2023-2024学年高二下学期化学人教版（2019）选择性必修2 物质结构与性质模块教学的思考课件

物质结构与性质模块教学的思考 孙波 素养 1 宏观辨识与微观探析 能从不同层次认识物质的多样性，并对物质进行分类；能从元素和原子、分子水平认识物质的组成、结构、性质和变化，形成“结构决定性质”的观念。能从宏观和微观相结合的视角分析与解决实际问题 素养 2 变化观念与平衡思想 能认识物质是运动和变化的，知道化学变化需要一定的条件，并遵循一定规律 素养 3 证据推理与模型认知 具有证据意识，能基于证据对物质组成、结构及其变化提出可能的假设，通过分析推理加以证实或证伪；建立观点、结论和证据之间 的逻辑关系。知道可以通过分析、推理等方法认识研究对象的本质特 征、构成要素及其相互关系，建立认知模型，并能运用模型解释化学现象，揭示现象的本质和规律。 素养 4 科学探究与创新意识 认识科学探究是进行科学解释和发现、创造和应用的科学实践活动；能发现和提出有探究价值的问题；能从问题和假设出发，依据探究目的，设计探究方案，运用化学实验、调查等方法进行实验探究 一、基于课标素养要求： 基态与激发态的区别，定态， 1. 1 物质结构理论不断发展与推动借助于现代化仪器 结构化学是化学科学中一门重要的基础学科，是一门直接应用多种近代实验手段测定分子静态、动态性能的实验科学。近代测定物质结构的实验物理方法的建立，对于结构化学的发展起了决定性的推动作用。 1. 2 物质结构独特的研究范式是理论与实验相互拟合、互为佐证 1. 3 物质结构研究的核心话题是作用与能量 1. 4 物质结构理论重要的功能是解释与预测 二、基于课程本身特点： “物质结构与性质”研究的对象是微观物质世界，具有理论性较强、概念较为抽象等特点 三、基于教与学的主体： 费曼原则：将复杂抽象深奥的知识简单的输出 费曼学习法的核心，是把复杂的知识简单化，以教代学，让输出倒逼输入。它对输出思维极其推崇，认为输出就是最强大的学习力，能不卡壳复述学习内容，才是学全；它对简化思维格外重视，强调找出问题的要害，把复杂的知识简单化，认为把高深的知识用平实的话说出来，才是学透。 “大师说的都是家常话” 继续深入讨论原子的结构如何决定元素的性质 继续深入认识分子的结构与性质 如何考察晶体的结构、初步认识晶体的结构与性质的关系 引言 其中突出了“进阶” 四、基于教材的特点 ： 一、关注“必修→《物质结构与性质》”的进阶 二、关注“《物质结构与性质》”与其他模块的融合 三、关注“知识向能力与素养的转化条件” 物质结构与性质模块教学的思考 一、关注“必修→物质结构与性质”的进阶 (1)同周期主族元素原子的电子层数相同，从左到右原子半径逐渐减小，原子核对外层电子的吸引作用逐渐增强。因此,同一周期主族元素从左到右，元素原子失去电子的能力越来越弱，获得电子的能力越来越强。 (2)同主族元素原子的价电子数相同，但自上而下原子半径逐渐增大，原子核对外层电子的吸引作用逐渐减弱。因此,自上而下，金属元素原子失去电子的能力越来越强，非金属元素原子获得电子的能力越来越弱。 元素原子得失电子的能力 同周期元素和同主族元素原子结构递变的综合结果是： 位于元素周期表中金属元素与非金属元素分界线周围元素的原子获得或失去电子的能力都不强。 高一知识 定性判断 能否定量判断？ 8 作用对象与能量视角 元素的气态原子失去电子的能力主要与原子的基态电子层结构的稳定性有关 当电离能用于描述物质中不同原子吸引电子的能力，物质中原子的电荷分布的情况是会有较大的偏差。 电负性标度是为了量度原子对成键电子吸引能力的相对大小。 通过作图分析可以发现，原子半径第一电离能和电负性都随原子序数的递增，表现周期性的变化，他们的变化趋势表现出一定程度的相关性。 电负性随金属活动性顺序的变化规律性更强，电负性是与物质宏观性质表现关联性更强的参数。 化合物的热稳定性一般是指该化合物在一定的温度下分解或转化成其他物质的难易程度，在热力学中，可以用反应的自由能变△G的大小进行判断 反应能力与物质的稳定性是两个不同的概念。物质的反应能力是动力学的概念,反应物产物的稳定性表明了反应进行的趋势,与反应能力之间没有必然的联系,许多条件下，物质的稳定性强，反应能力比较弱, 二、关注“物质结构与性质”与其他模块的融合 由于物质发生变化，可以分为两类，第一类是物质不与其他物质反应，经自身发生变化这一类反应的难易程度。完全由该物质本身的性质决定，第二类是物质与其他物质发生反应而导致其变化。这一类变化不仅与该物质本身的稳定性有关，还与参加反应的其他物质的性质相关，仅物质本身的性质决定的稳定性成为该物质的热稳定性，由物质本身的性质与和与之反应的物质的性质所决定的稳定性成为非热稳定性，在熵变化不大的情况下，焓驱动 用物质的溶解性的影响因素解释 碘水溶液 向碘水溶液中加入CCl4后 I2 + I- I3- 1.分子的极性 3.形成氢键 4.发生化学反应 2.分子结构的相似性 物质在水中的溶解性的影响因素 14 高考直通车 （2021·广东卷）汞解毒剂的水溶性好，有利于体内重金属元素汞的解毒。化合物I与化合物Ⅲ相比，水溶性较好的是_______。 化合物III 能不能说出理由 三、关注“知识向能力与素养的转化条件” 物质的聚集状态 20世纪前，人们认为分子是所有化学物质能够保持其性质的最小粒子。 回顾：物质的聚集状态有哪些？它们之间怎么转化呢？ 物质的三态变化只是分子间距离发生了变化。 三、关注“知识向能力与素养的转化条件” 物质聚集状态的多样性 气态物质 液态物质 固态物质 晶体 非晶体 等离子体 （特殊的气体） 离子液体 液晶 构成微粒 分子、 阴阳离子、原子、 电子 微粒间距和作用力 准晶体，是一种介于晶体和非晶体之间的固体。准晶体具有与晶体相似的长程有序的原子排列，但是准晶体不具备晶体的平移对称性。 混合型晶体，有一些晶体，晶体内可能同时存在着若干种不同的作用力，具有若干种晶体的结构和性质，这类晶体称为混合型晶体。石墨晶体就是一种典型的混合型晶体。 介于分子晶体、共价晶体、离子晶体或金属晶体等四种典型晶体之间的过渡状态的晶体。事实上，纯粹的典型晶体是不多的，大多数晶体是它们之间的过渡晶体。 混合型晶体 （1）石墨晶体是层状结构 (2）层内的碳原子核间距为142pm，层间距离为335pm，说明层间没有化学键相连，是靠范德华力维系的→各层之间容易滑动，所以石墨质软 (4)由于相邻碳原子平面之间相隔较远，电子不能从一个平面跳跃到另一个平面→石墨的导电性只能沿石墨平面方向 (3)有一个未参与杂化的2p电子,所有的p轨道相互平行而且相互重叠（即形成π键）,使p轨道的电子可在整个碳原子平面中运动→石墨有类似金属晶体的导电性 ①金属的电导由电子运动引起，石墨、SN 一维导体、导电有机聚合物也是Π电子导体 ②半导体的电导与电子或空穴的运动有关。 ③离子导体则有别于导体和半导体，它的电荷载流子既不是电子，也不是空穴，离子导体是依靠离子定向移动来导电的导体，包括电解质水溶液、有机电解质溶液、熔融盐和固态电解质；离子有阳离子和带负电荷的阴离子之分，相应地也就有阳离子导体和阴离子导体之别 四种类型导体 锂电池的离子导体 Li1-xCoO2(x<1) 当下已知的固态电解质有数百种，一般按照传导离子的类型来分类。传导离子大都是质量较轻，体积较小的离子，例如Ag+、Cu2+、Li+、O2-、F-等。银离子导体有AgX、Ag2S、RbAg4I5等，铜离子导体有CuI、Cu2HgI4和Cu2Se。碱金属离子导体主要是锂离子导体和钠离子导体。大多数氧离子导体以第四族副族的金属或四价稀有金属的氧化物(为主，掺杂一些价数较低金属的氧化物才有实用价值，如测定氧的分压 ④普鲁士蓝，基于Fe2+和Fe3+之间快速的电子转移而导电 嵌入、脱嵌 《物质结构与性质》的教学功能思考 1、费曼原则：复杂抽象深奥的知识能简单输出 2、学能所用，生产生活中能用，能解决历史遗留问题（必修1、2中无法解释的，起到点睛之笔——做好进阶） 3、整合教材内容构建知识主线，梳理逻辑关系，基于知识的本源性，寻求知识的生长点，培养系统性思维 我们得一直走在学习的大路上，用更简单通俗的手段让知识的传授过程更愉快更高效 因为我们一直走在学习的大路上， 在输入“负熵流”，所以我们还年青。 人教版（2019）选择性必修2 感谢教研员给我这样一次变年青的机会。 （选必2 P89） 氢分子能量与核间距的关系 无机化学第三版 宋天佑 P187 无机化学第三版 宋天佑 P229 NaCl的势能曲线 我们在教学时，可能很多老师在纠结一个具体的物质属于哪种晶体，其实我们更应该关注这些晶体或作用力的相通性，关注他们的具体应用。 我们来看下化学中几种典型的作用力：宋天佑主编的无机化学关于共价键和离子键的描述部分有这样两幅图，老师们不难发现他们是很相似的。 酸、碱的认识 朴素酸碱理论 酸碱电离理论 酸碱溶剂理论 酸碱质子理论 酸碱电子理论 酸+碱→酸碱配合物 H++:OH-→H←OH 酸碱理论 酸碱强弱的衡量标准 定量描述 酸碱电离理论 在溶剂中电离出H+或OH-的能力强弱 电离常数Ka或Kb 酸碱质子理论 给出H+或接受H+的能力 酸碱电子理论 给出孤电子对或接受孤电子对的能力 关注结构的角度解释性质、关注影响因素的多角度，关注解释的适用范围 强调能量视角 羟基极性越大→羟基越易断键→羧基越易电离出氢离子→羧酸酸性越强。 一 C 一 O 一 H O CH3 一 C 一 O O CH3 + H + 乙酸（CH3COOH） δ+ － 键的极性对物质酸性的影响 羧酸 pKa 丙酸(C2H5COOH) 4.88 乙酸(CH3COOH) 4.76 甲酸(HCOOH) 3.75 酸性增强 酸性：从上至下依次增强 结构：与羧基相连的烃基（R一） 越来越短 原因：烷基是推电子基团 X→A→B→C→...... R →C→O→H O 烷基是推电子基团，烷基越长推电子效应越大，使羧基中的羟基的极性越小，羧酸的酸性越弱。 羧酸 pKa 乙酸(CH3COOH) 4.76 氯乙酸(CH2ClCOOH) 2.86 三氯乙酸(CCl3COOH) 0.65 三氟乙酸(CF3COOH) 0.23 结论 1： 与羧基相连的烃基越长， 羧基中羟基极性越小， 酸性越弱。 酸性：氯乙酸强于乙酸 结构：Cl 取代了与羧基相连的碳上的 H Cl的电负性大,Cl是吸电子基团，羟基极性增大，酸性增强。 原因：氯元素电负性较大，Cl是吸电子基团 Cl CH2 C O H O Q5：比较CF3COOH、CCl3COOH的酸性，并分析原因 F、Cl是吸电子基团，且F的电负性大于Cl的电负性，F—C的极性大于Cl—C的极性，F3C一的极性大于Cl3C一的极性，导致三氟乙酸的羧基中的羟基的极性更大，更易电离出氢离子。 吸电子基团： 电负性大于H,电负性越大吸电子效应越强。 Y←A←B←C←...... $$