化学反应原理模块教材分析课件_92页.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,化学反应原理,模块教材分析,超越分子前沿,（美）,21,世纪化学科学的挑战委员会著,*,21,世纪化学和化工的研究对象,已不限于分子，要超越分子以上的各个层次,，直到有组织的化学体系，包括材料、器件、活的细胞，甚至整个器官。,*,21,世纪的化学和化工,超越化学科学的传统界面,，渗透到化学能起重要作用的生命科学、材料科学、能源科学、信息科学、国防和安全科学等重要领域中。,化学要解决的,6,个基本问题,*,合成与生产制造,最重要,*,物质的化学变化和物理变化,*,分析、分离和控制,*,计算与理论,*,化学与生物学、医学的界面,*,材料的设计和制作,超越分子前沿,（美）,21,世纪化学科学的挑战委员会著,超越分子前沿,化学,具有不同寻常的特殊之处。,化学科学涉及,发现,和,创造,两部分。,*,化学家希望发现化学世界的构成,从原子、分子到有组织的体系如材料、器件、活体细胞和整个生物体,等,而且他们还希望了解构成之间如何相互作用并随时间改变。,*,化学家并不仅限于研究,业已存在,的化学世界的构成，他们也研究那些,可能存在,的未知分子和物质及相互作用。,现代化学的特征,1.,实验设备的仪器化和计算机化,2.,从宏观层次到微观层次,3.,从定性向定量化发展,4.,从静态研究到动态研究,5.,开始建立统一的理论,6.,快速有效的分离纯化方法,7.,从单一学科发展到综合学科和边缘学科,加拿大化学家,R,J,吉利,斯皮（,R.J.Gillespie,）,1995,年在美国化学会的“普通化学中必须包括什么内容”研讨会上提出现代化学基础的,6,种化学基本概念,：,1.,原子、分子、离子,2.,化学键：,是什么使原子在分子和晶体中结合在一起？,3.,分子的几何形状；三维化学,4.,动力学理论,5.,化学反应,6.,能和熵,物质结构与物质性质,：在微观层面上,化学反应原理,：在宏观层面上,反映现代化学,最基本,的,研究思想、方法、结果,使部分学生获得学习现代化学所需要的、比较全面的训练。,培养符合时代要求的高素质,专业,人才,化学反应原理,选修模块的对象：,对化学有兴趣,或将升入大学学习理科的学生,。,教材既应注重基础性，又应注重提高性。,学生通过,化学反应原理,的学习,能够有效提升对化学反应的认识，能够具有大视野，能够多角度地以高观点分析化学反应。,课程标准：通过,B4,模块教材的学习，学生应主要在以下几个方面得到发展,1.,认识化学变化所遵循的基本原理，初步形成关于物质变化的正确观念；,2.,了解化学反应中能量转化所遵循的规律，知道化学反应原理在生产、生活和科学研究中的应用；,3.,赞赏运用化学反应原理合成新物质对科学技术和人类社会文明所起的重要作用，能对生产、生活和自然界中的有关化学变化现象进行合理的解释；,4.,增强探索化学反应原理的兴趣，树立学习和研究化学的志向。,化学反应原理,的内容标准,主题,1.,化学反应与能量,主题,2.,化学反应速率与化学平衡,主题,3.,溶液中的离子平衡,课程标准,主题,1.,化学反应与能量,1.,了解化学反应中能量转化的原因，能说出常见的能量转化形式。,2.,通过查阅资料说明能源是人类生存和发展的重要基础，了解化学在解决能源危机中的重要作用。知道节约能源、提高能量利用效率的实际意义。,3.,能举例说明化学能与热能的相互转化，了解,反应热和焓变,的涵义，能用,盖斯定律,进行有关反应热的简单计算。,4.,体验化学能与电能相互转化的探究过程，了解,原电池和电解池的工作原理,，能写出,电极反应和电池反应方程式,。,5.,通过查阅资料了解常见化学电源的种类及其工作原理，认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。,6.,能解释金属发生电化学腐蚀的原因，认识金属腐蚀的危害，通过实验探究防止金属腐蚀的措施。,课程标准,主题,2.,化学反应速率与化学平衡,.,知道化学反应,速率的定量表示,方法，通过,实验测定,某些化学反应速率。,.,知道,活化能的涵义,及其对化学反应速率的,影响,。,.,通过实验探究,温度、浓度、压强和催化剂,对化学反应速率的,影响,，认识其一般规律。,.,通过催化剂实际应用的事例，认识其在生产、生活和科学研究领域中的重大作用。,.,能,用焓变和熵变说明化学反应的方向,。,.,描述化学平衡建立的过程，知道,化学平衡常数,的涵义，能利用化学平衡常数计算反应物的,转化率,。,.,通过实验探究,温度、浓度和压强,对化学平衡的,影响,，并能用,相关理论,加以解释。,.,认识化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。,课程标准,主题,3.,溶液中的离子平衡,1.,能描述,弱电解质在水溶液中的电离平衡,，了解酸碱电离理论。,2.,知道,水的离子积常数,，能进行溶液,pH,的简单计算,。,3.,初步掌握测定溶液,pH,的方法，知道溶液,pH,的调控在工农业生产和科学研究中的重要应用。,4.,认识,盐类水解的原理,，归纳,影响,盐类水解程度的,主要因素,，能举例说明盐类水解在生产、生活中的应用。,5.,能描述,沉淀溶解平衡,，知道,沉淀转化的本质,。,教材的内容体系,课程标准,主题,1.,化学反应与能量,课程标准,主题,2.,化学反应速率与化学平衡,课程标准,主题,3.,溶液中的离子平衡,化学热力学,物理化学,化学动力学,第一章,化学反应与能量转化,课程标准,1,、了解化学反应中能量转化的原因，能说 出常见的能量转化形式。,2,、通过查阅资料说明能源是人类生存和发 展的重要基础，了解化学在解决能源危机中的重要作用。知道节约能源、提高能量利用效率的实际意义。,3,、能举例说明化学能与热能的相互转化，了解反应热和焓变的涵义，能用盖斯定律进行有关反应热的简单计算。,4,、体验化学能与电能相互转化的探究过程，了解原电池和电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。,5,、通过查阅资料了解常见化学电源的种类及其工作原理，认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。,6,、能解释金属发生电化学腐蚀的原因，认识金属腐蚀的危害，通过实验探究防止金属腐蚀的措施。,教材内容,第,1,节 化学反应的热效应,第,2,节 电能转化为化学能,电解,第,3,节 化学能转化为电能,电池,课程标准与教材内容安排,焓变概念,焓变计算,原理,第一章,化学反应与能量变化,化学能与电能的相互转化,以能量转化为纲,化学能转化为热能,反应,的热效应,电能转化为化学能,电解,化学能转化为电能,原电池,应用,氧化还原反应,感性认识,吸热、放热反应,定性分析,化学反应,能量转化,伴随,感性认识,理性认识,本质理解,热能,电能,化学能,热效应,反应热,焓变及其简单计算,热化学方程式,理性分析,定量分析,电解,电解原理,电解池装置,电极反应,氯碱工业 铜的电解精炼 电镀等应用,电池,电池工作原理,原电池,常见化学电源,金属电化学腐蚀与防护方法,知识发展与基本框架,化学反应的热效应,热化学方程式,定量测定,定量计算,盖斯定律,反应热,反应的焓变,第,1,节 化学反应的热效应,等温、等压,不做其他功,化学能,热能,反应热,Q,0,反应吸热,Q,0,吸热反应,H,S,m,(l,),S,m,(s,),(2),同类物质，摩尔质量越大，,S,m,值越大,(3),摩尔质量相同的不同物质,结构越复杂,S,m,值越大,(4),同一物质随温度升高而熵值增大,4.,化学反应熵变的计算,第二节,化学反应的限度,（反应达平衡状态,),化学反应平衡状态的建立,化学反应限度的定量描述,反应条件对化学平衡的影响,化学,平衡常数,平衡,转化率,温度,浓度,压强,用平衡时正、逆反应的速率相等来引入平衡常数概念就不得不套用,只适用于基元反应的质量作用定律,来处理正、逆反应的速率方程，这与现代化学反应原理相矛盾。,根据实验总结、概括出经验平衡常数概念,顺理成章地引出中学教材要求的经验平衡常数（不是热力学平衡常数），避开了上述矛盾。,不从正、逆反应速率相等的角度引入平衡常数,例：气相反应,N,2,+3H,2,2NH,3,K,x,=8.33,其平衡组成：,n,(,NH,3,),=,n,(,H,2,),=,1.00 mol,n,(N,2,),=3.00 mol,加入,0.10 mol,N,2,：,按勒夏特列原理,n,(N,2,),增加必有利于消耗,N,2,的反应，即平衡正向移动,。,实际上平衡移动方向相反,:,x,NH3,=,x,H2,=1.00 mol/,5.10,mol=0.196,x,N2,=,3.10,mol/,5.10,mol=0.608,Q,x,=8.39,K,x,为使,Q,x,=,K,x,，,应增大,x,N2,及,x,H2,，,减少,x,NH3,，,即平衡向,左,移动，勒夏特列原理失效。,原因：,反应体系是开放体系,不仅仅根据勒夏特列原理讨论化学平衡移动,勒夏特列原理成立的条件：均相、封闭体系、只改变一个热力学量,例：平衡浓度不同时，各加,1mol,V/L,2A +B =2C,K,或,Q,平衡移动方向,i/mol,L,-1,(10.0),0.40 0.20 0.40,5.00,各加,1mol(13.0),0.39 0.23 0.39,4.3,Q,K,i/mol,L,-1,(9.0),0.44 0.22 0.33,2.56,Q,K,各加,1mol(12.0),0.42 0.25 0.33,2.47,移动不明显,在编写“化学平衡移动”这一部分时，从,Q,与,K,比较,的普遍性定量规律来分析平衡移动的方向问题，保证教材的科学性。,为了使教材具有实用性，也介绍了化学平衡移动的定性规律，用于进行定性判断。,不仅仅根据勒夏特列原理讨论化学平衡移动,c,、,p,对化学平衡的影响与,T,的影响不同,0,向右自发,D,G,=0,平衡态,0,向左自发,D,G,=,D,G,+,R,T,ln,Q,平衡：,D,G,=0,D,G,+,R,T,ln,K,0,D,G,=,R,T,ln,K,+,R,T,ln,Q,0,R,T,ln(,Q,/,K)=0,0,定温,K,不变,D,H,R,1,T,2,(),1,T,1,-,ln(,K,2,/,K,1,)=,变温,K,改变,第三节,化学反应速率,反应历程,化学反应速率的定量描述,影响化学反应速率的因素,温度,浓度,压强,催化剂,理论基础,定量研究基础,现存问题：,*,学生不了解化学反应是如何进行的,*,滥用质量作用定律、碰撞理论,*,片面解释活化能概念,教材安排揭示化学反应复杂性的内容：,“化学反应是怎样进行的”,提出概念：“反应历程”、“基元反应”,对学生正确理解有关化学反应速率的若干问题,起到提纲挈领的作用。,只有在基元反应层面,才能直接应用,质量作用定律,才有,活化能,确定的,物理意义,才能应用,碰撞理论,才能认识,催化作用的原理,将基元反应的概念作为反应速率教学的平台,总反应与基元反应,kJ,mol,-,1,K,10,122,例,1,：,2N,2,+5O,2,+2H,2,O,4HNO,3,长期共存,1.,反应方向及限度,常温常压下热力学不稳定,2,长期共存,动力学稳定性,（趋向平衡的速率）,3,一触即发：烧红的铁丝，铂黑：爆炸,反应速率与条件,kJ,mol,-,1,H,2,O,例2：H,2,+,2,O,2,1,例如,：,H,2,+Cl,2,反应,H,2,+Cl,2,=2HCl,总（包）反应,动力学的,研究,内容,说明：化学反应既有热力学问题（方向、限度）,又有动力学问题,第四节,适宜的合成氨条件,化学,热力学,化学,动力学,限度,速率,方向,怎样能提高合成氨,反应速率？,怎样能促使化学平衡,向合成氨方向移动？,化学反应条件的优化,工业合成氨,理论,分析,提高生产效率,高压对设备材质、加工制造的要求,温度对催化剂活性的影响,化学工艺学,工艺流程,合成氨反应,能否自发进行,?,第三章,物质在水溶液中的行为,主题,3,溶液中的离子平衡,1.,能描述弱电解质在水溶液中的电离平衡，了解酸碱电离理论。,2.,知道水的离子积常数，能进行溶液,pH,的简单计算。,3.,初步掌握测定溶液,pH,的方法，知道溶液,pH,的调控在工农业生产和科学研究中的重要应用。,4.,认识盐类水解的原理，归纳影响盐类水解程度的主要因素，能举例说明盐类水解在生产、生活中的应用。,5.,能描述沉淀溶解平衡，知道沉淀转化的本质。,第节,水溶液,第节,弱电解质的电离 盐类的水解,第节,沉淀溶解平衡,第节,离子反应,课程标准,教 材,教材与课程标准,第三章物质在水溶液中的行为,溶剂,认识物质在水溶液中的行为,加入一种电解质,加入多种电解质,水溶液,水溶液,自电离平衡,水,物质的存在形态,电离、水解平衡,沉淀溶解平衡,离子反应,化学平衡理论,水,溶,液,纯,水,加,入,单,一,溶,质,水的电离,溶液的酸碱度,电解质在,水溶液中,的存在形态,强电解质,弱电解质,溶剂化作用,溶液酸碱性,pH,计算,水的电离平衡,离子积常数,溶液中,存在,H,+,OH,-,定量,表示,电解质,溶于水,后的变,化,第,1,节 水溶液,第,2,节 弱电解质的电离 盐类的水解,溶质在水中的,行为,溶质在水中的变化,溶质与水的相互作用,弱电解质,的,电离平衡,盐的,水解,弱电解质在水溶液中的行为,盐在水溶液中的行为,电离平衡移动,电离平衡常数,水解平衡移动,水解原理应用,水解原理,表象,溶液的酸碱性,研究思路,溶液中,H,+,和,OH,-,浓度的关系,本质,溶质微粒,溶剂微粒,间的相互作用,动态的微粒观,将学生从大量个例的记忆之中解脱出来，,避免仅仅停留在判断溶液酸碱性的层面。,第,2,节 弱电解质的电离 盐类的水解,盐类水解的本质,溶质对,溶剂的自电离,产生了影响,由水解产生的,一种后果,入手，抓住本质，,把握分析问题的思想方法。,动态的微粒观,盐的水解,教学案例,1,北京,35,中学支瑶,北京师范大学化学学院胡久华,、陈欣,请你思考：在下列四支烧杯中，你能,“,看到,”,哪些微粒？你又能,“,看到,”,哪些微粒间的相互作用？,微粒,微粒间的相互作用,纯水,NaOH,溶液,醋酸,溶液,醋酸钠,溶液,H,+,、,OH,-,、,H,2,O,H,2,O H,+,+OH,-,Na,+,、,H,+,、,OH,-,、,H,2,O,H,2,O H,+,+OH,-,NaOH,的加入抑制水的电离,H,+,、,Ac,-,、,OH,-,、,H,2,O,HAc,H,2,O H,+,+OH,-,HAc,H,+,+Ac,-,HAc,的加入抑制水的电离,Na,+,、,Ac,-,、,H,+,、,OH,-,H,2,O,、,HAc,H,2,O H,+,+OH,-,Ac,-,+,HAc,NaAc,的加,入促进水,的电离,1.,请你分析：下列盐加入水中后，是否能够改变水的电离平衡？溶液的酸碱性如何？说明理由。,（,1,）,Na,2,CO,3,（,2,）,NaCl,（,3,）,NH,4,Cl,2.,通过实验证明你的推论，并将数据记录在笔记本上。,3.,请你尝试用离子方程式表示上述过程。,请你思考：,（,1,）在下列溶液中，你,“,看到,”,了什么？它们是怎样形成的？,（,2,）下列溶液的酸碱性如何？,（,3,）写出以下盐的水解反应的离子方程式。,Na,2,SO,4,NaClO,FeCl,3,请你分析所测得溶液的,pH,，思考：,（,1,）盐的水解程度如何？说明理由。,（,2,）不同的盐水解程度相同吗？盐类水解的程度由什么因素决定？,盐类的水解,教学案例,2,北京,35,中学支瑶,北京师范大学化学学院胡久华,、陈欣,硫酸铝溶液,碳酸氢钠溶液,请你分析：,1.,碳酸氢钠与硫酸铝溶液混合后，产生了大量无色气体和白色沉淀，无色气体和白色沉淀可能是什么物质？,3.,碳酸氢钠,溶液,与硫酸铝,溶液,混合后，,氢氧化铝和二氧化碳是怎样产生的？,2.,请设计实验证明你的推测。,1.,现有一瓶碳酸氢钠溶液，请你设计实验证明：,HCO,3,-,能结合水电离出的,H,+,。,2.,现有一瓶硫酸铝溶液，请你设计实验证明：,Al,3,+,能结合水电离出的,OH,-,。,1.,请你思考：在下列盐溶液能否发生水解？,溶液的酸碱性如何？,盐,能否水解,溶液的酸碱性,NaAc,Na,2,CO,3,NaCl,NH,4,Cl,FeCl,3,2.,设计实验证明你的分析。,3.,写出盐的水解反应的离子方程式。,沉淀的溶解,沉淀的生成,沉淀的转化,第,3,节 沉淀溶解平衡,沉淀溶解平衡,平衡常数,（溶度积）,沉淀溶解,平衡的移动,沉淀的溶解,沉淀的生成,沉淀的转化,第,3,节 沉淀溶解平衡,沉淀溶解平衡,平衡常数,（溶度积）,沉淀溶解,平衡的移动,沉淀的溶解,沉淀的生成,沉淀的转化,第,3,节 沉淀溶解平衡,沉淀溶解平衡,平衡常数,（溶度积）,沉淀溶解,平衡的移动,沉淀的溶解,沉淀的生成,第,3,节 沉淀溶解平衡,沉淀溶解平衡,平衡常数,（溶度积）,沉淀溶解,平衡的移动,沉淀的转化,离子反应,发生的条件,离子反应能否,进行的理论判据,离子反应的应用,第,4,节 离子反应,生成沉淀,生成弱电解质,生成气体,发生氧化还原反应,焓变与熵变判据,平衡常数判据,物质检验与含量测定,物质制备与纯化,在生活中的应用,第四节作为全书的收尾之节，以溶液中的各种离子反应为载体，从热力学角度对本模块教材所涉及的知识进行回顾，启发学生从不同角度分析化学反应问题，概括性很强。,教材栏目的功能,基,本,要,求,栏,目,提,高,要,求,栏,目,联想,质疑,方法导引,活动,探究,观察,思考,交流,研讨,迁移,应用,本章自我评价,历史回眸,资料在线,化学与技术,身体内的化学,追根寻源,拓展视野,一般,资料,较深入,更深入,身边的化学,化学前沿,联想,质疑,交流,研讨,活动,探究,精要概括,引入,展开,总结,从生产、生活中提出问题。,应用原理解决开始提出的实际问题。,方法导引,一般资料性栏目,较深入分析问题、较全面拓展知识,教材的特点,B4,模块教材的特点,注重科学性，并突出新思想、新内容,现代科学的发展使一些经典原理的含义或应用发生了质的变化，教材尽量避免内容在科学性上与现代科学脱节，注重科学性，尤其避免为了“浅出”而随意地、错误地解释概念，使教材在科学性上具有相对长的生命力。,B4,模块教材的特点,重视知识的框架结构，重在介绍学术思想,使知识点服从于知识的框架结构,，并尽可能使同学们多了解学术思想的形成、演变与发展，从本质上理解这些人类知识结晶的精髓。,避免只见树木不见森林,B4,模块的教材编写特点,突出化学是一门实验科学的特点,*,尽可能给学生提供动手实验的机会,*,强调实验对于理论产生的重要性,突出模型化研究方法的特点,介绍知识时避免将理论绝对化,任何理论都不能随意使用，不可能放之四海而皆准。,B4,模块教材的特点,注重知识发展的阶段性与连续性,注重与必修内容的衔接,注重教材内部内容的衔接,注重与大学内容的衔接,不是简单地将大学内容搬来，简单下移，而是精心设计、精心选择，遵循,螺旋式上升的认识规律,，在深入浅出上下功夫，让学生在中学阶段对相关问题有一个正确的概念、基本的了解，更深层次、更全面的理解以及更高水平的把握留待大学阶段解决。,必修阶段,只要求描述铜锌原电池发生的变化，,不要求,书写电极反应式,选修阶段初期,从得失电子的角度知道,铜锌原电池,的电极反应式的书写，并会写电池的总反应式,选修阶段中期,能系统地从,电极类型、反应类型及得失电子守恒,的角度书写电极反应式和总反应式,“追根寻源”,在书写氢氧燃料电池的电极反应式时，能从反应物质所处的,溶液环境,等多方面分析,第一章 化学反应与能量变化,第,3,节,化学能转化为电能,电池,B4,模块教材的特点,突出现代化学正在逐步走向定量化的特征,自始至终注意提供定量的信息，设计一定数量的定量计算内容（反应的焓变、平衡常数、平衡转化率等），给学生提供有关化学反应定量研究的基本训练。,B4,模块教材的特点,根据高中生的认知发展水平和接受能力，尽量从学生熟悉的事实出发，用浅显的语言，分析抽象概念的其物理意义，并注意将概念与实例相联系，以降低抽象概念的学习难度。,尽量避免繁杂的数学推导或者不讲过程只端出结论的两种偏颇做法。,合理处理抽象概念,简单,复杂,学生熟悉的现象,新概念,简单,复杂,固体的溶解,熵的概念,物质的三态,熵与物质状态,熟悉的,物理过程,自发的物理过程,与熵增的关系,具体的,化学反应实例,熵变与,化学反应方向,第二章 化学反应的方向、限度和速率,第,1,节 化学反应的方向,反应熵变与反应方向,B4,模块教材的特点,合理处理抽象概念,处理实际问题,尽量使学生体会到抽象理论的实用价值,从生产、生活中提出问题。,应用原理认识自然界中的现象。,应用原理解决生活中的问题。,应用原理解决开始提出的实际问题。,B4,模块教材的特点,重视学习者的参与性,尽可能地在启发同学开动脑筋、动手实践的基础上,自己构建概念体系,。避免填鸭式的知识罗列，,开拓了教与学的发展空间,。,B4,模块教材的特点,富有张力，适于教师因材施教,教材主体内容保持在普通高中课程标准的基本要求范围内，使教材适用于学生的主体部分。,在基本要求之上，以提高性栏目形式设计提高内容，以满足部分学生的高要求。,与过去教材对比,知识深、广度有所增加,盖斯定律,盐桥,焓变、熵、熵变,平衡常数,浓度商,平衡转化率,基元反应,反应速率常数,活化能,沉淀溶解平衡与,K,sp,把握好度,谢谢各位,