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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,个 人 简 历 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。 1982年春，毕业于四川师范大学化学系，留校任教。 1986.71987.7，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。 1990.81991.1，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。 1997.91998.8，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,
2、IR谱,NMR谱的量子化学计算。 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。,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。 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。 1997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
3、，2003年获校级优秀课堂教学奖。,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。 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。 2008.8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。,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
4、编） （“苏版”）,1.前言,物质结构与性质（选修3） 基本板块 （1） 原子结构 （2） 分子结构 （3） 晶体结构 （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,（2）下面结论中不正确的是 ( A) s轨道和s轨道可生成键 (B) s轨道和s轨道可生成键 (C) p轨道和p轨道可生成键 (D) p轨道和p轨道可生成键 但新教材苏版中却有这样一个结论：“s轨道
5、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,O3分子中键的极性和分子的极性 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”。 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
6、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，这是一个,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Caussian Program，在B3LYP/STO3G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14 15基本吻合，表1给出了计算结果及
7、文献值。,Gaussian Program: B3LYP/STO-3G (量子化学计算） 键长：O1-O2 1.2644 O1-O3 1.2644 键角：O2O1O3 117.9 电荷：O1: 0.231; O2: -0.116; O3: -0.116 偶极矩：0.6147 文献值：（北师大等主编，无机化学上册 P.99； 下册 P.492 ) 键长：127.8 键角：116.8 偶极矩：0.54,1.下列分子或离子中，只有极性键的是 (A) (B) N2O 即,(C) CH2CHCHCH2 (D) CH3CH2CH2CH3,2. 下列分子或离子中，只有非极性键的是 (A) (B)白磷（P4）
8、,(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 CH3CH2OH (B) CH3CH2CH2OH (C) CH3C CCH3 (D) CH3CH = CH2,4.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,3. 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
9、) 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）。,CsCl和CaF2都属于离子晶体，但从晶体结构的角度来看，两者存在着很多差异,在下面描述这些差异性的论断中，不正确的是： (A) 这两种晶体的晶格型式不相同； (B) 在这两种晶体中，正负离子的配位数之比不相同； (C) 在这两种晶体中，负离子的堆积方式不相同； (D) 在这两种晶体中，每个晶胞中所含的离子数不相同。,（3-1）立方ZnS属于何种晶体？ （3-2）干冰属于何种晶格型式？,（3-3） NaCl, CsCl, CaF2,立方ZnS中的负离子， 各采取什么堆积型式？,（3-4） NaC
10、l, 金属铜，CaF2, CO2(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，是一种混合晶体。”,（4）何谓金属键？金属键有什么特性？它与离域键有何不同？ （徐光宪，王祥云，物质结构第二版 P.650） 例题： 在下列作用力中，不具有“无方向性、无饱和性”特征的是 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？,（4）键能和键焓,周公度，结构化学基础; 傅献彩，物理化学（上册）； 北师
11、大等，无机化学（上册）； 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， 反应体系 AB(g) = A(g) + B(g) 焓的改变量。所以在101.3kPa和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。 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：,4.1 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
12、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。同理，我们把分子中单电子的波函数称为分子轨道。,4.2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。,和
13、 对 r 作图,和 对 r 作图,等密度面,电子云界面图,4.3关于Moeller记忆图,苏版：“原子核外电子排布的轨道能量顺序。” 国外教材：Moeller记忆图 国内教材：构造原理图,原子轨道能量与原子序数的关系图,K（19号）：,Ni（28号）：,4.4晶体结构,4.4.1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,2.4.2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,（1）几个重要概念 晶体类型（种类），晶系，晶格型
14、式，密堆积方式 （类型） 晶体类型：金属晶体、离子晶体、原子晶体、分子 晶体、氢键型晶体、混合键型晶体，- 晶系：（7大晶系）立方、六方、四方、三方、正 交 、 单斜、三斜 晶格型式： （14种）面心立方、体心立方、简单立 方、- 密堆积方式：立方最密堆积、六方最密堆积、立方 密堆积、简单立方堆积、-,（3-1）立方ZnS属于何种晶体？ （3-2）干冰属于何种晶格型式？,（3-3） NaCl, CsCl, CaF2,立方ZnS中的负离子， 各采取什么堆积型式？,（,（3-4） NaCl, 金属铜，CaF2, CO2(s)，各属什 么晶格型式？, S2-和Zn2+的离子半径分别182pm和83p
15、m, 在立方 ZnS 中,SZn的最短距离为235pm。,密堆积和晶格型式间的关系,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。” 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。” 郭用猷：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,*注:晶体结构基础知识 1）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。 2）七大晶系 ： 立方，六方，四方，三方，正交，单斜，三斜。（轴对称性） 3）十四种晶格型式：（点阵型式，布拉威格子，正当单位，正当晶胞） 立方晶系 ：简单立方（P)，体心立方(I)，面心立方 (F) 六方晶系 ：六方(H),四方晶系： 简单四方，体心四方 三方晶系： 三方(R) 正交晶系： 简单，体心，面心，底心(C) 单斜晶系： 简单，底心 三斜晶系： 简单 4)堆积方式：（就金属单质或某一组分而言） 立方最密堆积
