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1、物质结构与性质教学问题 再认识内容要求： 1.可围绕物质结构与性质教学中存在的各 种教学问题展开，2.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。一、开设物质结构与性质模块的目的 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 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; 2.研究物质构成的奥秘; 3.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。模块的内容及标准与以往课程相比发生了 很大的变化,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 能、原子
2、的堆积方式等在新课标或教材中出现 。一.开设物质结构与性质模块的目的 在此过程中需要解决3 个问题: 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, 三是这条合成线路的产率有多大。 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。因此,首先要知道该新物质的结构。 研究结构的理论就是结构化学。该模块将为学生在研究微观物质时，提供思 想及方法导引，为学生打下研究微观物质初步基 础，也可以说是现代化学乃至现代自然科学的共 同基础。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辨证唯 物主义思想与科学思维方法，重在使学生初步建 立起与现代化学以至现
3、代科学相适应的微观物质 研究的科学思想。二、物质结构的层次和核心概念 1.物质结构的四个层次 （1）原子结构层次 （2）分子结构层次 （3）晶体结构层次 （4）超分子层次 2.物质结构与性质模块的核心概念 （1）原子结构：原子轨道 电子排布 元素周期系 原子参数 （2）分子结构：价键轨道 立体构型 杂化 键参数 （3）晶体结构：晶胞 原子堆积 晶体分类 晶格能 （4）超分子层次：分子间作用 离子键和配位键 配合物 山东科技版高中化学选修教材物质结 构与性质模块,要求学生应当形成的认识 主要两个层面：即结构层面和性质层面的认 识，这两个层面之间的密切关系是结构决定 性质，性质反映结构。 教材对于
4、这两部分内容的编排划分为3部 分，各部分自成体系，又和其他两部分紧密 相关。 第一章“原子结构”； 第二章“微粒间的相互作用”； 第三章“物质的聚集状态与物质性质”。原子结构的量子力学模型第一节 原子结构模型元素性质(电离 能、电负性)核外电子排布 与元素周期表第三节 原子 结构与元素性质第二节 原子结 构与元素周期表第一章 原子结构最外层电子数=主族序数 核外电子层数=周期序数最外层电子数 及电子层数同周期 失电子能力，得电子能力 同主族 失电子能力，得电子能力对事物初步认识元素性质原子结构的 玻尔模型元素在周期 表中的位置化学2（必修）四个量子数原子结构的 量子力学模型价电子排布 鲍林能级
5、图元素在周期 表中的位置电离能、电负性元素性质本章内容反映事物本质模型改进定性到定量现象到本质本章的内容与化学2（必修）的关系概念发展第一章从氢原子光谱入手，揭示了氢原 子结构的秘密，提出量子化思想，再从复杂 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 和科学思想！令人叹为观止！20世纪人类最伟大的学 术思想，现广泛应用各门 学科，成为现代自然科学 的基础！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 子结构的秘密。 氢原子光谱是线状光谱,证明了在原子世界中物理 量的变化是不连续的、量子化的。每一条谱线标志一 定的能量,这些能量就验证了
6、量子数n 的正确性。 电子跃迁遵循角量子数差为1规则 , 实际上就表明l 量子数的存在。在外磁场下同一条线可以分裂成多条 谱线,多条谱线的分裂是由于m 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 裂,而更细致的分裂是由于自旋量子数ms造成的。 原子在一定状态下的四个量子数n、l、m、ms 是客 观存在的,不是虚有的,也不是捉摸不定的,本身就是客 观存在的量,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, 就相当于衡量跑步一样,我跑百米的时间是25 秒左右, 年轻人是14 秒或15 秒,运动健将是10 秒左右。 用某个状态函数来表述原子、分子中
7、单个电子 的运动状态就称为原子轨道。这种运动状态的物理 量-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 也表征着它本身具有的物理量,如能量、角动量等。 在氢原子当中, 4 个量子数是: 1. n(主量子数)-氢原子中电子的能量 2.l (角量子数)-总角动量及电子轨道形状 3.m(磁量子数)-总角动量在磁场上的分量 4.ms (自旋量子数) -自旋的角动量 除了自旋量子数ms 以外,其他量子数首先都是从 解氢原子状态方程获得的.这些量子数后来都被实验 一一所证实,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 运动,则它的运动跟宏观物
8、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、连 续不断的。比如人跑步不可能一下子就能跑到每秒 10 米,是一点一点加速起来的。 在原子和分子中电子就不一样,运动从一种状态 进入到另外一种状态,物理量的变化是不连续的。就 像人下台阶似的,从这个台阶下到第二个台阶,中间 是停不住的。这种运动称为是量子化的。 人们把原子和分子中这种不连续变化的物理量 的最小单位叫做量子。 在原子和分子的物理世界中, 与一般宏观世界 不同之处就是运动的变化是不连续的、量子化的。 量子化是原子、分子等微观世界的本质特征之一。 有了“量子数”就能让学生科学的认识能级 和原子轨道概念。 同一能层的电子，能量可能
9、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 的阶级一样。 核外电子的运动状态遵循能量最低原理，核 外电子按能级排布，能量相近的原子轨道归为一 个能级组。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 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周期形成的实质。 1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s5p5d5fK L MNO6s7pPQ6p6d7s1H 1s1 2He 1s23Li 1s22s1 4Be 1s22s2 5B 1s22s22p1能 级 s p d f 电子数 2 6 10 14能 层 K L M N O
10、 P Q 能级数 1 2 3 4 5 6 7能级顺序原子结构层次 原子结构包括核外电子结构和元素周期系两个层次 。 核外电子结构指基态原子的电子组态，在中学称为电子 排布，有两个层次：电子排布式和电子排布图（或叫轨 道表示式）。强调基态原子是因为原子处于激发态电子 排布就有无限多的可能性。 提出原子线状光谱有助于建立基态原子的概念，也 可懂得什么叫激发态。 为得到电子组态，首先要确立能层和能级的概念。 要理解基态原子的核外电子排布，就必须建立原子 轨道和自旋的概念，以及核外电子排布三原理。最后是 原子结构与周期系的关系以及原子参数。 第一章“原子结构”要求学生能够初步自觉地采取量子 力学的认识
11、方式，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，而是有一 定规律可循的。标志单电子的运动状态的物理量能量 、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 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。 对于元素性质的理解，要求学生由宏观到微观、从定 性到定量认识元素的化合价、电离能、电负性、等的变化 规律。 要求学生从更高的视角重新建立和理解原子结构、元 素周期表和元素性质三者的关系，能
12、用“位、构、性”三者 的关系解释、解决相关问题。 教材从量子力学模型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 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 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 中要注意纠偏。 教材集中讨论了将电子得失能力定量化 的两个标度电离能和电负性等，进一步推出 ： 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。化学键影响结构与性质微粒间的 相互作用强相互作用弱相互作用共价键离子键金属键配位键范德华力和氢键第一节 共价键模型 第二节 共价键与分子 的立体构型 第三节 离子键、
13、配 位键与金属键第四节 分子间作用 力与物质性质第二章 化学键与分子间作用力微 粒 间 的 相 互 作 用化学2(必修）本模块选修教材范德华力、氢键及 其对性质的影响经典共价 键概念离子键的 初步概念必修化学 中有关化 学键的教 学内容离子键的实质与特征共价键理论、分 子构型与性质金属键的实质与金属性质选修模 块中有 关化学 键的教 学内容配位键的形成本章的内容与化学2（必修）的关系 分子结构层次 狭义的分子是指有限原子以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 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。 在中学化学中只讨论狭义分
14、子。所有狭义分子都是以共价 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 才有离子键和金属键。 分子结构人教版的尝试是：共价键-VSEPR-杂化-配合物- 分子间力-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。VSEPR是无需分子的结构式 为基础的。 第二章化学键与分子间作用力内容包括 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。 有关化学键的内容，共价键的问题讨论较多 ，既指出了共价键的分类、各种键参数，又对形 成分子的构型进行了充分的讨论。 而分子间相互作用是一类弱相互作用，存在 于分子之间。从必修到选修，从定性到定 量，将分子稳定性用键能数据定 量化。1、共价键的形成（以H2为例分析） 当R RR0 过程中，两 个H原子从远处彼此接近，电子在两 核间出现机会较多，即电子密度较大 ，E降低； 当RR0 时，能量出现最低 值-436，原子间的吸引和排斥力达到 平衡，使H2达到稳定状态； 现代价键理论 共价键是由不同原子的电
