化学1(教师用)

化学电子书：人教版新课标化学必修 1 教师用书 封面目录 说明 本书是根据教育部制订的普通高中化学课程标准（实验）和人民教育出版社课程教材研究所化学课 程教材研究开发中心编著的普通高中课程标准实验教科书化学 1（必修）的内容和要求，结合高中化学 教学的实际情况编写的，供使用普通高中课程标准实验教科书化学 1（必修）的高中化学教师教学时参 考。 从有利于教师理解和体会课程标准，以及更好地使用教科书出发，全书按教科书的章节顺序编排，每章 包括本章说明、教学建议和教学资源三部分。 本章说明是按章编写的，包括教学目标、内容分析和课时建议。教学目标指出本章在知识与技能、过程 与方法和情感态度与价值观等方面所要达到的教学目的；内容分析从地位和功能、内容的选择与呈现、教学 深广度以及内容结构等方面对全章内容作出分析；课时建议则是建议本章的教学课时。 教学建议是分节编写的，包括教学设计、活动建议、问题交流和习题参考。教学设计对节的内容特点、 知识结构、重点和难点等作了较详细的分析，并对教学设计思路、教学策略、教学方法等提出建议；活动建 议是对“科学探究”“实验”等学生活动提出具体的指导和建议；问题交流是对“学与问”“思考与交流” 等栏目中的问题给予解答或提示；习题参考则是对节后的习题给予解答或提示。 教学资源是按章编写的，主要编入一些与本章内容有关的化学知识、疑难问题解答，以及联系实际、新 的科技信息和化学史等内容，以帮助教师更好地理解教科书，并在教学时参考。 为了丰富化学课程资源，本书最后编入了科学家谈化学的内容，以开阔教师的视野。 本书内容仅供教师参考，授课时的教学方法由教师根据具体情况决定。 参加本书编写工作的有（按编写顺序）王晶、韩颖、陈新智、郑长龙、任学宝、李文鼎、王作民。 本书的审定者是李文鼎、王晶。 责任编辑是乔国才。 参加图稿绘制工作的是李宏庆。 目录 普通高中课程标准实验教科书化学说明1 第一章从实验学化学1 第一节化学实验基本方法2 第二节化学计量在实验中的应用7 第二章化学物质及其变化17 第一节物质的分类18 第二节离子反应21 第三节氧化还原反应23 第三章金属及其化合物31 第一节金属的化学性质33 第二节几种重要的金属化合物38 第三节用途广泛的金属材料43 第四章非金属及其化合物57 第一节无机非金属材料的主角硅59 第二节富集在海水中的元素氯61 第三节硫和氮的氧化物65 第四节硫酸、硝酸和氨68 科学家谈化学85 唐有祺：展望化学之未来：挑战和机遇85 徐光宪：今日化学何去何从？89 白春礼：中国化学的发展与展望95 王夔：中学理科教育中的创新教育问题106 宋心琦：化学学科的现状及基础化学教育改革问题113 本书的内容难免有不妥之处，希望广大教师和教学研究人员提出意见和建议，以便进一步修改。 人民教育出版社课程教材研究所 化学课程教材研究开发中心 2004 年 6 月 普通高中课程标准实验教科书 化学说明 普通高中课程标准实验教科书化学是贯彻执行教育部制订的普通高中课程方案（实验）的要求 ，根据社会发展的需要、学生身心发展状况及学科本身的规律，依据普通高中化学课程标准（实验）（ 以下简称课程标准）而编写的。 一、教科书设计思路 1.全面落实高中化学课程目标 课程标准指出“高中化学课程在九年义务教育的基础上，以进一步提高学生的科学素养为宗旨，激发学 生学习化学的兴趣，尊重和促进学生的个性发展；帮助学生获得未来发展所必需的化学知识、技能和方法， 提高学生的科学探究能力；在实践中增强学生的社会责任感，培养学生热爱祖国、热爱生活、热爱集体的情 操；引导学生认识化学对促进社会进步和提高人类生活质量方面的重要影响，理解科学、技术与社会的相互 作用，形成科学的价值观和实事求是的科学态度；培养学生的合作精神，激发学生的创新潜能，提高学生的 实践能力。”教科书全面落实这些目标，从“知识与技能”“过程与方法”“情感态度与价值观”相融合的 角度出发，构建教科书体系，着眼于提高全体学生的科学素养和培养终身学习的能力。 2.以学生发展为本，促进学生学习方式的转变 学生是学习的主体，是对教科书进行能动的实践创造的主体。关注学生在教学过程中所表现的积极性、 自觉性、创造性，变“要我学”为“我要学”，教科书尽可能为学生留有发展的余地，使编制过程本身延伸 到课堂和学生的学习之中。改变以学科为中心的传统教科书设计，最大限度地满足学生的需要，贴近学生的 生活，注重学生个性的养成、潜能的开发和智能的发展。 例如，教科书设计从保护和鼓励学生的创造天性出发，重视学习过程和学习结果的创造性和个性化，这 是一条重要的原则。鼓励学生提出个人创造性的意见，不处处强求统一的“标准答案”。引导学生在主动探 索和创造的过程中，培养探索技能、反思能力、与人交流的能力、搜集和整理信息的能力，以及思想的开放 性、尊重事实、承认事物的多样性和不确定性、能够进行批判性思维，等等。 3.保证基础性，突出时代性，体现选择性 必修模块教科书精选基础知识和基本技能，突出重点，既为全体学生的发展提供必需的化学基础知识和 基本技能，又为继续学习选修课程的学生打下必要的基础，也为学生适应现代社会生活打下基础。同时注意 对学生进行过程与方法、情感态度与价值观的教育，以提高全体学生的科学素养。 选修模块教科书以学生个性发展的多样化需要为主，注意到与必修模块教科书的合理衔接，促进基础知 识的深化，拓宽知识面，促进学生解决问题能力的提高。 教科书内容的选择力求反映现代化学发展的成就，积极关注与化学相关的社会问题，树立可持续发展的 观念，体现课程的时代特色。 教科书中除正文外，还编有多种资料供学生阅读或选学，提供带有*号的习题，供学生选做，以适应不 同学生的学习需求。 除教科书外，在试用过程中，还将提供系列化的配套教学资源。 4.有利于学生科学探究活动的开展 科学探究是重要的学习内容和学习方式。教科书创设学生自主活动和积极探究的情境，激发学生的探究 欲望，引导学生积极参与和体验探究过程，获取知识，学会合作与分享；通过对科学家的介绍、探究性实验 的设计、运用化学知识解决实际问题的活动等，有计划、有步骤地培养学生的科学探究能力，同时学习科学 方法和养成科学态度。 重视实验在学习化学中的基础性作用，精心设计实验方案，积极开发探究性实验，鼓励学生通过实验学 习化学知识与技能，掌握科学研究的方法。学生在设计实验方案、进行实验操作、观察记录现象、进行数据 处理、获得实验结论的过程中，不仅能获取知识、技能和方法，提高探究能力，还能形成良好的情感态度与 价值观。 5.反映科学、技术、社会的相互关系 教科书不仅提供学生未来发展所需要的化学基础知识和基本技能，还注意使学生了解化学在科技发展和 社会进步中的重要作用，如化学在促进生产发展、资源开发、材料制造、保障健康等方面的巨大贡献；使学 生知道其他相关科学如医学、生命科学、环境科学、材料科学、信息科学等与化学科学的密切关系等。内容 的选择适当地反映由于人类不恰当地运用科学技术成果而产生的负面影响，体现社会发展对化学科学提出的 新要求，帮助学生理解科学、技术与社会和谐发展的重要性。 教科书提供丰富的与学生生活背景相关的素材，从学生的已有经验和兴趣出发，以激发学生的学习兴趣 ，增强对科学的亲切感并学习实用性知识。积极引导学生将所学知识应用于实际，从学科角度对日常生活、 生产和其他学科中出现的某些实际问题进行研究，以便学生全面了解化学、技术和社会的相互关系。 6.结合高中学生的认知特点，重视学生的生活经验，注重学生的亲历性 教科书是学生学习活动的重要资源，因此力求增加其对学生的亲和力。例如，教科书尽可能联系学生已 有的生活经验，从学生关心的具体问题引入，让学生亲自体验探索、思考和研究的过程，引导学生积极参与 教学活动。在学习活动的设计上提倡主动的、建构的、体验的和发现的学习方式，使学生真正成为学习的主 体，从而为终身学习打好基础。 教科书融知识学习、能力培养、方法训练、过程体验、情感态度与价值观的形成于一体。例如，设计多 种多样的学习活动形式；版面设计做到人性化，力求活泼大方，美观优雅；文字尽可能精炼流畅，具有趣味 性、启发性和可读性；适当以图代文，以表格代文，以增大信息容量；为体现选择性，教科书设置各种栏目 供学生自学或复习之用，并为教师教学留有自由发挥的空间。 二、教科书的结构 高中化学课程是科学教育的重要组成部分，对提高学生的科学素养、促进学生全面发展具有重要作用。 新的高中化学课程由 8 个模块构成，分为必修、选修两类。其中，必修包括 2 个模块，选修包括 6 个模块。 各课程模块之间的关系如下表所示。 化学与生活 化学与技术 物质结构与性质 选修课程 化学反应原理 有机化学基础 实验化学 高中化学课程 必修课程 化学 1 化学 2 1.必修课程 必修课程要求学生认识常见的化学物质，学习重要的化学概念，形成基本的化学观念和科学探究能力 ，认识化学对人类生活和社会发展的重要作用及其相互影响，进一步提高学生的科学素养。学习内容主题包 括“认识化学科学”“化学实验基础”“常见无机物及其应用”“物质结构基础”“化学反应与能量”“化 学与可持续发展”等。教科书各章内容安排如下： 第一章 第二章 第三章 第四章 化学 1 从实验学化学 化学物质及其变化 金属及其化合物 非金属及其化合物 化学 2 物质结构元素周期律 化学反应与能量 有机化合物 化学与可持续发展 2.选修课程 选修课程是在必修课程的基础上为满足学生的不同需要而设置的，是必修课程的拓展和延伸。选 修课程旨在引导学生进一步学习化学科学的基础知识、基本技能和研究方法，更深刻地了解化学与人类生活 、科学技术进步和社会发展的关系，以提高科学素养，为具有不同潜能和特长的学生未来的发展打下良好基 础。选修课程包括 6 个模块，每个模块 2 学分，所有学生至少应从中选择一个模块进行学习。 3.教科书的体例结构 教科书按章节编排，简单结构如下页图所示： 4.关于栏目的几点说明 【实验】不区分演示实验和学生实验，根据实验内容和学校的不同条件，可由教师演示，也可边 讲边实验或学生探究。同时为学生自己进行实验提供必要的引导或建议。 【科学探究】以探究为目的，具有思考性、探索性的学生活动。提供探究课题，创设学习情境， 呈现探究过程，体现知识获得的过程和方法。在教科书中，设计了多种不同类型的科学探究活动，涉及多种 不同的科学探究过程，蕴涵了多种科学方法，有助于提高学生适应未来社会生存和发展所必备的科学素养。 【学与问】提出问题或启发学生发现问题、提出问题。通过活动帮助学生思考问题并发现问题， 学习提出问题。 【思考与交流】提出一些具有启发性、思考性的问题，引发学生思维，并鼓励学生通过讨论、辩 论等活动进行沟通和交流。 【科学视野】属于辅助教学内容的一些阅读资料，多为联系科学、技术和社会的一些内容。可拓 展学生视野，但又不增加学生的负担。 【资料卡片】数据资料、小常识等。 【科学史话】化学史料、化学发现等。 【实践活动】一些与社会课题相关的调查活动、研究和课外小实验等。例如，通过设计一些研究 方案，培养学生应用化学知识解决实际问题的能力；通过查找资料和进行社会调查，培养学生的交流能力、 社会实践能力和关注社会的情感；通过对实际问题的研究，提高学生的判断及综合分析能力；通过扮演不同 的角色，培养学生的自我表现能力和组织能力，等等。 【信息搜索】提供信息线索，如网址、书目等。 【习题】思考题、练习题（包括开放式习题和实践性题目等）。 三、使用教科书的建议 1.认真学习课程标准，努力更新教育观念 高中化学课程标准是国家对高中阶段学生化学学习的要求，化学教科书是根据课程标准编写的， 是课程标准所确定的课程性质、理念、目标的具体体现。使用新教科书，首先应该从认真学习课程标准开始 ，结合教科书领会课程性质、理念、目标如何在教学过程中实现。 要重新认识教科书。过去总是认为“教科书就是知识”，因此，教科书内容一般都是定论、共识 或公认的原理、定理等，而很少提及有争议的问题，对教师的教学、学生的认识具有绝对的权威性。随着新 课程的发展，对教科书的认识也应有新的变化“教科书是范例”，也就是把教科书看作一种学习资源， 是引导学生认知发展、获得知识的学习案例或范例。通过这些案例的学习，引起学生分析、理解并进行反思 、批判，最终帮助学生建构自己的知识体系，并在这一过程中领悟获取知识的方法。这就给学生留有充分发 挥的空间和研讨的余地，而这种获取知识的能力可以使学生终生受益。 在课程改革过程中还有很多事物需要重新认识，如对教师角色变化的认识，对师生关系的重新定 位，对教学过程的认识，对全面评价的认识这些都需要教师在实践中逐步体会。 2.迎接挑战，抓住机遇，充分利用课改提供的自主创造空间 新课程带来了新教育。为适应课程改革的需要，教师除应更新教育观念外，还应努力提高自己的 教学水平，在以下方面作出努力。 改善知识结构，树立终身学习的意识新课程的开放性特征对教师提出新的要求，教师不仅应有 广博的化学科学知识，还应广泛涉猎其他学科知识，改善自己的知识结构。同时掌握一些新的技能，学习新 的技术。例如，激励学生的技能、组织学生活动的技能、使用计算机等现代化教学设施的技能、社会活动的 技能、开拓教学资源的技能、评价技能，等等。 改变师生关系，转变工作方式新课程的综合化特征，需要教师与更多的人，在更大的空间，用 更加平等的方式从事工作，教师之间、师生之间应更加紧密地合作。 重建教学方式，重构课堂教学教师要重新认识教学、认识课堂、认识教科书，不断探索新的课 堂教学模式，在新型师生互动关系中重建自己的角色。例如，教师应引导学生不断地提出问题，使学习过程 变成学生不断发现问题、提出问题、解决问题的探索过程；指导学生针对不同的学习内容，选择不同的学习 方式；帮助学生设计恰当的学习活动；指导学生收集和利用更加广泛的学习资源等。 教学方法多样化、最优化教学有法而无定法，化学教学中有多种方法，如讲授法、实验法、讨 论法、探究法、问题解决法、自学法、归纳法、演绎法例如，讲授法是教师应用最广泛的方法，也是在 较短时间内完成较多教学任务的有效办法。探究法则最容易引起学生的兴趣，能充分发挥学生的主动性。在 各种教学方法中，教师均应注意渗透启发式教学的思想。 在使用新教科书的过程中，教师应从实际出发，因地制宜、因时制宜、因人制宜，根据教学内容 合理选择教学策略和恰当的教学方法。而且，在多数情况下，在一堂课中多种教学方法可以结合或交替使用 。一句话，就是根据需要，灵活运用，实事求是地选择教学方法，这也就是最优化的思想。 教科书中安排了许多实验、科学探究等活动，要认真组织和实施。教科书中的实验不分演示实验 和学生实验，目的是让教师根据学校的具体条件尽可能多地开设学生实验。因此，教师对教科书中的实验不 仅要做、会做，还应该十分有把握。对于实验室条件已具备、学生能在课内完成、能培养学生操作能力、而 且比较安全的实验，要尽可能地让学生去完成。教师要努力去改进实验，使实验现象更明显、成功率更高。 评价要有利于促进学生的全面发展评价既要有利于促进全体学生的共同发展，又要有利于学生 的个性发展。倡导评价目标多元化和评价方式的多样化，坚持终结性评价与过程性评价相结合，定性评价与 定量评价相结合，学生自评、互评和他人评价相结合，努力将评价贯穿于化学学习的全过程。可以采取活动 表现评价、学习档案评价、实验评价、纸笔测验等多种评价方式进行综合评价，保证三维教学目标的落实。 3.实现教学目标多元化，关注学生全面发展 课程标准要求学生在“知识与技能”“过程与方法”“情感态度与价值观”三个方面得到和谐的 发展。在教学过程中，应关注学生的全面发展，避免走只重视“知识与技能”单维目标的老路。 例如，在备课时要设计“知识与技能”“过程与方法”“情感态度与价值观”三个维度的目标， 做到心中有数。备课时不仅要备知识，更要备教学过程与教学方法，备教学手段及情景设计等。又如，在教 学活动中，要充分调动学生的积极性，引导学生通过案例学会学习的技能；通过实验学会基本操作的技能； 通过科学探究了解科学研究的一般方法，体验探究过程并获得探究的乐趣；通过思考和问题讨论认识化学知 识的规律性和化学变化的本质；根据元素及其化合物的性质联系其用途，了解化学的价值，激发学生的兴趣 。 4.全面了解教科书体系，准确把握教学要求 教师应全面了解高中必修、选修课程的内容，了解各模块的知识结构以及知识间的相互联系，了 解各部分教学内容及教学要求，准确把握教科书的深广度，提高自己对教科书的驾驭能力。 尤其应该注意的是，教师在教学时，要努力学习课程标准，严格把握教学内容的深广度和教学要 求，克服传统惯性和“一步到位”的思想，不要随意提高难度。例如，根据课程标准的要求，在化学 1 第二 章，对于“胶体”，只涉及丁达尔效应，对于胶体的其他性质，则不涉及。对于“离子反应”，只要求学生 知道溶液中离子的来源（电解质的电离）、离子反应发生的条件，对于离子反应方程式的书写则不作要求。 对于“氧化还原反应”，只要求知道有电子转移是氧化还原反应的本质。不要引入利用“双线桥”来分析氧 化还原反应，常见的氧化剂和还原剂也仅限于教科书中的例子；不要引入氧化还原方程式的配平和较复杂的 计算以及“单线桥”等内容。课程标准的教学要求不是在知识首次出现时就能一下子达到的。 5.促进学生学习方式的转变 “通过以化学实验为主的多种探究活动，使学生体验科学研究的过程，激发学习化学的兴趣，强 化科学探究的意识，促进学习方式的转变，培养学生的创新精神和实践能力”是新课程的基本理念，也体现 了化学学科的特点。教科书中设计了许多引导学生动脑思考、动手实践的学习活动。教师在教学时，应充分 运用教科书提供的素材，调动学生主动参与探究学习的积极性，引导学生通过实验、观察、调查、资料收集 、阅读、讨论、辩论等多种方式，在提出问题、猜想与假设、制定计划、进行实验、收集证据、解释与结论 、反思与评价、表达与交流等活动中，增进对科学探究的理解，发展科学探究能力。建议教师在以下方面作 出努力，例如： 精心设计新知识的引入方式 创设问题情景 提出富有思考性的问题，并鼓励学生提出问题 设计比较详尽的活动步骤 准备活动所需的资料或材料 创设宽松、活跃的课堂气氛 设计阅读提纲 积极组织和参与交流讨论 鼓励学生在课外思考和研究 鼓励学生通过多种途径获取信息 培养学生运用自学、观察、推理、演绎等方法来理解所学的知识 鼓励学生自己进行归纳与整理 鼓励学生自我评价 6.联系生产、生活实际，拓宽学生视野 教科书以多种形式提供了相当数量的与生产、生活、健康、环境等紧密联系的内容，并将科学精 神和人文精神融合其中。高中学生也会接触到很多与化学有关的实际问题，教师在教学中要注意联系实际， 帮助学生拓宽视野，开阔思路，综合运用化学及其他学科的知识分析、解决有关问题。教师应充分关注化学 科学的发展，关注化学应用的具体事例，关注发生在身边的一些与化学有关的现象，在教学过程中随时补充 一些鲜活的事例，以使学生真正认识化学与生活、社会的密切联系。 7.以教科书为基础，努力开发多样化的课程资源 教科书是基本的课程资源，除此以外，充分开发和利用其他课程资源，对于丰富化学课程内容， 促进学生自主学习、自主发展，促进教师自身的职业发展具有重要意义。 有目的、有计划的课堂教学，仍然是课程资源开发和利用的主渠道。因此，最经常、最直接和最 活跃的课程资源来自以教科书为主要媒体而进行的教学活动；校外课程资源的开发和利用则是校内课程资源 的必要补充和拓展。关于这一点，课程标准也提出了一些建议，主要包括来自图书、报刊、音像、广播、电 视和网络等在内的信息化课程资源；来自社区的生产、生活的实践性课程资源；来自多种形式教学研究活动 的教师之间的交流性课程资源等。在本书中，考虑到各地学校不同的条件，不仅提供了一些在教学过程中可 能遇到的活动建议和教学资源，而且提供了科学家谈化学的内容等。 课程改革是一项关系到几亿人、几代人的重大变革，是一件关系到千百万青少年健康成长的好事 ，也是一个逐渐探索和不断完善的过程。在课程改革这一伟大事业中，作为课程改革主力军的您教师， 作用是极为重要的。我们真诚地希望您在新的课程改革中，勇于探索，积极创造，努力钻研，不断提高自己 的教学能力和专业水平。我们也真诚地希望您在使用教科书的过程中，爱护和培育这一新生事物，提出您的 意见和修改建议。我们坚信经过几年的试用和修改，当新的教科书中融入了广大教师的经验和心血时，教科 书将逐渐丰富、更加完善起来。我们有决心和信心，与广大教师一道，共同缔造一套新世纪的化学教科书， 共同成就教育改革大业。 第二章 化学物质及其变化 第二章化学物质及其变化 本章说明 一、教学目标 1.感受分类方法对于化学科学研究和化学学习的重要作用。 2.知道胶体是一种常见的分散系，了解丁达尔效应。 3.了解电解质的概念，知道酸、碱、盐在溶液中能发生电离。 4.通过实验事实认识离子反应及其发生的条件。 5.了解氧化还原反应的本质是电子转移。 6.能正确认识氧化还原反应的价值。 二、内容分析 1.地位和功能 如果说第一章是从化学科学研究手段化学实验方面展开化学科学的话，那么，本章则是从化学学科 内容方面展开化学科学。作为从学科内容方面使学生认识化学科学的起始章，是连接义务教育阶段化学 科学与高中化学的纽带和桥梁，对于发展学生的科学素养，引导学生有效地进行高中阶段的化学学习， 具有非常重要的承前启后的作用。“承前”意味着要复习义务教育阶段化学的重要内容，“启后”意味着要 在复习的基础上进一步提高和发展，从而为化学必修课程的学习，乃至整个高中阶段的化学学习奠定重要的 基础。因此，本章在全书中占有特殊的地位，具有重要的功能，是整个高中化学的教学重点之一。 2.内容结构 化学物质及其变化是化学科学的重要研究对象。对于多达千万种的化学物质和为数更多的化学反应，人 们要想认识它们的规律性，就必须运用分类的方法，分门别类地进行研究。这既反映了化学科学的发展规律 ，也符合学生的认知规律。因此，对化学物质及其变化的分类是本章的一条基本线索。考虑到学生在进入高 中化学学习时，一般都需要复习初中的知识，如化学基本概念和原理、物质间的化学反应等。因此，把化学 反应与物质分类编排在高中化学的第二章，使学生对物质的分类、离子反应、氧化还原反应等知识的学习， 既源于初中又高于初中，既有利于初、高中知识的衔接，又有利于学生运用科学过程和科学方法进行化学学 习，立意更高些。 从化学物质的分类来看，纯净物的分类在初中已初步介绍过，这里主要是通过复习使学生进一步系统化 。溶液和浊液这两种混合物虽然初中也涉及过，但是，还没有从分散系的角度对混合物进行分类。因此，分 散系和液态分散系的分类、胶体及其主要性质是高中化学的新知识。胶体的性质表现在很多方面，这里只是 从胶体与溶液区分的角度，涉及到胶体的丁达尔效应。 从化学反应的分类来看，本章涉及到化学反应分类的 3 个标准：（1）反应物和生成物的类别以及反应 前后物质种类的多少，按此标准划分，可将化学反应分为化合反应、分解反应、置换反应和复分解反应，这 4 种反应学生在初中已经学习过，这里主要是通过复习使学生进一步系统化；（2）反应中是否有离子参加 ；（3）反应中是否有电子转移。后两种分类初中没有涉及过，因而是高中化学的新知识。离子反应和氧化 还原反应在高中化学学习中将大量涉及，因此，这两种反应是重要的基础知识，是本章的重点内容。 三、课时建议 第一节物质的分类 2 课时 第二节离子反应 2 课时 第三节氧化还原反应 2 课时 复习 1 课时 第二章 化学物质及其变化 教学资源 1.科学方法简介 类 别 名 称 定 义 方法举例 观察 通过感官或借助一定仪器，有目的、有计划地考察和描述客观对象的方法 直接观察间接观察 实验 根据一定的研究目的，运用一定的物质手段 （通常是科学仪器和设备），在人为控制或模 拟自然现象的条件下获取科学事实、探索其本 质和规律的方法 定性实验 定量实验 对照实验 模拟实验 获取科 学事实 的方法 思想实验 按照实验的模型展开的思维活动，是一种特殊实验方法 理想实验想象实验 比较 通过相关对象之间的对比，确定它们的差异点和共同点，并发现其共同规律的思维方法 求同比较 求异比较 综合比较 分类 根据对象的共同点和差异点，将对象区分为不 同的种类，而且形成有一定从属关系的不同等 级的系统的逻辑方法 树状分类法 二元分类法 多元分类法 整理科 学事实 的方法 类比 根据两类对象之间某些相同或相似，推出它们在其他方面也可能相同或相似的逻辑推理方法 共存类比法 因果类比法 对称类比法 综合类比法 归纳 从个别到一般的逻辑思维方法 完全归纳法 不完全归纳法 科学归纳法 演绎 与归纳法相反，从一般到个别的逻辑思维方法 分析 把整体分解为部分，或把复杂事物分解为简单 要素，或把过程分解为阶段，或把动态凝固为 静态来研究的思维方法 综合 与分析相反，把各个部分、各个方面、各个层 次、各种因素结合起来，动态地考察对象的思 维方法 假说 根据科学原理和事实，对未知的新事实作出的假定性说明 模型 通过研究模型来解释原型（被模拟的对象）的形态、特征和本质的方法 理想模型 物理模型 数学模型 构造科 学理论 体系的 方法 科学理论 是系统化了的科学知识体系，它用概念、判断、 推理的形式完整地反映客观对象的本质及其规 律 系统方法 按照事物的系统性把对象放在系统的模式中加以考察的方法 信息方法 把系统的过程当作信息传递和转换的过程，通 过对信息流程的分析和处理，以达到对某个复 杂系统运动过程的规律性认识的方法 反馈控制 用系统活动的结果来调整系统活动的方法 功能模拟 以功能和行为的相似为基础，用模型模仿原型的功能和行为的方法 横向科 学方法 黑箱方法 利用外部观测、试验，通过输入、输出信息来 研究黑箱功能和特征，探究其构造和机理的方 法 2.丁达尔效应和光散射 1869 年，英国科学家丁达尔发现了丁达尔效应。 光射到粒子上可以发生两种情况，一是当粒子直径大于入射光波长很多倍时，发生光的反射；二是当粒 子直径小于入射光的波长时，发生光的散射，散射出来的光称为乳光。 散射光的强度，随着颗粒半径增加而变化。悬（乳）浊液分散质粒子直径太大，对于入射光只有反射而 不散射；溶液里溶质粒子太小，对于入射光散射很微弱，观察不到丁达尔效应；只有溶胶才有比较明显的乳 光，这时粒子好像一个发光体，无数发光体散射的结果就形成了光的通路。 散射光的强度还随着粒子浓度的增大而增加，因此，进行实验时，溶胶浓度不要太小。 3.跨世纪的纳米材料 1965 年诺贝尔物理学奖获得者、美国加利福尼亚工学院教授费曼(R.P.Feynman)曾在 1959 年预言：“ 如果有一天可以按照人的意志来安排一个个原子，将会产生怎样的奇迹？” 时间仅仅过去了二十几年，到了 1982 年，费曼的预言便成了现实。国际商用机器公司研制成了扫描隧 道显微镜（简称 STM），它不仅能使人类观察到了原子，而且能够利用仪器的针尖来操纵原子，德国科学家 宾尼（G.Binnig）等利用扫描隧道显微镜在镍板上将硅原子组成了“IBM”（国际商用机器公司的英文缩略 语）的字样。不久，日本科学家又将硅原子堆成了一个金字塔。 于是，人类也像大自然一样，成了主宰原子和分子的主人，而不仅仅是被动地去认识和利用大自然造就 的原子和分子。这样，到了 20 和 21 世纪之交，人类正在悄悄地进入一个崭新的科技时代纳米科技时代 。 纳米科技是在纳米的尺度上研究和应用原子、分子及其结构信息的高新技术，它的最终目标是直接用具 有纳米尺度的原子、分子制造有特定功能的材料，被称为纳米材料（由粒径 1100nm 的粒子组成的固体材 料），它是 21 世纪很有希望和前途的新型材料。 （1）纳米材料的发现 组成材料的物质颗粒变小了，“小不点”会不会与“大个子”的性质很不相同呢？这便是纳米材料的发 现者德国物理学家格莱特（Grant）的科学思路。 那是 1980 年的一天，格莱特到澳大利亚旅游，当他独自驾车横穿澳大利亚的大沙漠时，空旷、寂寞和 孤独的环境反而使他的思维特别活跃和敏锐。他长期从事晶体材料的研究，了解晶体的晶粒大小对材料的性 能有很大的影响：晶粒越小，强度就越高。 格莱特上面的设想只是材料的一般规律，他的想法一步一步地深入：如果组成材料的晶体的晶粒细到只 有几个纳米大小，材料会是个什么样子呢？或许会发生“翻天覆地”的变化吧！ 格莱特带着这些想法回国后，立即开始试验。经过将近 4 年的努力，终于在 1984 年制得了只有几个纳 米大小的超细粉末，包括各种金属、无机化合物和有机化合物的超细粉末。 格莱特在研究这些超细粉末时发现了一个十分有趣的现象。众所周知，金属具有各种不同的颜色，如金 子是金黄色的，银子是银白色的，铁是灰黑色的。至于金属以外的材料如无机化合物和有机化合物，它们也 可以带着不同的色彩：瓷器上面的釉历来都是多彩的，由各种有机化合物组成的染料更是鲜艳无比。 可是，一旦所有这些材料都被制成超细粉末时，它们的颜色便一律都是黑色的：瓷器上的釉、染料以及 各种金属统统变成了一种颜色黑色。正像格莱特想像的那样，“小不点”与“大个子”相比，性能上发 生了“翻天覆地”的变化。 为什么无论什么材料，一旦制成纳米“小不点”，就都成了黑色的呢？原来，当材料的颗粒尺寸变小到 小于光波的波长（110-7m 左右）时，它对光的反射能力变得非常低，大约低到小于 1%。既然超细粉末对 光的反射能力很小，我们见到的纳米材料便都是黑色的了。 “小不点”性质上的变化确实是令人难以置信的。著名的美国阿贡国家实验室制备出了一种纳米金属， 居然使金属从导电体变成了绝缘体；用纳米大小的陶瓷粉末烧结成的陶瓷制品再也不会一摔就破了。 格莱特的发现已经和正在改变科学技术中的一些传统概念。因此，纳米材料将是 21 世纪备受瞩目的一 种高新技术产品。 （2）纳米材料的应用 天然纳米材料 海龟在美国佛罗里达州的海边产卵，但出生后的幼小海龟为了寻找食物，却要游到英国附近的海域，才 能得以生存和长大。最后，长大的海龟还要再回到佛罗里达州的海边产卵。如此来回约需 56 年，为什么 海龟能够进行几万千米的长途跋涉呢？它们依靠的是头部内的纳米磁性材料，为它们准确无误地导航。 生物学家在研究鸽子、海豚、蝴蝶、蜜蜂等生物为什么从来不会迷失方向时，也发现这些生物体内同样 存在着纳米材料为它们导航。 纳米磁性材料 在实际中应用的纳米材料大多数都是人工制造的。纳米磁性材料具有十分特别的磁学性质，纳米粒子尺 寸小，具有单磁畴结构和矫顽力很高的特性，用它制成的磁记录材料不仅音质、图像和信噪比好，而且记录 密度比 -Fe2O3 高几十倍。超顺磁的强磁性纳米颗粒还可制成磁性液体，用于电声器件、阻尼器件、旋转 密封及润滑和选矿等领域。 纳米陶瓷材料 传统的陶瓷材料中晶粒不易滑动，材料质脆，烧结温度高。纳米陶瓷的晶粒尺寸小，晶粒容易在其他晶 粒上运动，因此，纳米陶瓷材料具有极高的强度和高韧性以及良好的延展性，这些特性使纳米陶瓷材料可在 常温或次高温下进行冷加工。如果在次高温下将纳米陶瓷颗粒加工成形，然后做表面退火处理，就可以使纳 米材料成为一种表面保持常规陶瓷材料的硬度和化学稳定性，而内部仍具有纳米材料的延展性的高性能陶瓷 。 纳米传感器 纳米二氧化锆、氧化镍、二氧化钛等陶瓷对温度变化、红外线以及汽车尾气都十分敏感。因此，可以用 它们制作温度传感器、红外线检测仪和汽车尾气检测仪，检测灵敏度比普通的同类陶瓷传感器高得多。 纳米倾斜功能材料 在航天用的氢氧发动机中，燃烧室的内表面需要耐高温，其外表面要与冷却剂接触。因此，内表面要用 陶瓷制作，外表面则要用导热性良好的金属制作。但块状陶瓷和金属很难结合在一起。如果制作时在金属和 陶瓷之间使其成分逐渐地连续变化，让金属和陶瓷“你中有我、我中有你”，最终便能结合在一起形成倾斜 功能材料，它的意思是其中的成分变化像一个倾斜的梯子。当用金属和陶瓷纳米颗粒按其含量逐渐变化的要 求混合后烧结成形时，就能达到燃烧室内侧耐高温、外侧有良好导热性的要求。 纳米半导体材料 将硅、砷化镓等半导体材料制成纳米材料，具有许多优异性能。例如，纳米半导体中的量子隧道效应使 某些半导体材料的电子输运反常、导电率降低，电导热系数也随颗粒尺寸的减小而下降，甚至出现负值。这 些特性在大规模集成电路器件、光电器件等领域发挥重要的作用。 利用半导体纳米粒子可以制备出光电转化效率高的、即使在阴雨天也能正常工作的新型太阳能电池。由 于纳米半导体粒子受光照射时产生的电子和空穴具有较强的还原和氧化能力，因而它能氧化有毒的无机物， 降解大多数有机物，最终生成无毒、无味的二氧化碳、水等，所以，可以借助半导体纳米粒子利用太阳能催 化分解无机物和有机物。 纳米催化材料 纳米粒子是一种极好的催化剂，这是由于纳米粒子尺寸小、表面的体积分数较大、表面的化学键状态和 电子态与颗粒内部不同、表面原子配位不全，导致表面的活性位置增加，使它具备了作为催化剂的基本条件 。 镍或铜锌化合物的纳米粒子对某些有机物的氢化反应是极好的催化剂，可替代昂贵的铂或钯催化剂。纳 米铂黑催化剂可以使乙烯的氧化反应的温度从 600降低到室温。 医疗上的应用 血液中红血球的大小为 60009000nm，而纳米粒子只有几个纳米大小，实际上比红血球小得多，因此 它可以在血液中自由活动。如果把各种有治疗作用的纳米粒子注入到人体各个部位，便可以检查病变和进行 治疗，其作用要比传统的打针、吃药的效果好。 纳米计算机 世界上第一台电子计算机诞生于 1945 年，它是由美国的大学和陆军部共同研制成功的，一共用了 1800 0 个电子管，总重量 30t，占地面积约 170m2，可以算得上一个庞然大物了，可是，它在 1s 内只能完成 5000 次运算。 经过了半个世纪，由于集成电路技术、微电子学、信息存储技术、计算机语言和编程技术的发展，使计 算机技术有了飞速的发展。今天的计算机小巧玲珑，可以摆在一张电脑桌上，它的重量只有老祖宗的万分之 一，但运算速度却远远超过了第一代电子计算机。 如果采用纳米技术来构筑电子计算机的器件，那么这种未来的计算机将是一种“分子计算机”，其袖珍 的程度又远非今天的计算机可比，而且在节约材料和能源上也将给社会带来十分可观的效益。 纳米碳管 1991 年，日本电气公司的专家制备出了一种称为“纳米碳管”的材料，它是由许多六边形的环状碳原 子组合而成的一种管状物，也可以是由同轴的几根管状物套在一起组成的。这种单层和多层的管状物的两端 常常都是封死的，如图 2-1。 这种由碳原子组成的管状物的直径和管长的尺寸都是纳米量级的，因此被称为纳米碳管。它的抗张强度 比钢高出 100 倍，导电率比铜还要高。 在空气中将纳米碳管加热到 700左右，使管子顶部封口处的碳原子因被氧化而破坏，成了开口的纳米 碳管。然后用电子束将低熔点金属（如铅）蒸发后凝聚在开口的纳米碳管上，由于虹吸作用，金属便进入纳 米碳管中空的芯部。由于纳米碳管的直径极小，因此管内形成的金属丝也特别细，被称为纳米丝，它产生的 尺寸效应是具有超导性。因此，纳米碳管加上纳米丝可能成为新型的超导体。 4.氧化数 对于离子化合物来说，氧化还原反应中电子是完全失去或完全得到的。但是，对于共价化合物来说，氧 化还原反应中有电子的偏移，但没有完全的失去或得到。因此用氧化数来表示就更为合理。例如： H2+Cl2=2HCl 这个反应的生成物是共价化合物，氢原子的电子没有完全失去，氯原子也没有完全得到电子，只是形成 的电子对偏离氢而偏向氯。用氧化数的升降来表示就是氯从 0 到-1，氢从 0 到+1。这样，氧化数的升高就是 被氧化，氧化数的降低就是被还原。在氧化还原反应里，一种元素氧化数升高的数值总是跟另一种元素氧化 数降低的数值相等。以下列出一些氧化剂和还原剂中某些元素的氧化数。 5.氧化还原反应在工农业生产、科学技术和日常生活中的意义 在这里，只能对氧化还原反应在工农业生产、科学技术等方面的作用和意义作一些极简单的介绍。 我们所需要的各种各样的金属，都是通过氧化还原反应从矿石中提炼而得到的。如制造活泼的有色金属 要用电解或置换的方法；制造黑色金属和别的有色金属都是在高温条件下用还原的方法；制备贵重金属常用 湿法还原，等等。许多重要化工产品的制造，如合成氨、合成盐酸、接触法制硫酸、氨氧化法制硝酸、食盐 水电解制烧碱等等，主要反应也是氧化还原反应。石油化工里的催化去氢、催化加氢、链烃氧化制羧酸、环 氧树脂的合成等等也都是氧化还原反应。 在农业生产中，植物的光合作用、呼吸作用是复杂的氧化还原反应。施入土壤的肥料的变化，如铵态氮 转化为硝态氨，SO42-转化为 H2S 等，虽然需要有细菌起作用，但就其实质来说，也是氧化还原反应。土壤 里铁或锰的氧化态的变化直接影响着作物的营养，晒田和灌田主要就是为了控制土壤里的氧化还原反应的进 行。 我们通常应用的干电池、蓄电池以及在空间技术上应用的高能电池都发生着氧化还原反应，否则就不可 能把化学能转变成电能、把电能转变成化学能。 人和动物的呼吸，把葡萄糖氧化为二氧化碳和水。通过呼吸把储藏在食物的分子内的能，转变为存在于 三磷酸腺苷（ATP）的高能磷酸键的化学能，这种化学能再供给人和动物进行机械运动、维持体温、合成代 谢、细胞的主动运输等所需要的能量。煤、石油、天然气等燃料的燃烧更是供给人们生活和生产所必需的大 量的能。 由此可见，在许多领域里都涉及到氧化还原反应，我们引导学生学习和逐步掌握氧化还原反应对于他们 今后参加生产、走向社会等都是有意义的。 第二章 化学物质及其变化 第一节 物质的分类 第一节物质的分类 一、教学设计 根据课程标准“能根据物质的组成和性质对物质进行分类”的要求，本节从分类的角度出发，安排了“ 简单分类法及其应用”和“分散系及其分类”这两部分内容。 分类是把某些特征相似的物体归类到一起的方法，它是学习和研究化学物质及其变化的一种常用科学方 法。运用分类的方法不仅能使有关化学物质及其变化的知识系统化，还可以通过分门别类的研究，发现物质 及其变化的规律。教科书通过“图书馆中陈列的图书”的图片，使学生直接感受分类的标准和分类的好处。 通过“思考与交流”栏目中三个问题的讨论，引导学生尝试用不同的方法对化学物质及其变化进行分类，使 学生感悟到分类法是一种行之有效、简单易行的科学方法。为了使学生能够运用分类法进行学习，教科书又 列举了“交叉分类”和“树状分类”这两种常用的、具体的分类方法，并安排了“实践活动”来加深学生对 这两种分类方法的了解，让学生进一步体验到“掌握方法比死记硬背更有效”。 胶体是物质的一种存在形式，是一种混合物体系。因此，胶体知识与学生以前所学的知识有所不同，它 研究的不是某种物质所特有的性质，而是物质的聚集状态所表现出来的性质。这对学生而言是一个较为陌生 的领域，是学生通过分类思想来研究物质、观察物质新的切入点。教科书根据这一特点，结合分类方法介绍 了按照分散质和分散剂所处的状态得出 9 种分散系，然后从分散质粒子的大小引出了胶体的概念，再通过实 验对胶体与溶液、浊液的探究，得出胶体的重要性质丁达尔效应。目的是使学生在了解胶体的这一重要 性质的基础上，认识到物质的性质不仅与物质的结构有关，还与物质的存在状态有关，从而拓宽学生的视野 。值得注意的是，教科书最后有意识地点明了胶体化学原理和方法与纳米科技发展的关系，让学生理解化学 的基本原理和高科技的发展是息息相关的。 对于胶体这部分内容，教科书只介绍了丁达尔效应，至于渗析、布朗运动和电泳现象并未涉及，胶体的 介稳性也只是在“科学视野”栏目中点到为止，并不要求作具体的展开。所以，在进行教学时，要注意把握 好知识的深度和广度，在了解胶体概念与丁达尔效应的基础上，重点突出分类的方法。 本节教学重点：了解常见化学物质及其变化的分类方法。 本节教学难点：胶体。 教学建议如下： 1.关于简单分类法及其应用的教学 教科书第一次引入“简单分类法及其应用”，其目的是使学生认识科学方法对于化学科学研究和化学学 习的重要性，但在教学中可能会遇到一定的困难。因此，建议在“思考与交流”活动中，引导学生对具体的 化学物质和化学反应从不同角度进行分类。例如： 案例 1 按照物质的组成和性质，对纯净物进行分类，作出树状分类图。然后选择下列合适的物质填在物 质类别上。 O2、Cu、H2SO4、Ba(OH)2、KNO3、CO2、空气、含镁 60%的 MgO 案例 2 对下列化学反应进行分类： （1）硫在氧气里燃烧 （2）红磷在氧气里燃烧 （3）铁丝在氧气里燃烧 （4）铝箔在氧气里燃烧 （5）蜡烛在氧气里燃烧 对上述 5 个化学反应可以从不同的角度进行分类。 【分类标准 1】是不是化合反应：化学反应（1）、（2）、（3）、（4）为一类，都是化合反应； 【分类标准 2】反应物的特点：化学反应（1）、（2）为一类，都是非金属与氧气反应，化学反应（3 ）、（4）为另一类，都是金属与氧气反应； 学完本章全部内容后，还可以对上述反应继续进行分类。 【分类标准 3】是不是氧化还原反应：化学反应（1）、（2）、（3）、（4）、（5）为一类，都是氧 化还原反应。 在思考与交流过程中，要使学生感悟到进行分类的目的和意义。同时了解到对于化学物质及其变化，依 据不同的标准，可以有不同的分类。 2.关于分散系和胶体概念的教学 学习分散系这一部分内容，首先要突出分类的方法，教科书已经列举了按照分散质或分散剂所处的状态 ，它们之间可以产生 9 种组合方式，但没有具体的例证。教科书要求通过学生的“思考与交流”活动来完成 ，这对学生有一定的难度。例如，学生无法理解合金属于固体分散质和固体分散剂组成的分散系，空气属于 气态分散质和气态分散剂组成的分散系。因此，教师要充分利用学生已有的知识与生活经验，从分类的角度 加以积极引导与完善。 对于丁达尔效应，要把学生在初中学过的悬（乳