同素异形现象物质多样性原因的探究

同素异形现象物质多样性原因的探究

1内容标准要求“异质异形现象”不符合《高中化学新课程手册》中“化学2”的明确规定。苏教版《化学2》增设“同素异形现象”教学内容,其目的是让学生通过“同素异形现象”的学习,初步构建宏观物质现象的微观结构解释观念,渗透物质微观结构决定宏观性质的化学学科基本思想。2同素异形现象的普遍性,以生活化“小实验”引课,激发学生对金刚石、石墨性质差异探究的兴趣;通过金刚石、石墨微观结构的比较分析,了解微观结构差异是导致性质差异的原因,是形成同素异形现象的原因;通过石墨能转化为金刚石、足球烯、碳纳米管的科学事实,帮助学生认识化学变化的本质,概括产生同素异形现象的微观结构差异;通过对C、O、P、S等的同素异形现象的了解,体会同素异形现象的普遍性,认同“同素异形现象”是造成物质多样性的原因之一;通过正戊烷、异戊烷分子结构的判断,辨析同素异形现象,进一步启示学生:同素异形现象不是物质多样性的惟一原因,为从更广视角探究物质多样性原因埋下伏笔。3微观结构模型学习知识与技能:(1)以金刚石、石墨等碳单质为例,了解微观结构的差异是导致同素异形现象原因,形成同素异形的概念;通过金刚石、石墨等碳单质微观结构图片、模型的比较,总结产生同素异形现象的微观原因。(2)能例举说出碳、氧、磷元素的常见同素异形体。过程与方法:通过石墨、金刚石微观结构模型的比较学习,体会“模型”法在化学研究中的直观化作用,初步学会比较观察的学习方法。情感态度与价值观:通过课堂实验、化学史话、科技等课程资源,认识研究同素异形现象的重要意义,感受化学在研究物质、科创造物质中的魅力和社会价值,激发学生学习化学的热情。4教育过程4.1金刚石与石墨性质的小[实验情景]演示实验:用铅笔在毛玻璃上划线;用金刚刀在玻璃上划线,结果如何?[思考1]金刚刀的刀刃部分、铅笔芯分别由什么物质制成?实验中两种物质表现出怎样的性质?[思考2]为什么金刚石和石墨性质差异这么大?是元素组成上不同吗?[学生]金刚石和石墨均是碳元素组成的单质。[化学史话]最昂贵的实验——英国化学家田纳特用燃烧法研究钻石成分。设计意图:以熟悉的生活小实验为情景,激发学生学习兴趣,引导学生关注生活中的化学;通过实验对比观察,提出问题,诱发学生思考;通过化学史话认识实验法在研究物质中的重要作用。4.2石墨:层间相互作用。[案例5][思考1]都是碳元素组成的单质,为什么它们的物理性质差异这么大?其中的原因是什么?[学生]微观结构上存在差异。[思考2]金刚石和石墨微观结构究竟有什么样的差异,它们的微观结构与实验中表现出来的性质有什么联系?请大家阅读教材。[学生汇报1]金刚石:每个碳原子与相邻的4个碳原子以共价键结合,形成空间网状结构。石墨:层状结构,层内每个碳原子与3个碳原子通过共价键结合,每6个碳原子形成一个平面六边形,展开形成平面层状;层与层之间存在分子间作用力。(教师在学生汇报过程中,展示金刚石和石墨结构模型。)[归纳总结1]金刚石与石墨微观结构的差异表现:碳原子排列方式上和成键方式上不同。[学生汇报2]金刚石:所有碳原子通过共价键结合成空间网状,碳原子间的共价键作用强,因此金刚石坚硬。石墨:层间通过分子间作用力结合,作用力弱,因此层与层之间可以滑动,所以石墨质软、润滑。[归纳总结2]性质是由物质的结构决定的。[下定义]像金刚石和石墨一样,由同一种元素形成几种不同单质的现象,我们把它称作同素异形现象。同样,我们把同种元素形成的几种不同单质,互称为该元素的同素异形体。设计意图:通过追根寻源式的连续提问,促使学生寻找物质性质差异的真相;通过阅读、模型展示手段,将抽象的微观解释形象化、直观化,突破教学难点。4.3石墨主要成分配成其他物质吗?[思考1](展示钻石的市场价和石墨的市场价数据)天然的金刚石与石墨的价格差异很大,石墨能否转化为金刚石?嵌有金刚石的玻璃刀价格便宜,这是怎么回事?[学生甲]金刚刀中的金刚石应该是人造的,可以是用石墨生产出来的。[科技动态]播放人造金刚石视频。[思考2]石墨能转变成金刚石,这种转变是化学变化还是物理变化?[追问]为什么说是化学变化?[学生乙]旧的键断裂,新的键形成。(微观结构发生了改变)[思维拓展]如果我们能够改变某种物质内部的微观结构(原子排列方式和成键方式),我们就可能创造出一种新物质来。(得到学生乙认同)[思考3]石墨能转化为金刚石,还能转变成其他物质吗?若能,你认为可能转变成什么样的物质?[学生丙]石墨层间的作用力弱,可以取出一层来,石墨层可以像纸一样卷起来,形成管状物质。(学生丙用一张白纸示范自己的解释)[化学史话]碳纳米管的发现——1991年,日本科学家饭岛博士对石墨进行电弧蒸发实验,发现单层或多层石墨卷曲的碳纳米管。[追问]石墨层既然可以卷曲成管状,应该还能形成其他形状的物质吧?[学生丁]一个石墨层卷曲可以形成管状,那么两端闭合,可以形成球状,比如,C60可能就是。(学生丙对自己的想法抱着一种征询口气)[化学史话]富勒烯C60的发现——1985年,英国科学家克鲁托、美国科学家斯莫里和柯尔发表了他们发现C60的文章,并且在1996年获诺贝尔化学奖。[思考4]石墨除了能转变成球状C60外,还能有其他转变吗?[学生戊]球可以有大有小,应该可以形成如C70、C80等东西。[拓展视野]系列笼状物质的发现。[思考5](展示C60模型)你认为这些笼状物质可能有些什么样的用途呢?[学生己]很像“鸟笼”,应该可以在里面装些东西,比如原子、分子、离子什么的。[科技前沿]笼状分子的应用研究——C60“包裹”一些金属离子做成超导材料;“包容”治疗癌症的放射性元素,既可以达到治疗目的,又可以减少对人体健康组织的损伤;C60还可用以制造新型、高效的化学电池。[思考6]金刚石、石墨、C60,它们之间有何关系呢?[归纳总结]原子数目不同也是产生同素异形现象的一个原因。[教师小结]从微观角度判断同素异形体的依据:原子排列方式、原子成键方式和原子数目的不同。设计意图:通过金刚石和石墨的价格差异这一事实问题,把学生置于困惑之中;通过科技动态释放学生困惑情绪,帮助学生建立化学变化的微观本质解释;通过递进式问题引导,激发学生猜想,发展学生的思维和想象能力;通过化学史话、拓展视野、科技前沿等科学事实,让学生感受化学家在科学思想指导下的创造之美,体会化学科学研究的社会价值。4.4同素异形现象的普遍性[小试牛刀](展示弹性硫和单斜硫的分子结构)弹性硫和单斜硫是什么关系?它们能否相互转化?[实验演示]硫磺制弹性硫和单斜硫。[观察判断](展示白磷和红磷;氧气和臭氧;正戊烷和异戊烷分子的微观结构图)判断它们分别是什么关系。[思考1]同素异形现象是个别现象还是具有一定的普遍存性呢?[归纳总结](展示元素周期表,显示同素异形现象常见元素)同素异形现象具有一定普遍性。[思考2]至今人类发现的元素有100多种,而发现和创造物质达4000多万种。为什么物质种类如此繁多?你知道其中的原因吗?[归纳总结]同素异形现象是物质种类多样性的原因之一。[思考3]正戊烷和异戊烷不是同素异形现象,但它们分子式相同,结构不同,物质也不同,它们是什么关系?设计意图:通过弹性硫和单斜硫组成和分子结构比较;强化微观视角对同素异形现象概念的理解;通过实验,亲身体验同素异形之间的转化,以及性质与结构之间的关系;通过观察判断,培养学生知识迁移应用能力,形成由个别到一般的认识;通过进一步思考,归纳物质多样性与同素异形现象关系,并为同分异构教学埋下伏笔。5化学概念的理解是前提(1)本课时的核心是“同素异形现象”概念教学,教学的知识目标要求不高,教师也许可以在短短几分钟就能将这一概念“讲述”清楚。知识目标并非是教学的惟一目标,教学目标是多维的。因此,理清教学目标的侧重点,把握好教学过程中学生思维容量,引导学生进行积极思考,凸显课堂中学生的思维张力成为本课时的设计焦点。(2)对抽象的化学概念的理解,需要一个信息自主加工和领悟的过程。因此,选择一些冲击力强的、能渗透学科思想、反映化学本质的事件,成为帮助学生理解化学概念的关键。本课时以生活化小实验——化学史话——科技动态——科技前沿——硫转化实验等事件,组织为“同素异形现象”的学习主线;且在事件运用中,通过图片、文字资料、视频等手段,不断提出问题,让学生感受“化学能做什么?怎么做?是如何