从科学认识的角度看化学教学

H H H H C C C O H H
问题2
乙醇能还原氧化铜吗？
乙醇还原氧化铜以后将会生成怎样的产物？
CH3CH2OH + 6CuO
6Cu + 2CO2 + 3H2O
H H H C C O H
H H H C C O H H H
CuO
H H H C C O H
结构不稳定 在反应选择中不利
H H H C C H O
认识原子的另一种思路
物质的量
2H2
微观角度
质量？ 2个H2分子
+
O2
==
2H2O
1个O2分子
N
2个H2O分子
N
N ?
1g 宏观角度 2g 4g 2
8g 16g 32g : 1
9g
可称量的物理量
分子数之比
:
相对原子质量的标准 以任一原子质量与12C质量的1/12 的比值， 即为该原子的相对原子质量。 H1 C 12 N 14 O 16 F 19
饱和NaCl溶液中Na+与Cl-之间存在较强的相互作用 水合H+的构造与水合Na+的构造有显著的不同
计算与想象
如果假设在饱和KCl溶液中有与饱和NaCl溶液相
似的景象，可以得出怎样的结论？
可以推测KCl的溶解度将比NaCl的溶解度大。
实际的情形：
溶解过程要比想象的复杂！
摩尔质量 单位物质的量的物质所具有的质量 符号：M 单位：g· mol-1
从科学认识的角度看化学教学
南京市金陵中学 江敏
中国化学会30届学术年会· 大连理工大学
2016.7.3
社会的发展
不能不感叹我们生活在这样的时代，科学技术的
迅速发展已经拓展人们的生活空间，也强烈地影响着
人们的生活方式。 有些是属于全人类的：电子信息技术、空间技术、 医疗技术、能源技术等 有些是具有我们国家特色的： 公路、桥梁、铁路所共同构成的交通网络， 生活和交流空间的扩大（网络和旅游）等
1 mol H原子的质量为 1 mol O原子的质量为 1 mol S原子的质量为 1 mol Cl原子的质量为 1 mol Na原子的质量为 1 mol Mg原子的质量为 1g 16g 32g 35.5g 23g 24g
类比与推理
1 mol H+离子的质量为 1 mol Na+离子的质量为 1 mol S2-离子的质量为 1 mol Cl-离子的质量为 1 mol OH-离子的质量为 1 mol SO42-离子的质量为 1g 23g 32g 35.5g 17g 96g
H H H C C O H H H
CuO
H H H C C O H
H H H C C H O
空间因素不利
丙醇在CuO作用下的反应性
H H H H C C C O H H
H H H H C C C O H H H H
δ+
CuO △
δ-
H H H H C C C O H H
C=O优于C=C？ ！ 电性帮助物质间形成识别
氨纶纤维束-放大25倍
硫酸镁溶液中的结晶体-放大50倍
量子原子团纳米晶体-放大了200倍。
用扫描隧道显微镜（STM） 观察到的晶体硅的表面
扫描探针显微镜（SPM） 还可实现对原子、分子的 操纵。上图为在Pt的表面 用28个CO分子构建的 5000 pm高的小人
美国波士顿大学的化学家 制备出世界上最小的马达，该分 子马达由78个原子构成
H C C O H H H
而非 H C O C H
乙醇与Na反应的结构特点
H H H C C O H H H
CH3OH与Na的反应
CH3CH2CH2OH与Na的反应
CH3 CH CH3 与Na的反应 OH
HOCH2CH2OH与Na的反应
从乙醇到醇类（化学性质）
乙醇能与金属钠反应 类比 醇类能与金属钠反应
0.1mol
0.3mol
（6）2.3g的C2H5OH 0.05mol（8）11.7g的NaCl 0.2mol
计算下列物质的物质的量
（1）100mL ρ=1.2g· cm-3 36.5%的盐酸中HCl ~2:7 。 与水的物质的量之比_______
36.5 63.5 : 1 : 3.5 36.5 18
2CH3CH2ONa + H2↑
问题1
乙醇能与金属钠反应吗？
为什么不是C原子上的H被金属钠置换出来？
金属钠能保存在煤油里
H H H C H H C C H H H H C C H H H H C C H H H H C C H H H H H C C H
Na不能破坏C-H键
H
H H
H H
H H
证实乙醇的结构
m( g ) N n ( mol ) 1 1 M ( g mol ) N A (mol )
微观粒子数
相互关联
宏观物理量
对化学反应的新的理解 2H2 + O2 == 2H2O 微观角度 宏观角度 2个 2mol N2 + 1个 1mol 1个 1mol 2个 2mol
微观角度
宏观角度
难溶于水 难溶于水 熔沸点升高 M=30 M=109 沸点 -89℃ 沸点 38.4℃ ρ> 水
密度 加大
醇分子中-OH的威力— 氢键
R O H O R
(汽油)
R O H H O R
(水 )
R O H H
分子间的缔合， 使得熔沸点升高
“一拖三”
CH3CH2CH2OH
CH3CH2OH CH3OH
可于水按任意比互溶
一般情况下，不饱和C=C或C≡C不直接与-OH相连 结构互变
CH2
CH OH
CH3
CH
乙醛
O
乙烯醇
问题1
乙醇能与金属钠反应吗？
Na能导致O-H键的断裂
金属钠能与水反应
2Na + 2HO-H == 2NaOH + H2↑
金属钠能与乙醇反应 乙醇分子中含有O-H键
H H H C C O H H H
2CH3CH2OH + 2Na
阿伏加德罗常数： 12g C-12（12C）所包含的碳原子数
NA有多大?
印度含舍王赏赐象棋的发明者、数学家西萨·班·达依尔的传说
麦粒的总数= 1 + 2 + 4 + 8 + … + 263 = 264 – 1 =1.845 × 1019 ~2000年的小麦产量
千粒小麦重42~45g，当今世界小麦常规年产量为5.8亿吨 ~12年
3H2 == 2NH3 3个 2个 3mol 2mol
NaOH + HCl == NaCl + H2O 1mol 1mol 1mol 1mol Na2CO3 + 2HCl == 2NaCl + CO2↑ + H2O 1mol 2mol 2mol 1mol 1mol
NA有多大? 经实验测知：12C原子的质量为1.993×10-23g， 试计算NA值。 12.0 g ·mol-1 23 mol-1 NA= ≈ 6.02 × 10 1.993×10-23g
类比与推理
1 mol O2的质量为 1 mol Cl2的质量为 1 mol H2O的质量为 1 mol HCl的质量为 1 mol NaCl的质量为 32g 71g 18g 36.5g 58.5 g 98g
1 mol H2SO4离子的质量为
计算下列物质的质量： （1）0.3mol的H2O （2）2mol的NaCl （3）0.25mol的CO2 （4）0.2mol的HCl
社会发展引发对化学教学的反思
随着社会的发展，传统的化学教学内容在 未来社会生活中能够发挥作用的知识所占比重 也就越来越小。 这种巨大的落差，促使人们反思化学教学 的意义和价值。
教学中的困惑与思考
遗忘与理解 教学策略与知识体系 系统化认知与碎片化突破 认识的相对性与知识的科学性
我们的遗憾 —赋予化学知识真正的物理意义
空间因素不利
问题2
乙醇能还原氧化铜吗？
乙醇还原氧化铜以后将会生成怎样的产物？
CH3CH2OH + 6CuO 过量
6Cu + 2CO2 + 3H2O
乙醇的选择性氧化
CH3CH2OH + CuO 少量 Cu + CH3CHO + H2O
请判断下列有机物能否发生选择性氧化，并
写出相应产物的结构简式。
CH3 CH2 CH2 CH2 OH
教学示例2 在学习过程中，引领学生能够（自由地）通
过视角的变化，在想象、推理与实证中，逐渐建
立起他们自己可以理解的知识体系。
《乙醇 醇类》
醇分子中-OH的威力— 氢键
CH3CH3
取代
CH3CH2Br
取代
CH3CH2OH
可与水互溶 M=46 沸点 78.5℃ 乙烷<ρ<水
0.55 < 0.79 < 1
（5）0.4mol的Na2CO3
（6）0.5mol的NaOH
（7）0.3mol的C2H5OH
（8）0.2mol的CH3COOH
计算下列物质的物质的量 （1）2.7g的H2O 0.15mol （2）12.8g的O2 0.4mol （5）19.2g的Cu 0.3mol （3）3.4g的NH3 0.2mol （4）5.6g的Fe （7）8.1g的Al
问题2
乙醇能还原氧化铜吗？
乙醇还原氧化铜以后将会生成怎样的产物？
C + 2CuO H2 + CuO
2Cu + CO2 Cu + H2O 6Cu + 2CO2 + 3H2O 有机物元素分析的基础
CH3CH2OH + 6CuO
问题2
乙醇能还原氧化铜吗？
乙醇还原氧化铜以后将会生成怎样的产物？
CH3CH2OH + 6CuO 过量 CH3CH2OH + CuO
N NA
Na 23 Al 27
集合体
S 32 …
1 摩尔(mol)
H 1g C C 12g 12g N 14g O 16g F 19g Na 23g Al 27g S 32g… 物质的量(n)：摩尔是物质的量的单位，
每摩尔物质含阿伏伽德罗常数个微粒。 阿伏加德罗常数 NA，单位：mol-1
类比与推理
CH3 CH2 CH2 CH O
CH3 CH2 C CH3 O
CH3 CH2 CH CH3 OH
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CH3 CH CH3
CH3
CH2 OH
CH3 CH CH3
CH O
CH3 C OH CH3
从乙醇到醇类（化学性质）
乙醇能与金属钠反应 乙醇能被选择性 氧化为醛 类比 醇类能与金属钠反应 醇类能被选择性氧化 为醛或酮 或：不被选择性氧化
6Cu + 2CO2 + 3H2O Cu + CH3CHO + H2O
H O H H C C H H H
少量
H H H O
O Cu
O Cu
H C C O H H H H
问题2
乙醇能还原氧化铜吗？
乙醇还原氧化铜以后将会生成怎样的产物？
CH3CH2OH + 6CuO
6Cu + 2CO2 + 3H2O
H H H C C O H
脱水剂
H H H C C H
H H H H
H H H H
H C C OH HO C C H
浓H2SO4
脱水剂
CH3CH2OCH2CH3
问题4 乙醇能发生脱水反应吗？
感悟大数 NA = 6.02×1023 在可知的宇宙间含有原子总数为 = 3×1074 65个转轮、50个字符 ～10110字符组合
思考：
1. 这种想象的放大镜的放大倍数有多大？
（6.02×1023倍）— 人类的主动选择
2. 为什么要引入物质的量这一物理量？ 建立宏观物理量和微观微粒数之间的关联
醇结构的特殊性
H H H H C C H H
H C H
H C
H C
H C
O H OH
H OH H OH H OH
一般情况下，一个C原子上只能连接一个羟基
饱和一元醇 饱和多元醇
通式 CnH2n+2O 或 CnH2n+1OH
CnH2n+2Op CnH2n+2-p(OH)p
n≥p
醇结构的特殊性
（2）100mL ρ=1.18g· cm-3 26.7%的饱和NaCl溶液 中NaCl与水的物质的量之比______ ~1:9 。
26.7 73.5 : 1: 9 58.5 18
计算与想象
饱和NaCl溶液中
n(Na+) : n(Cl-) : n(H2O) = 1:1:9 饱和HCl溶液中 n(H+) : n(Cl-) : n(H2O) = 2:2:7
类比
结构判断
问题3
还有哪些物质能够氧化乙醇？
实验 向乙醇中加入酸性KMnO4溶液，
酸性KMnO4溶液褪色，
CH3CH2OH + MnO4- + H+ — CH3COOH + Mn2+ + H2O
请同学们尝试配平上述反应方程式。
问题4 乙醇能发生脱水反应吗？
H H H C C H H OH
浓H2SO4
把科研当成快乐的游戏
-安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫
反思的力量
石墨与多聚乙炔
2000年诺贝尔化学奖
2010年诺贝尔物理奖 苯
稠合
石墨
卷曲
转化
金刚石 “1906年”
碳纳米管 1996年诺贝尔化学奖
物质的内在的统一性
教学案例1 努力创造机会，使学生能够理解相关概念的内涵。
《物质的量》
玻基斑岩中的金色气泡-放大20倍