“同素異形現(xiàn)象”教學(xué)設(shè)計(jì)

文章編號:1005-6629(2010)10-0036-02 中圖分類號:G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B

1教材分析

同素異形現(xiàn)象是構(gòu)成物質(zhì)多樣性的主要形式之一。蘇教版必修Ⅱ增加了“同素異形現(xiàn)象”的內(nèi)容，有助于學(xué)生認(rèn)識物質(zhì)多樣性的本質(zhì)原因，關(guān)注社會(huì)環(huán)境問題和科技發(fā)展。《學(xué)科教學(xué)指導(dǎo)意見》對本課教學(xué)內(nèi)容的基本要求是: (1)從微觀結(jié)構(gòu)了解物質(zhì)形態(tài)的多樣性; (2)以碳、氧的同素異形體為例認(rèn)識同素異形現(xiàn)象。

通過必修Ⅰ及周期表的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)積累了一些關(guān)于物質(zhì)多樣性與微觀結(jié)構(gòu)的感性認(rèn)識，但對性質(zhì)與結(jié)構(gòu)的關(guān)系認(rèn)識不夠深刻，通過本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，學(xué)生能初步形成“物質(zhì)多樣性和微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)”的認(rèn)識，進(jìn)一步加深對結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的理解。本節(jié)學(xué)習(xí)的微觀結(jié)構(gòu)知識既是化學(xué)鍵及結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)等知識的初步應(yīng)用，也可為后面“不同的晶體類型”和選修模塊“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

2學(xué)情分析

初中《科學(xué)》教材中未涉及碳及其單質(zhì)的性質(zhì)，但多數(shù)學(xué)生在生活中對金剛石和石墨都有過接觸，對兩者的物理性質(zhì)也積累了一些感性認(rèn)識，絕大多數(shù)學(xué)生都知道金剛石和石墨是碳的兩種單質(zhì)，但是學(xué)生不知道他們的性質(zhì)特點(diǎn)及性質(zhì)差異的原因。學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過化學(xué)鍵的基礎(chǔ)知識，并具備了通過模型簡單分析金剛石和石墨結(jié)構(gòu)差異的能力，但是學(xué)生沒有學(xué)過立體幾何，空間想象能力較差，對了解金剛石和石墨的微觀結(jié)構(gòu)存在一定困難。

3教學(xué)目標(biāo)

3.1知識與技能

(1)了解金剛石和石墨的微觀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

(2)理解同素異形現(xiàn)象的概念。

(3)了解同素異形現(xiàn)象與物質(zhì)多樣性的關(guān)系。

3.2過程與方法

(1)通過金剛石和石墨的對比，認(rèn)識兩者的差異以及造成差異的原因。

(2)通過紅磷轉(zhuǎn)化為白磷的實(shí)驗(yàn)，加深對同素異形現(xiàn)象的直觀認(rèn)識。

3.3 情感、態(tài)度、價(jià)值觀

(1)通過化學(xué)史介紹，了解科學(xué)發(fā)展的歷程。

(2)通過對富勒烯、臭氧層的介紹，了解相關(guān)科學(xué)的發(fā)展和環(huán)境問題。

4重點(diǎn)、難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn):以金剛石和石墨為例認(rèn)識由于微觀結(jié)構(gòu)的不同而導(dǎo)致的同素異形現(xiàn)象，形成同素異形現(xiàn)象的概念。

教學(xué)難點(diǎn):金剛石、石墨的微觀結(jié)構(gòu)并運(yùn)用結(jié)構(gòu)解釋現(xiàn)象;金剛石和石墨的相互轉(zhuǎn)化問題。

5教學(xué)過程

環(huán)節(jié)一:通過對金剛石和石墨的學(xué)習(xí)，學(xué)生自主建構(gòu)同素異形現(xiàn)象的概念。

[引入]為什么一百多種的元素能形成數(shù)千萬種不同的物質(zhì)?

(設(shè)計(jì)意圖:設(shè)疑，激起學(xué)生的好奇心，引出本節(jié)課的課題)

[師]引導(dǎo)學(xué)生回顧金剛石和石墨的物理性質(zhì)。共同討論:金剛石和石墨在物理性質(zhì)上的差異。

[生]通過討論得出結(jié)論:金剛石和石墨物理性質(zhì)差異大。

[板書]金剛石石墨

物理性質(zhì)差異大

[師]介紹有關(guān)化學(xué)史:

很久以前人們就已經(jīng)在自然界中發(fā)現(xiàn)了金剛石和石墨，也在一直使用，但一直不知道它們的成分。

(1)1772年拉瓦錫證明金剛石可燃，生成CO2，進(jìn)一步測定后確定金剛石是由碳組成的單質(zhì)。

(2)1779年舍勒證明石墨可燃，也生成CO2，進(jìn)一步測定后確定石墨是由碳組成的單質(zhì)。

[板書]金剛石石墨

都由碳元素組成的單質(zhì)

化學(xué)性質(zhì)相似

[提問]金剛石光彩奪目，價(jià)值連城;石墨灰不溜秋，普普通通。當(dāng)發(fā)現(xiàn)它們都由碳組成的事實(shí)后，當(dāng)時(shí)的人們立刻開始了一項(xiàng)新的研究，你能猜得到他們研究的問題嗎?

[生]“點(diǎn)石成金”

[師]繼續(xù)介紹化學(xué)史。

(3)1799年法國科學(xué)家摩爾沃將一顆金剛石轉(zhuǎn)變?yōu)槭?/p>

(4)1955年美國科學(xué)家霍爾在1650 ℃，95000個(gè)大氣壓下用石墨合成了金剛石。

目前人們已能大規(guī)模人工合成金剛石。

[播放視頻]人工合成金剛石

[板書] 金剛石石墨

能相互轉(zhuǎn)化

[討論]:金剛石和石墨之間的轉(zhuǎn)化是物理變化還是化學(xué)變化?

學(xué)生討論后得出的結(jié)論:

(1)物理性質(zhì)差異大，確定金剛石和石墨是不同的物質(zhì)。

(2)同種元素組成的金剛石和石墨是不同的物質(zhì)。

[過渡]金剛石和石墨的物理性質(zhì)為何有如此大的差異?我們首先來了解它們的微觀結(jié)構(gòu)。

[展示]金剛石和石墨的微觀結(jié)構(gòu)模型

[討論] (1)簡述金剛石和石墨中碳原子的連接方式。(2)從微觀結(jié)構(gòu)分析金剛石和石墨在硬度和導(dǎo)電性上的差異。

[生]歸納:物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)決定其性質(zhì)。

[師提問]金剛石和石墨的這些現(xiàn)象，化學(xué)上將其歸為同素異形現(xiàn)象。現(xiàn)在請同學(xué)們根據(jù)自己的理解給同素異形現(xiàn)象下一個(gè)定義。

[生]討論得出:同素異形現(xiàn)象的概念

[板書]同素異形現(xiàn)象:同種元素形成的幾種不同單質(zhì)的現(xiàn)象。

[過渡]科學(xué)家在研究過程中繼續(xù)發(fā)現(xiàn)碳還有其他的同素異形體。

[師]介紹富勒烯(C60和碳納米管)的微觀結(jié)構(gòu)

討論:C60和碳納米管在碳原子成鍵上的共同特點(diǎn)，并猜想其可能有的性質(zhì)。

介紹富勒烯的用途前景。

(設(shè)計(jì)意圖:通過介紹金剛石和石墨在性質(zhì)上的差異但又是同種元素形成的單質(zhì)，造成學(xué)生認(rèn)知沖突，激發(fā)興趣;通過微觀結(jié)構(gòu)模型的分析，進(jìn)一步說明兩者是不同的物質(zhì)，并能利用結(jié)構(gòu)上的差異說明兩者在部分性質(zhì)上的差異性，初步形成物質(zhì)結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)的觀念;通過金剛石和石墨的這種現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)形成同素異形現(xiàn)象的概念。)

環(huán)節(jié)二:以氧氣和臭氧為例，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用同素異形現(xiàn)象，認(rèn)識物質(zhì)世界。

[師]投影氧氣和臭氧的性質(zhì)對比，強(qiáng)調(diào)原子個(gè)數(shù)和成鍵情況不同。

[生]得出結(jié)論:氧氣和臭氧是同素異形體。

[師]指導(dǎo)閱讀資料卡，并思考相關(guān)問題

(1)臭氧層的作用

(2)臭氧層空洞形成原因

(3)對修復(fù)臭氧層空洞的建議

[生]討論后得出結(jié)論:

(1)臭氧層能吸收紫外線，保護(hù)地球，保護(hù)人類。

(2)臭氧層空洞形成原因:“氟利昂”等物質(zhì)大量排放到空氣中后，這些物質(zhì)可上升到臭氧層，促使臭氧分解:O3O2

(3)①禁止排放氟利昂等有害物質(zhì)，使臭氧層慢慢自己修復(fù);②研究一種物質(zhì)，排放并進(jìn)入臭氧層，促使O2O3

(設(shè)計(jì)意圖:通過對比氧氣和臭氧，進(jìn)一步認(rèn)識同素異形現(xiàn)象的特點(diǎn)，討論臭氧層的有關(guān)環(huán)境問題，并引導(dǎo)學(xué)生能利用相關(guān)知識去解釋或提出建議。)

環(huán)節(jié)三:借助紅磷轉(zhuǎn)化為白磷的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生更直觀的認(rèn)識同素異形現(xiàn)象，并且認(rèn)識到同素異形現(xiàn)象是普遍存在的，是物質(zhì)多樣性的原因之一。

[過渡]除碳、氧外，其他元素是否也存在同素異形現(xiàn)象?

[演示]實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，在玻璃彎管中放入一粒綠豆大的紅磷，一端用乳膠頭套住，一端在氫氧化鈉溶液上方，錐形瓶口放置濕棉花。

實(shí)驗(yàn)步驟: (1)用酒精燈對玻璃管預(yù)熱; (2)集中加熱紅磷， 約1分鐘在紅磷左右兩邊的玻璃管內(nèi)凝結(jié)出白色和黃色固體，繼續(xù)加熱15秒; (3)待試管稍稍冷卻(10秒即可)，取下乳膠頭，用洗耳球緩慢鼓入空氣，剛才凝結(jié)出的固體發(fā)生燃燒現(xiàn)象，紅磷無現(xiàn)象。猜想生成物。

[歸納]同素異形現(xiàn)象在自然界是普遍存在的，是物質(zhì)多樣性的原因之一。

[提示]一種元素能形成多種物質(zhì)，對化合物而言其結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，下節(jié)課將從化合物介紹對物質(zhì)多樣性的影響。

(設(shè)計(jì)意圖:通過實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生對同素異形體之間的轉(zhuǎn)化有更直觀的認(rèn)識，并認(rèn)識到同素異形現(xiàn)象的普遍性，了解同素異形現(xiàn)象是造成物質(zhì)多樣性的部分原因，并提示從單質(zhì)到化合物的結(jié)構(gòu)變化，為下節(jié)課的同分異構(gòu)現(xiàn)象做了鋪墊。)