《物质结构与性质》教与学课件

*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,学研合一,破疑解惑,例谈物质结构与性质教学,物质结构与性质,模块是普通高中的选修课程，本模块着重让学生了解人类探索物质结构的重要意义和基本方法，认识物质结构与性质之间的关系，并在学习中提高分析问题和解决问题的能力。,普通高中化学课程标准,(,实验,),第四部分提出教师应“把握不同课程模块的特点，合理选择教学策略和教学方式”，指出,物质结构与性质,模块的内容较为,抽象,，因此在学习和应用上的要求都比其他模块要高，建议教师在讲解时应力求,通俗易懂、深入浅出,，要紧密联系学生已有的有关物质及其变化的经验和知识，尽可能通过实验、借助,模型,、,图表及运用现代信息技术,，以提高教学质量和效率。,主题,1,原子结构与元素的性质,主题,2,化学键与物质的性质,主题,3,分子间作用力与物质的性质,主题,4,研究物质结构的价值,在研究课程标准、考试说明时注重几下几方面：,1.,考试说明与课程标准中的关键词认知水平不一致,2.,考试说明比课程标准更具体,3.,考试说明与课程标准中关键词不同，但认知性学习,目标的水平一致,4.,考试说明中的不作要求。（必需知道）,一、加强对课程标准、考试说明的对比研究,主题,1,课程标准,考试说明,原子结构与元素的性质,1.,了解,原子核外电子的运动状态。,2.,了解原子结构的构造原理，知道原子核外电子的能级分布，能用电子排布式表示常见元素（,1,36,号）原子核外电子的排布。,3.,能,说出,元素的电离能、电负性的涵义，能应用元素的电离能说明元素的某些性质。,4.,知道原子核外电子在一定条件下会发生跃迁，了解其简单应用。,1.,认识,原子核外电子的运动,状态，了解电子云、电子,层（能层）、原子轨道（能级）的含义。,2.,了解多电子原子核外电子,分层排布遵循的原理，能,用电子排布式表示,1,36,号元素的原子及简单离子,的基态核外电子排布。,3.,了解,主族元素第一电离能、,电负性等性质的周期性变,化规律，能根据元素电负,性说明元素的金属性和非,金属性的周期性变化规律。,主题,2,课程标准,考试说明,化,学,键,与,物,质,的,性,质,1.,能说明离子键的形成，,能根据离子化合物的结构,特征解释其物理性质。,2.,了解晶格能的应用，,知,道,晶格能的大小可以衡量,离子晶体中离子键的强弱。,3.,知道,共价键的主要类型,键和键，能用键能、,键长、键角等说明简单分,子的某些性质。,4.,认识共价分子结构的多,样性和复杂性，能根据,有,关理论,判断简单分子或离,子,的构型，能,说明,简单化,合物的成键情况。,1.,理解离子键、共价键的含义，能说明离子键、共价键的形成。,2.,了解,NaCl,型和,CsCl,型离子晶体,的结构特征，能用晶格能,解释,典型离子化合物的某些物理性质。,3.,了解,共价键的主要类型,键和,键，能用键能、键长、键角等数据说明简单分子的某些性质（对,键和,键之间相对强弱的比较不作要求）。,4.,了解键的极性和分子的极性，了解极性分子和非极性分子的性质差异。,5.,能根据,杂化轨道理论和价层电子对互斥模型,判断简单分子或离子的空间构型（对,d,轨道参与杂化和,AB,5,型以上复杂分子或离子的空间构型不作要求）。,6.,了解,简单配合物的成键情况（配合物的空间构型和中心原子的杂化类型不作要求）。,主题,2,课程标准,考试说明,化,学,键,与,物,质,的,性,质,5.,了解“手性分子”在生,命科学等方面的应用。,6.,结合实例说明“等电子,体原理”的应用。,7.,了解原子晶体的特征，,能描述金刚石、二氧化硅,等原子晶体的结构与性质,的关系。,8.,知道金属键的涵义，能,用,金属键理论,解释的一些,物理性质。,9.,能,列举,金属晶体的基本,堆积模型。,7.,了解,“,等电子原理,”,的含义，能结合实例说明,“,等电子原理,”,的应用。,8.,了解原子晶体的特征，能描述金刚石、二氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系。,9.,能用金属键的,自由电子理论,解释金属的某些物理性质。,10.,知道,金属晶体的基本堆积方式，了解简单晶体的晶胞结构特征（晶体内部空隙的识别、与晶胞的边长等晶体结构参数相关的计算不作要求）。,主题,3,课程标准,考试说明,分子间作用力与物质的性质,1.,结合实例说明化学键和分,子间作用力的区别。,2.,举例,说明分子间作用力对,物质的状态等方面的影响。,3.,列举,含有氢键的物质，知,道氢键的存在对物质性质的,影响。,4.,知道,分子晶体与原子晶体、,离子晶体、金属晶体的结构,微粒、微粒间作用力的区别,1.,知道分子间作用力的含义，了解化学键和分子间作用力的区别。,2.,知道分子晶体的含义，,了解,分子间作用力的大小对物质某些物理性质的影响。,3.,了解,氢键的存在对物质性质的影响（对氢键相对强弱的比较不作要求）。,4.,了解,分子晶体与原子晶体、离子晶体、金属晶体的结构微粒、微粒间作用力的区别。,主题,4,课程标准,研究物质结构的价值,1,.,了解人类探索物质结构的价值，认同“物质结构的探索是无止境的”的观点，认识在分子等层次研究物质的意义。,2.,知道物质是由微粒构成的，了解研究性质的基本方法和实验手段。,3.,认识原子结构与元素周期系的关系，了解元素周期系的应用价值。,4.,初步认识物质的结构与性质之间的关系，知道物质结构的研究有助于发现个有预期性质的新物质。,物质结构,核外电子运动状态和排布,电离能,电负性,周期律的本质，元素性质递变规律及其原因,（族区）,晶体,共价分子,原子,配位键,几何构型,分子极性,分子空间构型推测（杂化、电子对互斥）,分子构型、极性对物质性质的影响,离子晶体,分子晶体,原子晶体,金属晶体,离子键,晶格能,分子间作用力,堆积方式,金属键,原子化热,二、加强对模块教学目标及教学内容的研究,共价键,、,键极性,教材内容根据课程标准的,4,个主题进行整体编排，将选修,3“,物质结构与性质”教材划分为,5,个专题。专题,1“,揭示物质结构的奥秘”及专题,5“,物质结构的探索无止境”与课标主题,4“,研究物质结构的价值”相对应；专题,2“,原子结构与元素的性质”中所编排的内容与课标主题,2“,原子结构与元素性质”基本上一致，其中第二单元“元素性质的递变规律”还包含课标主题,4,中“熟悉原子结构与元素周期系的关系，了解元素周期系的应用价值”这部分内容；教材专题,3,和专题,4,将课标主题,2“,化学键与物质的性质”、主题,3“,分子间作用力与物质的性质”的内容进行融合，重新编排，从另一个角度划分为“微粒间作用力与物质性质”、“分子空间结构与物质性质”，专题,3,包含了“离子键、共价键、金属键、分子间作用力”及其构成的晶体等主要内容，专题,4,则着重编排了“分子或离子的构型、配合物的成键情况”及其与物质性质的关系等内容，并通过实例介绍了“手性分子”、“等电子原理”的应用。,学习目标,1.,从原子、分子的水平认识物质的构成（原子结构、分子结构、晶体结构的特点与一般规律）；,2.,初步认识物质的结构与性质之间的关系,能从这一视角解释一些化学现象，预测物质的性质；,3.,体会物质构成探究的过程和方法，学习科学方法，初步形成科学的观念与价值观,(,认识物质处于不断运动变化之中；物质的结构是可以探究的,;,物质结构决定物质的性质与变化；化学实验是物质结构与性质研究的重要手段,),。,三、加强对模块课堂教学方法及教学策略的研究,熟悉,标准,、理解,教学要求,、研究,教材,教学方法与教学策略选择的整体思路,以必修作为教学的起点，作好必修与选修的,衔接,立足于,解释,物质的性质来学习物质结构,1.,教学中渗透科学研究的方法,科学假设和论证,：依据实验事实提出原子结构模型,分析归纳,：电子对互斥理论的提出,模型化,：研究金属晶体中原子的密堆积,统计方法,：核外电子运动特征的描述,（,1,）否定之否定规律,从道尔顿原子结构模型（,1803,原子是构成物质的基本粒子，,它们是坚实的、不可再分的实心球,）到汤姆生原子结构模型（,1904,原子是一个,平均分布着正电荷,的粒子，其中,镶嵌着许多电子,，中和了正电荷，从而形成了中性原子），再依次到卢瑟福原子结构模型（,1911,在原子的中心有一个带正电的核，它的质量几乎等于原子的全部质量，电子在它的周围沿着,不同的轨道,运转，就像行星环绕太阳运转一样）、玻尔原子结构模型（,1913,电子在原子核外空间的,一定轨道上,绕核做高速的圆周运动）、现代物质结构学说（电子云模型），每建立一个新的原子结构模型，都人类对原子结构的认识就深入了一步。,2.,教学中渗透辩证思维的方法,原子、分子是肉眼看不见的，发展到现在的物质结构理论正是否定之否定规律的有力见证。教学过程中，这样的思维渗透可以帮助学生了解化学史，培养学生的情感态度价值观。,价键理论它,不能解释一些实验现象,，如,C,原子基态电子结构中有,2,个未成对电子，应只生成,2,个共价键，但却形成了四面体结构；而这需要在此基础上发展起来的杂化轨道理论和分子轨道理论来解决。但是,杂化轨道理论,局限性之一是,没有实验基础,，另外运用,杂化轨道,理论解释的时候只有,先已知分子的几何构型,，才能确定中心原子的杂化类型这也是其一局限性，另外在,配体,较多、空间结构复杂的情况下，杂化轨道的可选择的轨道较多，需要考虑各种组合方式，使其解释能力较弱；同样分子轨道理论也是弥补价键理论的不足，但其局限性表现在,计算量较大,，得到的冗余信息较多，而且基于原始原子轨道能级的排布，未考虑到,中心原子事先通过轨道杂化、再组成分子轨道的可能性,；为了更好地解释过渡族元素和,镧系元,素,的物理和化学性质，着重研究,配位体,对中心离子的,d,轨道和,f,轨道的影响故而提出了,晶体场理论,，晶体场理论弥补了,价键理论,的不足，对配合物性质,(,颜色、磁性,),进行了解释，晶体场理论的局限性,表现在结构模型不合理与事实不符，另外无法解释光谱化学系列,。,（,2,）质变量变规律,任何事物的发展和变化都有一个从量变到质变的过程，量变是质变的必要准备，质变是量变的必然结果，二者相互依存、不可割裂。高中化学“物质结构与性质”选修模块中质量互变规律的实例无处不在，恰当地运用该规律可以深化我们对相关概念的认识。,早在,20,世纪美国著名化学家鲍林就解决了这个问题，观察左图看出共价键与离子键二者没有清晰的界线，“共价键一离子键”的渐变是量变引起的质变，成键元素的电负性差值越大，离子性百分数越大，即离子键的成分越大；成键元素电负性差值越小，离子性百分数越小，即共价键成分越大，发展到一定程度后离子性百分数趋于,0,，即纯粹的共价键,(,如非极性共价键,),。,如：离子键和共价键有没有明显的分界线,?,矛盾的普遍性,（,3,）对立统一规律,： 矛盾的特殊性,主要矛盾与次要矛盾,对立统一规律即矛盾规律，矛盾是事物之间或事物内部各要素之间的对立统一，是唯物辩证法的核心。世界上的一切事物都是对立统一体，化学世界亦不例外，矛盾规律可以帮助学生消除物质结构学习中的一些模糊认识，进而提升他们的思维层次,。,矛盾的普遍性：如原子核外没有两个运动状态完全相同的电子。,矛盾的特殊性：如同族元素的系列性质的交替变动性（二次周期性）,主要矛盾与次要矛盾：如离子晶体,NaH,中阴阳离子半径大小比较。（核外电子层数与核电荷数）,r(,Na,+,) =102 pm,，,r(H,-,)=142 pm,3.,教学中加强对教材中关键词的研究,教师在教学中比较原子晶体熔点高低时经常列举几种常见的原子晶体，如比较金刚石、碳化硅、晶体硅、二氧化硅的熔点高低，拟在强化掌握原子晶体中熔点高低比较的方法。但是却忽略了课本,P51,页上面的一段话：对于,结构相似,的原子晶体而言，共价键的键长越长，键能就越小，晶体的熔沸点越低，硬度越小。如果不关注到这个关键词，那么会错误的分析得出二氧化硅的熔点会高于碳化硅（从碳原子半径与氧原子半径比较），但事实上在课本,P58“,问题解决,”,中提到二氧化硅的熔点为,1610，,而,P51,碳化硅熔点为,2600 。,类似的还有对于,组成和结构相似,的分子，其范德华力,一般,随着相对分子质量的增大而增大。,4.,教学中要体现教师的创造性,SO,4,2-,SiO,4,4-,SiF,4,SiCl,4,CCl,4,SO,4,2-,ClO,4,-,SO,4,2-,PO,4,3-,（,2,）,键、,键的形成示意图，以及,N,2,分子中共价键组成情况,（,1,）如写出一种与,SO,4,2-,等电子体的分子或离子。（升降法、替代法）,（,3,）提出,“,理想构型,”,与,“,实际构型,”,概念,教材中给出,ABm,型分子的价电子对计算方法为,n=(,中心原子的价电子数,+,每个配位原子提供的价电子数,m) 2,简化为,n=(,中心原子的价电子数,+,配位原子的个数,) 2,首先通过公式计算得出分子中的价电子对数（即成键电子对数,+,孤对电子对数），然后根据价电子对数确定中心原子的杂化方式，如计算结果是,4,，则中心原子采用的是,sp3,杂化，若是,3,则为,sp2,杂化，若为,2,则为,sp,杂化，再根据杂化方式提出分子的“理想构型”：若中心原子是,sp3,杂化，则分子,“,理想构型,”,为正四面体，若中心原子为,sp2,杂化，则分子,“,理想构型,”,为平面正三角形，若中心原子为,sp,杂化，则分子,“,理想构型,”,为直线形，最终根据配位原子的数目（即用来判断有无孤对电子占据某伸展方向），判断分子的“实际构型”。,如,NH,3,分子，通过计算得出价电子对数为,4,，则中心原子,N,采用了,sp3,杂化，氨分子,“,理想构型,”,为正四面体，但它只有三个配位原子，即在空间只有三个伸展方向，还有一对孤对电子占据了某一伸展方向，故氨分子的“实际构型”为三角锥形,。,（,4,）分子的极性判断,教材中,P73,给出分子的极性与非极性的定义是“正电荷中心和负电荷中心不相重合的分子是极性分子，正电荷重心和负电荷重心相重合的分子是非极性分子。”但问题是学生不会分辨正负电荷的重心所在，也就导致分子的极性不会判断，只能根据死记硬背来解决问题。分子中正负电荷的重心应该是在带相同电性,(,电子对偏向,),的原子所构成的几何矢量中心，如,CO,2,的负电荷的重心应在两个,O,原子的连线的中心，即,C,原子上 ，正好与,C,原子的正电荷重心重合，为非极性分子。同理，,NH,3,中，正电荷重心应在三角,H,原子构成的平面正三角形的中心，与负电荷中心,N,原子不重合，为极性分子，而,CH,4,的正电荷重心应在四个,H,原子构成的正四面体的重心即,C,原子上，与,C,原子的负电荷重心重合为非极性分子。用此方法来判断分子的极性，学生容易理解，便于掌握,。,（,1,）,教师在教学中不能随意想像发挥，要尊重事实，要经常查阅资料。,如为了衡量元素在化合物中吸引电子的能力时，,P23,教材中引入了电负性的概念，但是受到同一周期主族元素电负性变化特点的影响以及必修二教材中元素周期律中提到的“同一周期，元素非金属性逐渐增强、金属性逐渐减弱，同一主族，元素非金属性逐渐减弱、金属性逐渐增强”等影响，就将电负性的变化归纳为：对于主族元素，同一周期从左向右电负性依次增大，同一主族，从上到下，电负性逐渐减弱。,5.,教学中关注不一定,显然从图中可以看出，在同一主族中电负性的变化并非如此，,因此我们只能说,“同一主族，元素的电负性从上到下呈现减小的趋势”,，,否则,这样错误的归纳给学生，不仅让学生在高中阶段解决问题时由于绝对化而引发思考问题不全面，还会影响学生今后的学习，因为早在,1915,年,Biron,等就注意到同族元素的性质从上到下并非直线式递变,而是呈现交错的“锯齿”形,有增有减的变化，这是同族元素性质变化的周期性，同族元素纵的系列上的周期性变化叫做“二次周期性”（又称为次周期性变化），在,P,区元素中此现象较明显,。,（,2,）,键不一定比,键更易断裂,键,与,键的稳定性与成键时电子云的重叠程度有关，而重叠程度又与成键原子的半径大小有关。如,N,2,分子中的,N,原子的半径较小，,Px-Px,形成,键后两个,N,原子核间距较小，,P,y,Py,、,Pz,一,Pz,轨道较接近，有利于肩并肩形成,键，即电子云重叠程度大，,键的稳定性高，,键比,键稳定，,键较易断裂。这也是,N,2,、,O,2,难以发生加成反应的原因。而在碳碳双键或碳碳叁键中，因,C,原子半径较大，,PxPx,形成,键后，,Py-Py,、,PzPz,轨道相距较远，电子云重叠程度小，形成的,键较不稳定，即,键比,键稳定，,键更易断裂 即乙烯、乙炔容易发生加成反应。,（,3,）相同原子形成的共价键不一定是非极性键,P47,页，当原子间形成共价键时，若两个成键原子吸引电子的能力相同，共用电子对不发生偏移，叫非极性键；若两个成键原子吸引电子的能力不同，共用电子对发生偏移，叫极性键。共价键是否有极性，应该与成键的原子的环境导致共用电子对是否偏移有关，如,C1,一,C1,键、乙烯中的一,C=C,一键，因成键的两个原子的环境相同而呈非极性。但如,CH,3,-CH,2,-OH,中的,C,一,C,键，由于受,-OH,的影响，共用电子对偏向带,-OH,的,C,原子，使得碳碳键有极性，再如,CH =CH-C1,中的一,C=C,一也是有极性。,（,4,）按构造原理最后填充的电子在反应中不一定先失去,例如,Cu,的电子布式,Ar3d,10,4s,1,，电子先填入,4s,再填入,3d,，失去电子时却先失去,4s,近年来，有关原子构造理论的深入研究表明，原子的构造实际上是受,“,能量,”,和,“,对称性,”,两个基本原理支配的。其中,“,能量最低原理,”,的支配作用是人们所熟知的，它是使核外电子尽可能地优先占据能量最低的轨道，以使整个原了体系保持尽可能低的能量；而,“,对称性原理,”,的支配作用则是使电子及其自旋态的轨道分布尽可能地排布成具有相对最高对称性的组态形式，以使整个原子体系（核与电子及电子与电子之间）电磁相互作用达到尽可能高的作用平衡。事实上已被确认的有关原子构造的诸多理论及经验规则其物理实质都是,“,对称性,”,原理对原子构造所起支配作用的自然反映。电子先填充,4s,轨道，并非说明是,E,4s,E3d,因而当原子失去电子时，先失去能量高的,4s,电子。,6.,教学中加强对疑难问题的研究,物理性质,溶解性,mp,(),bp,(),p(g/ml液态),临界温度,临界压力（,atm）,E叁键(KJ.mol-1),CO,难溶,-200,-190,0.793,-140,36,1071,N2,难溶,-210,-196,0.796,-146,35,946,（,2,）等电子体的性质相似吗？,等电子体的结构相近，某些物理性质相似，但多数化学性质差异很大。如,N,2,、CO、CN,-,、O,2,2-,等都是等电子体，,CO、CN,-,毒性很大，而,N,2,无毒；,CO、CN,-,的配位能力很强，而,N,2,的配位能力很弱；,O,2,2-,的反应活性很强，而,N,2,的反应活性很弱等。,（,1,）合金的熔点低却硬度大是否矛盾？,不矛盾。金属融合形成合金，其中的一种金属保持它的晶体结构，另一种金属原子嵌入空隙中，由于不同金属原子间形成的金属键能不同，加热金属原子的震动程度不同，导致局部脱离键的束缚而熔化，合金的熔点比其它成分金属低。同样因为掺杂其他金属，晶格内金属原子的相对滑动阻力增大，所以硬度增加。,（,3,）为什么冰的密度小于水，水在,4,时密度最大 ？,谢谢,!,