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1、对高中化学新教材、教学中几个热点问题的讨论廖显威四川师范大学化学与材料科学学院1o个人简历o廖显威（1947.3-），男，重庆荣昌人，四川师范大学化学与材料科学学院教授，硕士生导师，长期从事理论化学和化学教育的研究工作。o1982年春，毕业于四川师范大学化学系，留校任教。o1986.71987.7，作为访问学者在加拿大McMaster大学从事结构无机化学的科研工作，专攻Mossbauer谱。o1990.81991.1，作为访问学者在德国Jena大学从事IR光谱X-射线衍谱的科研工作。o1997.91998.8，作为访问学者在四川大学从事理论化学的科研工作，主要进行有机物UV谱IR谱NMR谱的量
2、子化学计算。o长期以来，承担本科生、研究生的物理化学、结构化学、普通化学原理、量子力学、量子化学、专业英语、化学与社会、化学奥赛讲座等专业课程的教学工作。2o已出版的著作有化学，1986-1996国际化学奥林匹克竞赛试题详解，竞赛化学教程等。o在化学学报、无机化学学报、光谱学与光谱分析，化学物理学报、发光学报、原子与分子物理学报、波谱学杂志、化学研究与应用、四川大学学报、化学教育、四川师范大学学报、中学化学等学术刊物上发表科研论文百余篇。o1997年获四川省政府颁发的教学成果二等奖，1998年和2011年获得中国化学会奥赛培训优秀教师奖，1999年荣获曾宪梓基金优秀教师三等奖，2003年获校级
3、优秀课堂教学奖。3o近二十年来，一直在四川省各国家级、省市级重点中学举办化学奥赛讲座，深受广大中学师生欢迎。o曾任四川师范大学化学系副系主任、系主任、四川师范大学化学与生命科学学院院长。曾任四川省化学化学和化工学会教育专业委员会主任，化学竞赛委员会副主任等职。曾长期担任四川省高考化学（及理科综合）阅卷工作的骨干教师和指导委员。o2008.8退休，现为四川师范大学校级督导，四川省化学化工学会常务理事、化学竞赛委员会委员。4o物质结构与性质（选修3）（1）人民教育出版社（吴国庆主编）（“京版”）（2）山东科技技术出版社（陈光巨主编）（“鲁版”）（3）江苏教育出版社（王祖浩主编）（“苏版”）1.前言
4、o物质结构与性质（选修3）o基本板块o（1）原子结构o（2）分子结构o（3）晶体结构o（4）配合物结构2.原子与分子结构（1）对电子云小黒点图的正确理解是：(A)小黒点代表电子(B)小黒点代表电子留下的痕迹(C)离核越近的地方，电子出现的几率越大(D)在两个面积相等的区域内，小黒点密度越大，电子出现的几率越大几率密度和几率这两个重要概念o（2）下面结论中不正确的是o(A)s轨道和s轨道可生成键o(B)s轨道和s轨道可生成键o(C)p轨道和p轨道可生成键o(D)p轨道和p轨道可生成键o但新教材苏版中却有这样一个结论：“s轨道与s轨道重叠形成的共价键无方向性。”此结论欠妥，甚至不能被接受，它会给广
5、大中学师生带来一些错误的认识，好象有的共价键有方向性，而有的共价键无方向性。（3）关于键的极性和分子（或离子）的极性oO3分子中键的极性和分子的极性o在新教材京版中有这样一段话：“分子的极性是分子中化学键极性的向量和。只含非极性键的一分子一定是非极性分子；含极性键的分子有没有极性，必须依据分子中极性键的极性的向量和是否等于零而定”。o这个结论基本是正确的。但部分中学教师对这段话不太理解，甚至认为有问题，所举反例即为O3分子。O3分子是极性分子，这点上没有争论，关键是O3中的OOO键是非极性键还是极性键？相当一部分中学教师认为O3中的OO键是非极性键，理由是相同两个原子之间成的键一定是非极性键，
6、这是一个o错误的观点。只有同核双原子分子中，两个相同原子之间的键才是非极性键，如H2中的HH共价键，O2中的O=O共价键等。但涉及多原子分子时，两个相同原子之间成的键是否有极性，则需考查它们的化学环境是否相同。O3分子为角形，中间O原子与两端O原子所处的化学环境显然不同，故三个O原子周围电荷的分布一定不相等，故两个OO键都是极性键，不可能是非极性键。我们采用量子化学的CaussianProgram，在B3LYPSTO3G水平上对O3进行计算，结果与我们预测的结果相同，与文献值1415基本吻合，表1给出了计算结果及文献值。oGaussianProgram:B3LYPSTO-3G(量子化学计算）o
7、键长：O1-O21.2644O1-O31.2644o键角：O2O1O3117.9o电荷：O1:0.231O2:-0.116O3:-0.116o偶极矩：0.6147o文献值：（北师大等主编，无机化学上册P.99；o下册P.492)o键长：127.8键角：116.8偶极矩：0.541.下列分子或离子中，只有极性键的是(A)(B)N2O即(C)CH2CHCHCH2(D)CH3CH2CH2CH32.下列分子或离子中，只有非极性键的是(A)(B)白磷（P4）(C)即NNN-(D)3.下列分子或离子中，既有极性键又有非极性键的是(A)CH3CH2OH(B)CH3CH2CH2OH(C)CH3CCCH3(D)
8、CH3CH=CH24.下列分子或离子中，只有极性键的是(A)过氧化氢HOOH(B)(C)O3即(D)O2即o3.晶体结构1.立方ZnS和NaCl这两种物质，从化学性质上看有很大的区别，但从晶体结构的角度来看，两者却有很多共同之处。在下面对其共同之处的描述中，不正确的是：(A)这两种晶体都属于立方晶系；(B)这两种晶体都属于二元离子晶体；(C)这两种晶体都属于面心立方晶格型式；(D)在这两种晶体中，带负电荷的微粒的堆积方式都属于立方最密堆积（或称面心立方堆积，或称铜型堆积）。2.CsCl和CaF2都属于离子晶体，但从晶体结结构的角度来看，两者存在着很多差异在下面描述这这些差异性的论论断中，不正确
9、的是：(A)这这两种晶体的晶格型式不相同；(B)在这这两种晶体中，正负负离子的配位数之比不相同；(C)在这这两种晶体中，负负离子的堆积积方式不相同；(D)在这这两种晶体中，每个晶胞中所含的离子数不相同。o（3-1）立方ZnS属于何种晶体？o（3-2）干冰属于何种晶格型式？（3-3）NaClCsClCaF2立方ZnS中的负离子，各采取什么堆积型式？（3-4）NaCl金属铜，CaF2CO2(s)，各属什么晶格型式？S2-和Zn2+的离子半径分别182pm和83pm在立方ZnS中SZn的最短距离为235pm。在京版中有这样一段话，值得商榷：“石墨晶体中，既有共价键，又有金属键，还有范德华力，是一种混
10、合晶体。”o（4）何谓金属键？金属键有什么特性？它与离域键有何不同？o（徐光宪，王祥云，物质结构第二版P.650）o例题：在下列作用力中，不具有“无方向性、无饱和性”特征的是oo金属键离子键分子间力离域键（4）由下表数据，能得出“键强于键”的结论吗？共价键键能KJmol-1OO142OO497.3NN193NN418NN946CO351CO745（4）键能和键焓o周公度，结构化学基础傅献彩，物理化学（上册）；o北师大等，无机化学（上册）；o按热化学观点，双原子分子A-B键的键能是指在101.3kPa和298K时，o反应体系ooAB(g)=A(g)+B(g)o焓的改变量。所以在101.3kPa和
11、298K时，双原子分子的解离能就是它的键能。可直接从热化学测量中得到。o对于多原子分子，键的解离能并不能代表键能。而键焓是键的解离能的平均值。考虑到实用性，一般表中给出的键能数据实质上是键焓的键焓，只是由于不的已姑且叫它键能。4.几个值得探讨的问题：o4.1什么叫原子轨道？“苏版”：“这里所说的原子轨道与宏观物质的运动轨迹不同，它是指量子力学描述电子在原子核外空间运动的主要区域。”“京版”：“常把电子出现的概率约为90%的空间圈出来。人们把这种电子云轮廓图称为原子轨道。”多电子体系多电子原子和多原子分子轨道近似方法(或称单电子近似和电子独立运动模型)此时，我们把原子中单电子的波函数称为原子轨道
12、。同理，我们把分子中单电子的波函数称为分子轨道。o4.2关于用小黑点表示的电子云图苏版：“用小黑点代表电子在核外空间区域内出现的机会，小黑点的疏密与电子在该区域内出现的机会大小成正比。”几率密度与几率几率密度几率小黑点密度大的地方（单位体积）表示电子在那里出现的几率密度大，稀则表示几率密度小。在电子云图取两个面积相等的区域A和B来观察，则小黑点密度大的区域内电子出现的几率大。径向几率3srD(r)1sao和对r作图和对r作图等密度面电子云界面图o4.3关于Moeller记忆图o苏版：“原子核外电子排布的轨道能量顺序。”o国外教材：Moeller记忆图o国内教材：构造原理图o原子轨道能量与原子序
13、数的关系图K（19号）：Ni（28号）：o4.4晶体结构o4.4.1密堆积中空隙种类苏版：立方堆积（：简单立方堆积）（密置层）这种排列形成了两类空隙。空隙种类：三角形空隙，四面体空隙，八面体空隙，立方体空隙等等。非密置层密置层o2.4.2关于等径圆球堆积方式的概念立方ZnS晶胞简单立方晶胞非密置层5.晶体结构问题o（1）几个重要概念o晶体类型（种类），晶系，晶格型式，密堆积方式o（类型）o晶体类型：金属晶体、离子晶体、原子晶体、分子o晶体、氢键型晶体、混合键型晶体，-o晶系：（7大晶系）立方、六方、四方、三方、正o交、单斜、三斜o晶格型式：（14种）面心立方、体心立方、简单立o方、-o密堆积方
14、式：立方最密堆积、六方最密堆积、立方o密堆积、简单立方堆积、-o（3-1）立方ZnS属于何种晶体？o（3-2）干冰属于何种晶格型式？（3-3）NaClCsClCaF2立方ZnS中的负离子，各采取什么堆积型式？（3-4）NaCl金属铜，CaF2CO2(s)，各属什么晶格型式？S2-和Zn2+的离子半径分别182pm和83pm在立方ZnS中SZn的最短距离为235pm。o密堆积和晶格型式间的关系o鲁版：“在称为干冰的二氧化碳分子晶体中，作为线型分子的二氧化碳在空间是以A1型密堆积方式形成晶体。”o潘道皑等：“形成了以分子的中心作立方密堆积排列；同时，CO2分子的轴平行于立方体体对角线。”o郭用猷：
15、等同点及其应用。CO2晶胞金刚石晶胞NaCl晶胞CaF2晶胞，CsCl晶胞CO2晶胞金刚石晶胞冰的氢键结构氧氢o注:晶体结构基础知识o1）晶胞：组成晶体的最小，最基本单位；（一定）是平行六面体；平移（或堆积）成晶体。o2）七大晶系：立方，六方，四方，三方，正交，单斜，三斜。（轴对称性）o3）十四种晶格型式：（点阵型式，布拉威格子，正当单位，正当晶胞）o立方晶系：简单立方（P)，体心立方(I)，面心立方(F)o六方晶系：六方(H)四方晶系：简单四方，体心四方o三方晶系：三方(R)o正交晶系：简单，体心，面心，底心(C)o单斜晶系：简单，底心o三斜晶系：简单o4)堆积方式：（就金属单质或某一组分而
16、言）o立方最密堆积（A1型):抽面心立方晶胞o六方最密堆积（A3型)：抽六方晶胞o立方密堆积（A2型)：抽体心立方晶胞o金刚石型堆积（A4型)：抽面心立方晶胞o简单立方堆积：抽简单立方晶胞o其它：MnGaHgSbBi6.进一步探讨的问题：o6.1共价键的特点方向性和饱和性苏版：“s轨道和s轨道重叠形成的共价键无方向。”o）什么叫轨道？波函数表达式o）spd波函图像（“”号的意思）zxy+zxy+-zxy+-+o6.2石墨型晶体的类型（名称）苏版京版：石墨“混合晶体”（潘，郭）：混合键型晶体（唐）：混合型晶体o京版：石墨晶体中，既有共价键，又有金属键，还有范德华力，-是一种混合晶体。o无机化学上册，（宋天佑等）o“在金属晶体中，自由电子汇集成电子的海洋，失去电
