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化學(xué)教案－探索分子構(gòu)建的奧秘
第三章 探索分子構(gòu)建的奧秘
一、 指導(dǎo)思想
探索形形色色，千變?nèi)f化的物質(zhì)世界的內(nèi)部規(guī)律，這是學(xué)生化學(xué)認(rèn)知過程的一個必要趨勢。知道了金屬、非金屬、酸、堿、鹽，為什么它們有各自的特性呢？認(rèn)識了鹵素單質(zhì)及其有關(guān)化合物，為什么它們既有相似的性質(zhì)，又有一定的差異性呢？引導(dǎo)學(xué)生去探究物質(zhì)、物質(zhì)分子構(gòu)建的奧秘，挺進(jìn)到一個新的層面上去認(rèn)識物質(zhì)世界，不管是在知識、智能、情意方面，還是在技能、實(shí)踐能力、創(chuàng)新精神方面都符合學(xué)生發(fā)展的規(guī)律。
本章學(xué)習(xí)中必須從微觀的角度去認(rèn)識物質(zhì)的結(jié)構(gòu)。從宏觀到微觀，這是人類科學(xué)研究的一個飛躍。這是一個從宏觀物質(zhì)的基本直觀性到看不見、摸不著的微觀世界的轉(zhuǎn)變。讓學(xué)生經(jīng)受從宏觀到微觀，從形象到抽象，從直接感知到想象感悟，直至從普通語言到化學(xué)符號的一系列認(rèn)知活動的轉(zhuǎn)變，從而可以充分發(fā)揮出本章知識教育的智力價值，以求得學(xué)生在感知、注意、想象、思維等方面有更全面的發(fā)展。
本章所涉及的物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論對學(xué)生而言是一個新的情境；而對學(xué)生創(chuàng)新精神、創(chuàng)造能力的培養(yǎng)也必須有一個新的情境。作為一名教師，只要牢牢把握住學(xué)生為主體，充分讓學(xué)生去探究的宗旨，在原子趨向穩(wěn)定的可能途徑，原子間的作用，形形色色的晶體的學(xué)習(xí)中，完全可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行猜測聯(lián)想，讓思維插上創(chuàng)新創(chuàng)造的翅膀。同時在聯(lián)系物質(zhì)、材料等有關(guān)調(diào)查觀察中，在證明化學(xué)鍵理論的金屬鈉與氯氣反應(yīng)、氫氣與氯氣反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計中，又不乏實(shí)踐能力的培養(yǎng)。在物質(zhì)結(jié)構(gòu)的判斷和有關(guān)化學(xué)用語的表達(dá)、模型的搭建和電子式的認(rèn)識中，又有許多基本技能的訓(xùn)練。若是在教材的基礎(chǔ)上稍作延伸，在豐富多彩的材料世界、化學(xué)鍵與能量的關(guān)系、物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系等專題上，讓學(xué)生去發(fā)現(xiàn)問題，通過各種途徑去解決問題，自然就成為研究性學(xué)習(xí)的小課題了。
二、 教育目標(biāo)
⑴從了解物質(zhì)硬度的不同而延伸到物質(zhì)的結(jié)構(gòu)差異，并了解化學(xué)鍵、離子鍵、共價鍵、金屬鍵、離子化合物、共價化合物等概念及形成的初步知識。理解氯化鈉、固體二氧化碳、二氧化硅及銅、鐵的物質(zhì)結(jié)構(gòu)差異。知道離子晶體、原子晶體、分子晶體及金屬晶體及它們的典型性質(zhì)，知道分子間作用力，認(rèn)識電子式。
⑵在物質(zhì)硬度差異的應(yīng)用和生活中所用的材料等的觀察分析中，在物質(zhì)為什么具有不同硬度，原子間的相互作用，原子趨向穩(wěn)定的途徑等的質(zhì)疑討論中，在離子鍵、共價鍵的形成，二氧化碳和二氧化硅的性質(zhì)差別等的探索討論中，在有關(guān)離子化合物、共價化合物的形成的演繹討論中，在金屬具有有關(guān)特性的探究討論中，在化學(xué)鍵類型、晶體類型的歸納對比討論中，培養(yǎng)學(xué)生的觀察、分析、演繹、推理、對比、歸納等能力，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題和解決問題的能力，培養(yǎng)和提高學(xué)生的各種類型的思維品質(zhì)和思維能力。
⑶感受人與自然、人與科學(xué)的息息相關(guān)，學(xué)生存、學(xué)生活，感受辯證唯物主義的有關(guān)基本觀點(diǎn)和科學(xué)研究的成就，學(xué)負(fù)責(zé)、學(xué)創(chuàng)新，感受優(yōu)秀科學(xué)家的品質(zhì)，學(xué)道德、學(xué)關(guān)心，在微觀世界的有關(guān)問題討論研究中，學(xué)合作、學(xué)科學(xué)方法科學(xué)精神。使學(xué)生在情感領(lǐng)域有所收獲、有所發(fā)展。
⑷學(xué)會從觀察和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)比較物質(zhì)的硬度，從有關(guān)原子結(jié)構(gòu)判斷原子趨向穩(wěn)定的途徑和典型化學(xué)鍵的形成，以及觀察電子式、有關(guān)結(jié)構(gòu)模型等技能。
⑸在鈉與氯氣、氫氣與氯氣反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)的設(shè)計完成中，培養(yǎng)宏觀現(xiàn)象與微觀本質(zhì)進(jìn)行聯(lián)系的實(shí)踐和思維能力。在材料聯(lián)系生活的觀察調(diào)查中，提高實(shí)踐能力�？梢跃蜕钪械牟牧�、化學(xué)鍵與能量、晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)等作小課題進(jìn)行延伸性的研究。
三、 重點(diǎn)與難點(diǎn)
⑴重點(diǎn)：
物質(zhì)硬度差異的應(yīng)用，離子鍵、共價鍵，離子晶體、原子晶體和金屬晶體。
對于物質(zhì)硬度差異的應(yīng)用，發(fā)動學(xué)生進(jìn)行深入討論，集思廣益，見多便能識廣。
離子鍵、共價鍵的概念則要進(jìn)行剖析討論，經(jīng)思辨才深刻。
四類晶體則讓學(xué)生自己去整理、歸納、對比它們在構(gòu)成、作用、性質(zhì)上的有關(guān)差異，乃至作一些示意圖、作一些比喻，處處聯(lián)系物質(zhì)實(shí)際是不難鞏固的。
⑵難點(diǎn)：
化學(xué)鍵，化學(xué)鍵的形成，金屬鍵，原子晶體與分子晶體的區(qū)別，金屬晶體，電子式。
化學(xué)鍵的概念內(nèi)涵深刻，外延豐富，創(chuàng)設(shè)問題情境讓學(xué)生去討論。
化學(xué)鍵的形成的關(guān)鍵是其作用的本質(zhì)，讓學(xué)生由表及里進(jìn)行分析，要產(chǎn)生思維碰撞的火花，產(chǎn)生矛盾，揭示矛盾，得到統(tǒng)一，才能使學(xué)生內(nèi)悟。所以切忌老師講述到“完美”。
金屬鍵與離子鍵、共價鍵相比，難在動態(tài)的自由電子，可結(jié)合金屬的特性來讓學(xué)生了解。
原子晶體和分子晶體中的不同作用，必須搞清楚是結(jié)構(gòu)微粒之間的作用，不要把結(jié)構(gòu)微粒內(nèi)外的作用混淆一體，選取二氧化碳與二氧化硅作對比，部分也出于這一因素。初學(xué)時不宜把晶體內(nèi)部的所有作用力作詳細(xì)討論。
在電子式的學(xué)習(xí)討論中，注意區(qū)分好離子化合物和共價化合物的區(qū)別，區(qū)分陰、陽離子的書寫的區(qū)別，把握形成共用電子對數(shù)目的判斷方法，把握成鍵前后電子數(shù)保持不變的原則，把重點(diǎn)放在正誤的判斷上。
三、課時安排
第一節(jié) 金剛石是最硬的物質(zhì)嗎？ 1課時
第二節(jié) 原子是怎樣構(gòu)建成分子大廈的？ 2課時
第三節(jié) 形形色色的晶體 2課時
第一節(jié) 金剛石是最硬的物質(zhì)嗎？
教學(xué)目標(biāo)
了解物質(zhì)硬度的表示方法和物質(zhì)硬度差異的主要原因。
理解形形色色的物質(zhì)是如何形成的？
理解化學(xué)鍵的概念和化學(xué)鍵的種類
教學(xué)重點(diǎn)
物質(zhì)硬度差異的主要原因，化學(xué)鍵的概念。
教學(xué)難點(diǎn)
化學(xué)鍵的概念
一、常見物質(zhì)的硬度
奧地利物理學(xué)家摩斯把10種常見的礦物按硬度由小到大分為10級。
①滑石②石膏③方解石④氟石⑤磷灰石⑥正長石⑦石英⑧黃玉⑨金剛砂⑩金剛石
問題：金剛石和石墨是同素異形體，為什么硬度差異這樣大？
金剛石和石墨一樣，都是由碳組成的，之所以硬度差異縣殊，是因?yàn)樗鼈兊脑咏Y(jié)構(gòu)完全不同。通過X光，可以看到，在金剛石晶體中，碳原子排列成空間的四面體型的結(jié)構(gòu)，它的每一個方都有相同的硬度。而石墨中的碳原子排列成一片片平面的六邊形結(jié)構(gòu)，片與片的結(jié)合力微弱，所以石墨很容易裂成薄片。由于地球上天然金剛石很稀少，從本世紀(jì)50年代開始，很多國家都在進(jìn)行通過一定條件把石墨轉(zhuǎn)化為金剛石的嘗試，在攝氏1800度的高溫和7萬個大氣壓的條件下，人們終于將石墨變成了人造金剛石。今天，隨著現(xiàn)代科技和現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，金鍘石已從單純的工藝原料，變?yōu)橹匾墓I(yè)材料。目前，金剛石年產(chǎn)量(包括天然和人造)已達(dá)1億克拉(20噸)以上。
如何鑒別鉆石的真假
鉆石由于價格昂貴及稀有，使得有些不法商人利用假貨來獲利，有沒有迅速準(zhǔn)確的方法將鉆石與形形色色的假鉆石區(qū)分開呢?方法是有的，而且不止一種。
在敘述這些區(qū)分的方法之前，我們將鉆石及其代用品的性質(zhì)列一個表，以便看出它們之間在什么地方有區(qū)別:
總起來看，鉆石與它的所有代用品(或冒充品)之間，最大的區(qū)別有兩點(diǎn)，一是硬度，二是導(dǎo)熱性。因此，可以根據(jù)這兩種差別制造出儀器，用來迅速、準(zhǔn)確地區(qū)別鉆石和所有的代用品
鉆石測定儀
導(dǎo)熱性指物質(zhì)對于熱的傳導(dǎo)能力，凡導(dǎo)熱性強(qiáng)的物質(zhì)，都能迅速傳送熱量，例如人們熟知的金屑銅、鋁等。當(dāng)人們用手摸銅、鋁時，由于它們會將人手上的熱迅速傳開，因此感到這些金屬是“冰涼的”。又例如木材，它的導(dǎo)熱性很弱，因此人手摸上去是溫?zé)岬摹?/p>
導(dǎo)熱性的強(qiáng)弱，可以用數(shù)字來表示，數(shù)字越大的導(dǎo)熱性越強(qiáng)，例如，銅的相對導(dǎo)熱性為0.927，鋁為0.485。由表可以看出鉆石的導(dǎo)熱性非常強(qiáng)，竟然超過了銅和鋁，相對導(dǎo)熱性高達(dá)1．6—4．8。而鉆石的那些代用品呢，導(dǎo)熱性都比鉆石弱得多。由表可看出，大多數(shù)代用品的導(dǎo)熱性都低于 0.01，即比鉆石底100倍以上，像玻璃，它的導(dǎo)熱性最差，競比鉆石低1000多倍。藍(lán)寶石雖然導(dǎo)熱性較高，可比鉆石也要低10多倍甚至幾十倍。
這樣，如果制造出一種儀器，能夠迅速測出寶石的導(dǎo)熱性，那區(qū)分真鉆石與假鉆石真是易如反掌了。這種儀器已經(jīng)有了，它的英文名稱叫做“Diamond Master”，中文可以譯成 “鉆石測定儀”。 下圖是鉆石測定儀的照片。它的形狀像一個電表，外聯(lián)一根電線，電線前端像一支鋼筆，鋼筆頂端是“探頭”。使用時打開開關(guān)接通電源(一般用9v電池)，將探頭與被測的寶石接觸(寶石事先須擦干凈，不能有油膩污垢)，這時儀器上的指針就開始轉(zhuǎn)動，當(dāng)轉(zhuǎn)動的偏角很大，超過儀器上標(biāo)定的區(qū)域時，被測寶石就是真鉆石，如果指針的偏轉(zhuǎn)角很小，達(dá)不到標(biāo)定的區(qū)域，那被測寶石就是假鉆石。
最簡單的鉆石測定儀，只能顯示出被測寶石是真鉆石還是假鉆石；構(gòu)造復(fù)雜一些的鉆石測定儀，還可以估計出假鉆石是什么，例如是立方氧化佬，或者是YAG等。由于制造廠家的不同，這種儀器有各種改進(jìn)，例如取消了電線與指針，探頭裝在儀器突出的一個短管上，用不同顏色的發(fā)光二級管顯示測定結(jié)果，綠燈亮?xí)r表示真鉆石，紅燈亮?xí)r則為假鉆石等。
鉆石測定儀的體積很小，和一包香煙差不多，可以方便地放入衣裝中。
標(biāo)準(zhǔn)硬度計 使用鉆石測定儀區(qū)分真假鉆石，當(dāng)然很理想，可是這種儀器價格比較昂貴，我們可以用另一種也是行之有效的方法，那就是測試寶石的硬度。 我們知道，鉆石是世界上最硬的物質(zhì)，它的硬度是摩氏硬度10，用鉆石可以劃傷任何物質(zhì)，可任何物質(zhì)都不可能劃傷鉆石。根據(jù)這個原理，人們制造出了一種“標(biāo)準(zhǔn)硬度計” ，這是一個大小為65×55×23mhl的方盒，打開盒蓋后，里面鑲有4個標(biāo)準(zhǔn)硬度片，它們都經(jīng)過精密研磨，表面光潔如鏡。4片標(biāo)準(zhǔn)硬度片的摩氏硬度分別為6、7、8、9。
標(biāo)準(zhǔn)硬度計用于測定寶石的硬度。將要測定的寶石(已琢磨好的成品或未琢磨的原石皆可)找一尖棱部位，輕輕刻劃硬度6的標(biāo)準(zhǔn)片，然后用放大鏡觀察，如果標(biāo)準(zhǔn)片毫無傷痕，表示寶石的硬度低于6，不必再測。如果標(biāo)準(zhǔn)片表面有擦不掉的細(xì)線狀傷痕，表示寶石硬度高于6，應(yīng)繼續(xù)刻劃7的標(biāo)準(zhǔn)片，如劃不動(無傷痕)，表示寶石硬度在6—7之間(包 括7)。如能劃傷，則繼續(xù)刻劃硬度8的標(biāo)準(zhǔn)片。如此下去，可將所有寶石的硬度分成五類，即：硬度低于6；硬度在6—7 之間(包括7)；硬度在7—8之間(包括8)；硬度在8—9之 間(包括9)；硬度高于9。
用標(biāo)準(zhǔn)硬度計測定鉆石真假極為方便，只要用寶石輕輕刻劃硬度為9的標(biāo)準(zhǔn)片，如能劃出傷痕，就是真鉆石，如劃不動，就是假鉆石。
刻劃硬度時，首先應(yīng)將標(biāo)準(zhǔn)片表面擦拭干凈。刻劃時是否劃傷了，手感是不同的，劃不動時有“打滑”的感覺。
標(biāo)準(zhǔn)硬度計的構(gòu)造簡單，價格也比較低廉。
二、原子間的相互作用
討論：原子是如何結(jié)合成分子的呢？
化學(xué)鍵的概念：分子或晶體中直接相鄰的原子之間的主要的強(qiáng)烈相互作用稱為化學(xué)鍵。
化學(xué)鍵的分類：根據(jù)形成化學(xué)鍵的形成方式，可以分為離子鍵、共價鍵、金屬鍵。
練習(xí)：
1. 證明金剛石和石墨都是由碳元素組成的方法是（ ）
A. 觀察外表 B. 測定密度C. 在純氧中燃燒，檢驗(yàn)燃燒產(chǎn)物 D. 測量硬度
2. 石墨與金剛石的物理性質(zhì)有很大差異的原因是（ ）
A. 顏色不同 B. 內(nèi)部碳原子排列不同C. 物質(zhì)組成不同 D. 化學(xué)性質(zhì)不同
3. 下列物質(zhì)中硬度最大的是（ ）
A. 玻璃 B. 巖石 C. 石墨 D. 金剛石
4. 金剛石和石墨在氧氣里燃燒，它們的生成物是（ ）
A. 分別是一氧化碳和二氧化碳 B. 都是一氧化碳
C. 都是二氧化碳 D. 分別是二氧化碳和水
5．化學(xué)鍵是一種作用力，它存在于
A．分子或晶體中的原子間B構(gòu)成物質(zhì)的所有微粒
C分子或晶體中相鄰的原子之間D分子間
6. 1985年科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種組成為
A. 它的1個分子中含有60個原子 B. 它是一種新型化合物
C. 它是一種共價化合物 D. 它是一種單質(zhì)
7. 金剛石可以裝在鉆探機(jī)的鉆頭上，是由于____________。石墨可做鉛筆芯是由于____________；可做潤滑劑，是由于____________；可做電極，是由于____________�；钚蕴靠勺鞣蓝久婢叩臑V毒劑，是由于____________。
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