中学化学教学内容的

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反应自发进行的趋势大 不等于反应速率大
• 化学热力学能够预言某一化学反应能 否进行，进行到什么程度，但不能告 诉我们反应速率的大小。
CO（g）+ NO（g）→CO2（g）+1/2 N2（ g）
Δ rGmθ （298K）= -334kJ.mol-1 Kpθ = 1.9×1060
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反应自发进行的趋势大 不等于反应速率大
• 大学本科教育教学内容的时代性体现 在内容的先进性。先进性：新知识、 新理论、新技术。
• 基础教育阶段内容的时代性体现在哪 里？新常识、新观念、新应用。
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新常识
• C60
• 酸雨
• 温室气体
• 绿色化学
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回顾人们对于化学的认识
• 化学是物质科学的重要组成部分，是 在原子、分子的层次上研究实物的组 成、结构、性质和反应规律的科wk.baidu.com。
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1.金属性与金属活动性
例1：
• 某教材p.4：根据金属活动性顺序比较 金属原子失去电子及其对应离子得到 电子的难易程度。
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金属性与金属活动性
例2：某教材p.36《课堂实验》
“钠、镁、铝金属活动性比较”：用与 水反应的条件来判断比较钠和镁的活 动性，用与盐酸反应的激烈程度来判 断比较铝和镁的活动性。
金属性与金属活动性
生成焓
M(s) 气 化 能 M(g) M (aq)+e 水 合 能 M+ (g)+e
+
电离能
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Li、 Na 、 K的 金属性与金属活动性
Li Na 99
496
K 79
419
气化能kJ.mol-1
第一电离能kJ.mol-1
148
520
水合能kJ.mol-1 生成焓kJ.mol-1 标准电极电势V
H2﹙g﹚＋1/2O2﹙g﹚ →H2O ﹙l﹚
Δ rGmθ （298K）= -237.19kJ.mol-1
常温下，氢气与氧气反应生成水的趋 势很大，但反应速率极小，经过105亿 年才生成0.1%的水。
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2.对称与不对称
辨析：
• CH4分子为正四面体结构，是对称分 子，所以是非极性分子。 • H2O为折线形分子，不对称，所以是 极性分子。
• 晶胞的形状一定是平行六面体﹙六个 晶胞参数﹚，彼此无缝并置，具有平 移对称性。
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晶格
点阵理论：晶体＝点阵＋结构基元
( - CH2 C
点阵点
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晶格
• 点阵具有平移对称性。
• 点阵：
直线点阵、平面点阵、空间点阵。
• 平面点阵和空间点阵用线段相连成晶格。
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晶格
• 空间点阵的形状一定是平行六面体﹙六个 点阵参数﹚，彼此无缝并置，具有平移对 称性。
• H2O分子含有一个C2旋转轴与2个包 含这个C2轴的对称面，属C2v群，是 极性分子。
• CH4分子含有3类彼此相交的旋转轴 C3 、 C2 、S4等，属Td群，故是非极 性分子。
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3.晶胞与晶格
NaCl单晶
是NaCl晶胞还是NaCl晶格？
48
金刚石晶体
常林钻石
158.768克拉
百克拉钻石
• 空间点阵七种形状十四种阵式。
58
晶胞与晶格
59
晶胞与晶格
60
晶胞与晶格
NaCl晶胞
立方面心点阵
61
晶胞与晶格
金刚石晶胞
立方面心点阵
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晶胞与晶格
科学抽象的数学模型 点阵点 直线点阵 平面点阵﹙平面格子﹚ 空间点阵 ﹙空间格子又称晶格﹚ 素单位
复单位
客观存在的实际结构 结构基元 晶棱 晶面 晶体
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化学学科意识
(2)自然界中的任何物质，大至天体， 小至微生物，无论是无生命的，还是 有生命的（包括人在内），都由化学 元素组成。物质是多样的，其元素组 成是统一的。
17
化学学科意识
(3)结构决定性质。 乙醇 C2H5OH 二甲醚 CH3OCH3 H H H O H H－C－C－O－H H－C C－H H H H H
3
一、中学化学教学内容的基础性
• 基础的化学核心知识 —支撑化学学科体系与发展的知识 • 基本的化学学科意识 —让学生形成终身受用的关于化学与 化学品的基本判据
4
化学核心知识
(1)物质由化学元素组成。正式命名的 111种元素，按原子核中质子数的递 增有序地排在元素周期表中。 第110号元素Ds 鐽 第111号元素Rg 錀
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对原子的认识
原子不可分 ↓ 原子可分 ↓ 原子有结构 ↓ 原子可以搬动
73
对原子的认识
• 原子不仅是人们对于物质结构某一层 次解释的一种模型，而且还是一种可 以进行拖、拉、滚等操作的客体。
74
对分子的认识
• 从小分子到大分子，低分子到高分子， 普通分子到超分子。
• 结构层次从分子到分子以上层次。 • 化学反应的研究从大量分子的统计行 为到单分子操作。
-506 162 -3.045
-397 198 -2.711
-318 180 -2.924
36
金属性与金属活动性
• 金属性 • 金属活动性 K>Na>Li Li>K>Na
37
能不能用反应激烈程度 判断金属活动性的强弱？
• 反应自发进行的趋势大，反应速率是 否一定大？ • 反应速率大是否反应自发进行的趋势 一定大？
21
化学学科意识
(6)通过化学反应不仅能够认识物质， 修饰物质，还能合成物质。合成是 化学家改造世界、保护世界的有力 手段。
22
化学学科意识
(7)既要正视化学品和传统化学过程给 人类带来的负面影响，积极治理污 染，更要发展绿色化学，具有绿色 化学的意识。
23
化学学科意识
(8)化学原理反映客观规律，规律本身是 中性的、客观的。人们在考虑“能不能 做”的同时，更应考虑“该不该做”。
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金属性与金属活动性
• 金属性与金属活动性是不是一个概念？
• 能不能用反应激烈程度判断金属活动性 的强弱？
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金属性与金属活动性
• 金属性：用电离能的大小衡量气态金 属原子失去电子的难易程度。
• 金属活动性：用生成焓的大小或电极 电势的高低来衡量金属单质在水溶液 中形成水合离子倾向的大小。
34
5
元素周期表
①反映100多种元素之间的内在联系。 ②除第一周期和第七周期外，每个周期 都从金属性强的碱金属开始，到非金 属性强的卤素，最后止于稀有气体元 素。
6
元素周期表
③同族元素具有相似的电子组态。 ④反映元素性质的周期性变化规律。 ⑤元素周期表是对化学研究基本成果最 简洁的记录，为我们提供极为丰富的 化学信息。
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化学核心知识
(4)物质性质的多样性 物理性质 化学性质 生物活性
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化学核心知识
(5)物质的变化 物理变化 化学变化
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化学核心知识
(6)“化学反应”是化学研究的中心问题 • 化学反应类型的多样性 • 化学反应及机理的复杂性 • 对反应条件的灵敏性 • 化学反应必然伴随能量与混乱度的变 化
7
元素周期表
⑥甚至没有量子力学，元素周期表也能 “预言”原子结合成分子的途径，因 而打开了理解原子世界的窗口。
8
化学核心知识
(2)物质由原子、分子构成。原子、分 子不仅是抽象的模型，而且还是实实 在在的客体，可以进行搬动。
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化学核心知识
(3)物质的结构 • 结构的层次性与层次间的关联性 • 结构的复杂性与隐蔽性
中学化学教学内容的 基础性、科学性与时代性
华东师范大学 高剑南
E-mail:jngao42@126.com
1
中学化学教学内容的 基础性、科学性与时代性
一、中学化学教学内容的基础性 二、中学化学教学内容的科学性 三、中学化学教学内容的时代性
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一、中学化学教学内容的基础性
• 按什么原则确定基础？ • 在哪些方面打基础？
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化学核心知识
(7)实现化学反应的关键是提高反应速率。 改变化学反应速率的物质是催化剂。
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化学核心知识
(8)绿色化学
采用无毒无害的原料； 在无毒的反应条件下进行； 产品对环境友好； 具有“原子经济性” ； 满足“价廉物美”的传统原则。
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化学学科意识
(1)世界是物质的。可见物质分成两类： 实物和场。化学重点研究实物中的两 个结构层次：原子与分子。
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化学学科意识
(3)结构决定性质。
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化学学科意识
(4)任何物质对于人类和环境来说都有两 面性。要正确认识物质性质的客观性 与两面性，趋利避害，合理使用。
• 三氧化二砷(砒霜)既是剧毒品，又是 治病的药。既能致癌，又能治癌。
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化学学科意识
(5)化学运动是七大基本运动之一。
七大基本运动：
机械运动、热运动、电磁运动、基本 粒子运动、化学运动、生命运动、意 识与思维。
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金属性与金属活动性
例3：金属化学性质研究性复习课：
设计实验比较Na、Al、Fe的活动性。 Na与水反应激烈，Al、Fe与水反应比 较慢，说明金属性（还原性）的递变 规律。
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金属性与金属活动性
例4：某教材 “一般说来，我们可以从 元素的单质跟水或酸反应置换出氢的难 易，元素最高价氧化物的水化物—氢氧 化物的碱性强弱，来判断元素金属性的 强弱。”“实验表明„„铝跟酸的反应 不如镁跟酸的反应剧烈。也就是说，铝 的金属活动性不如镁强。”
• 涉及到对物质、实物、原子、分子、 组成、结构、性质和反应的认识。
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对物质的认识
• 对物质的认识范围： 从可见物质扩大到暗物质、暗能量。
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对物质的认识
• 对可见物质的分类： 1.实物﹙静止质量不为零﹚； 2.场﹙静止质量为零﹚，如光、电、磁 等。
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对物质的认识
• 对物质层次的认识： 1.对微观世界的认识，从原子、分子层 次深入到夸克、轻子等层次，即深入到 10-19m的极小空间。 2.对宏观世界的认识，从长期以来一直 局限于地球上的物体和太阳系，扩展到 星系和宇宙，达到1017m（1010光年）以 上的大尺度范围。
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分子对称性与分子极性的关系
极性分子的对称性 ⑴分子只含一个Cn旋转轴 ，属Cn群。 ⑵含一个Cn旋转轴与n个包含这个旋转轴 的对称面，属Cnv群。
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分子对称性与分子极性的关系
非极性分子的对称性 ⑴分子含有2个或2个以上彼此相交的旋 转轴。 ⑵对称面与旋转轴垂直。 ⑶有对称中心等。
46
分子对称性与分子极性的关系
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对称与不对称
• 何谓对称？何谓不对称？ • 何谓极性分子？何谓非极性分子？ • 能否根据分子对称性判断分子的极性？
42
对称元素和对称操作
对称元素 恒等元 E
旋转轴 Cn
对称操作 不动
旋转 3600/n
对称面 σ 对称中心 i 象转轴 Sn
反映 反演 旋转后反映
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对称与不对称
• 对称性理论认为所有的图形都具有某种 对称性，对称性最低的是E﹙C1﹚，也 就是我们通常说的不对称。
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科学意识
• “科学是一把神奇的钥匙。有了这把钥 匙可以打开天堂之门，如果不慎也可能 打开地狱之门。 ”
• “人类缺少的不是智慧而是驾驭智慧 的智慧，即人文智慧。”
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二、中学化学教学内容的科学性
中学化学教学的科学性受基础性制约：
• 考虑到学生的知识和认知的基础，理论 或概念不可能一次到位，在科学性方面 允许有一些妥协。 • 不能有科学性的错误。 • 不能讲死，应为今后的学习留有余地。
素晶胞 复晶胞
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辨析
• 金刚石晶体中碳原子间呈四面体结构， 具有八面体外形，属于立方晶系、立方 面心点阵。这几句话有没有矛盾？其内 在联系是什么？
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65
辨析
• 内在联系：晶体的理想外形和晶体的内 部结构有着共同的对称性。
• 四面体、八面体、立方体有共同的对称 元素：4个C3轴。
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三、中学化学教学内容的时代性
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对组成的认识
两种情况
• 原子整数比
H2O
C2H5OH
ZnO
TiS2
• 偏离整数比
Na1+δCl
Ti1+δO
Zn1+δO
LiδTiS2
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对结构的认识
结构的多样性
• 原子结构
• 分子结构
• 聚集状态结构
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聚集状态
• 气态：典型的无序结构 • 液态：短程有序、长程无序 • 固态：非晶态—保留液态结构的特征 晶态—短程有序、长程也有序 • 等离子态 • 玻色-爱因斯坦冷凝态 • 费米冷凝态
101.4695克拉
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金刚石的晶形
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晶体与晶胞
金刚石晶体
金刚石晶胞
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晶胞
NaCl a=563.94 pm
金刚石 a=356.6 pm
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分数坐标
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晶胞
辨析：
• 晶胞是晶体的最小单位。
• 晶胞的形状大多是平行六面体，少教 是六方柱体。
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晶胞
• 晶胞是晶体的基本单位。
素晶胞与复晶胞
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二、中学化学教学内容的科学性
如：对氧化还原反应的认识 • 与氧气结合—氧化，脱氧—还原 • 化合价升高—氧化，降低—还原 • 失去电子—氧化，得到电子—还原 • 最高占有轨道上失去电子—氧化， 最低空轨道上得到电子—还原
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一些混淆的概念
• 金属性与金属活动性 • 对称与不对称 • 晶胞与晶格