高中化学经典理论.doc

_给学生们的化学资源希望学生们能耐心看完。一，化学特点：既有数学和物理那样的理论高度和严密逻辑（如化学反应理论，物质结构理论与周期律），又有很多需要通过记忆积累的常识（如物质性质，反应方程式），故聪明但不勤于积累的人学不好化学，光勤于记忆积累但不善于理解思考找规律的人也学不好化学。学好化学要的是“勤与活”。二，化学的十大基本思想观念：不少人抱怨化学没有数理那样严谨有序的体系章法，过于琐碎零乱。这是对化学的误读，其实化学自有其内在的统一性之美和深刻的思想观念。化学最引人入胜的地方是：从微观的原子分子变化及其作用力解释种种宏观现象，并且改变分子就可以改变世界。1，元素观。三层理解：一是庞大的物质世界不过由百十号元素组成，从而理解物质的多样性与统一性；二是认识到这百十号元素并非孤立，它们呈现出内在联系与统一性，即元素周期表和周期律，包括族的意识，这是一种整体的大元素观；三是认识到元素本身是较抽象的概念，只有以具体的形态和浓度出现时才更有现实意义。2，微粒观。原子分子论是近代化学的基石，宏观物质由不同层次不同形态的微粒构成，如原子分子及纳米胶体，化学就是在泛分子（从原子到分子聚集体）层次上研究物质的一门科学，并用简洁统一的化学符号来表示微观组成及其变化。从宏观变化到微观机理再到符号表示，“宏-微-符”是化学的最大特色，化学有助于形成我们的微观视角。3，构性观。即结构决定性质，性质反映结构。物质丰富多彩的性能背后是其丰富多彩的结构，这在有机化学中表现得更是淋漓尽致（如同分异构体，官能团）。再如蛋白质，正因为它具有从氨基酸不同连接顺序的一级结构到肽链空间折叠并相互作用的精致四级结构，才使其具有各种功能并扮演起生命物质基础的角色。4，作用力。构成物质的微粒是运动的和相互作用的，不同层次的微粒间以不同的作用力结合（如化学键，分子间作用力），并通过有效碰撞实现元素的化合与化分（即化学反应），微粒间作用力的改变伴随能量变化。5，转化观。化学最大的魅力就是合成物质，通过原子重组发生化学反应，其“无中生有，变废为宝”的神功常让人惊叹不已。合成化学是当今文明的顶梁柱，化学在物质转化方面的功能使其在自然资源的开发利用中充当主角。化学的魅力在于：改变分子，就可以改变世界。6，分类观。现在的化学物种已超8000万种，其性质与反应更是不计其数，所以要分类。如把化合物分成有机化合物与无机化合物，还分为酸碱盐和氧化物等。再如化学性质一般可从“氧化还原，酸碱性，溶解性，稳定性，络合”等角度分析。又如化学反应类型，也是按不同机理分类研究的，如有机中的取代、加成、聚合等。7，守恒观。要认识到千变万化的现象背后隐藏着不变的东西，化学反应“虽变幻无穷，但变中有定”：质能守恒、原子守恒，电荷守恒等观念，常可以使问题化繁为简。8，定量观。如化学反应按摩尔比进行，又如化学平衡时各物质的浓度受平衡常数的制约。再如浓度，也是化学中非常有意义的一个定量概念。定量是科学的特征之一。9，动态平衡思想。要意识到很多自然过程因可逆而具有限度，最终会处于动态平衡，如化学反应平衡，溶解平衡，电离平衡等。更要认识到动态平衡表面静止但实际上充满活力与可变性，是特定条件下达成的，因此也是因条件而改变的，包括生命体的稳态与生物钟。10，能量最低原理。化学反应伴随能量变化，降低能量趋于稳定是很多自然过程的主要动机，如自发放热反应，如原子的核外电子排布，如化学键的形成等。三，化学分类大学化学的经典分支是：无机，有机，物化，分析等。中学化学的常见分类（尤其高考复习时）：基本概念理论，元素化合物，有机化学，化学实验。但后一种分类并没有体现化学的特点，“基本理论”哪个学科没有啊？实验，哪门科学没有啊？我更喜欢分成这样三部分：元素化学，化学反应原理和结构化学，不一定合理，但觉得能更加彰显化学本身的内涵与个性。元素化学部分包括：元素周期表（并借此理解物质的多样性与统一性），常见无机物和有机物的组成、表示、性质与应用，包括它们的合成分离与检测，并认识到元素只有以某种具体的形态和浓度出现时才更有实际意义；反应原理部分包括：化学反应是如何发生的？其微观本质是什么？反应时遵循哪些基本规律？具体有：当量定律（按摩尔比反应），化学键与反应中的能量变化，氧化还原反应与电化学，电解质溶液与离子反应，反应的方向速率和限度等，并形成“微粒间相互作用、无中生有的转化观、万变不离其宗的守恒观、定量观、动态平衡”等基本思想；结构化学部分包括：原子结构与性质，分子结构与性质，晶体结构与性质，能形成“结构决定性质，性质反映结构”的基本思想。通过这部分学习后，能感叹“结构”对“出身相同”的钻石和铅笔芯的命运捉弄，能欣赏有机物“手性异构”的微妙和蛋白质四级结构的精致。四，典型物质的典型性质（这是化学基础）主要有：钠铝铁铜等金属，硅氮硫氯等非金属及其化合物。具体包括（下面只是个提纲，希望大家能自己细化整理）：1.钠的存在与获取（化合态，电解）；2.钠的活泼性（与水，与氧，与氯硫等）；3.过氧化钠作供氧剂（与水，与二氧化碳反应）；4.碳酸钠与碳酸氢钠的比较（热稳定性，碱性，溶解性）；5.铝的广泛应用与冶炼（铝合金，电解氧化铝）；6.铝，氧化铝，氢氧化铝的两性（既与强酸又与强碱反应）；7.氢氧化铝的实验室制备与用途（用铝盐与氨水）；8.铁的广泛应用与冶炼（氧化铁矿与还原剂热反应）；9.铁在氧化还原中的常见三种价态转化；10.铁离子与亚铁离子的检验（硫氰化钾，直接或间接）；11.铜的性质（较稳定）；12.从硅谷说起：硅与二氧化硅晶体的主要应用（半导体芯片，光导纤维）；13.硅的存在与获取（亲氧，化合态，碳还原法）；14.二氧化硅的性质及其应用（较稳定，与强碱和氢氟酸反应）；15.硅酸盐与硅酸（难溶弱酸）；16.氯气的获取（实验室用强氧化剂氧化浓盐酸，工业电解食盐水）；17.氯气活泼性的表现：与金属，非金属，与水，与碱反应及其应用；18.氯水性质及其应用（强氧化性，漂白性，酸性，不稳定性）；19.氯离子检验（沉淀反应，酸化）；20.硫氮与环境问题（硫酸型、硝酸型酸雨的形成）；21.硫氮的多价态及其转化（硫从负二到正六，氮从负三到正五，氧化还原）；22.二氧化硫，硫酸（浓与稀不同），硝酸（强氧化性），氨，铵盐（与碱反应）。五.化学学习对思维品质和审美情怀的培养化学学习对人的思维品质培养有其独到之处。如果教学中具备这种意识并善于收集相关素材,则教学可达到事半功倍的效果.下面举一些典型例子:1.培养严谨求实的思维素材1:化学实验中的洗气除杂环节。如用乙醇和浓硫酸制乙烯，在用溴水和酸性高锰酸钾探究产物乙烯的性质前应先通过盛有氢氧化钠溶液的洗气装置,以排除乙醇蒸气和二氧化硫的干扰;再如检验碳与浓硫酸反应的生成物时,试剂与装置的选择及其顺序问题.素材2:含多种杂质时的分离提纯问题.如粗盐(主要杂质为泥沙,钙镁离子和硫酸根离子等)提纯时加入各种分离试剂的先后顺序问题.素材3:有机合成中的官能团保护问题.素材4.环境条件对化学反应的影响.如溴乙烷在不同溶剂中的不同反应,再如乙醇与硫硫酸在不同温度下的反应,铜与不同浓度硝酸的反应,铝盐与氢氧化钠在不同比例下的反应，电解氯化钠时的状态（熔融还是水溶液）等.素材5.某些实验中的除氧（亚铁制备，氢气还原氧化铜等），干燥或尾气处理问题.素材6：某些常数或规律有特定的适用条件。如气体摩尔体积，水的离子积等。素材7：一些相似符号或相近概念的区分。如氢氧根与羟基，电离和电解，同位素同素异形体同系物同分异构体，分子式电子式结构式与结构简式等。素材8：物质检验。如硫酸根的检验，从试剂选择到滴加顺序都是很讲究的。2.培养发散性创造性思维素材1:物质推断问题。如由“浓硫酸加热”这个反应条件可想到酯化反应,乙醇消去反应及浓硫酸与铜碳等的反应;又如能发生连续氧化的物质有碳,钠,硫,硫化氢,氮,氨气,乙醇等.再如，某物质既能与强酸反应又能与强碱反应，则可能为铝，氧化铝，氢氧化铝，弱酸铵盐，弱酸酸式盐，氨基酸等。素材2:物质鉴别问题。如要区分无色的硫酸钾与硫化钠溶液，可想到：焰色反应；利用硫离子的还原性（可用酸性高锰酸钾或溴水或硝酸等），水解性（溶液呈较强碱性且有味），硫离子和硫酸根离子的沉淀特点（可用硫酸铜或酸化的氯化钡等），以及氢硫酸的挥发性等。素材3:物质制备问题。如制备氧气，理论上可用水，双氧水，高锰酸钾，氯酸钾，氧化汞（银）的分解，还可用过氧化钠与水或二氧化碳反应。再如制备乙醇：理论上可用乙烯与水加成，或可先由乙烯与卤化氢加成再水解，还可由乙醛还原，也可以葡萄糖或酯为原料。当然现实中用哪种方法，要综合考虑多种因素。素材4:等电子体的书写问题.如与二氧化碳互为等电子体的有二硫化碳，氧化亚氮，氰酸根，叠氮酸根及硫氰根等。素材5：同分异构体的书写问题：要同时考虑官能团异构，碳架异构，位置异构甚至立体异构等。素材6：其他分情况讨论的问题.如铝盐与一定体积的氢氧化钠溶液反应得到一定质量的氢氧化铝沉淀，则原氢氧化钠溶液可能有两种浓度。3.培养动态性思维.化学中有许多问题的分析需要用发展变化的眼光，即动态思维。下面举例说明:素材1:某些反应的速率分析。如铝与稀盐酸反应的速率变化情形，既要考虑放热还要考虑试剂浓度减小，故速率先快后慢.再如硫酸酸化的高锰酸钾氧化草酸时溶液褪色的快慢特点（因自催化反应，开始很慢，后来突然褪色）。素材2:某些反应因反应物浓度变化而造成生成物的多样化.如过量铜与浓硝酸或浓硫酸反应的情形（反应一定时间后，变成稀硝酸或稀硫酸）.素材3:有关弱电解质的问题。即随着反应的进行或稀释，其浓度减小导致电离度增大。4.培养灵活的弹性思维化学中有很多规律，但同时还有很多特例和不规律，对这种知识的学习与训练有助于培养我们思维的弹性，防止思维的绝对化和定势.下面举些例子：例1.二氧化碳一般不支持燃烧常作灭火剂，但某些物质因与二氧化碳反应，所以着火时不能用它灭火，如镁，钠等；例2.碳酸的正盐一般比酸式盐溶解度小，如对应的钙镁钡盐。但有些例外，如碳酸钠的溶解度比碳酸氢钠要大（主要是碳酸氢根离子之间形成氢键缔合体）；例3.物质在固态时一般密度大于其液态时，但水是例外，因在固体时水分子间通过大规模的氢键形成了疏松的晶体；例4.稀硝酸与金属反应不是都放出一氧化氮的，如足够稀的硝酸可与镁反应生成硝酸铵，氮还原成负三价；例5. “强制弱”规律的局限。如不同环境下铁与氢气可相互置换(溶液中铁可置换出氢,干态时氢氢可还原氧化铁置换出铁).再如次氯酸和硫酸也可相互制备.科学问题的分析切勿过于简单化和绝对化，这方面的例子还很多，如电解时溶液中离子放电顺序问题，元素周期律问题，化学键及晶体类型判断等。又如，某些化学过程中同时存在多个竞争反应（如碳酸钠与硫酸铜反应以双水解生成氢氧化铜为主，同时还有因复分解生成碳酸铜的次要反应），再如苯甲醛上的醛基受苯环钝化不能发生银镜反应，而丙酮却能发生银镜反应生成丙酸。二.化学学习对审美情怀的陶冶任何一门学问都蕴含着动人的美，化学也不例外。如化学用语的简洁美,化学物质的结构秩序美,化学反应的变幻美现象美等。教学中如果具备这种审美的视角,则可明显提高教学兴趣,并加深对知识本身的理解升华.下面具体举例说明:1.化学用语的简洁丰富之美化学用语以最简洁的符号传递内涵丰富的化学信息，描述复杂的化学行为；从化学式到结构式,从电子排布式到离子方程式等，无不体现着化学的发展历程。以氢气燃烧的热化学方程式“ 2H2(g)+ O2(g)=2H2O(l),H=-571.6KJ/moL”这一化学用语为例，看看它所传递的化学信息有多丰富：物质变化：氢氧反应生成新物质水；能量变化：反应中化学能转化为热量；数量关系：氢气与氧气按2：1完全反应,每2摩尔氢气完全反应放出571.6KJ热量；守恒关系：反应前后氢原子与氧原子的种类数目保持不变上面那么多复杂的文字信息却可以用一个简单的热化学方程式来表达,我们不能不惊叹化学语言的简洁与巧妙.2.化学物质的结构秩序之美结构与秩序，这是宇宙变幻和生命演化的密码所在,这在化学学科中体现非常突出,有机中同分异构是其中最典型的例子.再如金刚石和石墨,仅仅因为碳原子在空间的连接方式不同,于是诸多性质截然不同。各种化学物质的万千仪态都取决于结构的和秩序的多样性。再如蛋白质构成为例:其主要组成元素为碳氢氧氮等,其中碳氧原子要按恰当的秩序与结构才能形成羧基,而氮氢原子同样要按恰当的结构才能形成氨基,而后羧基和氨基非要按恰当的秩序与结构连在同一个碳原子上才能形成阿尔发氨基酸,若干阿尔发氨基酸再按恰当的秩序与结构才能形成肽链.在那些复杂的有机结构中散发的是一种庄严的秩序美和结构美。3.化学理论的包容博大之美中学化学理论美主要表现在:质量守恒定律、物质结构理论、元素周期律与周期表理论、化学平衡理论、电解质溶液理论等。以上理论的美的共同特征是:形式简洁、包容博大；从多样中寻求统一，从统一中演绎出多样。如化学平衡理论，不仅用于一般化学平衡，对电离平衡，水解平衡，沉淀溶解平衡等同样有效。另外，千变万化的化学反应背后有不变的东西，如从原子守恒到能量守恒再到电荷守恒,这些都是化学反应所遵守的,从原子守恒的观点看，资源危机只不是地壳中元素的分布与聚集出现了问题而已,这是多么美妙而令人欣慰的结论。4.化学反应的变幻复杂之美化学变化是化学美之源。钻木取火、百炼成钢、烧石成灰(指生石灰)形象地描述了化学变化生“美”。桂林的如画山水、黄龙的奇特钙华这些大自然的杰出创作，无不假手化学变化的鬼斧神工。另外,因温度，试剂选择等实验条件的多样性从而导致化学反应机理，速率和现象的多样性与复杂性，这也是化学中最引人入胜的地方之一。以新制氢氧化铜氧化醛为例：若温度适宜且氢氧化铜少量时生成红色的氧化亚铜；若温度过高且氢氧化铜过量时则因热分解生成黑色的氧化铜；若温度不足，则生成黄色的氢氧化亚铜；若碱性不足,则无明显现象5.化学的哲学思辨之美下面结合个人体会,举例浅谈一下化学中的哲学智慧之美,算是抛砖引玉.1)结构决定性质的启示:生活中处处充满结构,从建筑到家庭,从单位到社会.一个和谐高效的团体必定有其最佳的结构搭配.2)同分异构现象的启示:很多表面相似的东西具有完全不同的内涵.3)官能团启示:做事要抓住主要矛盾,找准突破口.4)催化剂的启示:很多看似很难的事情,只要巧妙地找准了“催化剂”，就可以迎刃而解.5)化学中竞争反应的启示:事物的发展具有多种可能性,控制条件可以掌控结局.6)化学平衡移动原理的启示:万物都有习惯与惰性,只有主动采取措施打破原有平衡才能有新气象.7)很多有机反应条件再好也不能像离子反应那样快速:内因才是关键;8)熵增加原理启示:让生活有序需要付出代价,不主动管理人生的人终会崩溃.9)顺反异构,手性异构的启示:细微处见本质,细节决定成败.10)气体摩尔体积的启示:忽略次要因素恰当近似可以获得规律提高效率.11)氟与氖,氧气与臭氧,甲醇与乙醇的性质启示:量变引起质变.12)物质相似相溶的启示:物以类聚,人以群分.13)不可逆反应的启示:生命整体上就是一个不可逆反应,人生不要留下遗憾.14)实验中洗气装置启示:做事前要先排除干扰清除杂念;15)甲酸硝酸氢硫酸性质启示:横看成岭侧成峰,事物具有多面性16)合金启示:善于合作,博采众长.17)充电电池启示:不断学习的人生才能常青.结语总之,化学因其自身的学科特点,在对学生的思维品质和审美意识的培养方面具有独到之处,如果我们在教学中有这种意识并善于搜集相关教学素材,则既可以大大提高学生的化学学习兴趣,同时又可以真正增进学生的学科素养和学习成效。附：高中化学“知识树”一，基本概念理论1.物质的量物质的量；阿伏加德罗常数；摩尔质量；气体摩尔体积；阿伏加德罗定律；物质的量浓度。2.氧化还原反应概念与实质；氧化剂还原剂氧化反应还原反应等几组对立统一的概念；基本规律：守恒律（电子转移与配平），价态律（氧还性判断及反应可能性判断），强弱律（氧还性强弱比较），难易律。常见氧化剂还原剂及其强弱的比较方法（周期律法，通过化学反应比较，电化学方法，浓度及反应条件等其他方法）；其他应用，如电化学。3.离子反应电解质及其电离；离子反应的概念；离子方程式的书写；离子反应发生的条件（生成弱电解质，生成易挥发物质，生成溶解度更小的物质，氧还，络合）。离子反应的特点及其在物质制备检验和除杂等方面的应用。4.反应热化学反应中有能量变化；微观宏观解释，能量转化常见类型，能量守恒反应热：概念符号与单位；反应热的表示方法：热化学方程式意义，正确书写反应热分类燃烧热，中和热；反应热数据获取方法：实验法，理论值，键能估算，盖斯定律；反应热相关应用。5.电化学原电池；概念实质，形成条件，工作原理（电极反应，电流形成），生活中的化学电源，原电池原理的应用电解与电解池；电解概念，电解池装置构成，电解工作原理（电极反应，常见放电顺序），应用。金属的电化学腐蚀与防护。原因与实质，特点与类型，防护6.反应速率与化学平衡有效碰撞理论与活化能；平均反应速率；广义概念和通常定义，规律，测量影响反应速率的因素；内因，外因，微观解释与实验设计可逆反应与化学平衡状态；可逆反应，平衡状态的建立，平衡状态的特征，反应限度与转化率影响化学平衡的因素及勒夏特列原理；化学平衡常数；定义，特点，应用；与勒氏原理相比的优点：定量化，更实用（如判断反应是否达到平衡及方向），适用面广（如同时改变影响平衡的多个条件时平衡如何移动）化学反应的方向。熵，反应自发性及其综合判据7.电解质在水溶液中的行为电解质及其电离；电离，电解质及其强弱，电离方程式弱电解质的电离平衡；建立过程，影响因素（温度影响很小，除水外）水的离子积常数与溶液的酸碱性；常数定义和特点，酸碱性判断与PH计算，PH的测量和相关应用酸碱中和滴定；概念，终点确定原理，实验操作盐类的水解；概念与实质，水解方程式，水解规律与影响因素，应用，大水解难溶电解质的沉淀-溶解平衡；溶解度与饱和溶液，沉淀-溶解平衡状态的建立与溶解平衡方程式书写，沉淀的生成溶解与转化规律，溶度积常数及其应用（如维持溶液浓度不变），溶解平衡的证据：饱和溶液中晶体外形改变，同位素示踪法8.原子结构与周期表周期律原子基本结构；原子简史，表示方法，核素与同位素核外电子运动特点与排布规律；电子云，原子轨道，能层与能级，基态激发态与电子跃迁，电子排布式与轨道式，能量最低原理周期表的结构与规律；位-构-性。元素周期律的内容与实质；原子半径变化规律，电负性与电离能的变化规律与应用，金属性与非金属性强弱的体现9.分子及晶体的结构与性质化学键；定义，分类，表示，键参数配位键理论；分子的空间结构与VSEPR理论；理论要点，结构解释及预测杂化轨道理论；理论背景，轨道杂化的概念与特点，常见杂化类型判断等电子体原理；概念，应用，如从金刚石到硅晶体到碳化硅到氮化硼分子间作用力；范德华力与氢键，各自特点及对物质性质的影响分子的极性与相似相溶原理（结构，极性，作用力）；晶体与晶胞的特点；晶体特点，晶胞概念，晶胞有关计算晶体的分类与比较；分类标准；类型判别，性质特点，典型实例。其中金属晶体的常见堆积模型是帮助学生理解“晶粒周期性有序排列从而形成晶体”的典型素材。10.分散系分散系的概念；几种常见分散系的界定与特点；胶体的概念性质及制备（化学法，物理法），液溶胶气溶胶。二，元素化合物（围绕典型性质与主要应用）1.钠铝铁铜等典型金属及其化合物的性质与应用；2.碳硅氮硫氯等典型非金属及其化合物的性质与应用；3.了解常见金属活动顺序和常见元素化合价。元素化合物部分虽然内容不难，但要处理得恰到好处不容易。下面是教学时要考虑的方面：1.结合生活生产实际进行情景教学；2.依据实验现象和事实进行物质性质教学；3.引导学生体会研究物质性质的思路和方法；4.注重相关概念原理对该部分知识的引领预测作用，归纳记忆不能表面化机械化；5.突出元素观，分类观，转化观，构性观；6.围绕典型物质的典型性质，并整合归纳比较，使之系统化；7.感受化学物种及其变化的丰富多彩，增强认识和改造自然的信心。元素化合物部分性质与反应归纳（有趣有序，以生活情景及应用带来趣，以分类观构性观和转化观引导带来序）1.钠的存在与获取；2.钠的活泼性；3.过氧化钠作供氧剂；4.碳酸钠与碳酸氢钠的比较；5.铝的广泛应用与冶炼；6.铝，氧化铝，氢氧化铝的两性；7.氢氧化铝的实验室制备与用途；8.铁的广泛应用与冶炼；9.铁三角转化与氧化还原；10.铁离子与