关于化学新课程教学的一些思考(1).ppt

,有机合成路线的设计思路,了解有机合成过程,（引入C=C、卤原子、-OH基的3-4种方法。）,了解有机合成思路-逆合成分析法、组合化学与绿色合成工艺,通过实例理解有机合成的研究方法,逆合成分析理论,从产物逆推出合成原料，设计出合成路线：观察分析目标分子结构（碳骨架、官能团种类位置）-分析碳骨架的构建、官能团的引入或转化-在绿色合成思想指导下逆推原料分子、设计合成路线。 了解如何利用各类有机化合物间的转化关系和有机反应实现有机合成,P 12,示例,苯甲酸苯甲酯的合成路线,还原剂昂贵、无水工艺,实验室确定的路线使用KMnO4、浓硫酸，价高有污染物排放，工业上用苯甲酸钠与氯甲基苯在催化剂作用下一步合成：,物质结构与性质： 从三个不同层次了解物质结构与性质的关系：原子结构与元素性质；分子结构与物质性质；晶体结构（化学键与几何因素微粒大小与堆积方式）与物质性质的关系。 形成原子轨道的概念，认识原子核外电子的运动状态，理解原子结构和周期律、理解共价键的形成； 学习价键理论，认识化化学键的饱和性、方向性，理解化合物的组成与构型； 学习分子轨道理论的杂化轨道概念（键、键），理解分子空间构型与性质特点。 认识人类对物质结构的认识总在不断探讨和发展，随着认识工具的进步人们对物质结构的认识会更清楚。谁都可以对发展的某一阶段进行认识，谁都可以发现真理，只有那些肯于攀登、不断追求、不断探索的人才能达到光辉的顶点。,在必修化学模块学习基础上联系实例从不同层次比较系统地认识“物质组成与结构决定物质的性质与变化”。,选修模块：比较深刻从三个层次认识物质结构、结构与性质的关系。 1。为什么说“物质的元素组成、分子结构晶体结构都是决定物质性质的重要因素？ 2。不同元素的原子结构的相似性与差异为什么会影响物质的性质？ 3。物质中微粒间作用力类型与物质性质有什么关系？ 4。分子结构怎样影响物质的性质？,必修模块：提供结构与性质关系的感性知识与初浅的解释：如，卤素（碱金属）单质性质的相似与差异；碳、氧单质的同素异形现象；乙醇、二甲醚等同分异构现象；干冰、石英等不同类型晶体性质差异 等等。,化学要制造人类需要的新物质,一要知道新物质的性能和结构，二要选择一条最好的制造路线，三要了解合成的产率。因此,要知道它们的结构。研究结构的理论就是结构化学。新时代的中学生，应该对结构理论有所了解。 现代化学关于物质结构研究的基本理念，一是轨道，一是量子。了解轨道和量子，才能了解原子结构、分子结构、晶体结构以及一些其他的物质结构知识。 中学化学必须引进轨道和量子概念。不讲轨道和量子数，就没法讲能级，没法了解原子结构，更没法理解周期律。,李宗和（北京师范大学化学学院教授 物理化学专家）谈物质结构与性质的核心观念,原子或者分子中单电子的运动状态称为原子或分子轨道。”轨道”表示粒子或者电子或者原子核一系列的连续的运动状态，表示粒子的真实存在。粒子的运动状态可以用一些物理量描述，如能量、角动量等等（如人跑步，用速度物理量来描述）。 宏观物体运动的物理量变化是连续不断的变化。原子和分子的运动的物理量变化与宏观世界不一样，是不连续的、量子化的。 粒子的运动状态是从一种能量进入到另外一种能量，能量变化是不连续的、间断的。就像人下台阶。原子和分子运动不连续变化的物理量的单位叫做量子。,标志单电子的运动状态的物理量(能量、角动量)变化是不连续的，用相应的量子数表示。 原子运动状态，用主量子数 N 、角量子数L、磁量子数M、自旋量子数Ms表示原子中电子的能量、总角动量、总角动量在磁场上的分量、自旋的角动量各是多少。除Ms外，其它量子数都是从量子力学的方程解出来的，也都被实验证实。原子光谱是线状光谱,每一条谱线标志电子跃迁的能量变化是一定的, 实际上就表示了 L量子数的变化是量子化的。在外磁场下一条谱线可以分裂成多条。谱线的分裂是由于存在M量子数。用非常精细的高级光谱还可以看到更细致的分裂，它是由自旋量子数造成的。所以量子数N、L、M、Ms在原子的一定状态下是客观存在的，不是虚有。,了解科学方法在研究结构与性质方面的作用,假说：依据实验事实提出原子结构模型,分析归纳：电子对互斥理论的提出,模型化：研究金属晶体中原子的密堆积,统计方法：核外电子运动特征的描述,从物质结构研究历程，了解化学科学的发展： 1803年 道尔顿原子学说 1811年 分子概念 1860年 确立原子分子论 1869年 发现元素周期律 1903年 汤姆逊模型 1911 卢瑟福模型 1913 玻尔分层排布模型 19世纪中叶 碳键与有机化合物分子结构研究 19世纪末20 世纪初 微观粒子的波粒二象性 量子力学模型（原子轨道）,物质结构研究的几个重要历程,从三个层次认识物质结构与物质性质的关系,原子轨道,玻尔认为，原子核外电子在原子核外一系列稳定轨道上运动。 量子力学用原子轨道描述原子中单个电子的空间运动状态。每个原子轨道由3个量子数（n、l、m）来描述。 原子轨道示意图表示电子在核外运动的主要区域。,原子轨道的描述（举例）,原子轨道示意图,理解微粒间作用力类型、堆积方式与物质性质的关系,人们是从八偶体开始认识化学键的。它对解释化合价和周期律起着非常重要的作用。后来发现很多问题它解释不了。 1913年波尔用一个动态的模型表示，两个氢原子之所以形成分子是由于运动电子有离心力，两原子核对电子有一个向心力，离心力和向心力相等时就构成了氢分子。燃而，这种理论不能推测化学键的键能、不能清楚解释原子光谱、分子光谱。 1927年薛定谔提出了薛定谔方程，奠定了量子力学的基础。海特勒和伦敦用量子力学的观点处理氢分子结构，解释了化学键的本质是电性作用力。此后，并形成两种理论。一个是由斯雷特和鲍林发展的价键理论，像电子配对理论、杂化轨道理论、共振杂化体理论等。另一个是莫尼肯研究双原子分子光谱提出的分子轨道理论。,价键理论认为原子、分子中原子轨道是不变的，未成对的电子在原子轨道上运动，原子轨道相互重叠，自旋相反的电子配对，密集于原子核间的电子云同时受两核的电性作用力，形成了化学键。它解释了分子的饱和性和方向性。从原子轨道的概念出发，鲍林提出了杂化轨道概念。如同一原子中能级相近的几个原子轨道可相互搀和形成新的原子轨道。价键理论对化学特别是对络合物的发展起了重要作用。但它能解释却不能预测分子构型；能说明原子间可能有相互作用力，但不能判断力多大；也不能预测键长、键角，不能说明分子光谱、光电子能谱。,分子轨道理论认为，分子中电子是在由不同原子的原子轨道线性组合得到的遍及整个分子的分子轨道上运动。分子轨道有、键，各键都有一定的角动量。实验证实了这一理论。分子轨道理论可以解释分子光谱。,物质结构与性质模块。只讲价键理论、部分杂化轨道概念，没有讲分子轨道理论。教材中给的键、键和键的概念是按分子轨道理论的科学概念表述的。 价键理论有很多缺陷，但解释了很多化合物的构型，解释了化合物的饱和性、方向性，推动了化学的发展。这个理论，比较直观，易懂，好讲。 讨论化学键，要帮助学生建立这样的观念：人们对事物的认识总是在不断前进的。分子轨道理论比较先进，但也不是终极的理论。随着人类认识的发展、认识世界工具的改变，人们对事物本质的认识会更清楚。事物是在发展的，是在不断探讨中，谁都可以发现真理，只有那些肯于攀登、不断追求、不断探索的人才能达到光辉的顶点。,认识共价键的类型,键与键,杂化键,极性键与非极性键（含义、判断与推测方法）,金属固体中金属原子相互连结，一般靠金属键。金属原子形成的紧密堆积越紧密结合力就越大，能量降低越多，结构越稳固。 固态离子化合物是靠电性作用力连结的。带负电的离子大，带正电的离子小，为了尽量紧密结合，带正电的离子会排在较大的阴离子的空隙中，使能量降低，作用力增大。堆积方式和离子大小的比值有关。 不同的堆积方式，影响固体本身的性质。 晶体是一种特殊类型的固体，组成晶体的微粒是按规则进行排列的。整个晶体具有有序的结构。研究晶体形成的时候，要分析它的堆积方式。研究晶体只要研究有规则的那一部分。取出一个最简单的一小块，能反映整个晶体的特点。这最小的单元就是晶胞。晶体是由晶胞堆积成的。研究晶体，往往重点讨论晶胞。,晶体结构常识,晶体：物质中结构微粒(原子、分子、离子等)在空间有规则的周期性重复排列形成的具有一定几何多面体外形的固体。,晶体的结构 = 结构基元 + 空间点阵结构（ 晶格-显示微粒的排列规律）,晶体可以看成是由许多晶胞无缝并置而成的。在晶体中可以选择一个能代表晶体结构特点的、点阵小的、形状规则的平行六面体做为晶胞。,宏观特征： 自范性-晶体能够自发地呈现封闭的规则的外形。 对称性-晶体理想外形中常常呈现形状和大小相同的等同晶面。 均匀性：质地均匀，具有确定的熔点。 各向异性：晶体的一些物理性质因晶体取向不同而异。 有固定的熔点 微观特征： 平移对称性,按晶胞类型分，有七个晶系，14种点阵结构。 例如立方晶系有三种点阵结构：简单立方、体心立方、面心立方。,晶体的分类,晶胞是晶体的代表，是晶体中的最小单位。完全等同的晶胞无隙并置起来，则得到晶体。,晶胞的代表性体现在以下两个方面：一是代表晶体的化学组成；二是代表晶体的对称性，即与晶体具有相同的对称元素 :对称轴，对称面和对称中心 。晶胞是具有上述代表性的体积最小、直角最多的平行六面体。,晶胞,1：1 组成有代表性。,1：1 组成有代表性。,晶胞的选择,NaCl,晶胞应能显示晶体的组成与对称性,且是晶体中体积最小、直角最多的平行六面体。,乙 有 4 重轴； 有与边垂直的对称面 黄色的面； 有对称中心 对称性与晶体相同。,甲 没有 4 重轴； 没有与边垂直的对称面； 没有对称中心 对称性不能代表晶体。,配位数 最近层的异号离子有 6 个，则配位数为 6 。,晶胞类型和配位数的判断,ZnS 晶胞 面心立方晶胞 配位数为 4 组成1:1 属于立方晶系 AB 型离子晶体,空间利用率(堆积系数)：单位体积空间中圆球所占体积百分数.,配位数:一个球周围最邻近的圆球的数目.,金属晶体用等径圆球的堆积模型说明，离子晶体看成是阳离子填充在阴离子密堆积的间隙中形成的。原子晶体由于共价键的方向性、饱和性难以形成密堆积。,晶体结构的密堆积原理-研究晶体结构的一种方法,密堆积原理：原子、离子、分子的排布总是趋向于配位数高，空间利用率大的紧密堆积结构方式，最紧密的堆积往往是最稳定的结构。,理解金属晶体中原子的堆积方式,六方密堆积,面心立方密堆积,体心立方堆积,立方堆积,钾型,铜型,钋型,镁型,密置列,非密置层,密置层,非密置层：等径圆球沿二维方向伸展的一种排列方式,密置层：等径圆球沿二维方向伸展的唯一一种排列方式,等径原球在空间的堆积,球排成密置列,把列排成二维的层可以形成一种非密置单层、一种密置单层,密置层间叠加，再叠加，球沿三维方向伸展排列，即形成竟空间点阵,两个单层叠加，形成密致双层，有几种方式？,密置双层：将第二层球坐落在第一层球一半的空隙上，就得到密置双层的唯一一种排列方式。 在两层间形成两种空隙。,四个球围成的四面体空隙,六个球围成的八面体空隙,4个 四面体空隙 3个 八面体空隙,密置第3层：将第三层球坐落在第二层球上,可以有两种排列:每个球置于六面空隙或四面体空隙上。,密置双层,在密置双层上排列第3层,第三层叠加到第二层B上时，可以填在正八面体空隙上，也可以填在正四面体空隙上。,A B A,重复AB的堆积叫A3堆积，重复单位AB。,第三层球放在第二层球的正四面体空隙上形成AB堆积(A3密堆积),又叫六方最密堆积 (hexagonal closest packing)简写为hcp 。,A3堆积：,晶胞内含有个球,第三层球放在第二层球的正八面体空隙空隙上形成ABC堆积(A1堆积),重复ABC的堆积叫A1堆积，重复单位ABC。,A B C A,晶胞内含有4个球。,密置层为(111),体心立方密堆积A2和金刚石型堆积A4,立方体心晶胞，又叫体心立方密堆积（body cubic packing）简写为：bcp,A2堆积：,点阵型式：立方体心,晶胞中含有8个球，,金刚石型堆积(Si,Ge,Sn与此相同),点阵型式: 面心立方,可以看成一半原子形成面心立方晶格一半填充于空隙中,微粒间作用力的度量(kJ/mol),金属键-金属原子化热H M(s)= M(g) 离子键-晶格能U ML(s) = M+(g)+ L-(g) 共价键-键能E AB(s) = A(g) + B(g),1-晶格能 大小决定于与离子电荷与距离 表示晶体的稳定性 影响晶体熔点、硬度等 5-金属原子化热 大小决定于原子半径、自由电子密度 表示金属键的强弱 影响晶体熔沸点硬度 6-共价键的键能（101kPa、298k） 大小决定于原子轨道重叠程度 决定共价化合物热稳定性、反应的能量变化 影响原子晶体熔沸点硬度 。,分子空间结构的推测,1。运用杂化轨道概念-如甲烷、乙烯、二氧化碳分子的空间构型 CO2 C原子以SP杂化轨道与两个O原子的 一个 P电子形成键，C原子的两个P电子分 别和两个 O原子的另