选修3《物质结构与性质》教学实践与反思(20100823)(修改2).ppt

物质结构与性质 教学实践与反思 南京外国语学校陈懿 物质结构理论是现代化学的重要组成部分 也是医学 生命科学 材料科学 环境科学等的重要基础 它揭示了物质构成的奥秘 物质结构与性质的关系 有助于人们理解物质变化的本质 预测物质的性质 为分子设计提供科学依据 一 物质结构与性质 模块简介 模块作用 选修3模块是在高中化学必修课程后 对物质结构理论的拓展与加深 知识层面深 概念多 理论性强 从初步认识到全貌展现 从定性提升到定量 视野拓展广 大量化学史实 重要思想方法 能力要求高 空间想象能力 抽象思维能力 逻辑推理能力 模块特点 1 以必修为基础 体系和内容上避免雷同和重复 结构线索逻辑关系清晰 模块特点 内容线索力求符合学科本身的内在逻辑性 主次分明 主要线索线性化 结构与性质 次要枝节散点化 在正文适当位置以科学视野 科学史话 资料卡片等阅读材料的形式呈现 教材中数量占多数的插图是 理论 模型 分类 归纳 2 运用丰富的插图 激发学生的学习动机 教材体现了从微观到宏观 从现象到本质 从定性到定量的特点 在中学生的基础上勾勒了人类认识结构化学的全貌 从原子 分子水平上认识物质构成的规律 以微粒之间不同的作用力为线索 侧重研究不同类型物质的有关性质 帮助高中学生进一步丰富物质结构的知识 提高分析问题和解决问题的能力 模块内容 物质结构与性质 的核心结构 物质性质物质聚集状态晶体其他聚集状态分子性质微粒间相互作用化学键分子间作用力分子元素性质微粒原子离子核外电子原子核 选修3物质结构与性质课程内容 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 物质结构与性质 课程主要内容一是有关物质结构的基本概念 原理和关系 如电离能 电负性 键和 键 配合物 分子间作用力 氢键 手性分子 晶体的结构微粒 原子结构的构造原理 原子核外电子的能级分布 原子结构与元素周期律的关系 杂化轨道理论 晶格能与离子键的强弱 键能 键长 键角与简单分子的某些性质 等电子原理 相似相溶规则 金属晶体的基本堆积模型等 二是有关物质结构的基本观点和基本方法 如物质的结构决定物质的性质的观点 量变引起质变的观点 对立统一的观点 对称性思想 模型化方法 类比方法 比较方法等 通过本课程模块的学习 学生应主要在以下几个方面得到发展 1 从科学家探索物质构成奥秘的史实中体会科学探究的过程和方法 增强学习化学的兴趣 2 进一步形成有关物质结构的基本观念 初步认识物质的结构与性质之间的关系 3 能从物质结构决定性质的视角解释一些化学现象 预测物质的有关性质 4 在理论分析和实验探究过程中学习辩证唯物主义的方法论 逐步形成科学的价值观 模块课程目标 拓展与加深的内容 与旧教材相比 1 科学家探索物质构成奥秘的史实 1 加强引导学生认识研究物质结构的价值 主题1 原子结构理论的发展史 宇宙大爆炸理论 光谱发现史 元素周期表的发展史及其贡献 鲍林研究电负性 稀有气体及其化合物的发现 巴斯德与手性分子 体现 人类对物质及其变化的认识在不断发展 永无穷尽 等重要观念 2 研究物质结构的基本方法和实验手段 光谱仪 红外光谱仪 质谱仪 X 衍射仪 渗透 实验是验证与探究的重要手段 是化学研究的基础 观念 2 增加的学科知识内容 第一章 宇宙大爆炸理论 核外电子的运动状态 能层 能级 原子轨道 形状 伸展方向 电子自旋 构造原理 能量最低原理 泡利不相容原理 洪特规则 电子排布式 外围电子排布式 图 基态 激发态原子光谱 跃迁 元素周期表分区 电离能 电负性 对角线原则 第二章 共价键的主要类型 键和 键 键能 键长 键角 价层电子对互斥理论 杂化轨道理论 配合物理论 等电子原理 手性分子 无机含氧酸酸性强弱 氢键的种类及对物质性质的影响 第三章 晶体 非晶体 晶胞 金属晶体的原子堆积模型 晶格能等 第一章编排思路 能量最低原理基态 激发态 能级跃迁 光谱 宇宙大爆炸理论 原子的诞生 能层能级 构造原理 电子排布 电子云原子轨道 泡利不相容原理洪特规则 价电子排布 元素周期表分区描述 元素周期律原子半径 电离能 电负性 重点 难点 二 教材分析 第一节原子结构课程标准 使学生能用电子排布式表示常见元素 1一36号 原子核外电子的排布 原子的核外电子排布规律 泡利原理能量最低原理洪特规则 第一节原子结构 能层和能级 构造原理 电子排布规律 能量最低原理 电子云与原子轨道 在已有知识上引出能层 引入新概念能级 在能层和能级基础上 直接给出构造原理 并练习核外电子排布 在构造原理基础上引出能量最低原理 并由此引出基态 激发态和光谱 在电子云基础上引出原子轨道 为后面学习共价键打好基础 传统教科书中 能量最低原理一般是这样描述 电子总是尽先占有能量最低的轨道 只有当这些轨道占满后 电子才依次进入能量较高的轨道 新教科书中 在呈现方式上有变化 即原子的电子排布若遵循构造原理 则能使整个原子的能量处于最低状态 简称能量最低原理 能量最低原理表述的是 整个原子处于能量最低状态 而不是说电子填充到能量最低的轨道中去 泡利原理和洪特规则都使 整个原子处于能量最低状态 科学探究 1 必修2有关内容 经典共价键概念 离子键初步概念 共价键的形成 电子对共用 共价键的极性 化学键初步知识 第二章分子结构与性质 分子结构与性质 分子结构 分子性质 共价键 分子立体结构 键 键参数 杂化轨道理论 价层电子对互斥理论 配合物理论 等电子原理 2 内容结构 难点 重点 2 内容结构 分子极性及其对性质影响 手性分子 无机含氧酸酸性强弱 氢键形成及其对性质影响 范德华力及其对性质影响 难点 重点 形形色色的分子 第二节分子的立体结构 图片感受分子的立体结构模型 提出问题 预测分子的立体结构模型 价层电子对互斥模型 杂化轨道理论简介 配合物理论简介 解释分子立体结构形成的原因 配合键特点和常见配合物 简单分子或离子构型的推测课程标准 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 形形色色的分子 第二节分子的立体结构 图片感受分子的立体结构模型 提出问题 预测分子的立体结构模型 价层电子对互斥模型 杂化轨道理论简介 解释分子立体结构形成的原因 在上述设计思路中 三部分内容是任务驱动式的关联发展 1 掌握中心原子上的价层电子对数的计算中心原子上的价层电子对数 键电子对数 中心原子上的孤电子对数 键电子对数可直接由分子式确定 如H2O中的 键电子对数为2 中心原子上的孤电子对数 1 2 a xb 教学时 要根据具体例子 明确a x b的含义 要求学生熟练掌握中心原子的孤电子对数的计算 包括阴 阳离子的中心原子上的孤电子对数的计算 2 掌握简单分子或离子立体构型的确定在确定了 键电子对数和中心原子上的孤电子对数后 把它们相加便知道了分子或离子的中心原子上的价层电子对数 然后 可得到VSEPR模型 再略去VSEPR模型中的中心原子上的孤电子对 就得到了分子的立体构型 只要求掌握确定价层电子对数为4的分子或离子的立体构型 不要求价层电子对数超过4的分子或离子的立体构型 如果结构式中的中心原子和邻接原子通过双键或三键结合成分子时 同样可以用价层电子对互斥理论来预测分子的立体构型 只是要把中心原子和邻接原子的双键或三键当成1对电子对 如二氧化碳分子 其结构式为O C O 可将C C之间的双键当成1对电子对 则中心原子C的周围相当于2对 键电子对 再通过计算可知中心原子C的孤电子对数为0 因此 CO2的立体构型为直线形 3 运用价层电子对互斥理论预测分子或离子的立体构型与分子或离子的结构式无关 如甲醛 也可将其结构中的C O之间的双键当成1对电子对 这样就可从甲醛分子式CH2O中推算出中心原子C上有3对 键电子对 即2对C H键和1对C C键 再计算中心原子C的孤电子对数 1 2 4一1 2一2 1 0 CH2O的立体构型为平面三角形 氰化氢 H C三N 分子的中心原子C上有2对 键电子对 孤电子对数 1 2 4一1 1一3 1 0 氰化氢分子的立体构型为直线形 本章首先从人们熟悉的固体出发 把固体分为晶体和非晶体两大类 引出了晶体的特征和晶胞的概念 然后分别介绍了分子晶体 原子晶体 金属晶体和离子晶体四大晶体的结构特征与性质差异 通过本章的学习 结合前两章已学过的有关物质结构知识 学生能够比较全面地认识物质的结构及结构对物质性质的影响 提高分析问题和解决问题的能力 第三章晶体结构与性质 本章框架中的某些内容表面上看与原甲种本和大学普通化学类似 但在具体表述上有很大区别 力求简单易懂 深度恰当 编者考虑教学实际情况进行了精心的设计 编写意图 内容结构 晶体 晶体的常识 晶胞 晶体的特征 分子晶体 冰和干冰的结构特点 分子晶体特性 原子晶体 金属键 金属晶体 离子晶体 晶格能 原子晶体特性 原子晶体结构特点 金属晶体的基本堆积模型 离子晶体的特性与结构特点 在第一节里 首先让学生知道固体有晶体和非晶体之分 然后陈述了晶体和非晶体间的本质差异 并通过图片和实验进一步了解晶体外形 晶胞是描述晶体结构的基本单元 是研究晶体结构的最基本概念 教科书利用图片 比喻等方式介绍了晶体与晶胞的关系 并通过例子介绍了如何计算晶胞中所含的原子数 呈现特点 根据构成晶体的粒子及粒子间的作用力或化学键类型的不同 可把晶体简单地分为分子晶体 原子晶体 金属晶体和离子晶体 不管哪种类型的晶体 它们都具有一些共性 教材把这些共性的内容作为本章的第一节 晶体的常识 教材编排注重四类晶体的共性和特性 呈现特点 1 晶胞在课程标准里没有提到晶胞的概念 教科书选取该知识点的原因 引入晶胞概念有利于理解4类晶体的结构特征 课程标准建议制作晶体模型 如果学生没有最粗浅的晶胞概念就很难实施 晶胞概念进入中学教科书并不容易做到 为了避免在教学中对晶胞认识的种种错误 教科书只要求建立晶胞是平行六面体 晶体是晶胞无隙并置这两个要点 学生可以接受 不要求面心之类的点阵概念 晶胞安排在第三章的第一节 为即将介绍4种不同类型的晶体打下基础 以铜晶胞为例介绍了晶胞的特征 内容上还涉及金属晶体 分子晶体和原子晶体的典型代表物质的晶胞 在这些晶胞中 除了熟悉的体心立方晶胞和面心立方晶胞外 还有看上去比较复杂的晶胞 如金刚石的晶胞 I2和CO2的晶胞还涉及了分子的取向等 教学实践中 要善于运用多媒体 晶胞模型实物等手段帮助学生理解晶胞 要控制教学难度 不要一步到位 不要求解释I2和CO2的晶胞中存在分子取向的原因等 2 讨论分子晶体时提到一个规律 一个分子周围最接近的分子数为12 这是第一次把分子晶体的堆积规律 分子密堆积 引入中学教科书 并以此为基础 使分子晶体中氢键的引出变得十分自然 而且为氢键的方向性讨论打下基础 3 在 金属晶体的原子堆积模型 的呈现方式上 以图示的方式做主线引导 结合学生的模型制作 实践活动 层次分明 化难为易 在4种基本堆积模型中 简单立方堆积和体心立方堆积相对简单 也给出了它们的晶胞 六方最密堆积和面心立方最密堆积相对复杂 教科书的正文中没有给出它们的晶胞 不要求学生掌握如何从它们的堆积方式中取出晶胞 教学实践中 要理解这两种不同堆积方式的差异 需要组织学生利用小球动手探究圆球的堆积方式 理解金属晶体中金属原子的堆积方式 对于体心立方和面心立方 教科书不要求学生掌握这些概念的真实含义 教科书所涉及的体心立方和面心立方只是该概念的个例而非全部内容 案例 金属晶体中原子的基本堆积模型 1 这堂课的主题非常鲜明 这堂课就是研究金属晶体里面金属原子的堆积方式 按照课时的要求 前面还有金属键 然后才谈到金属原子的堆积方式 如果把金属键和它连在一起 整堂课就上不完 2 充分发挥学生的主体性 学生动手 学生相互合作 多种合作方式 如组内成员的合作 组与组之间的合作 学生上讲台展示原子的堆积方式 学生主动利用模型解决问题 3 条理性非常清晰 由点到线到面 首先从平面角度 再发散到立体 符合学生的认知特点 4 充分利用多媒体来帮助学生理解 多媒体只能帮助学生思维 但是不能代替 这堂课恰到好处 5 让学生在活动与探究中学会应用模型来研究晶体的结构 教具比较简单 好多乒乓球 自己排一排 甚至几组之间相互合作来讨论 对学生从立体的角度来掌握原子的排布非常有帮助 6 课是鲜活的 能体会到灵活运用把握课堂的过程 1 依据课程标准 细化教学目标 严格把握教材的内容深广度 要贴近课程标准 做到立足高中生实际 依托必修教材内容 尽量不 越位 不拔高 简洁明了 特别对首次出现在中学教材中的某些新增知识 如 原子轨道 杂化轨道理论 晶格能 手性分子等 处理恰当 既要很好地把握科学内涵 又避免了因 大学化 倾向造成的难点 适合中学生学习 三 教学建议和案例片段分析 有关知识点的教学建议 教学目标 1 了解分子晶体和原子晶体的特征 能以典型的物质为例描述分子晶体和原子晶体的结构和性质间的关系 2 知道金属键的涵义 能用金属键理论解释金属的一些物理性质 能列举金属晶体的基本堆积模型 简单立方堆积 钾型 镁型和铜型 3 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 了解离子晶体的基本特征 了解晶格能的应用 知道晶格能的应用 知道晶格能的大小可以衡量离子晶体中离子键的强弱 4 知道四种晶体的结构粒子 粒子间作用力的区别以及粒子间作用对晶体性质的影响 5 在晶体结构的基础上进一步知道物质是由粒子构成的 并了解研究晶体结构的基本方法 2 关注学生已有认识 重视学生概念的自我构建 重视引导学生建构新旧经验之间 不同知识之间 理论与事实之间的有意义联系 关键 学生在问题探究的过程中 同时把自己融入科学活动和科学思维中 体验科学研究的过程和认知的规律性 在认识上和思想方法 情感素养上都得到提升 利用同化原理 教学时注意与必修2相关内容的衔接 学习认知理论告诉我们 一切新知识的习得都应该找到对应的旧知识来同化 这样的学习才是有效的 模块很多内容在必修2中都进行了基本学习 在教学时要注意新旧知识的内在联系 要唤起学生对原有知识的回忆 元素周期律在必修2中涉及了原子半径 金属性 非金属性的变化周期性 并且这些周期性变化都决定于原子核外电子排布的周期性变化 学生对这部分内容可以说是熟悉的 那么在教学第一电离能 电负性内容时就要将其进行同化 其实第一电离能与金属性的本质上有些相同 而电负性与非金属性本质上一致 学生明白了这一点 就能很好地掌握第一电离能 电负性的变化规律 教科书力求避免与已学知识的简单重复 以免学生有 学过了 的感觉 教学实践中要充分利用必修教科书中的基本知识和技能 并在此基础上进一步学习新知识 如教科书中没有再介绍已学过的共价键和离子键的概念 而是直接利用了这两个概念学习新知识 3 重视形象化教学 降低学生对抽象知识的理解难度 模型的直观性 多媒体的形象性 教学语言的比喻性 实验 做模型的体验性等都可以改变教学内容的面貌 从而增加知识的可接受性 模型多媒体动画学生亲自动手建立思维模型1 动手搭建模型2 用计算机软件Chemsketch来制作分子立体模型 平行六面体 无隙并置 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 12 配位数 同层6 上下层各3 晶胞中原子个数的计算 一个晶胞平均占有的原子个数 1 原子在晶胞内部 该原子完全属于该晶胞 按1计入晶胞 2 原子在晶胞面上 该原子同时为2个晶胞共有 按1 2计入晶胞 3 原子在晶胞棱上 该原子同时为4个晶胞共有 按1 4计入晶胞 4 原子在晶胞顶点上该原子同时为8个晶胞共有 按1 8计入晶胞 氯化钠晶体结构 思考 与一个钠离子相邻最近且距离相等的氯离子有多少个 距离是多少 图示距离为a Na 的配位数为6 1 2 3 4 5 6 思考 与一个钠离子相邻最近且距离相等的钠离子有多少个 距离是多少 图示距离为a 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 氯化铯的晶体结构 每个Cs 周围吸引着几个Cl 每个Cl 周围吸引着几个Cs 配位数为8 CsCl的晶体结构示意图 配位数为8 Cs 与Cl 的排列分别有什么规律 每个Cl 周围吸引着几个Cl 简单立方 干冰的晶体结构图 与CO2分子距离最近的CO2分子共有12个 同层4个 上层4个 下层4个 键 键形成方式的教学中 我让学生拿出课前准备的橡皮泥和牙签 做成各种原子轨道 然后互相重叠 让学生明确有两种重叠方式 把头碰头形式称为 键 而把肩并肩称为 键 用牙签把模拟的原子轨道连接起来 不仅让学生动手体验 键可以旋转 而 键不可以旋转 还可以让学生感受键长键角等键参数 除此之外利用橡皮泥和牙签让学生自己去动手组建分子模型 利用 键 键的特点还可解决有机化学中C原子共平面 共线等问题 如何理解多重键中有几个 键 几个 键 将两个相等体积的氢气球用细丝线扎在一起 观察它们的空间位置呈什么形状分布 同样再做3个 4个气球的 非常奇妙的是这些等体积大小的气球竟然就是按照sp3 sp2 sp杂化轨道的伸展方向分布开来 气球游戏导入 过渡引入 如将其中一个或多个气球换成更大的气球 构型有何变化 如何变化 值得指出的是 教师结合具体的物质结构知识运用模型教学仅是一种教学方法 应使学生了解物质模型并不完全等同于物质原型 只是对原型的一种解释 对原型的一种粗略的描述 在科学研究过程中 模型是可以根据新的实验事实和理论不断优化和改进的 模型的建立不是随意的 它必须以一定的化学事实为基础 经过抽象思维提炼而成 拔河活动的启示 极性 蓝球对抗赛的启示 电子云 4 通过教学活动 使学生自己构建概念体系 符合心理学和学生认知特点 开拓了教与学的发展空间 如何发展 物质结构理论思想是如何提出 又是如何被实验证明的 该理论思想有何实用性 又何局限性 1 从科学家探索物质构成奥秘的史实中体会科学探究的过程和方法 原子的诞生 案例片断一 教学中注重提供给学生厚实 优美 生动 悠远的课堂环境 让学生 感悟化学 欣赏化学 热爱化学 在此氛围中 学生的思维和热情被最大限度地激活 46亿年前 地球之初 一片荒芜 原始大气中主要有H2 NH3 CH4 H2O雷暴雨 火山爆发 陨星撞击 宇宙如何形成 宇宙的创造过程 宇宙大爆炸的回声 宇宙大爆炸学说的有力证明 案例片断二 原子结构模型的发展 从科学家探索物质构成奥秘的史实中体会科学探究的过程和方法 感受科学家的人格魅力 提升自己的科学素养和人文素养 关于原子结构的知识 学生在化学课和电学中已经学了一些 加上平时接触到的一些科普知识 学生获得的有关知识是零星的 片段的 不系统的 不准确的 因此 教学中既要充分结合学生已有的认识 发挥学生学习的主动性 也要澄清糊涂观念 加工整理 修残补缺 弄清来龙去脉 使学生对原子结构知识达到应有水平 学情分析 建议 让学生说出自己知道的关于原子结构的知识 然后追问这些看法的事实根据 认识的历史过程 这样就可以逐条归纳 分析 说明 更正 展开原子模型的介绍 学生已有的知识便可少讲 增加一些历史故事 思想方法的评述 辩证唯物主义观点的渗透 要让学生学习科学家几代人如何进行创造性的思维 突破前人留下的错误观念的束缚 做出开拓性的实际努力和惊人发现 这样师生互相交流 学生发挥主动性 课堂气氛更活跃 没有东西能从无中所生 也不能消失于无 一 原子结构模型的发展 古希腊原子学说 1803 1903年 关于原子结构的认识没有新的变化 1904 1926年 关于原子结构的认识不断有新的变化 你知道有哪些重要因素 近代原子结构模型的演变历史说明哪些科学道理 能给我们哪些有益的启示 分析人物关系 为什么卢瑟福原子被誉 原子之父 在西敏寺教堂地砖下长眠着牛顿和已故卡文迪什教授们 J J汤姆生 获1906年诺贝尔奖 卢瑟福 获1908年诺贝尔奖 玻尔 获1922年诺贝尔奖 诺贝尔奖获得者 25人 担任过皇家学会主席 4人皇家学会会员 100多人 上帝为汤姆生家族创造了电子 往一盏寻常的酒精灯的灯芯上撒上盐 它就迸发出黄色的火焰 从这火焰中 他看出有可能对最遥远的星星进行化学分析 F W 奥斯瓦尔德 情境引入 案例片段三原子光谱 太阳元素 氦的发现 日全食是观察太阳表面的绝好机会 He原子光谱 什么是光谱分析 它是怎么发明的 不同的元素有其对应特征光谱 为什么元素的原子光谱是线状光谱而不是连续光谱 光谱分析基于怎样的