。 【实验 1-1】 教材中此实验是分步进行，饱和氯水会挥发出氯气造成污染。可尝试改进设计实验如下，操作方便， 对比性强，现象明显，且无有毒气体逸出。 （1） 实验装置（如图 1-1）。 （2） 实验操作： 向 U 形管中加入约 2 g 高锰酸钾粉末；取一根 5 mm150 mm 的玻璃管，插入橡皮塞中，在图 1-1 所示实验装 置中的“4、5、6”处贴上滤纸小旗，分别滴 3 滴淀粉 KI 溶 液、饱和 KI 溶液、溴化钠溶液（从上到下）。另取一同样的 玻璃管，两端各塞入一小团脱脂棉，在 1 和 2 处脱脂棉上分 别滴入淀粉 KI 溶液和饱和 NaBr 溶液，并在两端分别接一橡 皮管（带夹子）；在 3 处装入吸有 NaOH 溶液的脱脂棉。按图 1-1 的装置连接。 滴加浓盐酸，即可看到有黄绿色的氯气 产生，与小旗接触后，由下至上依次出现：蓝色、紫黑色、 红棕色。打开 1、2 处的夹子，当氯气恰好上升到 2 位置，保 持一会儿即夹住 2 处，不使氯气上升。 取下上节玻璃管， 在 2 处微微加热，即看到红棕色的溴上升到 1 处，此时有蓝 色出现。 三、问题交流 【思考与交流】 教材中关于元素性质与原子结构的关系，主要是通过探究碱金属和卤族元素的性质得出同一主族元 素得失电子的能力、金属性和非金属性递变的趋势，这是本节的重点，也是难点。教学中要注意教给学 生思考问题的思路和方法，为学习下一节元素周期律奠定基础。 四、习题参考 4.（1） 元素 甲 乙 丙 丁 原子序数 6 8 11 13 元素符号 C O Na Al 周期 二 二 三 三 族 A A A A (2)甲与乙：C+O 2 CO2 乙与丙：2Na+O 2 Na2O2 乙与丁：4Al+3O 2 2Al2O3 5.不可以，113 种元素并不等于只有 113 种原子，原子的种类实际上多于 113 种。 第二节 元素周期律 一、教学设计 元素周期律是对元素性质呈现周期性变化实质的揭示，通过本节的学习，可以使学生对以前学过的 知识进行概括、综合，实现由感性认识上升到理性认识；同时，也会以此理论来指导后续学习，所以， 学好元素周期律是十分重要的。 本节教学重点：元素周期律的涵义和实质；元素性质与原子结构的关系。 本节教学难点：元素性质和原子结构的关系。 元素周期律属于化学基础理论知识，基础理论教学应具有严密的逻辑性，从课堂教学的结构上，应 当体现出教材本身逻辑系统的要求；要重视理论推理，借助实验和事实分析，应用归纳法和演绎法，培 养学生的逻辑思维能力。 基础理论的教学模式一般为： 提出课题列出理论研究的要点应用实验或资料，分析阐述以得出规律性结论结合新的事实， 检验、应用得出的结论。 根据教材的安排以及高一学生的实际情况，关于原子核外电子的排布，只要求学生熟悉 118 号元 素原子核外电子的排布，并会应用即可。重点是元素周期律、元素周期表和元素周期律的应用，关于这 部分内容的教学可采用问题探究教学模式组织教学过程。利用问题探究的形式组织学生活动，下列设计 可供参考： 分析教材表 1-2 数据学生归纳 118 号元素的原子结构特点思考与交流得出原子核外电子排 布的规律提出新问题（如元素的金属性、非金属性是否随元素原子序数的变化而呈周期性变化呢？） 实验探究 （钠、镁、铝元素化学性质的比较）得出结论资料卡片（硅、磷、硫、氯元素的性质 事实）思考与交流概括出元素周期律再结合周期表总结出元素性质、原子结构与周期表中元素位 置的关系应用。 说明： 实验探究事先可下发实验预习提纲，实验可设计成学生的分组实验，具体建议见活动建议。 开放性作业小论文（如由元素周期表所想到的 ） 。 二、活动建议 【科学探究】 钠、镁、铝的性质实验，简单易做、现象比较明显且安全，可以设计为学生的分组实验，实验方案 不作统一规定，要求各小组自行设计实验方案，然后全班进行交流评价，最后综合总结出最佳方案，注 意培养学生求异思维的能力。 镁与水的反应，尽管有明显的反应速率，但产生氢气的量较少，且看不到产生的氢氧化镁，只能通 过氢气的产生和酚酞指示剂的变色去认定氢氧化镁的存在，说服力不强。根据水溶液中 KCl、NaCl 有阻 止氢氧化镁薄膜在镁上形成的作用，可将水改成食盐水进行实验。 实验步骤：取一段擦去表面氧化膜的镁条，卷成螺旋状，插入盛有食盐水溶液的试管或烧瓶中，再 将试管或烧瓶倒插在盛有食盐水的烧杯中，可以观察到镁持续不断地跟水反应，几分钟后，白色的氢氧 化镁沉淀聚积在烧杯底部。 注意事项：镁条用量较多；食盐水可以用饱和食盐水稀释一倍获得。 三、问题交流 【学与问】 元素周期表和元素周期律学习中，应帮助学生掌握以下要点： 1.根据元素在周期表中的位置，预测其原子结构和性质，反过来根据元素的原子结构推测它在周期 表中的位置。 2.掌握同周期、同主族元素性质的递变规律。 3.熟悉常见元素在周期表中的位置。 4.指出金属性最强和非金属性最强元素的位置。 5.推测未知元素的位置及性质。 四、习题参考 1.B 2.(1) NaK (2)AlB (3)ClP (4)ClS (5)OS 3.(1)HNO3H 2PO4 (2)Mg(OH)2Ca(OH) 2 (3) Mg(OH)2 Al(OH)3 4.银白色，与水剧烈反应，性质比钾和钠活泼。 5.（1）BaBe (2) Ba 也要密封保存 6.（1）7，4 （2）七周期、A (3)金属 第三节 化学键 一、教学设计 初中化学中介绍了离子的概念，学生知道 Na+和 Cl-由于静电作用结合成化合物 NaCl，又知道物质 是由原子、分子和离子构成的，但并没有涉及到离子化合物、共价化合物以及化学键的概念。化学 2 的 化学键内容，目的是使学生进一步从结构的角度认识物质的构成，从而揭示化学反应的实质。 本节教学重点：离子键、共价键的概念；离子化合物和共价化合物的概念；化学键的概念；化学反 应的实质。 本节教学难点：化学键的概念；化学反应的实质。 本节教材涉及的化学基本概念较多，内容抽象。根据高一学生的心理特点，他们虽具有一定的理性 思维能力，但抽象思维能力较弱，还是易于接受感性认识。因此，本节课的教学，应低起点，小台阶， 充分利用现代化教学手段，进行多媒体辅助教学，来突出重点，突破难点。 1.关于离子键的教学设计 教学流程： 提出问题实验（钠和氯气的反应）进行表征性抽象再进行原理性抽象得出结论（离子键的 定义）离子键的形成条件离子键的实质构成离子键的粒子的特点离子化合物的概念实例反 思与评价。 说明： 问题创设（1）分子、原子和离子是怎么构成物质的呢？ （2）为什么物质的种类远远地多于元素的种类呢？ 表征性抽象通过钠和氯气反应产生白色固体的实验，得出结论（生成氯化钠） 。 原理性抽象制作三维动画从微观的角度模拟氯化钠的形成，化静为动，变抽象为形象，增强学生 的感性认识，降低难点，得出离子键的概念。 反思与评价利用 5 分钟左右的时间，针对离子键概念的内涵和外延以及电子式的写法进行练习， 强化对概念的理解、应用及化学用语书写的规范性。 2.关于共价键的教学设计 教学流程： 复习离子键及氢气和氯气的反应提出新问题（氯化氢的形成原因？）原理性抽象得出结论 （共价键的定义）共价键的形成条件构成共价键的粒子的特点共价键的实质共价化合物的概念 共价键的种类（极性共价键和非极性共价键）离子键和共价键的概念辨析归纳总结出化学键的定 义化学反应的实质教学评价。 说明： 教学手段关于共价键形成过程的教学，仍然可以采用多媒体制作动画的方式呈现。 教学方法通过对离子键、共价键的比较，归纳抽象出化学键的概念。 教学评价10 分钟课堂测验反馈。 二、活动建议 【实验 1-2】 钠和氯气反应实验的改 进建议及说明： 1.教材中演示实验的缺 点：（1）钠预先在空气中 加热，会生成氧化物，影响 钠在氯气中燃烧；（2）预 先收集的氯气在课堂演示时 可能不够；（3）实验过程 中会产生少量污染。 2.改进的装置（如图 1- 2） 。 3.实验步骤：（1）取黄 豆大的钠，用滤纸吸干表面 的煤油放入玻璃管中，按图示安装好；（2）慢慢滴入浓盐酸，立即剧烈反应产生氯气；（3）先排气至 管内有足够氯气时，加热钠，钠熔化并燃烧。 4.实验现象：钠在氯气中剧烈燃烧，火焰呈黄色且有白烟，反应停止后，管壁上可观察到附着的白 色固体。 5.改进实验的优点：（1）整个实验过程中氯气保持一定浓度和纯度，避免发生副反应。 （2）安全可靠，污染少。 6.实验条件控制：（1）高锰酸钾要研细；（2）盐酸质量分数为 30%34% 。 三、问题交流 电子式是高中化学的重要化学用语，关于电子式的教学，必须使学生明确： 1.电子式中的电子数是指最外层电子数，而不是指电子总数； 2.阳离子、阴离子电子式的区别； 3.离子电子式中的电荷数与元素化合价表示方法的区别； 4.表示离子键和共价键的电子式的区别； 5.“用电子式表示结构” 和“ 用电子式表示分子的形成过程 ”是不同的，不要混淆。 四、习题参考 2.稀有气体最外层电子已达到 2 个或 8 个电子的稳定结构。 4.（1）非极性键 （2）非极性键 （3）极性键 （4）极性键 （5）极性键 教学资源 1.元素周期律和元素周期表的重要意义 元素周期律和周期表，揭示了元素之间的内在联系，反映了元素性质与它的原子结构的关系，在哲 学、自然科学、生产实践各方面都有重要意义。 （1）在哲学方面，元素周期律揭示了元素原子核电荷数递增引起元素性质发生周期性变化的事实， 有力地论证了事物变化的量变引起质变的规律性。元素周期表是周期律的具体表现形式，它把元素纳入 一个系统内，反映了元素间的内在联系，打破了曾经认为元素是互相孤立的形而上学观点。通过元素周 期律和周期表的学习，可以加深对物质世界对立统一规律的认识。 （2）在自然科学方面，周期表为发展物质结构理论提供了客观依据。原子的电子层结构与元素周 期表有密切关系，周期表为发展过渡元素结构、镧系和锕系结构理论、甚至为指导新元素的合成、预测 新元素的结构和性质都提供了线索。元素周期律和周期表在自然科学的许多部门，首先是化学、物理学、 生物学、地球化学等方面，都是重要的工具。 （3）在生产上的某些应用 由于在周期表中位置靠近的元素性质相似，这就启发人们在周期表中一定的区域内寻找新的物质。 农药多数是含 Cl、P、S、N 、As 等元素的化合物。 半导体材料都是周期表里金属与非金属接界处的元素，如 Ge、Si、Ga、Se 等。 催化剂的选择：人们在长期的生产实践中，已发现过渡元素对许多化学反应有良好的催化性能。 进一步研究发现，这些元素的催化性能跟它们原子的 d 轨道没有充满有密切关系。于是，人们努力在过 渡元素（包括稀土元素）中寻找各种优良催化剂。例如，目前人们已能用铁、镍熔剂作催化剂，使石墨 在高温和高压下转化为金刚石；石油化工方面，如石油的催化裂化、重整等反应，广泛采用过渡元素作 催化剂，特别是近年来发现少量稀土元素能大大改善催化剂的性能。 耐高温、耐腐蚀的特种合金材料的制取：在周期表里从B 到B 的过渡元素，如钛、钽、钼、 钨、铬，具有耐高温、耐腐蚀等特点。它们是制作特种合金的优良材料，是制造火箭、导弹、宇宙飞船、 飞机、坦克等的不可缺少的金属。 矿物的寻找：地球上化学元素的分布跟它们在元素周期表里的位置有密切的联系。科学实验发 现如下规律：相对原子质量较小的元素在地壳中含量较多，相对原子质量较大的元素在地壳中含量较少； 偶数原子序的元素较多，奇数原子序的元素较少。处于地球表面的元素多数呈现高价，处于岩石深处的 元素多数呈现低价；碱金属一般是强烈的亲石元素，主要富集于岩石圈的最上部；熔点、离子半径、电 负性大小相近的元素往往共生在一起，同处于一种矿石中。在岩浆演化过程中，电负性小的、离子半径 较小的、熔点较高的元素和化合物往往首先析出，进入晶格，分布在地壳的外表面。 有的科学家把周期表中性质相似的元素分为十个区域，并认为同一区域的元素往往是伴生矿，这对 探矿具有指导意义。 2.元素的金属性与非金属性跟原子结构的关系 从化学的观点来看，金属原子易失电子而变成阳离子，非金属原子易跟电子结合而变成阴离子。元 素的原子得失电子的能力显然与原子核对外层电子特别是最外层电子的引力有着十分密切的关系。原子 核对外层电子吸引力的强弱主要与原子的核电荷数、原子半径和原子的电子层结构等有关。 我们常用电离能来表示原子失电子的难易，并用电子亲合能来表示原子与电子结合的难易。 从元素的一个最低能态的气态原子中去掉 1 个电子成为一价气态阳离子时所需消耗的能量叫该元素 的第一电离能，从一价气态阳离子中再去掉 1 个电子所需消耗的能量叫第二电离能，单位常用电子伏特 （eV） 。 电离能的数据表明，同主族元素从上到下电离能减小，即越向下，元素越易失去电子。同周期元素 从左到右，电离能增大。一般说来，元素的电离能数值越大，它的金属性越弱。 原子的电子亲合能是元素的一个气态原子获得 1 个电子成为一价气态阴离子时所放出的能量。电子 亲合能越大，元素的原子就越容易跟电子结合。一般说来，元素的电子亲合能越大，它的非金属性越强。 元素的原子在化合物分子中把电子吸引向自己的本领叫做元素的电负性。元素的电负性同电离能和 电子亲合能有一定的联系。我们可把电负性的数值作为元素金属性或非金属性的综合量度。金属的电负 性较小，金属的电负性越小，它的活动性越强。非金属的电负性较大，非金属的电负性越大，它的活动 性也越强。 同一周期中，各元素的原子核外电子层数相同，但从左到右，核电荷数依次增多，原子半径逐渐减 小，电离能趋于增大，失电子越来越难，得电子能力逐渐增强，因此金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增 强。在短周期中这种递变很显著，但在长周期中，自左至右，元素的金属性减弱很慢。因为长周期中过 渡元素增加的电子进入尚未填满的次外层，即填入 d 轨道（第六周期镧系元素电子进入倒数第三层，即 填入 f 轨道） ，所以在长周期的前半部各元素的原子中，最外层电子数不超过 2 个，由于这些元素的原子 半径和电离能依次仅略有改变，因此金属性减弱很慢。在长周期的后半部分各元素的原子中，最外层上 的电子数依次增加，因此金属性的减弱和非金属性的增强才变得显著。 在各主族内，从上到下，随原子序数的增加，虽然原子的核电荷数是增加了，但原子的电子层数也 随着增多，原子半径也增大，内层电子的屏蔽效应也加大。由于这些原因，原子核对外层电子的引力减 弱，原子易失去电子，因而元素的金属性也增强。 3.元素周期表的终点在哪里？ 1869 年俄国化学家门捷列夫将当时已发现的 63 种元素列成元素周期表，并留下一些空格，预示着 这些元素的存在。在元素周期表的指导下，人们“按因索骥”找出了这些元素。 元素种类到底是否有限？周期表有否终点？ 20 世纪 3040 年代，人们发现了 92 号元素，就有人提出 92 号是否是周期表的最后一种元素。然 而从 1937 年起，人们用人工合成法在近 50 年时间又合成近 20 种元素，元素周期表的尾巴增长了。这 时又有人预言，105 号元素该是周期表的尽头了，其理由是核电荷越来越大，核内质子数也越来越大， 质子间的排斥力将远远超过核子间作用力，导致它发生蜕变，然而不久，又陆续合成了 106109 号元 素。这些元素存在的时间很短，如 107 号元素半衰期只有 2 s，照此推算元素周期表是否到尽头了？ 1969 年起，理论物理学家从理论上探索“超重元素”存在的可能性，他们认为具有 2，8，14，28，50，82，114，126，184 等这些“幻数”的质子和中子，其原子核比较稳定，这就是说， 随着原子序数的递增，其原子核不一定不稳定。因此在 109 号元素之后还能合成一大批元素，这样，第 七周期 32 种元素将会被填满，第八周期也将填满（按理论计算，第八周期元素共 50 种，其中 7 种主族 元素，1 种惰性元素，10 种过渡元素或副族元素，还有 32 种超锕系元素，列在元素周期表锕系元素的 下方） 。 然而理论的唯一检验标准是实践，能否不断合成新元素至今还是一个谜，科学家将上天（如到月球） 入地（如海底）或反复在粒子加速器中进行实验，企图合成新元素，其结果将会如何，人们正拭目以待。 更为有趣的是，有些科学家还提出元素周期表可以向负方向发展，这是由于科学上发现了正电子、 负质子（反质子） ，在其他星球上是否存在由这些反质子和正电子以及中子组成的反原子呢？这种观点 若有一朝被实践证实，元素周期表当然可以出现核电荷数为负数的反元素，向负向发展也就顺理成章了。 4.化学键理论发展简介 化学键理论应该回答原子怎样形成分子（或晶体） ，以及分子为什么可以稳定存在等问题。历史上 曾出现各种理论，从贝采里乌斯的二元学说起，到热拉尔的类型论、凯库勒和布特列洛夫的结构理论、 维尔纳的配位理论、路易斯等的电子理论等，经过了一个多世纪的努力，终于逐渐形成现代的化学键理 论。 1812 年，贝采里乌斯发表了二元学说。当时已知道水经电解后，氢气从负极析出，氧气从正极析出。 他从电解现象中得到启发，认为每种化合物都是由电性相反的两部分组成。电解时，正的部分在负极析 出，负的部分则在正极析出。例如， 它们靠正电性和负电性两部分以静电吸引结合而成稳定分子。二元学说较好地解释无机化合物，解 释有机化合物则遇到了困难。 热拉尔完全抛弃了二元学说，提出类型论，他把化合物分为四类： 这四个母体化合物中的氢被各种基团所取代，可得到各种各样的化合物。例如： 类型论只能总结实验结果，使有机化合物初步系统化，但没有预见性。 1857 年，凯库勒提出碳是四价，并注意到碳的原子价不分正负，因而碳与碳原子可以结合形成链状。 后来，凯库勒又提出在芳香族化合物里，碳具有环状结构，对于苯分子提出了凯库勒结构式，并指出原 子间可以单键、双键和三键联结。凯库勒的理论对有机化学的发展起了很大的推动作用。 1861 年，布特列洛夫提出了化学结构理论。他认为分子不是原子的简单堆积，而是原子按一定顺序 排列的化学结合；这样结合起来的每个原子之间有复杂的化学力相互作用。这种化学力的分配叫做物质 的化学结构，或称分子中原子间的相互作用。分子中原子间的相互作用包含相邻原子间直接的相互作用 和不相邻原子间的间接相互作用。他还认为每一个分子只能有一个确定的结构，物质的化学性质决定于 它的化学结构。 1893 年，维尔纳提出了配位理论来解释络合物的结构。认为金属有两种原子价，即主价和副价，后 者或称配位数。每一种金属有一定副价。主价必须由负离子来满足，而副价则可由负离子或中性分子来 满足。副价有方向性，如副价为 6 时，指向正八面体的六个顶点。副价为 4 时有两种情况，可以指向正 方形的四个角，或指向正四面体的四个顶点。 以上是 19 世纪发展起来的经典结构理论，它们是概括了大量化学事实而提出来的，又能解释许多 事实，但限于当时的科学水平，对许多问题还搞不清楚。例如，分子中原子相互结合的本质是什么？副 价是怎样产生的？非相邻原子之间的相互作用是怎样的？进入 20 世纪后，随着电子、放射性的发现， 玻尔在普朗克的量子论和卢瑟福的原子模型基础上提出了原子结构理论，这些为创立化学键的电子理论 打下了基础。 1914 年到 1919 年，路易斯等人创立和发展了电子理论。他们认为： 原子价可分为共价和电价， 共价是由两个原子共有电子对而成，电价是靠正负离子的静电引力而成。 原子得失电子或共有电子， 如果外层电子达到稀有气体的结构时最稳定（即所谓八隅律） 。 用八隅律解释共价键的饱和性，有很多例外，而共价键的方向性，电子理论也不能解释。但是电子 理论已经明确指出分子中原子间的相互作用是价电子和各原子核间的相互作用，原子间的一个化学键是 一对电子。由于电子理论中引进的电子概念是静止的，所以，还不能解释清楚共价键的本质问题。 1927 年，海特勒和伦敦用量子力学处理氢分子获得成功，开创了现代的化学键理论。目前流行的化 学键理论有电子配对理论（或称价键理论） 、分子轨道理论以及配位场理论。价键理论认为，成键的电 子只是价电子，而其他电子仍是在各自的原子周围运动。价键法与化学家熟悉的电子配对、八隅律等概 念符合，因此较易为人们所接受，同时，用它处理分子结构问题，价键的概念较明晰，因而一直为许多 教科书所采用。但对许多化学现象，如氧分子的顺磁性、氮分子的特殊稳定性等，价键理论都无法解释。 在这些方面，分子轨道理论能发挥其作用。分子轨道理论将整个分子看作一个整体，整个分子中的各原 子核形成一定的势场，所有的电子都在这势场的一定的分子轨道中运动。电子在分子轨道中运动，同样 遵循能量最低原理。近年来，由于分子轨道对称守恒原理的发现及广泛应用，分子轨道理论发展较快。 5.共价键理论简介 对共价键本质问题的探讨一直是化学键理论中的重大研究课题。为了阐明共价键的形成，20 世纪 30 年代以后建立了两种化学键理论：一种是现代价键理论，另一种是分子轨道理论。现行中学教材中介 绍的基本上是现代价键理论。 由于 20 世纪初建立的经典价键理论遇到许多不能解决的矛盾，对共价键的本质也解释不清，为了 解决这些矛盾，1927 年德国化学家海特勒和伦敦首先将量子力学理论应用到分子结构中。后来鲍林等又 发展了这一理论，建立了现代价键理论（Valence Bond Theory） ，简称 VB 法，又称电子配对法。该理论 认为：原子在未化合前有未成对电子，这些未成对的电子，如果自旋方向相反的话，则可两两结合成电 子对，这时原子轨道发生重叠，电子在两核间出现机会较多，电子云密度较大，体系的能量降低，就能 形成一个共价键；一个电子与另一个电子配对后就不能再与第三个电子配对；原子轨道重叠愈多，所形 成的共价键就愈稳定，等等。 现代价键理论不但可解释共价键的饱和性和方向性问题，而且在得到杂化轨道理论充实后，还能解 释许多分子的几何构型问题。值得注意的是现代价键理论不受经典价键概念的所谓“八隅律”的束缚，如 中的 Be 和 B 原子的最外层并不是 8 个电子，而分别是 4 个和 6 个电子。 但现代价键理论在解释有些分子的形成时，也遇到了困难。例如，它只能从原子轨道的重叠定性地 说明共价键的稳定性，而不能给予近乎定量的解释；它也无法解释氧分子和硼分子等为什么具有顺磁性 等问题。另外，在解释较复杂的分子以及有大 键的有机分子结构时也与实际偏差较大，因为该理论缺 乏对分子作为一个整体的全面考虑。如果认为分子中的电子已不再从属于任何一个组成原子的原子轨道， 而是在属于整个分子的若干分子轨道中运动，这似乎还比较合理，于是分子轨道理论（Molecular Orbital Theory） ，简称 MO 法，便应运而生。 MO 理论认为：能量相近的原子轨道可以组合成分子轨道。由原子轨道组合成分子轨道的数目不变， 而轨道能量改变。能量低于原子轨道的分子轨道为成键轨道，反之为反键轨道，能量等于原子轨道的分 子轨道为非键轨道。分子中的电子在一定的“分子轨道”上运动。在不违背每一个分子轨道只容纳两个自 旋方向相反的电子的原则下，分子中的电子将优先占据能量最低的分子轨道，并尽可能分占不同的轨道， 且自旋方向相同。在成键时，原子轨道重叠越多，所生成的键愈稳定。分子轨道中电子的排布也遵从原 子轨道电子排布的原则，即泡利不相容原理、能量最低原理、洪特规则和轨道最大重叠原理等对它都适 用。 利用分子轨道理论不仅可解释现代价键理论所不能解释的问题（如 O2 和 B2 分子的顺磁性等问题） ， 并且提出了三电子键及单电子键等概念。分子轨道理论从分子整体出发，对于处理多原子 键体系，解 释离域效应和诱导效应等方面的问题，都能更好地反映客观实际。1965 年在大量实验的基础上，美国伍 德沃德和德国霍夫曼又提出了分子轨道对称守恒原理。它对解释和预示一系列化学反应进行的难易程度， 以及了解产物的立体构型等问题都有指导作用，它使化学键理论进入到了研究化学反应的新阶段。 第二章 化学反应与能量 本 章 说 明 一、教学目标 1.知道化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因化学键的断裂要吸收能量，化学键 的形成要放出能量。知道一个化学反应是吸收能量还是放出能量，决定于反应物的总能量与生成物的总 能量的相对高低。 2.通过实例和实验，了解化学能与热能的相互转化，了解化学能转化为热能在生产、生活中的应用 及其对人类文明发展的贡献。 3.能举例说明化学能与电能的转化关系及其运用，认识化学能转化为电能对现代化的重大意义，初 步了解化学电池的化学反应基础（氧化还原反应）及研制新型电池的重要性。 4.通过实例和实验初步认识化学反应的速率及其影响因素，知道化学反应有一定的限度，并在此基 础上认识控制反应条件对生产、生活及科学研究的意义，初步认识提高燃料燃烧效率的重要性和途径。 5.初步体会通过实验认识和研究化学反应原理的方法与价值，并为学习有关的选修模块打下基础。 二、内容分析 1.地位和功能 本章内容分为两个部分化学反应与能量、化学反应速率和限度，都属于化学反应原理范畴，是化 学学科最重要的原理性知识之一，也是深入认识和理解化学反应特点和进程的入门性知识。同时，本章 内容又是在社会生产、生活和科学研究中有广泛应用的知识，是对人类文明进步和现代化发展有重大价 值的知识，与我们每个人息息相关。因此，化学能对人类的重要性和化学反应速率、限度及其条件控制 对化学反应的重要性，决定了本章学习的重要性。 初中化学从燃料的角度初步学习了“化学与能源”的一些知识，在选修模块“化学反应原理”中，将从 科学概念的层面和定量的角度比较系统深入地学习化学反应与能量、化学反应速率和化学平衡的原理。 本章内容既是对初中化学相关内容的提升与拓展，又是为选修“化学反应原理”奠定必要的基础。 通过化学能与热能、电能的相互转化及其应用的学习，学生将对化学在提高能源的利用率和开发新 能源中的作用与贡献有初步认识；通过新型化学电源开发利用的介绍，学生将对化学的实用性和创造性 有更多的体会；通过对化学反应速率和限度的讨论，学生对化学反应的条件将从原理上加深认识。这些 都会增进学生对化学科学的兴趣与情感，体会化学学习的价值。 2.内容的选择与呈现 课程标准关于化学反应与能量及化学反应速率与限度的内容在初中化学、高中必修模块和选修模块 中均有安排，既有学习的阶段性，又有必修、选修的层次性，在具体内容上前后还有交叉和重叠，学生 概念的形成和发展呈现一种螺旋式上升的形态。 根据课程标准，关于化学反应中能量变化的原因，在此只点出化学键的断裂和形成是其主要原因， 并笼统地将反应中吸收或放出能量归结为反应物的总能量与生成物的总能量的相对高低，不予深究。 关于化学能与热能、电能的相互转化，侧重讨论化学能向热能或电能的转化，以及化学能直接转化 为电能的装置化学电池，主要考虑其应用的广泛性和学习的阶段性。在化学电池中，通过原电池和传 统干电池（锌锰电池）初步认识化学电池的化学原理和结构，并不要求上升为规律性的知识；通过介绍 新型电池（如锂离子电池、燃料电池等）体现化学电池的改进与创新，初步形成科学技术的发展观。 关于化学反应速率及其影响因素，是通过实例和实验使学生形成初步的认识，但不涉及对反应速率 进行定量计算或同一反应中不同物质间反应速率的相互换算。反应限度是通过实验和化学史实（炼铁高 炉尾气之谜）感性地说明其存在，虽涉及了反应的“可逆性”及“平衡状态”，但未从原理的、定义的高度 予以重点讨论。反应条件的控制是建立在上述二者的基础之上，选取了“燃料的燃烧效率”这一常见的典 型例子进行综合分析，从中了解控制反应条件的重要性，训练分析问题的思路与方法。这一实例分析， 既与学生的日常生活经验相联系，又与初中“燃料的燃烧”相衔接。 本章在选材上尽量将化学原理与实验、实例相结合，对化学概念或术语（如化学能、化学电池、催 化剂、反应限度等）采用直接使用或叙述含义而不下定义的方式出现，以降低学习的难度。同时注意与 学生经验、社会发展、高新技术、化学史实、相关学科（如物理、生物等）相联系，力求使本章学习内 容在相应的“知识生态” 中呈现，体现其知识的生长性、环境性、综合性和发展性。 3.内容结构 三、课时建议 第一节 化学能与热能 2 课时 第二节 化学能与电能 2 课时 第三节 化学反应的速率和限度 2 课时 机动和复习 2 课时 第一节 化学能与热能 一、教学设计 能源与人类的生存和发展息息相关。本章通过对化学反应中能量变化的探讨，使学生感悟到过去化 学反应在人类利用能源中所充当的角色，在未来人类解决能源危机、提高能源利用率和开发新能源等方 面中的关键作用，以激发学生学习化学的兴趣，教育学生关心能源、环境等与现代社会有关的化学问题。 本节课的教学是围绕化学能与热能的关系而展开的。教学分为三个部分： 在第一部分中教材先从化学键知识入手，说明化学键与能量之间的密切联系，揭示了化学反应中能 量变化的主要原因。然后分析了化学反应过程中反应物和生成物的能量储存与化学反应吸收还是放出能 量的关系，为后面强调“与质量守恒一样，能量也是守恒的”的观点奠定了基础。 在第二部分中教材通过三个实验，说明化学反应中能量变化主要表现为热量的形式，提出吸热反应 和放热反应的概念。这部分内容强调了科学探究和学生活动，让学生在实验探究中认识和感受化学能与 热能之间相互转化及其研究过程，学会定性和定量的研究化学反应中热量变化的科学方法。 在第三部分中教材为了拓宽学生的科学视野，图文并茂地说明了生物体内生命活动过程中的能量转 化、能源与人类社会发展的密切关系，使学生建立正确的能量观。 关于化学反应与能量之间的关系，学生在初中化学中已经有所了解，在他们的生活经验中也有丰富 的感性认识。本节教学内容是让学生在学习物质结构初步知识之后，从本质上认识化学反应与能量的关 系。 本节教学重点：化学能与热能之间的内在联系以及化学能与热能的相互转化。 本节教学难点：从本质上（微观结构角度）理解化学反应中能量的变化，从而建立起科学的能量变 化观。 依据以上分析，建议将本节课的教学分为三个课堂教学单元：理论思考教学，实验探究教学，实际 应用教学。这三个教学单元相互联系，同时又各自平行独立，其中任何一个单元都可以作为教学切入点 进行课堂整体教学，这样就形成了以下几种教学思路： 【教学设计】以理论思考教学作为切入点。 从复习化学键知识入手启发学生思考化学反应中“化学键的破与立”与化学反应中能量变化的关 系进入理论思考教学引发学生考虑化学能与热能相互转化的问题进入实验探究教学提出人类如 何利用化学反应产生的热量问题进入实际应用教学。 这一教学思路强调的是理论的指导作用，启发学生从理论出发提出化学反应中能量变化的几种科学 假设，然后设计实验对各种假设进行验证，以此培养学生应用理论知识解决实际问题的能力。 理论思考教学单元中，应充分利用学生已有的结构化学知识、化学键模型、图表和多媒体课件等课 堂内的教学资源，运用模拟课件将“化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因”这一抽象 复杂的知识直观化和形象化，运用对比、比喻、联想等教学方法进行“一个确定的化学反应在发生过程 中是吸收能量还是放出能量，决定于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小”的教学，力求用直 观化的图表说明问题，注意新、旧知识的衔接和启发学生进行讨论和对比。 【教学设计】以实验探究教学作为切入点。 首先从一个燃烧实验入手启发学生理解物质发生化学反应的同时还伴随着能量的变化，而这些能 量变化通常又表现为热能变化进入实验探究教学提出“为什么有的化学反应吸热，而有的化学反应 放热” 的问题进入理论思考教学提出人类如何利用化学反应产生的热量问题进入实际应用教学。 这一教学思路强调的是科学研究的一般过程，即应用实验创设教学情境，引发学生发现并提出新的 问题，设计并进行实验用以收集、整理事实和数据，再得出结论，抽象出吸热反应和放热反应的概念， 然后上升到理论高度去理解概念，最后应用到实际中去。整个教学过程即是一个完整的科学探究过程。 实验探究教学单元中，在探讨化学反应放热、吸热本质时，要使学生明确三点：1.热量变化是化学 反应中能量变化的主要表现形式；2.化学反应过程中的能量守恒；3.化学反应在发生过程中是吸热还是 放热，决定于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小。实验 2-1、2-2、2-3 是教学中非常重要的 课内教学资源，为了最大限度的发挥其教学价值，建议将实验 2-1 和实验 2-3 安排为学生分组实验，因 为放热现象不能用眼睛直接观察到，学生亲自动手实验有利于触摸反应器和观察温度计，能增强感性认 识。由于实验 2-2 中产生氨气，因此要在通风条件好的环境下安排学生分组实验，此实验直观，现象明 显、有趣，能很好的调动学生的参与热情。经过分组实验，学生有了完整丰富的感性认识后，引导学生 进行高质量的理性分析则是至关重要的。通过学生汇报、小组内交流、填写实验报告等多种多样的形式， 给学生创造机会学习对现象的描述和分析、对实验事实和数据的处理、依据事实和数据进行抽象等科学 方法。最后，为了能使实验教学进入高层次的创造性实验和创造性思维阶段，可以提出一些富有挑战性 的学习问题或任务，供学生在课堂内讨论或课外深入学习。例如，除了触摸、使用温度计和观察少量水 是否结冰等方法外，还有没有其他指示反应放热或吸热的方法？将你认为可行的方法列出来，并根据这 些方法设计实验；在定性实验的基础上能否定量测定一个反应所放出或吸收的热量？如果能，应该怎样 设计实验？你怎样设计实验比较两个反应放出能量的大小？ 【教学设计】以实际应用教学作为切入点。 首先让学生观看人类开发和利用能源的录像、图片等，或提出一个有关能源的社会实际问题进行讨 论进入实际应用教学使学生认识到化学反应所释放出的能量是当今世界上最重要的能源，研究化学 反应中能量变化的重要意义进入实验探究教学引导学生考虑怎样从本质上去理解：为什么有的化学 反应吸热，而有的化学反应放热？进入理论思考教学。 这一教学思路强调的是将化学研究与社会的生存和发展密切联系起来，引导学生从实际出发去研究 化学反应。 实际应用教学单元中，注意较多地渗透化学社会学的观点，要求的知识比较浅显但涉及的知识面广， 这部分内容在课堂内不要讲得过深、过细和过多，应侧重于调动学生的学习兴趣和学习热情，引导学生 充分利用课外教学资源进行学习。在课堂内建议选择有针对性的录像片段、具有说服力的图片、数据资 料供学生观看和阅读，然后进行讨论和分析。同时，给学生一些学习问题和学习任务，鼓励学生充分利 用课外教学资源进行学习，如上网学习，去图书馆查阅资料，到社会上去调研，寻找日常生活中与能量 有关的现象等，也可下发一些课后阅读资料让学生分析并写出报告。 本节课整体教学结构及流程图为： 二、活动建议 【实验 2-1】 实验要点：铝与稀酸和弱酸反应现象不明显，常常需要加热，所以要选择强酸且浓度不要太低。尽 量使用纯度好的铝条，反应前要用砂纸打磨光亮，这样进行实验时，用手触摸才能明显感觉到反应放热， 用温度计测量效果会更好。 实验报告设计： 实验目的 1.了解铝与盐酸反应中热量变化的情况； 2.学会观察和测定化学反应中热量变化的方法。 实验要求 组内成员共同合作完成下列三个栏目中所要求的学习任务。 实验活动时间： 小组成员姓名： 思考与讨论 1.铝与盐酸反应的化学方程式： 。 2.在反应过程中你将能看到什么现象？ 3.用眼睛不能直接观察到反应中的热量变化，你将采取哪些简单易行的办法来了解反应中的热量变化？ 4.要明显的感知或测量反应中的热量变化，你在实验中应注意哪些问题？ 实验记录 实验步骤 * 眼睛看到的现象 用手触摸的感觉 用温度计测量的数据 在一支试管中加入 23mL 6mol/L 的盐 酸溶液 向含有盐酸溶液的试管中插入用砂纸打 磨光的铝条 结 论 反思与评价 （一）个人反思和总结 1.通过这个实验你学到了哪些化学知识？学会了哪些实验方法？ 2.在整个过程中，你最满意的做法是什么？你最不满意的做法是什么？ （二）组内交流和评价 1.在思考、讨论过程中，同组成员给了你哪些启示？你又给了同组成员哪些启示？ 2.在实验过程中，同组成员给了你哪些帮助？你又给了同组成员哪些帮助？ （三）组间交流和评价 1.当听完其他小组的汇报后，发现他们的哪些做法比你们小组的好？哪些不如你们的好？ 2.当听完其他小组的汇报后，你是否又有了新的想法？ 根据你在这次活动中的收获和表现，以 10 分制计算，你的得分是 ：。请阐述理由： 。 请将你的报告送交到老师处。谢谢合作！ *实验步骤也可以让学生自己设计和填写。 【实验 2-2】 实验要点：这个实验成功的关键是在短时间内反应充分进行，使体系温度快速降低，将玻璃片上的 水凝固。实验中要注意两点：（1）将 Ba(OH)28H2O 晶体研磨成粉末，以便与 NH4Cl 晶体充分接触； （2）由于该反应属于固相反应，一定要在晶体混合后立即用玻璃棒快速搅拌混合物，以使它们很快起 反应；（3）反应放出有刺激性气味的氨气，会造成学习环境的污染，所以要注意对氨气的吸收。 建议实验探究过程如下： （一）提出研究的题目 在常温下氢氧化钡晶体与氯化铵晶体反应过程中能量的变化。 （二）收集实验证据 1.阅读教材并根据已有知识设计实验方案和实验步骤如下： 图 2-1 氢氧化钡