化學教案－探索分子構建的奧秘
第三章 探索分子構建的奧秘
一、 指導思想
探索形形色色，千變萬化的物質世界的內部規律，這是學生化學認知過程的一個必要趨勢。知道了金屬、非金屬、酸、堿、鹽，為什么它們有各自的特性呢？認識了鹵素單質及其有關化合物，為什么它們既有相似的性質，又有一定的差異性呢？引導學生去探究物質、物質分子構建的奧秘，挺進到一個新的層面上去認識物質世界，不管是在知識、智能、情意方面，還是在技能、實踐能力、創新精神方面都符合學生發展的規律。
本章學習中必須從微觀的角度去認識物質的結構。從宏觀到微觀，這是人類科學研究的一個飛躍。這是一個從宏觀物質的基本直觀性到看不見、摸不著的微觀世界的轉變。讓學生經受從宏觀到微觀，從形象到抽象，從直接感知到想象感悟，直至從普通語言到化學符號的一系列認知活動的轉變，從而可以充分發揮出本章知識教育的智力價值，以求得學生在感知、注意、想象、思維等方面有更全面的發展。
本章所涉及的物質結構理論對學生而言是一個新的情境；而對學生創新精神、創造能力的培養也必須有一個新的情境。作為一名教師，只要牢牢把握住學生為主體，充分讓學生去探究的宗旨，在原子趨向穩定的可能途徑，原子間的作用，形形色色的晶體的學習中，完全可以引導學生進行猜測聯想，讓思維插上創新創造的翅膀。同時在聯系物質、材料等有關調查觀察中，在證明化學鍵理論的金屬鈉與氯氣反應、氫氣與氯氣反應的實驗設計中，又不乏實踐能力的培養。在物質結構的判斷和有關化學用語的表達、模型的搭建和電子式的認識中，又有許多基本技能的訓練。若是在教材的基礎上稍作延伸，在豐富多彩的材料世界、化學鍵與能量的關系、物質的結構與性質的關系等專題上，讓學生去發現問題，通過各種途徑去解決問題，自然就成為研究性學習的小課題了。
二、 教育目標
⑴從了解物質硬度的不同而延伸到物質的結構差異，并了解化學鍵、離子鍵、共價鍵、金屬鍵、離子化合物、共價化合物等概念及形成的初步知識。理解氯化鈉、固體二氧化碳、二氧化硅及銅、鐵的物質結構差異。知道離子晶體、原子晶體、分子晶體及金屬晶體及它們的典型性質，知道分子間作用力，認識電子式。
⑵在物質硬度差異的應用和生活中所用的材料等的觀察分析中，在物質為什么具有不同硬度，原子間的相互作用，原子趨向穩定的途徑等的質疑討論中，在離子鍵、共價鍵的形成，二氧化碳和二氧化硅的性質差別等的探索討論中，在有關離子化合物、共價化合物的形成的演繹討論中，在金屬具有有關特性的探究討論中，在化學鍵類型、晶體類型的歸納對比討論中，培養學生的觀察、分析、演繹、推理、對比、歸納等能力，培養學生發現問題、提出問題和解決問題的能力，培養和提高學生的各種類型的思維品質和思維能力。
⑶感受人與自然、人與科學的息息相關，學生存、學生活，感受辯證唯物主義的有關基本觀點和科學研究的成就，學負責、學創新，感受優秀科學家的品質，學道德、學關心，在微觀世界的有關問題討論研究中，學合作、學科學方法科學精神。使學生在情感領域有所收獲、有所發展。
⑷學會從觀察和進行實驗比較物質的硬度，從有關原子結構判斷原子趨向穩定的途徑和典型化學鍵的形成，以及觀察電子式、有關結構模型等技能。
⑸在鈉與氯氣、氫氣與氯氣反應的實驗的設計完成中，培養宏觀現象與微觀本質進行聯系的實踐和思維能力。在材料聯系生活的觀察調查中，提高實踐能力。可以就生活中的材料、化學鍵與能量、晶體的結構與性質等作小課題進行延伸性的研究。
三、 重點與難點
⑴重點：
物質硬度差異的應用，離子鍵、共價鍵，離子晶體、原子晶體和金屬晶體。
對于物質硬度差異的應用，發動學生進行深入討論，集思廣益，見多便能識廣。
離子鍵、共價鍵的概念則要進行剖析討論，經思辨才深刻。
四類晶體則讓學生自己去整理、歸納、對比它們在構成、作用、性質上的有關差異，乃至作一些示意圖、作一些比喻，處處聯系物質實際是不難鞏固的。
⑵難點：
化學鍵，化學鍵的形成，金屬鍵，原子晶體與分子晶體的區別，金屬晶體，電子式。
化學鍵的概念內涵深刻，外延豐富，創設問題情境讓學生去討論。
化學鍵的形成的關鍵是其作用的本質，讓學生由表及里進行分析，要產生思維碰撞的火花，產生矛盾，揭示矛盾，得到統一，才能使學生內悟。所以切忌老師講述到“完美”。
金屬鍵與離子鍵、共價鍵相比，難在動態的自由電子，可結合金屬的特性來讓學生了解。
原子晶體和分子晶體中的不同作用，必須搞清楚是結構微粒之間的作用，不要把結構微粒內外的作用混淆一體，選取二氧化碳與二氧化硅作對比，部分也出于這一因素。初學時不宜把晶體內部的所有作用力作詳細討論。
在電子式的學習討論中，注意區分好離子化合物和共價化合物的區別，區分陰、陽離子的書寫的區別，把握形成共用電子對數目的判斷方法，把握成鍵前后電子數保持不變的原則，把重點放在正誤的判斷上。
三、課時安排
第一節 金剛石是最硬的物質嗎？ 1課時
第二節 原子是怎樣構建成分子大廈的？ 2課時
第三節 形形色色的晶體 2課時
第一節 金剛石是最硬的物質嗎？
教學目標
了解物質硬度的表示方法和物質硬度差異的主要原因。
理解形形色色的物質是如何形成的？
理解化學鍵的概念和化學鍵的種類
教學重點
物質硬度差異的主要原因，化學鍵的概念。
教學難點
化學鍵的概念
一、常見物質的硬度
奧地利物理學家摩斯把10種常見的礦物按硬度由小到大分為10級。
①滑石②石膏③方解石④氟石⑤磷灰石⑥正長石⑦石英⑧黃玉⑨金剛砂⑩金剛石
問題：金剛石和石墨是同素異形體，為什么硬度差異這樣大？
金剛石和石墨一樣，都是由碳組成的，之所以硬度差異縣殊，是因為它們的原子結構完全不同。通過X光，可以看到，在金剛石晶體中，碳原子排列成空間的四面體型的結構，它的每一個方都有相同的硬度。而石墨中的碳原子排列成一片片平面的六邊形結構，片與片的結合力微弱，所以石墨很容易裂成薄片。由于地球上天然金剛石很稀少，從本世紀50年代開始，很多國家都在進行通過一定條件把石墨轉化為金剛石的嘗試，在攝氏1800度的高溫和7萬個大氣壓的條件下，人們終于將石墨變成了人造金剛石。今天，隨著現代科技和現代工業的發展，金鍘石已從單純的工藝原料，變為重要的工業材料。目前，金剛石年產量(包括天然和人造)已達1億克拉(20噸)以上。
如何鑒別鉆石的真假
鉆石由于價格昂貴及稀有，使得有些不法商人利用假貨來獲利，有沒有迅速準確的方法將鉆石與形形色色的假鉆石區分開呢?方法是有的，而且不止一種。
在敘述這些區分的方法之前，我們將鉆石及其代用品的性質列一個表，以便看出它們之間在什么地方有區別:
總起來看，鉆石與它的所有代用品(或冒充品)之間，最大的區別有兩點，一是硬度，二是導熱性。因此，可以根據這兩種差別制造出儀器，用來迅速、準確地區別鉆石和所有的代用品
鉆石測定儀
導熱性指物質對于熱的傳導能力，凡導熱性強的物質，都能迅速傳送熱量，例如人們熟知的金屑銅、鋁等。當人們用手摸銅、鋁時，由于它們會將人手上的熱迅速傳開，因此感到這些金屬是“冰涼的”。又例如木材，它的導熱性很弱，因此人手摸上去是溫熱的。
導熱性的強弱，可以用數字來表示，數字越大的導熱性越強，例如，銅的相對導熱性為0.927，鋁為0.485。由表可以看出鉆石的導熱性非常強，竟然超過了銅和鋁，相對導熱性高達1.6—4.8。而鉆石的那些代用品呢，導熱性都比鉆石弱得多。由表可看出，大多數代用品的導熱性都低于 0.01，即比鉆石底100倍以上，像玻璃，它的導熱性最差，競比鉆石低1000多倍。藍寶石雖然導熱性較高，可比鉆石也要低10多倍甚至幾十倍。
這樣，如果制造出一種儀器，能夠迅速測出寶石的導熱性，那區分真鉆石與假鉆石真是易如反掌了。這種儀器已經有了，它的英文名稱叫做“Diamond Master”，中文可以譯成 “鉆石測定儀”。 下圖是鉆石測定儀的照片。它的形狀像一個電表，外聯一根電線，電線前端像一支鋼筆，鋼筆頂端是“探頭”。使用時打開開關接通電源(一般用9v電池)，將探頭與被測的寶石接觸(寶石事先須擦干凈，不能有油膩污垢)，這時儀器上的指針就開始轉動，當轉動的偏角很大，超過儀器上標定的區域時，被測寶石就是真鉆石，如果指針的偏轉角很小，達不到標定的區域，那被測寶石就是假鉆石。
最簡單的鉆石測定儀，只能顯示出被測寶石是真鉆石還是假鉆石；構造復雜一些的鉆石測定儀，還可以估計出假鉆石是什么，例如是立方氧化佬，或者是YAG等。由于制造廠家的不同，這種儀器有各種改進，例如取消了電線與指針，探頭裝在儀器突出的一個短管上，用不同顏色的發光二級管顯示測定結果，綠燈亮時表示真鉆石，紅燈亮時則為假鉆石等。
鉆石測定儀的體積很小，和一包香煙差不多，可以方便地放入衣裝中。
標準硬度計 使用鉆石測定儀區分真假鉆石，當然很理想，可是這種儀器價格比較昂貴，我們可以用另一種也是行之有效的方法，那就是測試寶石的硬度。 我們知道，鉆石是世界上最硬的物質，它的硬度是摩氏硬度10，用鉆石可以劃傷任何物質，可任何物質都不可能劃傷鉆石。根據這個原理，人們制造出了一種“標準硬度計” ，這是一個大小為65×55×23mhl的方盒，打開盒蓋后，里面鑲有4個標準硬度片，它們都經過精密研磨，表面光潔如鏡。4片標準硬度片的摩氏硬度分別為6、7、8、9。
標準硬度計用于測定寶石的硬度。將要測定的寶石(已琢磨好的成品或未琢磨的原石皆可)找一尖棱部位，輕輕刻劃硬度6的標準片，然后用放大鏡觀察，如果標準片毫無傷痕，表示寶石的硬度低于6，不必再測。如果標準片表面有擦不掉的細線狀傷痕，表示寶石硬度高于6，應繼續刻劃7的標準片，如劃不動(無傷痕)，表示寶石硬度在6—7之間(包 括7)。如能劃傷，則繼續刻劃硬度8的標準片。如此下去，可將所有寶石的硬度分成五類，即：硬度低于6；硬度在6—7 之間(包括7)；硬度在7—8之間(包括8)；硬度在8—9之 間(包括9)；硬度高于9。
用標準硬度計測定鉆石真假極為方便，只要用寶石輕輕刻劃硬度為9的標準片，如能劃出傷痕，就是真鉆石，如劃不動，就是假鉆石。
刻劃硬度時，首先應將標準片表面擦拭干凈。刻劃時是否劃傷了，手感是不同的，劃不動時有“打滑”的感覺。
標準硬度計的構造簡單，價格也比較低廉。
二、原子間的相互作用
討論：原子是如何結合成分子的呢？
化學鍵的概念：分子或晶體中直接相鄰的原子之間的主要的強烈相互作用稱為化學鍵。
化學鍵的分類：根據形成化學鍵的形成方式，可以分為離子鍵、共價鍵、金屬鍵。
練習：
1. 證明金剛石和石墨都是由碳元素組成的方法是（ ）
A. 觀察外表 B. 測定密度C. 在純氧中燃燒，檢驗燃燒產物 D. 測量硬度
2. 石墨與金剛石的物理性質有很大差異的原因是（ ）
A. 顏色不同 B. 內部碳原子排列不同C. 物質組成不同 D. 化學性質不同
3. 下列物質中硬度最大的是（ ）
A. 玻璃 B. 巖石 C. 石墨 D. 金剛石
4. 金剛石和石墨在氧氣里燃燒，它們的生成物是（ ）
A. 分別是一氧化碳和二氧化碳 B. 都是一氧化碳
C. 都是二氧化碳 D. 分別是二氧化碳和水
5.化學鍵是一種作用力，它存在于
A.分子或晶體中的原子間B構成物質的所有微粒
C分子或晶體中相鄰的原子之間D分子間
6. 1985年科學家發現了一種組成為 的物質，下列說法正確的是（ ）
A. 它的1個分子中含有60個原子 B. 它是一種新型化合物
C. 它是一種共價化合物 D. 它是一種單質
7. 金剛石可以裝在鉆探機的鉆頭上，是由于____________。石墨可做鉛筆芯是由于____________；可做潤滑劑，是由于____________；可做電極，是由于____________。活性炭可作防毒面具的濾毒劑，是由于____________。