高一化學學案：備課資料第一單元化學是認識和創(chuàng)造物質(zhì)的科學

學必求其心得，業(yè)必貴于專精學必求其心得，業(yè)必貴于專精學必求其心得，業(yè)必貴于專精備課資料物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論的建立(1）原子的結(jié)構(gòu)在道爾頓時代，化學在實驗科學上的條件和基礎(chǔ)都比較差，無法深入到原子內(nèi)部進行研究。因此,原子學說的擁護者認為原子只不過是一個渾圓的小球，也就是說,原子是沒有結(jié)構(gòu)的。19世紀后半葉，在原子世界中發(fā)生了兩件使科學界震驚的大事：一件是英國物理學家湯姆生發(fā)現(xiàn)了電子；另一件是貝克勒爾和居里夫婦發(fā)現(xiàn)了放射性。湯姆生證明了電子是各種原子的共同組成部分，說明原子不再是不能分割的圓球，因為放射性的發(fā)現(xiàn)證明了原子能夠放射出粒子。于是科學家們開始設(shè)想原子結(jié)構(gòu)的模型.第一個提出原子結(jié)構(gòu)模型的科學家是湯姆生。他發(fā)現(xiàn)了電子，而且證明電子是帶負電荷的，由此推斷出,原子中一定還有帶正電荷的物質(zhì)。于是,他提出了一種葡萄干面包模型.他把原子看成一個帶正電的物體，并形象地把它看成是面包。在這個帶正電的面包里散布著一些帶負電荷的葡萄干，它們就是電子。最后，正電荷和負電荷正好互相抵消，形成中性的原子。圖1葡萄干面包模型很顯然,湯姆生的葡萄干面包模型缺少實驗根據(jù),而他的學生盧瑟福的技藝看來比老師高明。盧瑟福首先想到的是，確定原子的結(jié)構(gòu)必須要有實驗根據(jù)，要了解原子內(nèi)部的情況，最好想辦法把原子炸開。盧瑟福做了α質(zhì)點散射實驗,讓一束由鐳產(chǎn)生的α質(zhì)點撞擊金箔。他發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)α質(zhì)點穿過金箔繼續(xù)向前行進.但是，也有一部分α質(zhì)點發(fā)生散射現(xiàn)象，即改變了原來的途徑。一般說來，它們偏離原來前進的方向的角度不大。只有極少數(shù)的α質(zhì)點(8000~10000個α質(zhì)點中只有1個)偏轉(zhuǎn)得特別厲害，好像碰到了堅硬的不可穿透的物體而被反彈回來。圖2質(zhì)點散射實驗α質(zhì)點有較大的質(zhì)量，并帶2個正電荷，它以每秒2×107綜合以上實驗結(jié)果，通過周密的分析和推理，盧瑟福在1911年提出行星系式原子模型:“在原子的中心有一個帶正電荷的核,它的質(zhì)量幾乎等于原子的全部質(zhì)量,電子在它的周圍沿著不同的軌道運轉(zhuǎn)，就像行星環(huán)繞太陽運轉(zhuǎn)一樣。電子在運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力跟原子核對電子的吸引力達到平衡，因此電子能夠跟原子核保持一定的距離，正像行星和太陽保持一定的距離一樣?！眻D3行星系式星子模型行星系式原子模型對于人們認識原子結(jié)構(gòu)具有十分重要的意義。在科學的歷史上，它第一次打開了原子的神秘大門.但是，這個模型還存在著一系列有待解決的問題。例如，根據(jù)這個模型，電子圍繞原子核運動時必定要放出輻射能。電子的能量將越來越小，離原子核也會愈來愈近,最后，電子會墜入原子核中，而使整個原子毀滅。但是，事實證明原子是能長期存在的。盧瑟福的學生，丹麥物理學家玻爾認為，原子世界中出現(xiàn)的問題已經(jīng)不是經(jīng)典物理學所能解決的。因此，他把盧瑟福的行星系式原子模型跟量子理論結(jié)合起來,提出了殼層模型。這個模型的要點為：①電子不能在原子核外的無數(shù)的一切可能的軌道上運行，而只能在某些特定的軌道上.這些軌道應(yīng)該符合量子理論推導出來的條件,在一定的軌道上運行的電子具有一定的能量，這時原子所處的狀態(tài)稱為穩(wěn)定狀態(tài)。因此,電子運行的軌道可以比作運動場看臺上的臺階,是一層一層的。②當一個電子被移走以后,這個電子的位置可以被外層電子頂替。外層電子進入內(nèi)層軌道時會產(chǎn)生光譜線，并釋放出能量。原子從一個穩(wěn)定狀態(tài)過渡到另一個穩(wěn)定狀態(tài)不是連續(xù)方式的，而要符合量子理論的條件。玻爾的殼層模型解決了行星系式原子模型存在的缺點，簡單明了地描繪了原子結(jié)構(gòu)。湯姆生、盧瑟福和玻爾是三代師生關(guān)系?？v觀這三位科學家的科學活動,不難發(fā)現(xiàn)他們最大的特點是雖然繼承了老師的研究成果，但又不停留在老師的水平上，而是不斷地進取,有所創(chuàng)新.用中國的一句名言“青出于藍而勝于藍”來描繪這三代科學家，真是再貼切不過了。(2）原子之間是怎樣化合的?在自然界中，物質(zhì)大部分由化合物組成，因此，化學家更關(guān)心的是原子與原子是怎樣化合成為化合物的，也就是化合時是否遵循什么規(guī)律。經(jīng)過化學家不懈地努力,終于發(fā)現(xiàn),原子化合主要遵循兩種理論，即電價理論和共價理論。電價理論是由德國物理學家柯塞爾提出的。他認為，原子在獲得（或失去）電子以后，就達到了稀有氣體的電子結(jié)構(gòu)，即最外層電子數(shù)達到8個,這是一種穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。金屬元素容易失去電子成為帶正電的陽離子，非金屬元素則容易獲得電子成為帶負電的陰離子,這時,陽離子和陰離子的最外層電子都達到8個，處于穩(wěn)定狀態(tài)。帶正電的陽離子和帶負電的陰離子靠庫侖引力(靜電吸引力）相結(jié)合，成為化合物。例如鈉是金屬元素,失去1個電子成為帶正電的鈉離子；氯是非金屬元素，能獲得1個電子成為帶負電的氯離子，于是，帶正電的鈉離子和帶負電的氯離子靠庫侖引力吸引，結(jié)合為氯化鈉，這種化合物被稱為離子化合物。提出共價理論的是路易斯，他是美國著名的大學加州大學伯克利分?；瘜W系教授，曾獲1961年諾貝爾化學獎。他認為，兩個原子可以共有一對電子，也能使每個原子都達到最外層電子數(shù)為8個的結(jié)構(gòu)，從而使形成的分子也能達到穩(wěn)定狀態(tài)。氟原子的最外層電子為7個,在由兩個氟原子結(jié)合成氟分子的過程中，有兩個電子為兩個氟原子所共有，結(jié)果每個氟原子的最外層電子數(shù)也都是8個，達到了穩(wěn)定狀態(tài)：不同的原子也可以通過共有一對電子，形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，這樣結(jié)合起來的化合物稱為共價化合物。例如氫原子和氟原子通過共有一對電子，形成氟化氫，它就是共價化合物.（3)物質(zhì)的晶體狀態(tài)，也是一個非常重要的問題。人們認識晶體是從它們有規(guī)則的外形開始的。晶體的外形千姿百態(tài)、瑰麗多彩,而且晶體的外形往往是一種有規(guī)則的幾何形狀.例如我國宋代程大昌撰寫的《演繁露》一書中就寫道：“鹽已成鹵水，曝烈日中，即成方印,潔白可愛，初小漸大，或數(shù)十印累累相連。”食鹽(氯化鈉)晶體的幾何外形是立方體，就是程大昌描寫的“方印"。法國結(jié)晶學家阿羽伊發(fā)現(xiàn),把具有菱面體幾何外形的方解石晶體摔碎，被摔成的小方解石晶體的晶面仍然是光滑平整的，而且都有相同的幾何外形。于是,阿羽伊得出一個推論,如果把方解石晶體繼續(xù)劈裂下去，最后可以得到一種單元，大小不同的方解石晶體就是由這種單元構(gòu)成的。同樣，食鹽（氯化鈉）可以是一個不小的立方體晶體，但它卻是無數(shù)個小立方體構(gòu)成的。德國慕尼黑大學教授勞厄設(shè)想，讓X射線穿過晶體結(jié)構(gòu)，就應(yīng)該產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，可以把晶體中的空間結(jié)構(gòu)描繪出來，這就是測定晶體結(jié)構(gòu)的X射線衍射法的根據(jù)。根據(jù)X射線衍射實驗的測定結(jié)果，氯化鈉晶體中，鈉離子和氯離子有規(guī)則地周期性地排列著。每個鈉離子的周圍被帶相反電荷的氯離子包圍;而每個氯離子的周圍同樣被帶相反電荷的鈉離子包圍，最后形成了可以有無限大的氯化鈉晶體。這種晶體稱為離子晶體。在金剛石和石墨的結(jié)構(gòu)中，有規(guī)則和周期性地排列著的碳原子，可以形成一個無限大的金剛石或石墨分子，這種晶體稱為原子晶體。各種金屬也是一種晶體，有規(guī)則和周期性地排列著的金屬原子所形成的晶體稱為金屬晶體。晶體結(jié)構(gòu)是研究物質(zhì)內(nèi)部原子、離子等在空間排列情況的藍圖,它使化學家和物理學家更深入地了解物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)系，為很好地利用自然界的礦物以及合成新的材料提供了可靠的線索。化學是人類創(chuàng)造新物質(zhì)的工具從容說課人類不僅要開發(fā)利用自然資源，還要制造、合成有特定性能的新物質(zhì)，以適應(yīng)社會生產(chǎn)發(fā)展和人類生活的需要?；瘜W科學帶動了材料科學的發(fā)展，為電子、航天、高速運輸工、通訊等發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。在高純單晶硅,光導纖維，耐高溫、耐腐蝕的材料,各種能量轉(zhuǎn)化材料和敏感材料等功能材料的研究中，化學學科是關(guān)鍵。只有掌握了結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、用途的關(guān)系以及合成和組裝的化學過程，才能設(shè)計合成新的功能材料。在教學中近可能引導學生回顧必修模塊中的有關(guān)物質(zhì)的合成的有關(guān)內(nèi)容，使學生充分感受到該專題的中心思想，化學的確是人類創(chuàng)造新物質(zhì)的工具，教師可以結(jié)合學生在討論交流中提到的尚未在必修模塊中學到的有關(guān)化學合成、工業(yè)生產(chǎn)的知識,介紹化學選修模塊將要學習的內(nèi)容,使學生認識到選修課程還能幫助他們獲得更多化學合成物質(zhì)的知識，認識化學科學對社會可持續(xù)發(fā)展的意義和作用，提高學好化學科學的自覺性。本節(jié)課的教學讓學生設(shè)計探究用棉花等天然纖維制作人造纖維.通過該實驗讓學生感受到合成新物質(zhì)的合成過程和成功的喜悅,科學研究中嚴謹?shù)膽B(tài)度和創(chuàng)新精神，以及新材料的用途.讓學生調(diào)查生活中哪些新材料改善了人們的生活的質(zhì)量，讓學生調(diào)查它們的化學成分和合成方法，小資料提供了一些化學創(chuàng)造的新物質(zhì)，教師可以引導學生通過關(guān)鍵詞搜索，查閱資料,來獲取化學合成新物質(zhì)的信息,從這些物質(zhì)的合成過程和改進歷史中體驗化學的發(fā)展歷程。關(guān)鍵詞有：合成塑料、合成橡膠、合成纖維、合成氨、合成尿素、無機非金屬材料、功能材料、智能材料、導電塑料等。教學重點讓學生充分認識化學是人類創(chuàng)造新物質(zhì)的工具教學難點讓學生領(lǐng)略到新合成物質(zhì)的重要作用教具準備新材料作用的電腦圖片若干張實物若干：鋁合金、半導體材料、光導纖維材料、塑料、橡膠等化學儀器：燒杯、滴管、鑷子、玻璃棒、針筒、玻璃片等化學試劑:5%硫酸銅溶液、10％氫氧化鈉溶液、濃氨水、稀鹽酸等三維目標知識與技能1.了解化學方法在實現(xiàn)物質(zhì)間轉(zhuǎn)化中的作用。2。能舉例說明化學在設(shè)計、合成、分離和檢測新物質(zhì)中的重要作用。3.通過本節(jié)課學習讓學生知道一些化學合成新物質(zhì)的方法以及化學反應(yīng)所遵循的規(guī)律。過程與方法1。通過本節(jié)課的教學使學生認識化學科學的發(fā)展對提高人民生活質(zhì)量方面的重要作用。2。讓學生認識到化學科學在自然資源綜合利用方面的重要價值。3.通過由天然纖維制成化學纖維的實驗使學生體會合成物質(zhì)的過程和方法。情感、態(tài)度與價值觀1。通過對豐富多彩的新合成物質(zhì)的認識培養(yǎng)學生對學習化學的興趣。2.使學生充分認識到合成新物質(zhì)在社會發(fā)展中的推動作用。3.培養(yǎng)學生唯物的價值觀和尊重科學的態(tài)度.教學過程導入新課我們今天學習的第一個問題是如何將天然纖維制成化學纖維的問題。推進新課板書：問題1：如何將天然纖維制成化學纖維?師將學生分成若干組。請大家看教材88頁的“觀察與思考",各組同學進行討論實驗步驟和注意事項，并列出提綱。生看書、交流、討論。師請各小組交流該實驗的操作程序及注意事項.生各小組選一位代表發(fā)言。師(教師歸納總結(jié))氫氧化銅的制取;制取銅氨溶液；棉花的溶解；化學纖維的制取.師以上發(fā)生了哪些反應(yīng)，并請同學們寫出其方程式。生硫酸銅與氫氧化鈉溶液：CuSO4＋2NaOH====Cu(OH）2↓＋Na2SO4氫氧化銅溶于氨水:Cu(OH)2＋4NH3====Cu(NH3)4（OH)2師化學纖維與天然纖維有何不同?生化學纖維絲長、粗、有韌性，便于編織。師分析89頁表4—1從天然產(chǎn)物中分離與人工合成的化合物種類統(tǒng)計數(shù)據(jù)，你有何感想?板書：問題2:分析人類分離和合成物質(zhì)種類數(shù)據(jù)變化，你有怎樣的認識?生人類分離和人工合成的物質(zhì)的種類很多，特別是20世紀后10年.化學合成及分離的物質(zhì)種類繁多滿足了人類的需要，滿足了生產(chǎn)、生活和科學技術(shù)發(fā)展的需要。師結(jié)合89頁討論人類在發(fā)展的過程中，面臨著生存的危機和挑戰(zhàn)，在糧食增產(chǎn)上，科學家們提出了哪些不同的解決方案？請同學們根據(jù)實際和有關(guān)報道進行討論。板書：問題3：在糧食增產(chǎn)上科學家們提出了哪些不同的解決方案?生同學們搜集材料討論.師請同學們交流，老師最后總結(jié)。(1）生產(chǎn)化肥,使糧食大量增產(chǎn);(2）改良品種，舉我國雜交水稻之父——袁隆平的貢獻;(3)殺蟲劑、鋤草劑的使用；(4)作物套種，便于光合作用。今天我們所學的最后一個問題是和工業(yè)生產(chǎn)、和我們的生活息息相關(guān)的一個重要問題。板書：問題4：(1)工業(yè)上合成氨的反應(yīng)原理是什么？合成氨工業(yè)應(yīng)選擇什么條件?(2）從DDT的廣泛使用到被禁止使用，人們更新?lián)Q代農(nóng)藥說明了什么?(3）光合作用原理是什么？如何使大氣中的二氧化碳含量保持恒定？師把班級學生分為三組,查找、討論上述三個問題。教師巡視、點撥、答疑.師下面請同學們交流上述三個問題。師(1)氨的合成用氫氣和氮氣,根據(jù)平衡原理和反應(yīng)速率確定反應(yīng)條件為高溫、高壓、催化劑。(2)生產(chǎn)農(nóng)藥要考慮高效、低殘留且能被降解，無副作用。（3）光合作用的反應(yīng)在葉綠體上發(fā)生，減少工業(yè)排放二氧化碳。課堂小結(jié)有關(guān)化學合成新物質(zhì)的實驗方法、化學反應(yīng)所遵循的規(guī)律等知識,我們在必修課程已初步學習,在選修課程中我們將進一步學習和研究。20世紀來，各種合成技術(shù)相繼發(fā)明，使人類正在走向豐衣足食、健康長壽、環(huán)境美好的新境界。師請同學們閱讀91頁“拓寬視野”:阿司匹林與青霉素的合成。布置作業(yè)作業(yè)P922板書設(shè)計問題1：如何將天然纖維制成化學纖維？問題2：分析人類分離和合成物質(zhì)種類數(shù)據(jù)變化，你有怎樣的認識?問題3：在糧食增產(chǎn)上科學家們提出了哪些不同的解決方案？問題4：(1)工業(yè)上合成氨的反應(yīng)原理是什么？合成氨工業(yè)選擇什么樣的條件?（2）從DDT的廣泛使用到被禁止使用，人們更新?lián)Q代農(nóng)藥說明了什么?(3）光合作用原理是什么?如何使大氣中的二氧化碳含量保持恒定?活動與探究易拉罐的成分探究易拉罐由于具有重量輕，便于儲存、攜帶和使用方便，密閉性好，不透光，耐腐蝕，能保鮮、保味、保質(zhì)，加工性能優(yōu)良,不易破碎便于運輸，能回收重熔，無廢棄公害等特點，成為啤酒、果汁等飲料包裝材料而風靡全球。已知硬鋁的成分為:Cu4％、Mg0。5%、Mn0。5%、Si0.7%；工業(yè)上常用鋁成分為：Cu20％、Mg5％、Mn2％、Si3％、Fe7％、Cr1%、Zn2。5％，其他元素2%。儀器、藥品:易拉罐，酒