高中化学《化学反应原理》教材分析 人教版选修四.ppt

北京师范大学化学学院王明召 化学反应原理 模块教材分析 超越分子前沿 美 21世纪化学科学的挑战委员会著 21世纪化学和化工的研究对象已不限于分子 要超越分子以上的各个层次 直到有组织的化学体系 包括材料 器件 活的细胞 甚至整个器官 21世纪的化学和化工超越化学科学的传统界面 渗透到化学能起重要作用的生命科学 材料科学 能源科学 信息科学 国防和安全科学等重要领域中 化学要解决的6个基本问题 合成与生产制造 最重要 物质的化学变化和物理变化 分析 分离和控制 计算与理论 化学与生物学 医学的界面 材料的设计和制作 超越分子前沿 美 21世纪化学科学的挑战委员会著 超越分子前沿 化学 具有不同寻常的特殊之处 化学科学涉及发现和创造两部分 化学家希望发现化学世界的构成 从原子 分子到有组织的体系如材料 器件 活体细胞和整个生物体等 而且他们还希望了解构成之间如何相互作用并随时间改变 化学家并不仅限于研究业已存在的化学世界的构成 他们也研究那些可能存在的未知分子和物质及相互作用 现代化学的特征 1 实验设备的仪器化和计算机化2 从宏观层次到微观层次3 从定性向定量化发展4 从静态研究到动态研究5 开始建立统一的理论6 快速有效的分离纯化方法7 从单一学科发展到综合学科和边缘学科 加拿大化学家r j 吉利斯皮 r j gillespie 1995年在美国化学会的 普通化学中必须包括什么内容 研讨会上提出现代化学基础的6种化学基本概念 1 原子 分子 离子2 化学键 是什么使原子在分子和晶体中结合在一起 3 分子的几何形状 三维化学4 动力学理论5 化学反应6 能和熵 中学化学最高水平 反映现代化学最基本的研究思想 方法 结果使部分学生获得学习现代化学所需要的 较全面的基本训练为培养出符合时代要求的高素质专业人才打基础 专业学习 基础性提高性 化学反应原理模块教材 选取哪些内容 如何组织内容 如何呈现内容 教材编写原则 一体化网络化程序化最佳化最可接受性 冯忠良 结构化与定向化教学心理学原理 北京 北京师范大学出版社 1998 化学反应原理 选修模块的对象 对化学有兴趣或将升入大学学习理科的学生 教材既应注重基础性 又应注重提高性 学生通过 化学反应原理 的学习能够有效提升对化学反应的认识 能够具有大视野 能够多角度地以高观点分析化学反应 课程标准 通过b4模块教材的学习 学生应主要在以下几个方面得到发展 1 认识化学变化所遵循的基本原理 初步形成关于物质变化的正确观念 2 了解化学反应中能量转化所遵循的规律 知道化学反应原理在生产 生活和科学研究中的应用 3 赞赏运用化学反应原理合成新物质对科学技术和人类社会文明所起的重要作用 能对生产 生活和自然界中的有关化学变化现象进行合理的解释 4 增强探索化学反应原理的兴趣 树立学习和研究化学的志向 化学反应原理 的内容标准 主题1 化学反应与能量主题2 化学反应速率与化学平衡主题3 溶液中的离子平衡 课程标准 主题1 化学反应与能量 1 了解化学反应中能量转化的原因 能说出常见的能量转化形式 2 通过查阅资料说明能源是人类生存和发展的重要基础 了解化学在解决能源危机中的重要作用 知道节约能源 提高能量利用效率的实际意义 3 能举例说明化学能与热能的相互转化 了解反应热和焓变的涵义 能用盖斯定律进行有关反应热的简单计算 4 体验化学能与电能相互转化的探究过程 了解原电池和电解池的工作原理 能写出电极反应和电池反应方程式 5 通过查阅资料了解常见化学电源的种类及其工作原理 认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用 6 能解释金属发生电化学腐蚀的原因 认识金属腐蚀的危害 通过实验探究防止金属腐蚀的措施 课程标准 主题2 化学反应速率与化学平衡 知道化学反应速率的定量表示方法 通过实验测定某些化学反应速率 知道活化能的涵义及其对化学反应速率的影响 通过实验探究温度 浓度 压强和催化剂对化学反应速率的影响 认识其一般规律 通过催化剂实际应用的事例 认识其在生产 生活和科学研究领域中的重大作用 能用焓变和熵变说明化学反应的方向 描述化学平衡建立的过程 知道化学平衡常数的涵义 能利用化学平衡常数计算反应物的转化率 通过实验探究温度 浓度和压强对化学平衡的影响 并能用相关理论加以解释 认识化学反应速率和化学平衡的调控在生活 生产和科学研究领域中的重要作用 课程标准 主题3 溶液中的离子平衡 1 能描述弱电解质在水溶液中的电离平衡 了解酸碱电离理论 2 知道水的离子积常数 能进行溶液ph的简单计算 3 初步掌握测定溶液ph的方法 知道溶液ph的调控在工农业生产和科学研究中的重要应用 4 认识盐类水解的原理 归纳影响盐类水解程度的主要因素 能举例说明盐类水解在生产 生活中的应用 5 能描述沉淀溶解平衡 知道沉淀转化的本质 教材的内容体系 课程标准 主题1 化学反应与能量 课程标准 主题2 化学反应速率与化学平衡 课程标准 主题3 溶液中的离子平衡 化学热力学 物理化学 化学动力学 第一章化学反应与能量转化 课程标准与教材内容安排 焓变概念焓变计算 原理 第一章化学反应与能量变化 化学能与电能的相互转化 以能量转化为纲 化学能转化为热能 反应的热效应 电能转化为化学能 电解 化学能转化为电能 原电池 应用 感性认识 理性认识 本质理解 热效应反应热焓变及其简单计算热化学方程式 理性分析 定量分析 知识发展与基本框架 第1节化学反应的热效应 等温 等压不做其他功 反应热 含义 h 0吸热反应 h 0放热反应单位 kj mol 1 内容体系 定量水平 有了 反应热 为什么还要引入 焓变 的概念 反应热与反应焓变都属于化学反应能量变化 但焓变的科学意义层次更高 焓是状态函数 焓变仅决定于始终态 而反应热不是状态函数 在等温等压 不做其他功条件下 qp h 在其他条件下 如t v一定 反应热就不等于qp了 此时仍然存在焓变 焓变是比反应热更普遍的反应能量变化的表述 关于 焓 焓变 概念的教学 反应焓变的计算是教学的重点 不回避概念 但不在 焓 焓变 的概念上纠缠 不要求学生进行概念辨析 第2节电能转化为化学能 电解 简单体系 第3节化学能转化为电能 电池 应用 防止 电子有序流动 必要性 可行性 第二章化学反应的方向 限度与速率 主题2化学反应速率和化学平衡 认识化学反应速率和化学平衡的调控在生活 生产和科学研究领域中的重要作用 通过实验探究温度 浓度和压强对化学平衡的影响 并能用相关理论加以解释 描述化学平衡建立的过程 知道化学平衡常数的涵义 能利用化学平衡常数计算反应物的转化率 能用焓变和熵变说明化学反应的方向 通过催化剂实际应用的事例 认识其在生产 生活和科学研究领域中的重大作用 通过实验探究温度 浓度 压强和催化剂对化学反应速率的影响 认识其一般规律 知道活化能的涵义及其对化学反应速率的影响 知道化学反应速率的定量表示方法 通过实验测定某些化学反应速率 第 节化学反应的方向 第 节化学反应的限度 第 节化学反应的速率 第 节化学反应条件的优化 工业合成氨 课程标准 教材 教材与课程标准 化学反应条件的优化工业合成氨 第二章化学反应的方向 限度与速率 先行组织者 第一节 化学反应的方向 反应熵变 反应焓变 共同影响 放热 吸热 熵增 熵减 把握整体思路不在概念细节上纠缠 提高对熵的认识 1 建立有序与无序的概念 8枚硬币分布方式 2 从分子微观运动看熵与混乱度的关系 3 摩尔熵变的规律 1 同一物质在不同状态下sm g sm l sm s 2 同类物质 摩尔质量越大 sm值越大 3 摩尔质量相同的不同物质结构越复杂sm值越大 4 同一物质随温度升高而熵值增大4 化学反应熵变的计算 第二节 化学反应的限度 反应达平衡状态 化学反应平衡状态的建立 化学反应限度的定量描述 反应条件对化学平衡的影响 化学平衡常数 平衡转化率 温度 浓度 压强 思想 热力学分析不应掺入动力学因素 避免套用只适用于基元反应的质量作用定律来处理正 逆反应的速率方程 方法 根据实验总结 概括出经验平衡常数概念 顺理成章地引出中学教材要求的经验平衡常数 不是热力学平衡常数 不从正 逆反应速率相等的角度引入平衡常数 例 气相反应n2 3h2 2nh3kx 8 33其平衡组成 n nh3 n h2 1 00mol n n2 3 00mol加入0 10moln2 按勒夏特列原理n n2 增加必有利于消耗n2的反应 即平衡正向移动 实际上平衡移动方向相反 xnh3 xh2 1 00mol 5 10mol 0 196xn2 3 10mol 5 10mol 0 608qx 8 39 kx为使qx kx 应增大xn2及xh2 减少xnh3 即平衡向左移动 勒夏特列原理失效 原因 反应体系是开放体系 不仅仅根据勒夏特列原理讨论化学平衡移动 勒夏特列原理成立的条件 均相 封闭体系 只改变一个热力学量 例 平衡浓度不同时 各物质加入1mol的影响 不仅仅根据勒夏特列原理讨论化学平衡移动 勒夏特列原理成立的条件 均相 封闭体系 只改变一个热力学量 从q与k比较的普遍性定量规律来分析平衡移动的方向问题 教材的科学性将勒夏特列原理介绍为定性规律 用于定性判断 教材的实用性 可行性 c p对化学平衡的影响与t的影响不同 0向右自发dg 0平衡态 0向左自发dg dg rtlnq平衡 dg 0dg rtlnk 0dg rtlnk rtlnq 0rtln q k 0 0 定温k不变 变温k改变 第三节 化学反应速率 反应历程 化学反应速率的定量描述 影响化学反应速率的因素 温度浓度压强催化剂 理论基础 定量研究基础 现存问题 学生不了解化学反应是如何进行的 滥用质量作用定律 碰撞理论 片面解释活化能概念教材安排揭示化学反应复杂性的内容 化学反应是怎样进行的 提出概念 反应历程 基元反应 对学生正确理解有关化学反应速率的若干问题起到提纲挈领的作用 只有在基元反应层面才能直接应用质量作用定律才有活化能确定的物理意义才能应用碰撞理论才能认识催化作用的原理 将基元反应的概念作为反应速率教学的平台 总反应与基元反应 例1 2n2 5o2 2h2o 4hno3长期共存 1 反应方向及限度 常温常压下热力学不稳定2 长期共存 动力学稳定性 趋向平衡的速率 3 一触即发 烧红的铁丝 铂黑 爆炸反应速率与条件 例如 h2 cl2反应h2 cl2 2hcl总 包 反应 动力学的研究内容 说明 化学反应既有热力学问题 方向 限度 又有动力学问题 第四节 适宜的合成氨条件 化学反应条件的优化 工业合成氨 第三章物质在水溶液中的行为 主题3溶液中的离子平衡1 能描述弱电解质在水溶液中的电离平衡 了解酸碱电离理论 2 知道水的离子积常数 能进行溶液ph的简单计算 3 初步掌握测定溶液ph的方法 知道溶液ph的调控在工农业生产和科学研究中的重要应用 4 认识盐类水解的原理 归纳影响盐类水解程度的主要因素 能举例说明盐类水解在生产 生活中的应用 5 能描述沉淀溶解平衡 知道沉淀转化的本质 第 节水溶液 第 节弱电解质的电离盐类的水解 第 节沉淀溶解平衡 第 节离子反应 课程标准 教材 教材与课程标准 物质在水溶液中的行为 溶剂 水溶液 纯水 加入单一溶质 水的电离 溶液的酸碱度 电解质在水溶液中的存在形态 强电解质弱电解质溶剂化作用 溶液酸碱性ph计算 水的电离平衡离子积常数 水中存在h oh 定量表示 电解质溶于水后的变化 第1节水溶液 溶质在水中的行为 溶质在水中的变化 溶质与水的相互作用 弱电解质的电离平衡 盐的水解 弱电解质在水溶液中的行为 盐在水溶液中的行为 电离平衡移动 电离平衡常数 水解平衡移动 水解原理应用 水解原理 第2节弱电解质的电离盐类的水解 表象溶液的酸碱性 研究思路 微粒观 将学生从大量个例的记忆之中解脱出来 避免仅仅停留在判断溶液酸碱性的层面 盐类水解的本质 溶质对溶剂的自电离产生了影响 由水解产生的一种后果入手 抓住本质 把握分析问题的思想方法 建立微粒观 第2节弱电解质的电离盐类的水解 盐的水解 教学案例1 北京35中学支瑶北京师范大学化学学院胡久华 陈欣 请你思考 在下列四支烧杯中 你能 看到 哪些微粒 你又能 看到 哪些微粒间的相互作用 h oh h2o na h oh h2o naoh的加入抑制水的电离 h ac oh h2ohac hac的加入抑制水的电离 na ac h oh h2o hac naac的加入促进水的电离 1 请你分析 下列盐加入水中后 是否能够改变水的电离平衡 溶液的酸碱性如何 说明理由 1 na2co3 2 nacl 3 nh4cl 2 通过实验证明你的推论 并将数据记录在笔记本上 3 请你尝试用离子方程式表示上述过程 请你思考 1 在下列溶液中 你 看到 了什么 它们是怎样形成的 2 下列溶液的酸碱性如何 3 写出以下盐的水解反应的离子方程式 na2so4naclofecl3 请你分析所测得溶液的ph 思考 1 盐的水解程度如何 说明理由 2 不同的盐水解程度相同吗 盐类水解的程度由什么因素决定 盐类的水解 教学案例2 北京35中学支瑶北京师范大学化学学院胡久华 陈欣 硫酸铝溶液 碳酸氢钠溶液 请你分析 1 碳酸氢钠与硫酸铝溶液混合后 产生了大量无色气体和白色沉淀 无色气体和白色沉淀可能是什么物质 3 碳酸氢钠溶液与硫酸铝溶液混合后 氢氧化铝和二氧化碳是怎样产生的 2 请设计实验证明你的推测 1 现有一瓶碳酸氢钠溶液 请你设计实验证明 hco3 能结合水电离出的h 2 现有一瓶硫酸铝溶液 请你设计实验证明 al3 能结合水电离出的oh 1 请你思考 在下列盐溶液能否发生水解 溶液的酸碱性如何 2 设计实验证明你的分析 3 写出盐的水解反应的离子方程式 酸的强度受溶剂酸碱性的影响同一物质在不同溶剂中可表现出不同的酸碱性 质子溶剂hs hsh s ka hs h s hs ha hs h2s a 酸溶剂ha h a ka ha h a ha kr kr kb hs ka ha h2s a ha hs h2s h a hs h ha 自电离 2hh3nh4 nh2 k 10 33 hac nh3 ch3co2h nh3 nh4 ch3co2 强酸 水 ch3co2h h2oh3o ch3co2 弱酸 kr nh3 kb nh3 ka ha kr h2o kb h2o ka ha kr nh3 kr h2o kb nh3 kb h2o 1033 1014 1016 例如 nh3 l 溶剂 co32 h2ohco3 oh 向碳酸钠溶液中滴加少量盐酸 碳酸根的水解平衡是向正向移动还是向逆向移动 是oh 与h 反应 还是co32 与h 反应 hco3 h co32 ka2 5 6 10 11 趋势更大 外加h 与oh 反应的趋势更大 反向生成hco3 k 1 ka2 1 8 1010 h2oh oh kw 1 0 10 14 反向生成h2o k 1 kw 1 0 1014 所以 外加h 水解平衡正向移动 h 也会反应 hco3 h co32 ka2 5 6 10 11 趋势更大 反向生成hco3 k 1 ka2 1 8 1010 h2co3h hco3 ka1 4 2 10 7 反向生成h2co3 k 1 ka1 2 4 106 co32 h2ohco3 oh 沉淀的溶解 沉淀的生成 沉淀的转化 第3节沉淀溶解平衡 沉淀溶解平衡 平衡常数 溶度积 沉淀溶解平衡的移动 沉淀的溶解 沉淀的生成 沉淀的转化 第3节沉淀溶解平衡 沉淀溶解平衡 平衡常数 溶度积 沉淀溶解平衡的移动 沉淀的溶解 沉淀的生成 沉淀的转化 第3节沉淀溶解平衡 沉淀溶解平衡 平衡常数 溶度积 沉淀溶解平衡的移动 沉淀的溶解 沉淀的生成 第3节沉淀溶解平衡 沉淀溶解平衡 平衡常数 溶度积 沉淀溶解平衡的移动 难溶物转化成更难溶的物质 这种说法对吗 kr kab解离 kac解离 特点 一种结合体转变成另一种结合体 kr105反应彻底 为转化反应 kab kac kab kac ac更难溶 kr b c b a c a kr kab解离 kac解离 10 5kr反应向左 实质 baso4 co32 baco3 so42 kr so42 co32 ksp baso4 ksp baco3 1 1 10 10 5 1 10 9 2 2 10 2 例 baso4 na2co3 baco3 na2so4 使反应达平衡时 co32 1mol l 1 容易实现 可使 so42 0 045mol l 1 平衡时 so42 co32 1 22 1l1mol l 1na2co3可将0 045molbaso4转化成baco3 略大 离子反应发生的条件 离子反应能否进行的理论判据 离子反应的应用 第4节离子反应 生成沉淀 生成弱电解质 生成气体 发生氧化还原反应 焓变与熵变判据 平衡常数判据 物质检验与含量测定 物质制备与纯化 在生活中的应用 第四节作为全书的收尾之节 以溶液中的各种离子反应为载体 从热力学角度对本模块教材所涉及的知识进行回顾 启发学生从不同角度分析化学反应问题 概括性很强 教材栏目的功能 基本要求栏目 提高要求栏目 联想 质疑 方法导引 活动 探究 观察 思考 交流 研讨 迁移 应用 本章自我评价 历史回眸 资料在线 化学与技术 身体内的化学 追根寻源 拓展视野 一般资料 较深入 更深入 身边的化学 化学前沿 从生产 生活中提出问题 应用原理解决开始提出的实际问题 方法导引 一般资料性栏目 较深入分析问题 较全面拓展知识 教材的特点 b4模块教材的特点 注重科学性 并突出新思想 新内容 现代科学的发展使一些经典原理的含义或应用发生了质的变化 教材尽量避免内容在科学性上与现代科学脱节 注重科学性 尤其避免为了 浅出 而随意地 错误地解释概念 使教材在科学性上具有相对长的生命力 b4模块教材的特点 重视知识的框架结构 重在介绍学术思想 知识点服从于知识的框架结构 并尽可能使同学们多了解学术思想的形成 演变与发展 从本质上理解这些人类知识结晶的精髓 避免只见树木不见森林 b4模块的教材编写特点 突出化学是一门实验科学的特点 尽可能给学生提供动手实验的机会 强调实验对于理论产生的重要性 突出模型化研究方法的特点介绍知识时避免将理论绝对化任何理论都不能随意使用 不可能放之四海而皆准 b4模块教材的特点 注重知识发展的阶段性与连续性 注重与必修内容的衔接 注重教材内部内容的衔