新课标高考化学结构和物性自学好.pptx
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1、物质结构与性质教学问题再认识内容要求:内容要求:1.1.可围绕可围绕物质结构与性质物质结构与性质教学中存在的各教学中存在的各种教学问题展开,种教学问题展开,2.2.提出课堂教学中的一些真提出课堂教学中的一些真实问题,并提供若干可供参考的解决策略。实问题,并提供若干可供参考的解决策略。一、开设一、开设物质结构与性质物质结构与性质模块的目的模块的目的二、物质结构的层次和核心概念二、物质结构的层次和核心概念三、可供激活学生认知结构的几张图片三、可供激活学生认知结构的几张图片四、分子空间结构的推测四、分子空间结构的推测 福建建阳一中 李益平 2012.8.191.了解人类探索物质结构的意义和基本方法了
2、解人类探索物质结构的意义和基本方法;2.研究物质构成的奥秘研究物质构成的奥秘;3.认识物质结构与性质之间的关系认识物质结构与性质之间的关系;4.提高分析问题和解决问题的能力。提高分析问题和解决问题的能力。模块的内容及标准与以往课程相比发生了模块的内容及标准与以往课程相比发生了很大的变化很大的变化,一些结构化学的学科核心概念如一些结构化学的学科核心概念如:4 个量子数、原子轨道、电离能、电负性、晶格个量子数、原子轨道、电离能、电负性、晶格能、原子的堆积方式等在新课标或教材中出现。能、原子的堆积方式等在新课标或教材中出现。一一.开设开设物质结构与性质物质结构与性质模块的目的模块的目的 在此过程中需
3、要解决在此过程中需要解决3 个问题个问题:一是新物质的性能和结构一是新物质的性能和结构,二是如何选择一条最优的合成路线二是如何选择一条最优的合成路线,三是这条合成线路的产率有多大。三是这条合成线路的产率有多大。化学的主要任务之一是:化学的主要任务之一是:发现和制造各种具有特定性质的新物质。发现和制造各种具有特定性质的新物质。因此因此,首先要知道该新物质的结构。首先要知道该新物质的结构。研究结构的理论就是研究结构的理论就是结构化学结构化学。该模块将为学生在该模块将为学生在研究微观物质时,提供思研究微观物质时,提供思想及方法导引想及方法导引,为学生打下研究微观物质初步基,为学生打下研究微观物质初步
4、基础,也可以说是现代化学乃至现代自然科学的共础,也可以说是现代化学乃至现代自然科学的共同基础。同基础。该模块的目标不仅只是让学生掌握几个有关该模块的目标不仅只是让学生掌握几个有关结构化学的知识点,关键重在培养学生的结构化学的知识点,关键重在培养学生的辨证唯辨证唯物主义思想与科学思维方法物主义思想与科学思维方法,重在使学生初步建,重在使学生初步建立起与现代化学以至现代科学相适应的立起与现代化学以至现代科学相适应的微观物质微观物质研究的科学思想。研究的科学思想。二、物质结构的层次和核心概念二、物质结构的层次和核心概念1.1.物质结构的四个层次物质结构的四个层次 (1 1)原子结构层次)原子结构层次
5、 (2 2)分子结构层次)分子结构层次 (3 3)晶体结构层次)晶体结构层次 (4 4)超分子层次超分子层次 2.2.物质结构与性质物质结构与性质模块的核心概念模块的核心概念(1 1)原子结构:)原子结构:原子轨道原子轨道 电子排布电子排布 元素周期系元素周期系 原子参数原子参数(2 2)分子结构:)分子结构:价键轨道价键轨道 立体构型立体构型 杂化杂化 键参数键参数 (3 3)晶体结构:)晶体结构:晶胞晶胞 原子堆积原子堆积 晶体分类晶体分类 晶格能晶格能(4 4)超分子层次:)超分子层次:分子间作用分子间作用 离子键和配位键离子键和配位键 配合物配合物 山东科技版高中化学选修教材山东科技版
6、高中化学选修教材物质结物质结构与性质构与性质模块模块,要求学生应当形成的认识要求学生应当形成的认识主要两个层面:即主要两个层面:即结构层面和性质层面结构层面和性质层面的认的认识,这两个层面之间的密切关系是识,这两个层面之间的密切关系是结构决定结构决定性质,性质反映结构性质,性质反映结构。教材对于这两部分内容的编排划分为教材对于这两部分内容的编排划分为3 3部部分,各部分自成体系,又和其他两部分紧密分,各部分自成体系,又和其他两部分紧密相关。相关。第一章第一章“原子结构原子结构”;第二章第二章“微粒间的相互作用微粒间的相互作用”;第三章第三章“物质的聚集状态与物质性质物质的聚集状态与物质性质”。
7、原子结构的量子力学模型原子结构的量子力学模型第一节第一节 原子结构模型原子结构模型元素性质元素性质(电离电离能、电负性能、电负性)核外电子排布核外电子排布与元素周期表与元素周期表第三节第三节 原子原子结构与元素性质结构与元素性质第二节第二节 原子结原子结构与元素周期表构与元素周期表第一章第一章 原子结构原子结构最外层电子数最外层电子数=主族序数主族序数核外电子层数核外电子层数=周期序数周期序数最最外外层层电电子子数数及电子层数及电子层数同周期同周期 失电子能力失电子能力,得电子能力,得电子能力同主族同主族 失电子能力失电子能力,得电子能力,得电子能力对事物初步认识对事物初步认识元素性质元素性质
8、原原子子结结构构的的玻尔模型玻尔模型元元素素在在周周期期表中的位置表中的位置化学化学2 2(必修)(必修)四个量子数四个量子数原子结构的原子结构的量子力学模型量子力学模型价电子排布价电子排布鲍林能级图鲍林能级图元元素素在在周周期期表中的位置表中的位置电离能、电负性电离能、电负性元素性质元素性质本章内容本章内容反映事物本质反映事物本质模模型型改改进进定定性性到到定定量量现现象象到到本本质质本章的内容与本章的内容与化学化学2 2(必修)(必修)的关系的关系概概念念发发展展 第一章从氢第一章从氢原子光谱原子光谱入手,揭示了氢原入手,揭示了氢原子结构的秘密,提出子结构的秘密,提出量子化量子化思想,再从
9、复杂思想,再从复杂光谱入手,揭示多电子原子的原子结构。展光谱入手,揭示多电子原子的原子结构。展现了原子结构发现过程中科学家杰出的成就现了原子结构发现过程中科学家杰出的成就和科学思想!令人叹为观止!和科学思想!令人叹为观止!2020世世纪纪人人类类最最伟伟大大的的学学术术思思想想,现现广广泛泛应应用用各各门门学学科科,成成为为现现代代自自然然科科学学的基础!的基础!从现象到本质,由光谱入手,分析从现象到本质,由光谱入手,分析氢原子光谱是线状光谱的原因,揭示原氢原子光谱是线状光谱的原因,揭示原子结构的秘密。子结构的秘密。氢原子光谱是氢原子光谱是线状光谱线状光谱,证明了在原子世界中物理证明了在原子世
10、界中物理量的变化是量的变化是不连续的不连续的、量子化的量子化的。每一条谱线标志一。每一条谱线标志一定的能量定的能量,这些能量就验证了量子数这些能量就验证了量子数n 的正确性。的正确性。电子跃迁遵循角量子数差为电子跃迁遵循角量子数差为1规则规则,实际上就表明实际上就表明l 量子数的存在量子数的存在。在外磁场下同一条线可以分裂成多条在外磁场下同一条线可以分裂成多条谱线谱线,多条谱线的分裂是由于多条谱线的分裂是由于m 量子数的存在而造成的。量子数的存在而造成的。在用非常精细的高级光谱仪还可以看到更细致的分在用非常精细的高级光谱仪还可以看到更细致的分裂裂,而更细致的分裂是由于自旋量子数而更细致的分裂是
11、由于自旋量子数ms造成的。造成的。原子在一定状态下的四个量子数原子在一定状态下的四个量子数n、l、m、ms 是客是客观存在的观存在的,不是虚有的不是虚有的,也不是捉摸不定的也不是捉摸不定的,本身就是客本身就是客观存在的量观存在的量,是被光谱实验证实了的。是被光谱实验证实了的。人们用量子数描述原子中电子的运动状态是自然的人们用量子数描述原子中电子的运动状态是自然的,就相当于衡量跑步一样就相当于衡量跑步一样,我跑百米的时间是我跑百米的时间是25 秒左右秒左右,年轻人是年轻人是14 秒或秒或15 秒秒,运动健将是运动健将是10 秒左右。秒左右。用某个状态函数来表述原子、分子中单个电子用某个状态函数来
12、表述原子、分子中单个电子的运动状态就称为的运动状态就称为原子轨道原子轨道。这种运动状态的物理。这种运动状态的物理量量-能量、角动量用量子数来标志的。能量、角动量用量子数来标志的。这种运动状态表示了粒子的真实存在,实际上这种运动状态表示了粒子的真实存在,实际上也表征着它本身具有的物理量也表征着它本身具有的物理量,如能量、角动量等。如能量、角动量等。在氢原子当中在氢原子当中,4 个量子数是个量子数是:1.n(主量子数主量子数)-氢原子中电子的能量氢原子中电子的能量2.l(角量子数角量子数)-总角动量及电子轨道形状总角动量及电子轨道形状3.m(磁量子数磁量子数)-总角动量在磁场上的分量总角动量在磁场
13、上的分量4.ms(自旋量子数自旋量子数)-自旋的角动量自旋的角动量 除了自旋量子数除了自旋量子数ms 以外以外,其他量子数首先都是从其他量子数首先都是从解氢原子解氢原子状态方程获得状态方程获得的的.这些量子数后来这些量子数后来都被实验都被实验一一所证实一一所证实,这些实验包括原子吸收、发射光谱等。这些实验包括原子吸收、发射光谱等。用能量、角动量等来标志原子、分子中电子的用能量、角动量等来标志原子、分子中电子的运动运动,则它的运动跟宏观物体运动必然不同。则它的运动跟宏观物体运动必然不同。宏观物体运动的物理量变化是一点一点的、宏观物体运动的物理量变化是一点一点的、连连续不断的续不断的。比如人跑步不
14、可能一下子就能跑到每秒。比如人跑步不可能一下子就能跑到每秒10 10 米米,是一点一点加速起来的。是一点一点加速起来的。在原子和分子中电子就不一样在原子和分子中电子就不一样,运动从一种状态运动从一种状态进入到另外一种状态进入到另外一种状态,物理量的变化是不连续的。就物理量的变化是不连续的。就像人下台阶似的像人下台阶似的,从这个台阶下到第二个台阶从这个台阶下到第二个台阶,中间中间是停不住的。这种运动称为是是停不住的。这种运动称为是量子化量子化的。的。人们把原子和分子中这种人们把原子和分子中这种不连续变化的物理量不连续变化的物理量的最小单位的最小单位叫做叫做量子量子。在原子和分子的物理世界中在原子
15、和分子的物理世界中,与一般宏观世界与一般宏观世界不同之处就是运动的变化是不同之处就是运动的变化是不连续的、量子化的不连续的、量子化的。量子化是原子、分子等微观世界的本质特征之一。量子化是原子、分子等微观世界的本质特征之一。有了有了“量子数量子数”就能让学生科学的认识就能让学生科学的认识能级能级和原子轨道和原子轨道概念。概念。同一能层的电子,能量可能不同,还可以把同一能层的电子,能量可能不同,还可以把它们分成能级。就好比能层是楼层,能级是楼梯它们分成能级。就好比能层是楼层,能级是楼梯的阶级一样。的阶级一样。核外电子的运动状态遵循能量最低原理,核核外电子的运动状态遵循能量最低原理,核外电子按能级排
16、布,外电子按能级排布,能量相近的原子轨道归为一能量相近的原子轨道归为一个能级组个能级组。元素周期表的周期的划分是按能级组。元素周期表的周期的划分是按能级组划分的。确定了能级概念,才能体现元素周期表划分的。确定了能级概念,才能体现元素周期表的周期的划分与核外电子排布的内在关系。否则,的周期的划分与核外电子排布的内在关系。否则,学生难以理解元素周期表中学生难以理解元素周期表中周期形成的实质周期形成的实质。1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s5p5d5fK L MNO6s7pPQ6p6d7s1H 1s1 2He 1s23Li 1s22s1 4Be 1s22s2 5B 1s22s22p1能能
17、级级 s p d f 电子数电子数 2 6 10 14能能 层层 K L M N O P Q 能级数能级数 1 2 3 4 5 6 7能级顺序能级顺序原子结构层次原子结构层次 原子结构包括原子结构包括核外电子结构核外电子结构和和元素周期系元素周期系两个层次。两个层次。核外电子结构指核外电子结构指基态原子基态原子的的电子组态电子组态,在中学称为,在中学称为电子电子排布排布,有两个层次:,有两个层次:电子排布式电子排布式和和电子排布图(或叫轨电子排布图(或叫轨道表示式)道表示式)。强调。强调基态原子基态原子是因为原子处于激发态电子是因为原子处于激发态电子排布就有无限多的可能性。排布就有无限多的可能
18、性。提出原子提出原子线状线状光谱光谱有助于建立基态原子的概念,也有助于建立基态原子的概念,也可懂得什么叫激发态。可懂得什么叫激发态。为得到电子组态,首先要确立为得到电子组态,首先要确立能层能层和和能级能级的概念。的概念。要理解基态原子的核外电子要理解基态原子的核外电子排布,就必须建立排布,就必须建立原子原子轨道轨道和和自旋自旋的概念,以及核外电子排布的概念,以及核外电子排布三原理三原理。最后是。最后是原子结构与原子结构与周期系周期系的关系以及的关系以及原子参数原子参数。第一章第一章“原子结构原子结构”要求学生要求学生能够初步自觉地能够初步自觉地采取量采取量子力学的认识方式子力学的认识方式,去修
19、正以往确立的有形轨道、圆周运,去修正以往确立的有形轨道、圆周运动等模式,并意识到电子的运动不是完全无序的,而是有动等模式,并意识到电子的运动不是完全无序的,而是有一定规律可循的。一定规律可循的。标志单电子的运动状态的物理量标志单电子的运动状态的物理量能能量、角动量是用量子数来标志的。这些量子数中,除了自量、角动量是用量子数来标志的。这些量子数中,除了自旋量子数外,都是从量子力学的方程解出来的,但是后来旋量子数外,都是从量子力学的方程解出来的,但是后来都被实验一一证实。都被实验一一证实。要让学生体会到元素周期表不是事实的罗列,而是原要让学生体会到元素周期表不是事实的罗列,而是原子结构内在规律的外
20、在表现。因此通过建立原子轨道模型,子结构内在规律的外在表现。因此通过建立原子轨道模型,有利于学生对元素周期表、元素周期律的再认识。有利于学生对元素周期表、元素周期律的再认识。对于元素性质的理解,对于元素性质的理解,要求学生要求学生由宏观到微观、从由宏观到微观、从定定性到定量性到定量认识元素的化合价、电离能、电负性、等的变化认识元素的化合价、电离能、电负性、等的变化规律。规律。要求学生从更高的视角重新建立和理解要求学生从更高的视角重新建立和理解原子结构、元原子结构、元素周期表和元素性质三者的关系,能用素周期表和元素性质三者的关系,能用“位、构、性位、构、性”三三者的关系者的关系解释、解决解释、解
21、决相关问题。相关问题。教材教材从量子力学模型从量子力学模型引导学生认识原子内引导学生认识原子内部的结构,分析原子结构、原子核外电子排部的结构,分析原子结构、原子核外电子排布规律和元素周期表的内在联系。布规律和元素周期表的内在联系。学生经常把单质的性质误认为是元素的性学生经常把单质的性质误认为是元素的性质,还有些学生将原子结构、元素在周期表质,还有些学生将原子结构、元素在周期表中的位置误认为是对元素性质的描述。教学中的位置误认为是对元素性质的描述。教学中要注意纠偏。中要注意纠偏。教材集中讨论了将电子得失能力定量化教材集中讨论了将电子得失能力定量化的两个标度的两个标度电离能和电负性电离能和电负性等
22、,进一步推出:等,进一步推出:元素性质的周期性变化是原子核外电子元素性质的周期性变化是原子核外电子排布的周期性变化导致的。排布的周期性变化导致的。化学键化学键影响影响结结构构与与性性质质微微粒粒间间的的相互作用相互作用强相互作用强相互作用弱相互作用弱相互作用共价键共价键离子键离子键金属键金属键配位键配位键范德华力和氢键范德华力和氢键第一节第一节 共价键模型共价键模型第二节第二节 共价键与分子共价键与分子的立体构型的立体构型 第三节第三节 离子键、配离子键、配位键与金属键位键与金属键第四节第四节 分子间作用分子间作用力与物质性质力与物质性质第二章第二章 化学键与分子间作用力化学键与分子间作用力微
23、微 粒粒 间间 的的 相相 互互 作作 用用化学化学2(2(必修)必修)本模块选修教材本模块选修教材范范德德华华力力、氢氢键键及及其对性质的影响其对性质的影响经经典典共共价价键概念键概念离离子子键键的的初步概念初步概念必修化学必修化学中有关化中有关化学键的教学键的教学内容学内容离子键的实质与特征离子键的实质与特征共共价价键键理理论论、分分子构型与性质子构型与性质金属键的实质与金属性质金属键的实质与金属性质选选修修模模块块中中有有关关化化学学键键的的教教学内容学内容配位键的形成配位键的形成本章的内容与本章的内容与化学化学2 2(必修)(必修)的关系的关系 分子结构层次分子结构层次 狭义的分子是指
24、有限原子以狭义的分子是指有限原子以共价键结合形成的原子集合共价键结合形成的原子集合。广义的分子是指物质结构的一个层次。在常温下,除稀有气体广义的分子是指物质结构的一个层次。在常温下,除稀有气体原子外,其他原子都以相互结合的方式存在,这就是广义分子原子外,其他原子都以相互结合的方式存在,这就是广义分子的层次。的层次。在中学化学中只讨论狭义分子。在中学化学中只讨论狭义分子。所有狭义分子都是以共价所有狭义分子都是以共价键结合的分子。键结合的分子。离子键和金属键都被纳入到晶体里了,因为只有在晶体里离子键和金属键都被纳入到晶体里了,因为只有在晶体里才有离子键和金属键。才有离子键和金属键。分子结构分子结构
25、人教版的尝试是:人教版的尝试是:共价键共价键-VSEPR-VSEPR-杂化杂化-配合物配合物-分子间力分子间力-氢键。杂化的基础是分子的立体结构,不知道分子氢键。杂化的基础是分子的立体结构,不知道分子的立体结构就无法确定杂化类型。的立体结构就无法确定杂化类型。VSEPRVSEPR是无需分子的结构式是无需分子的结构式为基础的。为基础的。第二章第二章化学键与分子间作用力化学键与分子间作用力内容包括内容包括共价键模型;共价键与分子的立体构型;离子键、共价键模型;共价键与分子的立体构型;离子键、配位键、金属键;分子间作用力与物质性质。配位键、金属键;分子间作用力与物质性质。有关有关化学键化学键的内容,
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