时间:2023-07-09 09:01:26
序论:好文章的创作是一个不断探索和完善的过程,我们为您推荐十篇化学元素的原子质量范例,希望它们能助您一臂之力,提升您的阅读品质,带来更深刻的阅读感受。
相对原子质量是指以一个碳负12原子质量的十二分之一作为标准,任何一种原子的平均原子质量跟一个碳负12原子质量的十二分之一的比值,称为该原子的相对原子质量。硫元素的平均原子质量跟一个碳负12原子质量的十二分之一的比值为30.27,所以硫的相对原子质量为30.27。
硫是一种化学元素,在元素周期表中它的化学符号是S,原子序数是16。硫是一种非常常见的无味无嗅的非金属,纯的硫是黄色的晶体,又称做硫磺。在自然界中它经常以硫化物或硫酸盐的形式出现,尤其在火山地区纯的硫也在自然界出现。
(来源:文章屋网 )
氢在自然界中存在的同位素有:氕(氢1,H)、氘(氢2,重氢,D)、氚(氢3,超重氢,T)。
氢是原子序数为1的化学元素,化学符号为H,在元素周期表中位于第一位。其原子质量为1.00794u,是最轻的元素,也是宇宙中含量最多的元素,大约占据宇宙质量的75%。氢通常的单质形态是氢气。它是无色无味无臭,极易燃烧的由双原子分子组成的气体,氢气是最轻的气体。
(来源:文章屋网 )
ti的相对原子质量是48。ti是指钛,钛是一种化学元素,原子序数22,在化学元素周期表中位于第4周期、第IVB族。是一种银白色的过渡金属,其特征为重量轻、强度高、具金属光泽。
钛被认为是一种稀有金属,这是由于在自然界中其存在分散并难于提取。但其相对丰富,在所有元素中居第十位。钛的矿石主要有钛铁矿及金红石,广布于地壳及岩石圈之中。钛亦同时存在于几乎所有生物、岩石、水体及土壤中。
(来源:文章屋网 )
铝相对原子质量:26.981539。铝元素在地壳中的含量仅次于氧和硅,居第三位,是地壳中含量最丰富的金属元素。航空、建筑、汽车三大重要工业的发展,要求材料特性具有铝及其合金的独特性质,这就大大有利于这种新金属铝的生产和应用。应用极为广泛。
化学元素(Chemicalelement)就是具有相同的核电荷数(核内质子数)的一类原子的总称。从哲学角度解析,元素是原子的电子数目发生量变而导致质变的结果。
(来源:文章屋网 )
人工合成新元素,必须让两个原子量较小的原子相互撞击,使它们的原子核融合,从而得到原子量较大的新原子。其过程如同让一颗行星撞击到另一颗行星的内部,会产生极大的能量,不仅非常危险,而且成本高昂。目前,全世界只有六七个实验室具备这方面的技术和设备。
随着合成的新元素的原子序数的增大,这项工作变得越来越艰难。人工合成的新元素大多为放射性元素,随着元素序号的增大,它们的半衰期也越来越短。比如,第100号元素镄(Fm)的半衰期约为20个小时,而第114号元素(Fl)的半衰期约为2.6秒。要证明新元素被成功合成,必须在其极短暂的半衰期内确定其质子数,而这恰恰是极其困难的。
合成新元素还需要一点“运气”。从理论上来说,人工合成的新原子的质子数应等于两个相互撞击的原子的质子数之和,但事实并非如此。1996年,科学家们用锌原子束(Zn,质子数30)轰击铅靶(Pb,质子数82),合成了第112号元素哥白尼(Cn),此后又尝试用铀和钙、钚和氩、锔和硫等来合成Cn,因为这三组元素的质子数之和都为112。然而,除了用铀和钙合成了Cn的同位素之外,其他尝试都失败了。
2004年,俄罗斯核子联合研究所和美国劳伦斯・利弗莫尔国家实验室合作,用含有20个质子的钙离子(Ca2+)轰击含有95个质子的镅原子(Am),四次合成了一种新原子。这些新原子很不稳定,在几微秒后就衰变成第113号元素(暂名Uut),之后又进一步衰变成第105号元素钅杜(Db)。
根据人工合成元素的原理,科学家认为这就是第115号元素(暂名Uup)的原子。但是由于没能在该原子衰变前测出它的质子数,所以第115号元素没有获得国际纯粹与应用物理联合会(IUPAP)和国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)的认可。
不过科学家们并没有放弃。2013年8月下旬,瑞典隆德大学核物理学家德克・鲁道夫领导的团队用同样的方法合成了Uup原子。这强有力地表明,两个团队均成功地在实验室合成了这个新元素。之后,他们根据“不同元素会发射该元素原子特有能量的X射线”的原理,测量出这种新原子的X射线辐射水平,发现它与理论上的第115号元素相同。这也为证明第115号元素的成功合成提供了新证据。
接下来, IUPAP和IUPAC的专家小组将会对实验的各个方面进行反复验证,比如,实验能否重复、结论是否正确等。一旦确认实验成立,第115号元素即可获得官方命名,并在元素周期表上“安家落户”。
【练一练】
2013年8月27日,英国广播公司报道,瑞典科学家发现了115号元素存在的新证据。已知115号元素的一种核素为X,下列有关115号元素的叙述,正确的是
A. 115号元素在元素周期表中位于第八周期
B. 115号元素的这种核素中,中子数与核外电子数之差为174
C. 115号元素原子与12C原子质量之比为11512
D. 115号元素最高可显+5价
这是古代哲人们就开始思索的问题。
留基伯
公元前5世纪的古希腊哲学家留基伯在致力于思考分割物质问题后得出一个结论:分割过程不能永远继续下去,物质的碎片迟早会达到不可能分得更小的地步。他的学生德谟克里特接受了这种物质碎片会小到不可再分的观念,并称这种物质的最小组成单位为“原子”(意思是“不可分割”)。由留基伯与德谟克里特提出的原子论哲学作为“最系统、最始终一贯,并且可以应用于一切物体的学说”(亚里士多德语)是对早期希腊各派自然哲学的大综合,并将早期希腊的自然哲学推上一个光辉的顶峰。
德谟克里特
在他们的观点中,原子是最微小的、不可再分割的物质微粒,是坚实的、内部绝对充满而没有空隙的东西。原子数目有无限多,它们彼此间性质相同,其差别只表现在形状、大小和排列上。原子在虚空中不停地运动,运动中原子间会发生碰撞,有时会粘着并组合在一起。于是,一组原子组合成一种东西,而另一组原子组合成另外的东西等等,这样万物就由作为实在的建筑石料的原子和虚空构成了。
其后,哲学家伊壁鸠鲁、卢克莱修先后接受了这种原子学说,后者在其著名诗作《物性论》中以动人的笔触全面介绍了原子学说,使之成为古代原子学说理论知识的最主要来源。在中世纪,一些阿拉伯的思想家接受了原子论,而西方的经院神学家们却因它与宗教学说教义相冲突而激烈反对这种观点。文艺复兴时期,与原子论相关的思想出现在布鲁诺、伽利略、弗朗西斯・培根等人的著作中。
伽桑狄
在此之后,法国哲学家伽桑狄(1592-1655年)接受了原子学说,他的有说服力的著作,使人们对原子学说的关注得以复苏,并引发了科学家的兴趣,从而将原子论引入到现代科学中。“古代哲学家的那些理论,现在又在大声喝彩中复兴了,仿佛是现代哲学家发现的”(玻意耳语)。原子学说在17世纪得以复活。更重要的是,哲学家的思想火炬开始传递到科学家手中。
化学家的原子
英国化学家玻意耳受伽桑狄著作的强烈影响,他相信:“宇宙中由普遍物质组成的混合物体的最初产物实际上是可以分成大小不同且形状千变万化的微小粒子,这种想法并不荒谬。”在《怀疑的化学家》(1661年)的书中,他提出“猜测世界可能由哪些基质组成是毫无用处的。人们必须通过实验来确定它们究竟是什么”。他把任何不能通过化学方法将其分解成更简单组分的物质称为元素。在他看来,“元素……是指某种原始的、简单的、一点也没有搀杂的物体。元素不能用任何其他物体造成,也不能彼此相互造成。元素是直接合成所谓完全混合物的成分,也是完全混合物最终分解成的要素”。后来的化学家拉瓦锡也把“元素或要素”定义为“分析所能达到的终点”。
19世纪初,化学家道尔顿更进一步阐述了化学原子学说的基本观点:化学元素由非常微小的、不可再分的物质粒子原子组成,原子在所有化学变化中均保持自己的独特性质;同一元素的所有的原子,各方面性质特别是重量都完全相同,而不同的元素的原子有自己独特的性质;有简单数值比的元素的原子相结合时,就发生化合。道尔顿关于化学原子的伟大概括,最早记录在1803年9月6日的笔记中,1808年正式发表于《化学哲学的新体系》一书,由此近代原子理论得以建立。
道尔顿
当时,经过18、19世纪许多化学家对化合物组成进行的定量研究,已逐渐得出一些定律,如定比、倍比和当量比例定律。原子理论作为一种可资运用的有效方案,可以成功地解释这些定律,这为原子学说提供了有力的支持。
然而,道尔顿的学说不能从化合比例决定原子的相对重量。比如原子学说可以解释水总是由氢与氧按1:8的比例合成,但氢、氧的相对重量我们还是不知道,因为我们并不知道水中氢氧元素各有多少个原子。当然,现在我们已经知道水分子由两个氢原子与一个氧原子组成,因此水分子可表示为H2O,但在十九世纪很长的一段时间中,水分子却被表示为HO。
水分子
为理解某种化合物中每种元素各有多少个原子以及得出正确的原子量所需要的东西实际上早在1811年就被提出了,这就是阿伏加德罗假说。这一假说认为:同温同压同体积的气体含有相同数的分子。遗憾的是,这一假说长期未受重视。直到1860年,在卡尔斯鲁厄举行的首届国际化学家会议上,有化学家强调了阿伏伽德罗假说对化学的重要性后,阿伏伽德罗假说才很快征服了化学家的心灵。
于是,在化学家眼中,被假设为不可再进一步分割的“元素”成为构成宇宙的基本成分。随着人们发现的元素数目的增加,化学家手中的原子数也逐渐增长。20世纪早期这个数目就达到了92个,这意味着世界上有几十种不同的“原子”。那么寻找了2000多年的简单的统一性在哪里呢?是否存在更为基本的“原子”,几十种不同的元素都由其组成呢?
1815和1816年,在伦敦行医的医学博士威廉・普劳特发表两篇文章,在文章中分别提出:所有相对原子质量均为氢相对原子质量的整数倍;氢是原始物质或“第一物质”,而其他所有元素都只是氢原子的组合体。
1.1 迁移价值
元素周期律是化学必修内容的重要组成部分,其相关知识在必修和选修模块中均有提及。因此,学好元素周期律有助于打好化学学习的基础,对今后的知识学习也具有一定的迁移作用。高中的化学元素周期律的学习是在学习了碱金属族和卤族元素基础上进行的,因此在教学中,教师也可以引导学生从碱金属族和卤族元素知识开始迁移,向学生渗透迁移的思维方法。
1.2 认知价值
建构主义学习观认为学习的过程不能是被动的接受,而是主动探究知识的过程。通过对元素周期律发展史的学习,不仅能使学生了解具体的发展过程,更重要的是向学生呈现了科学研究的模型和科学思维的方法,这将对学生的主动建构知识的过程起到促进作用。
1.3 情感价值
新课程关注的学习目标除了知识与技能、过程与方法,还关注学生情感、态度、价值观的养成。元素周期律的学习对学生的情感本文由收集整理、态度、价值观的育成有重要价值。一方面,通过元素周期律发现史的教育,可以开拓学生的科学视野,培养他们严谨的科学态度,激励他们追求真理的信念。另一方面,通过向学生呈现元素周期律和周期表的探索与发展过程,揭示了科学的思维过程,有利于培养学生科学的研究方法和辩证的科学思想。
2、元素周期律的教学策略
机械式的学习和记忆元素周期律,不利于对这一规律的理解和应用。而针对元素周期律的知识特点,设计探究式教学,让学生主动探究元素周期律的有关规律,通过自主合作学习,让学生发现问题并积极质疑、探究、总结和反思,将会极大地发挥学生的主体性,不仅利于知识的理解和应用,还有利于培养学生的科学探究能力。
2.1 探究式教学策略
元素周期律的内容是高中化学最具规律性的知识,其性质规律由物质微观结构决定,由于物质结构过于抽象,学生对此摸不清,所以难于理解,这也就导致很多学生只能机械的记忆这些规律,而无法熟练的应用这些规律。元素周期律的规律教学是这部分的重点和难点,实施探究教学,教师需要把握好以下几点:
第一,激发学生对探究学习的兴趣。教师要为学生创设更多的问题情境,让学生有问题可探究,在学习实践中引导学生体验探究学习的成功感,培养他们的探究兴趣。
第二,发挥学生在探究学习中的主体作用。首先,教师要充分信任学生,把探究的机会留给学生。其次,对有难度的探究问题,教师要扮演好引导者和组织者的角色,组织学生形成学习小组,发挥集体智慧,在必要的知识点上予以启发性的引导,让学生感受到学习的过程就是发现的过程。
第三,问题要有探究性。在课前阶段,教师要设计好探究学习中的探究问题,过于简单和过于困难的问题都会使学生在探究中无所适从,使课堂时间在无意义的探究中浪费掉。
2.2 探究式教学的实施
1、创设情境
在探究教学的实施阶段,我首先向学生讲述了门捷列夫发现元素周期律的故事以及他的“预言”,这些预言在以后的科学发现里被一一证实。
2、提出问题,收集材料
然后,我让学生观察元素周期表并提出关于元素周期律的相关问题,让学生收集材料,分析材料并整理和绘图。
3、小组合作学习
以小组为单位,讨论交流
4、班级答辩
各小组得出分析结论后,轮流在班级发言,并就各组的研究方法和结论进行辩论,最后教师进行点评和总结。
3、用好元素周期表
元素周期表的作用不仅仅是呈现给我们各种元素的排布,仔细研究还
是大有玄机的。可以说研究好了这张表格,元素周期律的学习就成功了大半。在教学中,我时常强调这张表的重要,要学生做到“人人心中一张表”。当然,元素周期表不能靠死记硬背,关键的是指导学生总结出这张表的规律,如“四性”和“四量”。
[桥段]
人们常说毒药是相对剂量而言的。的确,人体在摄入过量的任何物质之后都会发生不良反应,最终导致其自身的毁灭。我们甚至会因为摄入过多的氧气或水而中毒。太多的氧气会损伤大脑。我们知道吸氧气过量曾导致早产儿和深海潜水员死亡;一个极度口渴的人如果突然喝下大量的水,就会导致体内盐类失衡,从而使心肌停止工作。
1869年,俄国化学家门捷列夫编制出第一张元素周期表。按照相对原子质量由小到大排列,将化学性质相似的元素放在同一纵行,揭示了化学元素之间的内在联系,成为化学发展史上的重要里程碑之一。随着科学的发展,元素周期表中未知元素留下的空位先后被填满。
在过去的那些年代中,化学元素曾经使数以百万计的人中毒,并被一些人用作谋杀的工具。如今我们能够揭开前辈们费尽心机想要破解的秘密,并且了解到人类为了使自己的生活免受那些有毒元素的危害而作出的巨大努力,这本《致命元素:毒药的历史》即将带你进入这个曾经神秘莫测的世界。
自人类有史以来,毒药就用途广泛。毒药知识的线索可追溯至古代炼金术。这些炼金术士,在实验过程中最常用到的就是水银,也就是液态的汞。在有关炼金术的理论中,许多人都相信水银可以转变为黄金,所以汞被认为是将贱金属转化为黄金的关键。而当时人们还没有认识到加热汞产生蒸气的毒性。这种巨毒的汞蒸气对许多炼金术士,甚至业余炼金爱好者都产生了有害影响,其中就包括人类历史上最伟大的科学家牛顿。
从炼金术谈起,约翰·埃姆斯利引出了第一个要谈论的有毒化学元素汞。汞无处不在,令我们防不胜防。人类平均每天汞摄入量为成人3微克,婴幼儿约1微克。它们主要来自我们所呼吸的空气以及饮用的水。汞中毒有两种类型:慢性和急性。慢性中毒者会出现疲惫、全身无力以及双手震颤等生理症状。这些症状是由汞对中枢神经系统产生作用而引起的。更为严重的是心理症状,包括易怒、抑郁以及总是认为别人在迫害自己。根据牛顿在炼金笔记上的记载,他曾长期暴露在含汞的环境中,其一生都表现出明显的精神病倾向,后人推测汞中毒可能是导致其精神不稳定的一个因素。
一、合情推理的含义
合情推理这一概念是美籍匈牙利数学家、教育家波利亚在他的名著《数学与猜想》中提出的。波利亚的教育思想影响了世界上许多国家的数学教育,我国21世纪的数学课程改革也深受其影
响。笔者认为,从逻辑学的角度来看,合情推理有助于科学发现。
那么,到底什么是合情推理呢?这个问题要做出一个很清晰的界定是有困难的。但根据笔者的了解,合情推理的主要特征大体如下:①合情推理区别于论证推理和演绎推理;②合情推理为猜想提供依据;③论证推理是可靠的,合情推理是有风险的;④论证推理用于证明,合情推理用于发现;⑤有效地应用合情推理是一种实际技能,需要通过模仿和练习来学会。
以上是我对合情推理的简单描述,下面我们来看一看它对化学的影响,同时也帮助读者更直观地理解这一概念。
二、合情推理对化学的影响
合情推理虽然是数学家提出的一个概念,在数学上有着广泛的应用。但与此同时,它也适用于其他学科,特别是自然科学领域。那么,化学作为自然科学的核心学科,它的发展自然也少不了合情推理的贡献。随着科学技术的不断发展,到19世纪60年代,化学家发现的化学元素增加到了63种。直到1969年,俄国科学家门捷列夫发表了论文《元素性质和原子量的关系》,谜团才逐渐解开。他在论文中写道:“我从最小的原子量选取元素,把它们按原子量大小的顺序排列,发现元素的性质好像存在着周期性,甚至元素的化合价也是一个接一个按它们原子量的大小形成算术的序列。”后来门捷列夫沿着这个思路编制了元素周期表,预言了类似硼、铝、硅等未知元素的性质,并为这些元素在元素周期表中留下了空位。他在周期表中没有完全按照相对原子质量数值由小到大的顺序排列,并指出了当时测定某些元素的相对原子质量数值有错误。若干年后,他的预言都得到了证实。
门捷列夫科学地发现过程就是进行合情推理的过程:首先,
有一大堆复杂的看似并不相关的材料——63种元素的相对原子质量和性质。然后,将材料按照一定的顺序(相对原子质量)进行排序、分类、比较,将相类似的归并为一类,发现类似性质的元素之间总是隔着一定数目的元素,通过归纳发现元素的性质可能存在着周期性,进而大胆猜想元素的性质可能表现在它们的相对原子质量上。论文中清晰地记录了门捷列夫发现元素周期律过程中的思维变化,中间充满了想象和猜想。
三、有机化学中的合情推理
有机化学作为化学学科的一个重要分支,已经有二百余年历史了。但到目前为止,不管是研究有机物的结构,还是研究有机物的性质,或是研究有机物的合成,在研究过程中都充满了猜想,所以,进行合情推理就显得格外重要了,如DNA结构的确立过程。当时,沃森和克里克提出的DNA双螺旋结构只是合情推理的一个产物,因为那时还没有完全能够证明此观点的实验数据。我们试想,如果他们一定要等到“证据确凿”才敢公布的话,我想那DNA双螺旋结构这个具有里程碑式的发现早就归别人所有了。
综上所述,合情推理不仅推动数学的进步和发展,而且也同样推动了化学的进步和发展,特别在有机化学领域,进行合情推理显得尤为重要。所以,我们高中有机化学的考查与此密切相关。
四、合情推理在高中有机化学考查中的体现与运用
高中有机化学的考查内容较为广泛,不仅包括有机物研究方法的考查,还有一大批具有代表性的有机物结构和性质的考查,但是,不管考查的内容是多么的不同,考查的能力却大多集中在“推理能力”上,这一点在近几年的高考中体现得非常明显。具体在考题中所涉及的“推理能力”主要分为两类:一类是演绎推理,学生在推理过程中,只要知识和逻辑正确,结果是没有风险的。学生在这类题的解答过程中感觉是较为“放心”的;另一类则是合情推理,根据现有的不够充足的证据和自己的经验进行猜想和判
断,并对自己的猜想和判断承担风险。学生在这类问题的解答过程中感觉是“不安”的。
从考查能力要求上来看,合情推理比演绎推理要求更高;从科学创新的角度来看,合情推理的考查比演绎推理的考查更有意义。因此,本文接下来将重点探讨的就是有机化学中涉及合情推理的考查以及如何采用合情推理来解决问题。
我们先来看一道2007年全国理综卷II的高考题:
仔细分析下列表格中烃的排列规律,判断排列在第15位烃的分子式是什么?
在解答本题时,我们不得不用到不完全归纳法进行推理:已知1-3三种烃的碳原子数均为2,氢原子数分别为2、4、6;4-6三
种烃的碳原子数均为3,氢原子数分别为4、6、8;7-9三种烃的碳
原子数均为4,氢原子数分别为6、8、10。因此,推知10-12三种烃的碳原子数均为5,氢原子数分别为8、10、12;13-15三种烃的碳原子数均为6,氢原子数分别为10、12、14……我们非常顺利地顺着这个思路,合情地得出了我们需要的结果。但是,严格地讲,此结果并非是排他性的,它只是从某一个角度入手的不完全归纳的结果,它是不能完全得到证明的,所以,此结果是有风险的。这里的不完全归纳推理就是从特殊到一般带有猜想性质的推理,属于合情推理的范畴。所以,此题正是考查学生进行合情推理的能力。读者读到这里可能会觉得合情推理的运用似乎并不是很难,不要着急,我们接着往下看。
这是一道2008年天津的高考题:某天然有机化合物A仅含
C、H、O元素,与A相关的反应框图如下:
看完上面的框图你就会发现,此题没有一个明确的物质可以作为演绎推理的起点。因此,此题一开始就必须运用猜想和可能性的不完全归纳等合情推理形式进行推导。具体如下:在推导时,首先要解决的一个问题就是起点的选择。在框图中,物质A、D、E、G、P和S都有一定的信息提供,但经过合情推理,我们发现G的分子结构的可能情况最少,它只有两种情况:
而其他物质的可能性都非常多,因此,选择G作为推理的起点相对最为合理。接下来我们对G的两种结构形式分别进行演绎推理,在推到物质E时,我们发现如果G的结构是第二种情况,那么符合条件的E将不存在。由此,我们才能真正确定G的结构。G一旦真正确定,其他物质就可以通过演绎推理较为“放心”的得出。因此,合情推理在这里起了具有“发现”意义的作用。这道题目中G的猜测和论证过程与DNA双螺旋结构的猜测和论证过程极为相似,后者也是先通过合情推理得出可能的情况(双螺旋结构),并公开发表,然后大量的科学家论证其真实性。
以上例子就是高中有机化学中关于合情推理考查的典型代表,像这样的考查类型在有机化学的高考题中举不胜举。
如,2009年天津理综卷的一道题目:请仔细阅读以下转化关系:
A是从蛇床子果实中提取的一种中草药有效成分,是由碳、
氢、氧元素组成的酯类化合物;B称作冰片,可用于医药和制香精、樟脑等;C的核磁共振氢谱显示其分子中含有4种氢原子;D中只含一个氧原子,与Na反应放出H2;F为烃。
此题中物质F结构的确定是解决整道题目的先决条件。对于F结构的推导也必须经历这样的过程:利用已知的分子量和E到
F的转化条件对F进行合情推理,得出多个可能性结果:分子式为C5H10的所有烯烃(共5种),然后利用C、D和E之间转化的框图及已知对C和D的描述进行推理论证和排查,最终得到唯一的确定性结果。此过程简单来说就是:合情推理—可能性结果—推理论证—确定性结果。
通过对此例的分析,我想关于有机化学考查中合情推理的体现和运用不需要再重复举例,读者自己感兴趣可以做更大量的研究,相信能给出更多的范例,供我们分析。但我们都知道,无论多少例子给我们分析,我们得出的结论始终是“不可靠”的,带有“猜想”的,因为它始终是不完全归纳的结果,属于合情推理的范畴。
最后,我也给读者一个带有合情推理的结论。
五、合情推理的结论
高中有机化学主要考查学生的能力,而考查的各种能力中又以推理能力为主,推理能力主要包括演绎推理和合情推理,其中合情推理比演绎推理要求更高。所以,我们必须在平时的有机化学教学中不断渗透合情推理的思想,把合情推理作为区别于演绎推理的一种理论向学生介绍,为学生在解决有机化学问题的过程中提供理论支持。
在具体的教学中,要让学生学会高效、正确的解决高中有机化学考查中的一些问题,我觉得必须按照此过程进行分析:合情推理—可能性结果—推理论证—确定结果。
以上是我经过有限的分析与研究得出的结论,属于合情推理的范畴,若要使此结论真正属实,需要同行作更多的研究。
参考文献:
文献标识码:B
1设计思想
本节内容属于《化学1》的专题1的“第三单元人类对原子结构的认识”。包含了二个内容:原子结构模型的演变和原子的构成。学生在初中已经初步接触了原子的构成,有一定的基础。也知道原子、质子、电子、同位素等概念。教材的设计意图是,通过了解原子结构模型演变的历史,体验科学家探索原子结构的艰难过程。认识实验、假说、模型等科学方法对化学研究的作用。根据《浙江省学科指导意见》的要求,只需安排1课时教学。但在教学设计将本单元设计成2课时。第一课时讲授原子结构模型的演变(1)和原子的构成,第二课时讲授原子结构模型的演变(2)和部分典型元素原子的核外电子排布。原因是通过合作学习和以化学史为载体进行科学探究需要充分的时间进行保证。本教案是第1课时的内容。
2课前准备
[组成学习合作小组]
前后四个同学组成课堂学习合作小组,组内推荐确定组长。组长有权指定组内成员的工作安排和指定代表小组发言的同学。
3教学过程
[播放录像]牛奶滴落的录像。
[过渡]科学的发展扩展了人视野的广度和深度。人类发明的高速摄像机帮我们看到了牛奶滴落时的场景,望远镜帮人们看到了更远的太空,显微镜帮人们看到了更小的微粒。但不管科技进步如何的发展,仪器如何的先进,科学的发展仍离不开观察和思考。今天这一节课请同学们准备好自己的眼睛和大脑,准备观察和思考。
[思考]释古文,阐思想:
一尺之棰,日取其半,万世不竭。
――《庄子・外篇・至乐第十八》
[生1]一尺长的木棒,每天截取一半,一万世也不能穷尽。
[师]很好。概括的说,庄子表达了一个意思:即物质是否无限可分?这是古人提出朴素的物质组成的思考:组成物质的最小微粒是什么?
[师]此后,国内外的古学者也在不断思考同样的问题,并提出了不同的观点。
[PPT展示]
古希腊哲学家Empedocles(恩培多克勒)提出物质组成的四元素说:空气、地球、水、火。
Aristotle(亚里士多德)(公元前384--公元前322年)继承四元素说,认为地球上的物质是由水气火土四种元素组成,天体由第五种元素“以太”构成。美国的好莱坞还据此拍摄了电影《第五元素》。
墨子(约公元前468年一公元前376年,思想家,教育家,军事家)提出了:非半弗,则不动,说在端――《墨子》
释义:不能分为两半的东西是不能砍开的,也就对它不能有所动作,它便是“端”了。其实就是不可分割的意思。
Democritus(德墨克里特,希腊哲学家)提出了原子是组成物质的最小粒子。他认为:每一样东西都是由最小的部分组成,而最小的部分不能再分。物体可以不断地切割,直到最小部分。这一最小部分称为atomos,该词为希腊语,意思是不能分割。
[师]19世纪初,英国科学家道尔顿提出近代原子学说,他认为原子是微小的不可分割的实心球体。道尔顿的原子学说为:
(1)所有物质都是由不可分割的原子构成。
(2)同种元素的原子其质量、大小、性质相同,不同元素的原子质量、大小、性质不同。
(3)不同元素的原子通过钩子相互结合成化合物。
(4)在化学反应中,原子既不会产生或者消失,也不会改变,原子的种类和数目保持不变。
[过渡]近一百年的时间,人们都认为原子都是不可分割的。
[化学史实]
1859年德国物理学家普吕克尔利用经过改进了的盖斯勒管。进行了一系列气体的真空放电实验。实验时,发现在阴极能发出一种射线,称为“阴极射线”。
[录像]在观看录像的同时要求:请你仔细观察现象,科学需要仔细的观察和思考。
实验1:阴极射线分别在磁场和电场作用下发生偏转的现象。
实验2:阴极射线使风车发生了转动。
思考与问题:(先小组讨论,然后由某小组成员代表发言,其他组学生进行评价补充。)
阴极射线在电场或磁场作用下偏转说明了什么?
它能使风车转动又说明了什么?
[PPT展示]瓦利判断得出的结论:
(1)1871年,瓦利根据阴极射线能被磁铁偏转的事实推断。阴极射线是由带负电的物质微粒组成的。
(2)瓦利根据阴极射线能使风车转动说明它具有质量。
[师]同学们讨论得到的结论与瓦利相符得很好。说明大家也具有科学家的素质,这与大家在课堂上的认真观察与思考是分不开的。
[化学史实]
英国物理学家汤姆逊于1897年开始研究阴极射线。他发现不管用什么电极材料、什么气体,所得到的射线都一样。
[小组讨论]如果你是汤姆逊,你会作出怎样的猜测和结论?
[PPT展示]汤姆逊的结论:汤姆逊认为阴极射线是比普通原子小的粒子,必定是: “建造一切化学元素的物质”,也就是一切化学原子所共有的组成成分,称之为电子。
[化学史实]
后来他又通过实验计算出阴极射线的荷质比的数值大约为H的千分之一。
[小组讨论]如果你是汤姆逊,你会作出怎样的猜测和结论?
[PPT展示]汤姆逊的结论:电子的质量远远小于原子。电子是原子的组成微粒。
[小组讨论]由电子所带的电性,可推知什么结论?推测原子的结构模型。
[学生4]因为电子带负电,说明原子中必有带正电的粒子。
[学生5]原子中同时存在正负粒子,那怎么它们不相互电性中和呢?
[师]这位同学的问题提得很好啊。汤姆逊在这些实验的基础上提出原子的葡萄干面包模型。
但是原子的内部结构真的是这样的吗?[PPT展示]汤姆逊的学生卢瑟福想用粒子穿进原子,探究其内部结构。
他大胆质疑老师的假设,在1907年利用镭等放射性元素产生的带正电a粒子(He),使其穿过铅板的小孔,射向极薄的金箔。称为a粒子散射实验。
[动画演示]用FLASH动画演示a粒子散射实验。
实验结果观察到以下实验现象:
(1)绝大多数a粒子不偏转,
(2)少数a粒子大角度偏转;
(3)极少数a粒子被反弹。
实验结果大大出乎他的意料:卢瑟福说:“它的难以置信好比你对一张纸射出一发十五英寸的炮弹,结果却被弹了回来,反而打在自己身上。”
[小组讨论]假如你是卢瑟福的学生,你会帮助他对此实验现象作出怎样的合理解释呢?
[学生6]……
[师]卢瑟福认为:除非采取一个原子的大部分质量集中在一个微小的核内的系统,是无法得到这种数量级的任何结果的。这就是我后来提出的原子核心具有小体积和大质量的想法。
卢瑟福通过实验推断出:
(1)原子的大部分体积是空的;
(2)原子核几乎集中了所有原子的质量;
(3)电子随意地围绕着一个带正电荷的很小的
原子核运转:
卢瑟福在1911年提出了原子结构的有核行星模型。
[录像]卢瑟福的原子模型
[过渡]此后科学家还发现有疑问没有得到解决:
疑问1:原子的质量是否远远大于质子和电子的质量?
[化学史实](PPT投影)中子的发现:
发现了电子和质子之后,人们一开始猜测原子核由电子和质子组成。卢瑟福考虑到原子核如果完全由质子组成,那么某种元素的原子核所带的正电荷,在数值上一定等于那种元素的相对原子质量,因为元素的相对原子质量,主要是由原子核决定的。核外电子的质量是微不足道的。但是事实并不是这样,元素的原子量总是比它的核所带的正电荷数大一倍或一倍以上,这说明原子核里除了质子之外,必然还有一种质量和质子相仿,但却不带电的粒子存在。所以,在1920年卢瑟福提出了中子假说。
德国物理学家波特及其学生贝克尔从1928年开始对铍(Be)原子核的轰击实验。1932年实验结果发现,当用a粒子轰击它时,它能发射出穿透力极强的射线,而且该射线呈电中性。他们断定这是一种特殊的Y射线。
查德威克(1891―1974年)一直在寻找这种电中性粒子。见到同行的实验结果后,查德威克意识到这种新射线很可能就是多年来苦苦寻找的中子。他立即着手实验,花了不到一个月的时间,就发表了“中子可能存在”的论文。他指出,y射线没有质量,根本就不可能将质子从原子核里撞出来,只有那些与质子质量大体相当的粒子才有这种可能。其次,查德威克用云室方法测量了中子的质量,确证了中子确实是电中性的。中子就这样被发现了。查德威克也因此获1935年度诺贝尔物理奖。
[思考与讨论]你知道吗?
现在你知道原子由哪些更小的微粒组成了吗?
[板书]一、原子的组成
1 原子的组成
[师]原子中大部分的质量集中在原子核,但原子核的体积非常小。若原子有一个体育场大。则原子核相当于体育场中的一只蚂蚁。
[你知道吗?]原子中存在二个等式,一个电性等式,一个质量等式,你能写出来吗?
电性等式:_______
质量等式:_______
[师]卢瑟福的原子结构中仍然存在缺陷,谁将是下一个英雄?对原子结构的认识又将会达到怎样的水平?请听下回分解!
[师]本节课我们学习了原子的结构,以下为本节课的学习目标,请对照后自查:
你知道原子的组成吗?
你会用元素符号表示某种原子吗?
你会计算原子中各种微粒数吗?
4作业设计
[问题研讨]
当我们用刀切开一个苹果时。是否也把切面上的原子切开了?请提出你的想法,并给予适当的解释,要求写成科学小论文的形式。
[作业设计说明]:此题的解答不重在追求答案的标准化,而重在于考查学生是否能运用所学的知识,对自己所持的观点进行合理解释说明。能自圆其说的就是优秀作业。
5教学反思