探索分子构建的奥秘

　　第三章 探索分子构建的奥秘

　　一、         指导思想

　　探索形形色色，千变万化的物质世界的内部规律，这是学生化学认知过程的一个必要趋势。知道了金属、非金属、酸、碱、盐，为什么它们有各自的特性呢？认识了卤素单质及其有关化合物，为什么它们既有相似的性质，又有一定的差异性呢？引导学生去探究物质、物质分子构建的奥秘，挺进到一个新的层面上去认识物质世界，不管是在知识、智能、情意方面，还是在技能、实践能力、创新精神方面都符合学生发展的规律。

　　本章学习中必须从微观的角度去认识物质的结构。从宏观到微观，这是人类科学研究的一个飞跃。这是一个从宏观物质的基本直观性到看不见、摸不着的微观世界的转变。让学生经受从宏观到微观，从形象到抽象，从直接感知到想象感悟，直至从普通语言到化学符号的一系列认知活动的转变，从而可以充分发挥出本章知识教育的智力价值，以求得学生在感知、注意、想象、思维等方面有更全面的发展。

　　本章所涉及的物质结构理论对学生而言是一个新的情境；而对学生创新精神、创造能力的培养也必须有一个新的情境。作为一名教师，只要牢牢把握住学生为主体，充分让学生去探究的宗旨，在原子趋向稳定的可能途径，原子间的作用，形形色色的晶体的学习中，完全可以引导学生进行猜测联想，让思维插上创新创造的翅膀。同时在联系物质、材料等有关调查观察中，在证明化学键理论的金属钠与氯气反应、氢气与氯气反应的实验设计中，又不乏实践能力的培养。在物质结构的判断和有关化学用语的表达、模型的搭建和电子式的认识中，又有许多基本技能的训练。若是在教材的基础上稍作延伸，在丰富多彩的材料世界、化学键与能量的关系、物质的结构与性质的关系等专题上，让学生去发现问题，通过各种途径去解决问题，自然就成为研究性学习的小课题了。

　　二、         教育目标

　　⑴从了解物质硬度的不同而延伸到物质的结构差异，并了解化学键、离子键、共价键、金属键、离子化合物、共价化合物等概念及形成的初步知识。理解氯化钠、固体二氧化碳、二氧化硅及铜、铁的物质结构差异。知道离子晶体、原子晶体、分子晶体及金属晶体及它们的典型性质，知道分子间作用力，认识电子式。

　　⑵在物质硬度差异的应用和生活中所用的材料等的观察分析中，在物质为什么具有不同硬度，原子间的相互作用，原子趋向稳定的途径等的质疑讨论中，在离子键、共价键的形成，二氧化碳和二氧化硅的性质差别等的探索讨论中，在有关离子化合物、共价化合物的形成的演绎讨论中，在金属具有有关特性的探究讨论中，在化学键类型、晶体类型的归纳对比讨论中，培养学生的观察、分析、演绎、推理、对比、归纳等能力，培养学生发现问题、提出问题和解决问题的能力，培养和提高学生的各种类型的思维品质和思维能力。

　　⑶感受人与自然、人与科学的息息相关，学生存、学生活，感受辩证唯物主义的有关基本观点和科学研究的成就，学负责、学创新，感受优秀科学家的品质，学道德、学关心，在微观世界的有关问题讨论研究中，学合作、学科学方法科学精神。使学生在情感领域有所收获、有所发展。

　　⑷学会从观察和进行实验比较物质的硬度，从有关原子结构判断原子趋向稳定的途径和典型化学键的形成，以及观察电子式、有关结构模型等技能。

　　⑸在钠与氯气、氢气与氯气反应的实验的设计完成中，培养宏观现象与微观本质进行联系的实践和思维能力。在材料联系生活的观察调查中，提高实践能力。可以就生活中的材料、化学键与能量、晶体的结构与性质等作小课题进行延伸性的研究。

　　三、         重点与难点

　　⑴重点：

　　物质硬度差异的应用，离子键、共价键，离子晶体、原子晶体和金属晶体。

　　对于物质硬度差异的应用，发动学生进行深入讨论，集思广益，见多便能识广。

　　离子键、共价键的概念则要进行剖析讨论，经思辨才深刻。

　　四类晶体则让学生自己去整理、归纳、对比它们在构成、作用、性质上的有关差异，乃至作一些示意图、作一些比喻，处处联系物质实际是不难巩固的。

　　⑵难点：

　　化学键，化学键的形成，金属键，原子晶体与分子晶体的区别，金属晶体，电子式。

　　化学键的概念内涵深刻，外延丰富，创设问题情境让学生去讨论。

　　化学键的形成的关键是其作用的本质，让学生由表及里进行分析，要产生思维碰撞的火花，产生矛盾，揭示矛盾，得到统一，才能使学生内悟。所以切忌老师讲述到“完美”。

　　金属键与离子键、共价键相比，难在动态的自由电子，可结合金属的特性来让学生了解。

　　原子晶体和分子晶体中的不同作用，必须搞清楚是结构微粒之间的作用，不要把结构微粒内外的作用混淆一体，选取二氧化碳与二氧化硅作对比，部分也出于这一因素。初学时不宜把晶体内部的所有作用力作详细讨论。

　　在电子式的学习讨论中，注意区分好离子化合物和共价化合物的区别，区分阴、阳离子的书写的区别，把握形成共用电子对数目的判断方法，把握成键前后电子数保持不变的原则，把重点放在正误的判断上。

　　三、课时安排     

　　第一节        金刚石是最硬的物质吗？         1课时

　　第二节        原子是怎样构建成分子大厦的？  2课时

　　第三节        形形色色的晶体                2课时

　　第一节    金刚石是最硬的物质吗？

　　教学目标 

　　了解物质硬度的表示方法和物质硬度差异的主要原因。

　　理解形形色色的物质是如何形成的？

　　理解化学键的概念和化学键的种类

　　教学重点

　　物质硬度差异的主要原因，化学键的概念。

　　教学难点 

　　化学键的概念

　　一、常见物质的硬度

　　奥地利物理学家摩斯把10种常见的矿物按硬度由小到大分为10级。

　　①滑石②石膏③方解石④氟石⑤磷灰石⑥正长石⑦石英⑧黄玉⑨金刚砂⑩金刚石

　　问题：金刚石和石墨是同素异形体，为什么硬度差异这样大？

　　金刚石和石墨一样，都是由碳组成的，之所以硬度差异县殊，是因为它们的原子结构完全不同。通过X光，可以看到，在金刚石晶体中，碳原子排列成空间的四面体型的结构，它的每一个方都有相同的硬度。而石墨中的碳原子排列成一片片平面的六边形结构，片与片的结合力微弱，所以石墨很容易裂成薄片。由于地球上天然金刚石很稀少，从本世纪50年代开始，很多国家都在进行通过一定条件把石墨转化为金刚石的尝试，在摄氏1800度的高温和7万个大气压的条件下，人们终于将石墨变成了人造金刚石。今天，随着现代科技和现代工业的发展，金铡石已从单纯的工艺原料，变为重要的工业材料。目前，金刚石年产量(包括天然和人造)已达1亿克拉(20吨)以上。

　　如何鉴别钻石的真假

　　钻石由于价格昂贵及稀有，使得有些不法商人利用假货来获利，有没有迅速准确的方法将钻石与形形色色的假钻石区分开呢?方法是有的，而且不止一种。

　　在叙述这些区分的方法之前，我们将钻石及其代用品的性质列一个表，以便看出它们之间在什么地方有区别:

　　在表中，将钻石的可能代用品(及冒充品)分成三类：第一类包括立方氧化锆、GGG等四种，它们的光学性质，即折光率和色散都与钻石相近，并且都是均质体没有双折射，因此，琢磨出的宝石成品外观上与钻石非常相似，为了区分，只有根据硬度、比重和导热性；第二类包括锆石、人造金红石等四种，它们的成品外观也与钻石相似(但不如第一类)，但因为都有很高的双折射率，在成品上都可以看出明显的双影，与钻石容易区别。当然，它们的硬度、比重和导热线，与钻石也有很大的不同；第三类包括无色蓝宝石、水晶等五种，它们的特点是折光率低，外观与钻石不够相似。因此，在有条件时可以用折光仪测定它们的折光率。当测出折光率数字后，立即可以知道它是代用品而不是钻石。当然，它们的硬度和导热性，也与钻石有很大的差别。

　　总起来看，钻石与它的所有代用品(或冒充品)之间，最大的区别有两点，一是硬度，二是导热性。因此，可以根据这两种差别制造出仪器，用来迅速、准确地区别钻石和所有的代用品 或假冒品。

　　钻石测定仪

　　导热性指物质对于热的传导能力，凡导热性强的物质，都能迅速传送热量，例如人们熟知的金屑铜、铝等。当人们用手摸铜、铝时，由于它们会将人手上的热迅速传开，因此感到这些金属是“冰凉的”。又例如木材，它的导热性很弱，因此人手摸上去是温热的。

　　导热性的强弱，可以用数字来表示，数字越大的导热性越强，例如，铜的相对导热性为0.927，铝为0.485。由表可以看出钻石的导热性非常强，竟然超过了铜和铝，相对导热性高达1.6—4.8。而钻石的那些代用品呢，导热性都比钻石弱得多。由表可看出，大多数代用品的导热性都低于 0.01，即比钻石底100倍以上，像玻璃，它的导热性最差，竞比钻石低1000多倍。蓝宝石虽然导热性较高，可比钻石也要低10多倍甚至几十倍。

　　这样，如果制造出一种仪器，能够迅速测出宝石的导热性，那区分真钻石与假钻石真是易如反掌了。这种仪器已经有了，它的英文名称叫做“Diamond Master”，中文可以译成 “钻石测定仪”。 下图是钻石测定仪的照片。它的形状像一个电表，外联一根电线，电线前端像一支钢笔，钢笔顶端是“探头”。使用时打开开关接通电源(一般用9v电池)，将探头与被测的宝石接触(宝石事先须擦干净，不能有油腻污垢)，这时仪器上的指针就开始转动，当转动的偏角很大，超过仪器上标定的区域时，被测宝石就是真钻石，如果指针的偏转角很小，达不到标定的区域，那被测宝石就是假钻石。

　　最简单的钻石测定仪，只能显示出被测宝石是真钻石还是假钻石；构造复杂一些的钻石测定仪，还可以估计出假钻石是什么，例如是立方氧化佬，或者是YAG等。由于制造厂家的不同，这种仪器有各种改进，例如取消了电线与指针，探头装在仪器突出的一个短管上，用不同颜色的发光二级管显示测定结果，绿灯亮时表示真钻石，红灯亮时则为假钻石等。

　　钻石测定仪的体积很小，和一包香烟差不多，可以方便地放入衣装中。

　　标准硬度计    使用钻石测定仪区分真假钻石，当然很理想，可是这种仪器价格比较昂贵，我们可以用另一种也是行之有效的方法，那就是测试宝石的硬度。 我们知道，钻石是世界上最硬的物质，它的硬度是摩氏硬度10，用钻石可以划伤任何物质，可任何物质都不可能划伤钻石。根据这个原理，人们制造出了一种“标准硬度计” ，这是一个大小为65×55×23mhl的方盒，打开盒盖后，里面镶有4个标准硬度片，它们都经过精密研磨，表面光洁如镜。4片标准硬度片的摩氏硬度分别为6、7、8、9。

　　标准硬度计用于测定宝石的硬度。将要测定的宝石(已琢磨好的成品或未琢磨的原石皆可)找一尖棱部位，轻轻刻划硬度6的标准片，然后用放大镜观察，如果标准片毫无伤痕，表示宝石的硬度低于6，不必再测。如果标准片表面有擦不掉的细线状伤痕，表示宝石硬度高于6，应继续刻划7的标准片，如划不动(无伤痕)，表示宝石硬度在6—7之间(包 括7)。如能划伤，则继续刻划硬度8的标准片。如此下去，可将所有宝石的硬度分成五类，即：硬度低于6；硬度在6—7 之间(包括7)；硬度在7—8之间(包括8)；硬度在8—9之 间(包括9)；硬度高于9。

　　用标准硬度计测定钻石真假极为方便，只要用宝石轻轻刻划硬度为9的标准片，如能划出伤痕，就是真钻石，如划不动，就是假钻石。

　　刻划硬度时，首先应将标准片表面擦拭干净。刻划时是否划伤了，手感是不同的，划不动时有“打滑”的感觉。

　　标准硬度计的构造简单，价格也比较低廉。

　　二、原子间的相互作用

　　讨论：原子是如何结合成分子的呢？

　　化学键的概念：分子或晶体中直接相邻的原子之间的主要的强烈相互作用称为化学键。

　　化学键的分类：根据形成化学键的形成方式，可以分为离子键、共价键、金属键。

　　练习：

　　1. 证明金刚石和石墨都是由碳元素组成的方法是（ ）

　　A. 观察外表 B. 测定密度C. 在纯氧中燃烧，检验燃烧产物 D. 测量硬度

　　2. 石墨与金刚石的物理性质有很大差异的原因是（ ）

　　A. 颜色不同 B. 内部碳原子排列不同C. 物质组成不同 D. 化学性质不同

　　3. 下列物质中硬度最大的是（ ）

　　A. 玻璃 B. 岩石 C. 石墨 D. 金刚石

　　4. 金刚石和石墨在氧气里燃烧，它们的生成物是（ ）

　　A. 分别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. 分别是二氧化碳和水

　　5.化学键是一种作用力，它存在于

　　A.分子或晶体中的原子间B构成物质的所有微粒

　　C分子或晶体中相邻的原子之间D分子间

　　6. 1985年科学家发现了一种组成为 的物质，下列说法正确的是（ ）

　　A. 它的1个分子中含有60个原子 B. 它是一种新型化合物

　　C. 它是一种共价化合物 D. 它是一种单质

　　7. 金刚石可以装在钻探机的钻头上，是由于____________。石墨可做铅笔芯是由于____________；可做润滑剂，是由于____________；可做电极，是由于____________。活性炭可作防毒面具的滤毒剂，是由于____________。