化学史教学案例_水分子中的化学史

的内容 。
5 课后感言
这是一节超出课程要求的额外的课 , 如果出于 课时紧张 ,我们可以不讲这堂课 ,如果单纯考虑化学 知识的多少 ,我们也可以放弃这堂课 ,然而我们始终 抑制不住内心的冲动 ,一定要给学生上这堂课 ,是因 为我们不想过于功利的看待化学教学 , 我们想尝试 着改变概念原理就是解题工具的现状 , 哪怕是些微 小的改变 。让学生从题海中抬起头 , 用更深邃的眼 光透视那些熟悉的概念原理 , 探寻它们的价值和意 义是比学习原理本身更为重要的 。
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最终确立了阿伏加德罗分子学说的正确性。 历史的启示 : 你认为元素周期律的出现与阿伏加德罗的分子 假说有何关系 ? 学生 : 如果没有阿伏加德罗的分子假说 , 人们就 不可能获得正确的元素的相对原子质量数据 , 就不 可能有门捷列夫的周期律 。
2 H2 + O2 = 2 H2 O
3 水的相对分子质量的测定
3. 1 道尔顿的对与错
源自文库
道尔顿的原子论认为 , 每一种元素的原子都具 有一定的重量 。他是化学史上第一个测定原子量的 人 。他是怎样测定的呢 ? 以水为例 : 他首先把氢原 子的相对重量定为 1 ,作为比较其他元素原子相对重 量的基础 。根据水的重量组成分析结果 ( 拉瓦锡测 得) 氢占 15 % ,氧占 85 %进行计算 : 假设氧的相对重量为 X , 15 ∶ 85 = 1 ∶X 计算得 X = 5. 5 因此水的相 对重量为 :1 + 5. 5 = 6. 5 疑问与反思 1 : 为什么科学家不直接测定原子的 质量 ? 对比人们将 6. 02 ×1023 个微粒的集体定为 1 mol ,道尔顿把氢原子的相对重量定为 1 ,你认为二 者在思想方法上有何共同之处 ? 学生 : 原子看不见摸不着 ,质量微小无法直接测 定 ,将氢原子的相对重量定为 1 , 作为比较其他元素 原子相对重量的基础 ,这是采用了化小为大的方法 。 疑问与反思 2 : 道尔顿的计算思路正确吗 ? 具体 计算错在那儿 ? 学生 : 道尔顿的错误在于 ,他武断地认为水分子 就是由 1 个氧原子和 1 个氢原子构成的 , 这是他出 错的根本原因 。 教师 : 正因为道尔顿不接受阿伏加德罗定律 ,将 原子分子混为一谈 ,导致水乃至很多物质的化学式 、 元素的相对原子质量长期处于混乱状态 。由此可见 阿伏加德罗定律对确定物质组成 、 元素的相对原子 质量具有重大意义 。 3. 2 依据阿伏加德罗定律测定水的相对分子质量 学生活动 : 疑问与反思 : 阿伏加德罗认为 , 只要把水变为气 体并测定其比重就能计算出水的相对重量了 。你认 为对吗 ? 为什么 ? 学生 : 根据阿伏加德罗定律可推知 : 同温同压 下 ,气体的密度比等于气体分子的相对重量比 ,因此 2 ( 氢气的相对重量 ) ∶ 水分子的相对重量 = 氢气比 重∶ 水蒸气比重 , 只要测出氢气 、 水蒸气的比重就 能计算出水分子的相对重量了 。 历史回眸 : 被漠视了半个世纪的分子学说 阿伏加德罗的分子假说发表后 , 却遭到了当时 学者们的冷遇和漠视 ,导致原子量的测定 ,物质化学 式的确定 ,以及在很多研究工作中带来了困难和混 乱 。一个原因是在当时的条件下 , 阿伏加德罗不能 为这一假说提供充分的实验证据 。另一个原因 , 当 时化学界的两大权威 ,道尔顿和贝采里乌斯反对阿伏 加德罗的分子假说 ,很多学者因为迷信权威也站在了 反对分子假说的立场上。直到半个世纪以后 ,化学界 为了澄清原子量、 化学式等的混乱局面 ,于 1860 年 9 月 3 日至 5 日在德国卡尔斯鲁厄举行了国际化学家 代表大会 ,意大利科学家康尼查罗在会上重新论证并
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子质量是每一种元素的基本特征之一 。 ③ 不同元素化合时 ,原子以简单整数比结合 。 历史的启示 : ① 原子论的确立过程对你有何启示 ? 学生 1 : 没有想到我们习以为常的质量守恒定律 居然能够帮助科学家认识到物质是由原子组成的 。 这让我们重新认识到了质量守恒定律的价值 。 学生 2 : 科学家根据宏观物质之间的定量关系推 测出物质是由微观的看不见的原子组成的 , 这种思 维方法值得我们学习 。 ② 道尔顿被世人称为近代化学之父 , 他是这样 评价自己的 “ : 如果我比我周围的人获得更多的成就 的话 ,那主要 — 不 , 我可以说 , 几乎单纯地是由于不 懈的努力 。一些人比另一些人获得更多的成就 , 主 要是他们对放在他们面前的问题比一般人更加专注 和坚持 ,而不是由于他的天赋比别人高多少” 。请谈 一谈你的感想 。 学生 : 我们没有想到这样伟大的科学家把成就 归于勤奋和专注而不是天赋 。 2. 2 “分子” 概念的建立及水分子组成的确定 历史回眸 : 1805 年法国化学家盖 - 吕萨克 、 德国自然科学 家亚历山大 ・ 冯 ・洪堡特精确测定水的组成 : 他们 用电火花点燃氢气和氧气的混合物 , 发现氢气 、 氧 气、 水蒸气的体积比永远是 2 ∶ 1∶ 2 。盖 - 吕萨克做 了大量有关气体反应的实验 , 又归纳了其他化学家 所做的气体实验得出规律 : 气体在相互化合时 ,参加 反应的气体体积间呈一个简单的整数比 。 盖 - 吕萨克认为由于化合时原子的整数比才能 导致体积的整数比 , 于是提出假说 : 在同温同压下 , 相同体积的气体 ( 无论是单质还是化合物) 中含有相 同数目的原子 。盖 - 吕萨克认为这将是支持原子论 的又一有力证据 。然而最先反对这一假说的恰恰是 道尔顿 。道尔顿认为原子论与盖 - 吕萨克假说之间 存在不可调和的矛盾 疑问与反思 : 你认为原子论与盖 - 吕萨克假说 之间存在怎样的矛盾 ? 事实 :2 体积氢气 + 1 体积氧气 → 2 体积水蒸气 推理想象 :2 个氢气原子与 1 个氧气原子如何形 成 2 个水原子 ? 矛盾 : 要想生成 2 个水原子 ,必须将 1 个氧气原 子分为两半 ,配到两个 “水原子” 中 ,这与原子不可分 割的观点是对立的 。 矛盾的解决 — 阿伏加德罗定律的产生 1811 年意大利科学家阿伏加德罗为了合理解释 道尔顿原子论与盖 - 吕萨克气体简比定律的矛盾 ,提 出了分子的概念 , 纠正了盖 - 吕萨克假说的谬误之 处。阿伏加德罗指出 : 在同温同压下 , 相同体积的气 体 (无论是单质还是化合物) 中含有相同数目的分子 。 阿伏加德罗认为简单气体的分子由 2 个原子构成。 学生活动 : 依据阿伏加德罗定律确定水的分子式 :
参 考 文 献
[1] 袁翰青 ,应礼文 . 化学重要史实 . 北京 : 人民教育出版社 ,1989 [2] 张家治 . 化学史教程 . 太原 : 山西人民出版社 ,1987
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化学史与 化学史教育
化学史教学案例 — — — 水分子中的化学史
徐 敏1 刘春生2
(11 北京市第十五中学 100054 ; 北京政法职业学院安防系 102600)
质量守恒定律和阿伏加德罗定律是高一学生熟 2. 1 化学计算的启示 — 近代原子学说的建立 悉的两大基本定律 ,绝大多数学生 ,甚至是教师都认 疑问与反思 : 分析下面的计算 , 猜想科学家会从 为这些定律无非是前人的经验总结而已 。事实上质 中发现哪些规律 ? 量守恒定律等基本定律的发现导致了原子学说的问 反应物甲质量/ g 反应物乙质量/ g 生成物丙质量/ g 世 ,阿伏加德罗定律的确立 , 对于确定分子组成 、 进 30 16 46 而确定元素的相对原子质量具有重大意义 。可以说 60 32 92 没有阿伏加德罗定律就没有正确的相对原子质量 、 15 8 23 就没有周期律 、 没有近现代化学的发展 。显然向学 10 5. 33 15. 33 生揭示这些原理在学科发展中的重要作用极具教育 价值 。本案例以水为载体 , 把学生放在一个反思者 学生 : 科学家会从中发现质量守恒定律 的角度 , 在追寻元素 、 原子 、 分子等基本概念的历史 教师 : 科学家不仅能从中发现质量守恒定律 ,而 生成过程中体会质量守恒定律 、 阿伏加德罗定律对 且还能发现各反应物与生成物之间质量比是恒定 化学发展的重大意义 。 的 。当时的科学家把这一定律称为当量定律 。 1 水的组成元素的确定 教师 :1803 年道尔顿通过定量实验发现 : 碳的 2 疑问与反思 : 通过哪些实验能够确定水是由氢 种氧化物中碳与氧的质量比分别为 5. 4 ∶ 7 和 5. 4 ∶ 氧 2 种元素组成的 ? 14 。同时发现与同质量的碳化合的氧的质量比为 学生 : 氢气与氧气燃烧的实验 ,以及电解水的实 1∶ 2 。由此提出倍比定律 : 当 2 种元素化合生成 1 验都可以证明水是由氢氧 2 种元素组成的 。 种以上的化合物时 ,与一定质量的某种元素化合的另 历史回眸 : 1 种元素的质量之间成简单整数比 。为什么在不同的 1784 年英国化学家凯文迪许发现氢气与氧气化 化合物中同一种元素的含量比恰好为正整数呢 ? 为 合生成水 ; 什么反应前后物质的质量会守恒 ? 科学家在思考这 1800 年英国化学家尼科尔森电解水 , 在阴阳两 些问题时可能对物质的组成产生怎样的认识 ? 级分别得到了氢气和氧气 。 学生 : 科学家可能认识到物质是由原子构成的 。 建立元素概念的艰难历程 : 只有认识到物质是由原子构成的 ,质量守恒定律 、 倍 自古以来 ,人们一直认为水是组成世间万物的一 比定律 、 当量定律才能成立 。 ( 金木水火土) , 古希 种元素。例如 :我国有 “五行说” 历史回眸 : ( 水土气火) 。英国的物理学家 - 化 腊有 “四元素说” ( 1) 原子学说的发展 学家罗伯特 ・ 波义耳最先认识到这种物质观是错误 早在公元前 5 世纪 , 希腊哲学家德莫克里特就 的。早在 1661 年波义耳就指出物质由元素组成 , 元 认为万物是由大量不可分割的微粒构成的 , 并把这 素应该是不能用化学方法再分解为更简单的物质 ,这 种微粒称为原子 。在我国的思想家墨翟和他的学生 样一种实物 。但是这种观点真正被人们接受是在 100 们留下的 《墨子》 这部著作中 , 也能找到与原子学说 多年以后 ,1784 年凯文迪许发现氢气与氧气化合生成 接近的认识 。 “非半弗斫则不动 ,说在端 。 ” 意思是说 水 ,1800 年尼科尔森电解水实验的成功 ,人们才认识 物质到了没有一半的时候 ,就不能再分了 ,这种情形 到水不是一种元素 ,逐步接受波义耳的元素观念 。 可称之为 “端” 。端与原子的含义很接近 。但是这些 历史的启示 : 都是哲学意义上的推想和臆测 , 没有实验依据 。直 为什么在我们现在看来 , 再简单不过的一种常 到 2000 多年后 ,19 世纪初由英国科学家道尔顿进行 识性的知识 ,其发展历程却如此漫长而艰辛 ? 实验并通过严密的逻辑推理才建立起科学的原子 学生 : 启示 1 : 要打破人们固有的认识是很困难 论 。其中质量守恒定律 、 倍比定律 、 当量定律的发现 的 。启示 2 : 人的认识是随着科学的进步尤其是实验 成为确立原子论的重要基石 。 技术的提高而发展的 。 ( 2) 道尔顿的原子学说 2 水分子的确定 1803 年 10 月 , 道尔顿第一次讲述了他的原子 18 世纪末至 19 世纪初 ,化学从定性研究转向定 论。 量研究 ,人们试图弄清化学反应中各反应物 、 生成物 ① 元素是由非常微小 、 不可再分的微粒 — — — 原 之间量的关系 ,由此化学计算被引入化学研究中 ,人 子组成的 ,原子在一切化学变化中不可再分 ,并保持 们发现了很多化学基本定律 。这些定律的发现 , 对 自己的独特性质 。 于人们认识物质的组成有着怎样的帮助呢 ? ② 不同元素的原子质量和性质也各不相同 , 原