大一化学教学中的问题与对策.ppt

大一化学教学中的问题与对策大一化学教学中的问题与对策 大连理工大学化学系大连理工大学化学系 孟长功孟长功 2009.4 2009.4 济南济南 大一化学教学的任务大一化学教学的任务 使学生系统掌握无机化学的相关知识；使学生系统掌握无机化学的相关知识； 为后续课程奠定基础为后续课程奠定基础-兴趣更重要；兴趣更重要； 与高中课程相衔接与高中课程相衔接-学习方法要有转变学习方法要有转变 ； 培养学生发现问题的能力培养学生发现问题的能力-实现从应试实现从应试 教育向素质教育的转变。教育向素质教育的转变。 激发兴趣，转变方法，挖掘潜能激发兴趣，转变方法，挖掘潜能 例例1 1：气体的扩散问题：气体的扩散问题 由气体分子运动论，得到分子运动由气体分子运动论，得到分子运动 的规律，并衍生出一个公式：的规律，并衍生出一个公式： V VA A /V/V B B =(M=(M B B /M/M A A) ) 1/21/2 可以用这个公式研究气体的扩散。可以用这个公式研究气体的扩散。 例题：例题： （71.3厘米） 将氨气和氯化氢气体同时从一根将氨气和氯化氢气体同时从一根 120120厘米长的玻璃管两端分别向管厘米长的玻璃管两端分别向管 内自由扩散，两气体在管内什么位内自由扩散，两气体在管内什么位 置相遇生成氯化铵白烟？置相遇生成氯化铵白烟？ 问题：问题： 1.1.按题目要求计算出白烟出现的位按题目要求计算出白烟出现的位 置。置。 2.2.如何保证白烟的位置与计算结果如何保证白烟的位置与计算结果 符合？符合？ 3.3.扩散的时间可以预测吗？扩散的时间可以预测吗？ 4.4.生成白烟之后会有什么现象？生成白烟之后会有什么现象？ 实验装置 现象： 现象： 学生认为：学生认为： 1 1。气体的扩散速率不但与分子量有关，还与。气体的扩散速率不但与分子量有关，还与 气体的分压密切相关，符合菲克定律：气体的分压密切相关，符合菲克定律： 2 2。氨气与氯化氢气体相遇形成环状固体，气。氨气与氯化氢气体相遇形成环状固体，气 体扩散或固体的生成是不均匀的；体扩散或固体的生成是不均匀的； 3 3。只在分压低的一侧生成固体说明固体的生。只在分压低的一侧生成固体说明固体的生 成会进一步影响气体的扩散。成会进一步影响气体的扩散。 例例2 2：离子极化问题的讨论：离子极化问题的讨论 离子在外加电场的作用下都会产生变形，这离子在外加电场的作用下都会产生变形，这 种现象被称作离子极化。由于离子极化的存种现象被称作离子极化。由于离子极化的存 在，使得化学键从离子键向共价键过渡，并在，使得化学键从离子键向共价键过渡，并 在不同程度上影响化合物的性质。影响离子在不同程度上影响化合物的性质。影响离子 变形性的因素包括：离子大小、所带电的多变形性的因素包括：离子大小、所带电的多 寡及符号、电子构型等。寡及符号、电子构型等。 R(SR(S2- 2-)=184pm )=184pm 阳离子的离子半径接近阳离子的离子半径接近 R(PbR(Pb2+ 2+)=119pm,R(Sr )=119pm,R(Sr2+ 2+)=118pm )=118pm 但电子构型不同：但电子构型不同： SrSr2+ 2+:4s :4s 2 2 4p4p 6 6 , Pb, Pb2+ 2+:6s :6s 2 2 *两物种之溶解度显著不同。在两物种之溶解度显著不同。在PbSPbS中，由于中，由于 离子极化的存在，离子的形式电荷降低，离子极化的存在，离子的形式电荷降低， 键型向共价键过渡。键型向共价键过渡。 1.SrS1.SrS和和PbSPbS性质的差别性质的差别 2.2.由复合氧化物到含氧酸盐由复合氧化物到含氧酸盐 SiOSiO 2 2 是一种简单的氧化物。将硅交替地是一种简单的氧化物。将硅交替地 用铝和磷代替，则得到用铝和磷代替，则得到SiOSiO 2 2 的等电子体的等电子体 化合物化合物-AlPO-AlPO 4 4 。但由于。但由于P(V)P(V)较较 Al(IIIAl(III) )有更强的极化能力，而使有更强的极化能力，而使AlAl O O POPO，但配位类型没有变化。，但配位类型没有变化。 AlPOAlPO 4 4 为复合氧化物。为复合氧化物。 但如果用但如果用LaLa3+ 3+代替 代替Al(IIIAl(III), La), La3+ 3+被 被7 7个氧个氧 原子所围绕。由于原子所围绕。由于LaLa3+ 3+的极化能力较 的极化能力较P(V)P(V) 弱许多，弱许多，LaOLaO较较POPO大出许多，使大出许多，使POPO 4 4 3-3- 成为独立原子团，复合氧化物变为含氧酸成为独立原子团，复合氧化物变为含氧酸 盐。盐。 *碱土金属硅酸盐结构的变化给出很好的例证：碱土金属硅酸盐结构的变化给出很好的例证： 从硅铍石从硅铍石BeBe 2 2 SiOSiO 4 4 到到MgMg 2 2 SiOSiO 4 4 ，阳离子的配位数由，阳离子的配位数由4 4 变为变为6 6，再到钙、锶和钡，配为数则增大到，再到钙、锶和钡，配为数则增大到8 8，9 9 或或1010，MOMO的键长也明显大于的键长也明显大于SiSiOO键长。因此键长。因此 ， Be Be 2 2 SiOSiO 4 4 为复合氧化物，为含氧酸盐，而为从为复合氧化物，为含氧酸盐，而为从 复合氧化物向含氧酸盐过渡的晶型。复合氧化物向含氧酸盐过渡的晶型。 由于离子极化的差别，使晶型发生变化，化合物由于离子极化的差别，使晶型发生变化，化合物 的性质也随之变化。的性质也随之变化。 关于学生自学能力的培养关于学生自学能力的培养 -培养学生终生学习的习惯是教育教学的重要目培养学生终生学习的习惯是教育教学的重要目 标。标。 在每一章都设计一部分内容要求学生自学；在每一章都设计一部分内容要求学生自学； 要给出相关的问题，使学生能带着问题去自学要给出相关的问题，使学生能带着问题去自学 ； 要有相应的检查措施督促学生自学。要有相应的检查措施督促学生自学。 在元素化学教学中在元素化学教学中 培养学生发现问题的能力培养学生发现问题的能力 学起于思，思源于疑。学起于思，思源于疑。 学贵有疑，小疑则小进，大疑则大进。学贵有疑，小疑则小进，大疑则大进。 课堂教学应以问题为中心，通过课堂教学应以问题为中心，通过“提出问题提出问题 解决问题解决问题延伸思考延伸思考”，使问题成为知识，使问题成为知识 的纽带，通过设计具有挑战性的问题情境，的纽带，通过设计具有挑战性的问题情境， 引导学生参与、思考，唤起学生解决问题的引导学生参与、思考，唤起学生解决问题的 欲望，激发学生的探究兴趣，培养学生勤于欲望，激发学生的探究兴趣，培养学生勤于 思考的习惯。思考的习惯。 我们所面对的教育对象我们所面对的教育对象 -应试教育所培养和选拔的人才应试教育所培养和选拔的人才 第一门化学课程所要解决的问题第一门化学课程所要解决的问题 -激发兴趣，转变方法，挖掘潜力激发兴趣，转变方法，挖掘潜力 元素化学是一个很好的载体元素化学是一个很好的载体 例例1 1：二氧化硅和二氧化碳的差别：二氧化硅和二氧化碳的差别 为什么常温常压下为什么常温常压下COCO 2 2 和和SiOSiO 2 2 存在状态显著不同？存在状态显著不同？ -前者为分子晶体，微粒之间以分子间前者为分子晶体，微粒之间以分子间 作用力结合，熔沸点低，因此常温常作用力结合，熔沸点低，因此常温常 压下为气态；后者为原子晶体，微粒压下为气态；后者为原子晶体，微粒 之间以共价键结合，熔沸点高，因此之间以共价键结合，熔沸点高，因此 常温常压下为固体。常温常压下为固体。 为什么二氧化碳不像二氧化硅那样以原子晶体存在为什么二氧化碳不像二氧化硅那样以原子晶体存在 ？ -键能的数据可以给出解释：键能的数据可以给出解释： CO 360kJ/molCO 360kJ/mol C=O 803kJ/molC=O 803kJ/mol SiSi-O 464kJ/mol-O 464kJ/mol SiSi=O 640kJ/mol=O 640kJ/mol 碳氧之间形成两个双键比形成四个单键稳定，因此以碳氧之间形成两个双键比形成四个单键稳定，因此以 二氧化碳的形式存在，氧用去全部的两个价键后不再二氧化碳的形式存在，氧用去全部的两个价键后不再 以无限的聚合状态存在；以无限的聚合状态存在； 硅氧之间形成四个单键比形成两个双键更稳定，因此硅氧之间形成四个单键比形成两个双键更稳定，因此 硅氧单键中的氧还剩余一个价键与另外一个硅原子结硅氧单键中的氧还剩余一个价键与另外一个硅原子结 合，形成无限的聚合状态。合，形成无限的聚合状态。 为什么碳氧键和硅氧键的键能会有差别？为什么碳氧键和硅氧键的键能会有差别？ 哪些因素影响键能的大小？哪些因素影响键能的大小？ 1 1、原子半径（原子性质）或键长（键性质）：原子半径越大、原子半径（原子性质）或键长（键性质）：原子半径越大 ，键能越小；，键能越小； 2 2、成键原子轨道的种类：、成键原子轨道的种类：p p轨道形成的单键较轨道形成的单键较s s轨道形成的单轨道形成的单 键强；键强； 3 3、孤对电子的排斥作用：由于孤对电子间排斥力的存在将使、孤对电子的排斥作用：由于孤对电子间排斥力的存在将使 键的强度降低；键的强度降低； 4 4、原子间用于成键的电子数目：电子越多，间的强度越大。、原子间用于成键的电子数目：电子越多，间的强度越大。 5 5、成键原子的电负性差。、成键原子的电负性差。 原子之间选择哪一种方式成键，要综合考虑各种因素。原子之间选择哪一种方式成键，要综合考虑各种因素。 一般情况下，半径小的原子间成键，双键或一般情况下，半径小的原子间成键，双键或 三键有优势。因为原子体积小，有利于三键有优势。因为原子体积小，有利于p p轨道轨道 的重叠形成双键，而且形成双键后又降低了的重叠形成双键，而且形成双键后又降低了 电子之间的斥力。电子之间的斥力。 因为氢原子除成键电子外没有其它电子，其因为氢原子除成键电子外没有其它电子，其 所形成的共价键情况特殊。所形成的共价键情况特殊。 HFHF 562.6kJ/mol562.6kJ/mol HHClCl 431.4kJ/mol 431.4kJ/mol HBr 365.7kJ/molHBr 365.7kJ/mol HI 298.4kJ/molHI 298.4kJ/mol HH 435.6kJ/molHH 435.6kJ/mol 还有哪些类似的问题？还有哪些类似的问题？ 1.P1.P 4 4O O6 6 和和N N 2 2O O3 3 的稳定存在问题。的稳定存在问题。 2.N2.N 2 2 和和P P 4 4 存在状态的差别。存在状态的差别。 3.O3.O 2 2 和和S S 6 6 之间的差别。之间的差别。 4.C4.C和和SiSi可以有相似的结构。可以有相似的结构。 第三周期主族元素含氧酸的聚合有何规律第三周期主族元素含氧酸的聚合有何规律? ?能能 否给出解释？否给出解释？ SiO (SiO44-) PO (PO43-) SO (SO42-) ClO (ClO4-) 实测实测1.611.541.491.44 单键单键1.771.731.701.69 差值差值-0.16-0.19-0.21-0.25 四面体型酸根离子中的四面体型酸根离子中的MOMO距离（埃）距离（埃） CClCCl 4 4 和和SiClSiCl 4 4 水解性质上的差别水解性质上的差别 空间的因素空间的因素 电子的因素电子的因素 例例2 2：铍化合物性质：铍化合物性质 1.1.氟化铍和氟化钙溶解度的差别氟化铍和氟化钙溶解度的差别 -BeF-BeF 2 2 的溶解度为的溶解度为25mol/L,25mol/L, 约为约为CaFCaF 2 2 溶解度溶解度 (3.35(3.35 1010-4 -4mol/L) mol/L)的的7500075000倍，讨论这一差倍，讨论这一差 别的原因。别的原因。 BeBe2+ 2+的离子势（ 的离子势（z/rz/r=6.45)=6.45)较大，而且有空的较大，而且有空的p p 轨道可用来参与成键，使其许多化合物表现轨道可用来参与成键，使其许多化合物表现 出特殊的性质。出特殊的性质。 铍的卤化物聚合问题铍的卤化物聚合问题 BeFBeF 2 2 是单体，是单体，BeClBeCl 2 2 为二聚体，为什么？为二聚体，为什么？ -Be-F-Be-F键有显著的双键特征，而键有显著的双键特征，而Be-Be-ClCl键基本键基本 上是单键，铍原子采用上是单键，铍原子采用spsp 2 2 杂化，可以形成杂化，可以形成 二聚体。二聚体。 硼和铝的卤化物分子聚合问题与此类似。硼和铝的卤化物分子聚合问题与此类似。 例例3 3：硼及其化合物：硼及其化合物 硼烷和硅烷与碳氢化合物相比是极不稳定的硼烷和硅烷与碳氢化合物相比是极不稳定的 ，为什么？，为什么？ -可以从键能大小的分析得到热力学方面的可以从键能大小的分析得到热力学方面的 结论结论。由于碳碳键、碳氧键和碳氢键结论结论。由于碳碳键、碳氧键和碳氢键 的键能相近，因此以哪一个物种存在都没的键能相近，因此以哪一个物种存在都没 有明显的能量优势，因此碳氢化合物较稳有明显的能量优势，因此碳氢化合物较稳 定。定。 但由于硅氧键和硼氧键的键能明显高于硅但由于硅氧键和硼氧键的键能明显高于硅 氢键和硼氢键，因此此二物种极易被氧化氢键和硼氢键，因此此二物种极易被氧化 形成稳定的氧化物。形成稳定的氧化物。 B-OB-O键能：键能：806kJ/mol806kJ/mol SiSi-O-O键能：键能：464kJ/mol464kJ/mol B-HB-H键能：键能：380kJ/mol380kJ/mol SiSi-H-H键能：键能：294kJ/mol294kJ/mol 硼氧单键键能明显高于硅氧单键键能，但二硼氧单键键能明显高于硅氧单键键能，但二 者熔点的高低却刚好相反。者熔点的高低却刚好相反。 -SiO-SiO 2 2 的熔点极高（约的熔点极高（约16001600），）， B B2 2O O3 3 的熔点极低，只有的熔点极低，只有450 450 ，如，如 何理解？何理解？ 影响元素及化合物性质的几个重要原子影响元素及化合物性质的几个重要原子 或离子参数或离子参数 原子或离子的三个重要性质：原子或离子的三个重要性质： 大小大小 所带电荷数目所带电荷数目 轨道的种类和能量轨道的种类和能量 -以上三点微粒性质决定了原子间的成键、以上三点微粒性质决定了原子间的成键、 元素电离能、电子亲和势、离子的极化能元素电离能、电子亲和势、离子的极化能 力、相对论效应的存在等。力、相对论效应的存在等。 -化合物的物理与化学性质可以从上述性质化合物的物理与化学性质可以从上述性质 中求得解释。中求得解释。 实验教学中的问题实验教学中的问题 一、为什么要建设实验中心？一、为什么要建设实验中心？ 提高实验教学地位提高实验教学地位 提高实验教学质量提高实验教学质量 提高人才培养水平提高人才培养水平 -人才培养是实验中心的唯一人才培养是实验中心的唯一 中心工作中心工作 二、中心的建设要达到什么样的目标？二、中心的建设要达到什么样的目标？ 要建设一支高水平的专业研究实验教学的 师资队伍 要形成体系完备适于人才培养的实验课程 体系和教学内容 要打造一个装备精良能满足教学和科研需 要的硬件平台 -要成为培养学生实践能力和创新思维 的重要基地 三、我们要建设怎样的课程体系？三、我们要建设怎样的课程体系？ 根据培养目标的不同设计中心的实验教学体系根据培养目标的不同设计中心的实验教学体系 。 实验教学体系能够满足多种层次学生的需要，实验教学体系能够满足多种层次学生的需要， 能够有利于教师发展的需要，可以为实验内容能够有利于教师发展的需要，可以为实验内容 的更新创造有利的条件。的更新创造有利的条件。 四、实验中心需要什么样的队伍？四、实验中心需要什么样的队伍？ 四支实验教学与管理队伍：四支实验教学与管理队伍： 实验教学研究队伍实验教学研究队伍-课程组长课程组长 实验室建设队伍实验室建设队伍-实验室负责人实验室负责人 实验中心管理队伍实验中心管理队伍-主任及其他管理人员主任及其他管理人员 兼职教师队伍兼职教师队伍-参与实验教学的教师研究参与实验教学的教师研究 生生 -实现实验教学队伍专业化实现实验教学队伍专业化 课程组长课程组长 是实验教学研究的主力军。其职责包括：研究所是实验教学研究的主力军。其职责包括：研究所 负责课程实验的教学内容、教学方法、指导教师负责课程实验的教学内容、教学方法、指导教师 队伍的培训和教学安排。队伍的培训和教学安排。 兼职教师队伍兼职教师队伍 根据实验教学需要，由课程组长提名、主根据实验教学需要，由课程组长提名、主 任批准，聘任一定数量的兼职教师或博士生任批准，聘任一定数量的兼职教师或博士生 参与实验教学。参与实验教学。 解决兼职教师在实验教学中的投入问题是解决兼职教师在实验教学中的投入问题是 提高实验课程教学质量的主要问题，要使教提高实验课程教学质量的主要问题，要使教 师充分认识到本科教学对国家、学校和个人师充分认识到本科教学对国家、学校和个人 发展的重要性。发展的重要性。 要充分调动兼职教师的积极性，使其参与要充分调动兼职教师的积极性，使其参与 和研究实验教学。和研究实验教学。 中心队伍的基本要求中心队伍的基本要求 有足够数量的专职教师：有足够数量的专职教师： 建立能保障其从事理论教学和科学研究的制度建立能保障其从事理论教学和科学研究的制度 以实验教学研究为主，以理论课教学为辅，有以实验教学研究为主，以理论课教学为辅，有 条件从事科学研究条件从事科学研究 有足够数量的教学辅助人员：有足够数量的教学辅助人员： 确保教师有足够的精力从事实验教学的研究和确保教师有足够的精力从事实验教学的研究和 科学研究科学研究 新的问题和对策：人员匮乏（聘用博士生）。新的问题和对策：人员匮乏（聘用博士生）。 骨干教学研究队伍要稳定骨干教学研究队伍要稳定 以学科的发展为基础开展队伍建设以学科的发展为基础开展队伍建设 以科学研究促进队伍水平提高以科学研究促进队伍水平提高 创造交流提高的机会创造交流提高的机会 处理好个人发展、家务工作与中心发展的关系处理好个人发展、家务工作与中心发展的关系 队伍建设的关键 处理好理论课与实验课的关系处理好理论课与实验课的关系 具备条件的课程组长都要参加理论课教学具备条件的课程组长都要参加理论课教学 只有对理论课程有深刻了解才能在实验教学只有对理论课程有深刻了解才能在实验教学 的改革中形成深刻的思想和见解。的改革中形成深刻的思想和见解。 要逐渐形成制度以保障理论课和实验课的互要逐渐形成制度以保障理论课和实验课的互 通。通。 中心的学科建设问题中心的学科建设问题 中心必须注重学科建设，形成鲜明的学科特中心必须注重学科建设，形成鲜明的学科特 征，这是保障中心持续发展的重要条件。征，这是保障中心持续发展的重要条件。 中心要发挥资源优势，发挥与学生密切接触中心要发挥资源优势，发挥与学生密切接触 的优势，积极参与各学科点的建设。的优势，积极参与各学科点的建设。 中心的科学研究工作中心的科学研究工作 从事科学研究是提高教师学术水平的重要途从事科学研究是提高教师学术水平的重要途 径，中心要鼓励教师在力所能及的前提下从径，中心要鼓励教师在力所能及的前提下从 事科学研究，不断提高自身的学术水平。事科学研究，不断提高自身的学术水平。 中心将充分利用教师的研究条件，加强本科中心将充分利用教师的研究条件，加强本科 生实践能力和创新意识的培养。生实践能力和创新意识的培养。 五、我们需要什么样的实验教学方法？五、我们需要什么样的实验教学方法？ 实验教学方法的研究是实验教学研究的实验教学方法的研究是实验教学研究的 核心。相同的实验教学内容，不同的教核心。相同的实验教学内容，不同的教 学方法，将收到不同的教学效果。学方法，将收到不同的教学效果。 要鼓励教师投入精力开展实验教学方法要鼓励教师投入精力开展实验教学方法 的研究。的研究。 教学方法的改革应考虑：教学方法的改革应考虑： 体现以教师为主导，学生为主体的教学思想体现以教师为主导，学生为主体的教学思想 有利于激发学生的学习兴趣有利于激发学生的学习兴趣 引导学生在实验中发现问题引导学生在实验中发现问题 鼓励学生通过实验分析问题、解决问题鼓励学生通过实验分析问题、解决问题 重视学生基本实验技能的掌握重视学生基本实验技能的掌握 注重学生创新思维的培养注重学生创新思维的培养 重视培养学生良好的实验习惯重视培养学生良好的实验习惯 注重培养学生与人合作的精神注重培养学生与人合作的精神 注重培养学生表达和与人交流的能力注重培养学生表达和与人交流的能力 关于实验教学中学生讨论的教学环节 建设学生讨论室，加强实验课前和课后的讨论 检查、督促学生对实验的预习。 使学生对实验目的和内容更加清楚。 激励学生思考，形成创新性的想法。 六、什么样的实验教学手段才是最好的？六、什么样的实验教学手段才是最好的？ 教学手段的改革以能够提高实验教学质教学手段的改革以能够提高实验教学质 量为目的。量为目的。 能够由于培养学生的实践能力和创新意能够由于培养学生的实践能力和创新意 识的教学手段才是好的教学手段。识的教学手段才是好的教学手段。 现代化教学手段的一些问题现代化教学手段的一些问题 强化学生的预习环节强化学生的预习环节 解决实验中解决不了的问题解决实验中解决不了的问题 激发学生的学习兴趣激发学生的学习兴趣 对创新意识的一般性理解： 对于被普遍接受的结论敢于怀疑并有认真 求证的态度。 对问题的解决敢于提出与众不同的见解。 有敏锐的思维，善于发现新的问题。 七、如何培养学生的创新意识？七、如何培养学生的创新意识？ 如何培