轉載我看化學的三個層次

1、轉載 我看化學的三個層次原文地址：我看化學的三個層次作者：我的精神家園化學素描化學用一張比手掌大不多的周期表囊括了整個物質世界的組成；由表中的百來號元素組成的數(shù)千萬個化學物種是人類發(fā)展所依賴的物質寶庫；通過化學反應,不但可以實現(xiàn)世間已有物質間的轉化與循環(huán),而且可以像上帝那樣創(chuàng)造出世間從未有過的新物質；這些性能各異的化學物質和多姿多彩的化學反應,像一座座明亮的燈塔,同時照亮了人類的物質生活和精神文化生活.當我們確定地知道，自然界能夠直接提供的物質和反應相對于實驗室里奇妙而難以窮盡的化學世界而言，只不過是滄海一粟時，化學的魅力就再也明顯不過了。分子能夠具有的結構和性能是難以窮盡的。目前，已知的化學

2、世界包括化學家已經(jīng)使之膨脹了的自然界在內(nèi)的分子總數(shù)，還不到它所有可能數(shù)目的1%.化學的魅力可以用12字概括：無中生有，變幻無窮，變中有定。學校過于絕對化，簡單化，機械化的教育，是國民缺乏創(chuàng)新意識的根源。另外，作為老師，必須時時反問自己：什么是本學科中真正重要的東西?一?；局R層面要做到像1+1=2那樣熟：化學的經(jīng)典分支學科有無機化學，有機化學，物理化學，分析化學，結構化學和高分子化學等?；A階段化學可分為7個小板塊：化學計量定量化，化學用語簡潔性，反應原理，結構化學，元素化學，有機化學，實驗化學。1.化學計量。把化學研究定量化，其中物質的量及相對原子質量是兩個最核心的概念；2.化學用語。包括

3、常見元素及離子符號與名稱，核素與同位素，分子式化學式，電子式結構式與結構簡式，原子結構示意圖與核外電子排布式，化學方程式，離子方程式及熱化學方程式等。它應是簡潔高效和美觀的。3.反應原理。包括：1)能量變化與反應熱.具體有：反應熱；熱化學方程式；蓋斯定律等；2)電化學。包括：氧化還原反應；電池；電解池；金屬電化學腐蝕與防護；3)反應速率與平衡。包括：反應速率計算；影響速率的內(nèi)外因素；可逆反應與化學平衡狀態(tài)；影響平衡的外因及勒夏特列原理；平衡常數(shù)；反應方向判斷；4)水溶液化學原理。包括：電解質與電離平衡；離子反應；水的離子積常數(shù)與溶液酸堿性；鹽類水解；沉淀溶解平衡；膠體與分散系。4.結構化學：1

4、)原子結構與性質：電子排布式與排布圖；電子云與原子軌道；電子躍遷及其應用；周期表常識；元素的電負性與電離能等周期律常識。2)分子結構與性質：共價鍵的分類及鍵參數(shù)；價層電子對互斥模型與雜化軌道理論及等電子體原理等分子空間結構常識；分子極性，分子間作用力及相似相溶原理；配合物常識；手性，無機含氧酸酸性規(guī)律等。3)晶體結構與性質：晶體特征與晶胞常識；分子晶體；原子晶體；離子晶體；金屬晶體。采用分類與類比法從構晶粒子，晶粒間作用力及物理性質特點方面分析。5.元素化學：常見金屬活動性順序及常見金屬與其重要化合物的性質與應用；常見非金屬活潑性順序及常見非金屬與其重要化合物的性質與應用。6.有機化學：有機物

5、通性；碳四價常識；官能團與分類常識；命名常識；同分異構常識；儀器分析常識；基本反應類型；營養(yǎng)物質常識；高分子常識。7.實驗化學：儀器與安全常識；合成制備氣體較典型；分離提純；定性檢驗；定量測定或配制；實驗方案設計與評價等。實驗部分知識綜合性強，思維品質要求高。二。思維方法層面：化學學習對人的思維品質培養(yǎng)有其獨到之處。典型的比如：1.思維的嚴謹性.素材1：物質性質實驗中的洗氣除雜環(huán)節(jié),如用乙醇和濃硫酸制得的乙烯在用溴水和酸性高錳酸鉀檢驗其性質前應先通過盛有氫氧化鈉溶液的洗氣裝置,以排除乙醇蒸氣和二氧化硫的干擾；再如檢驗碳與濃硫酸反應的生成物時,試劑與裝置的選擇及其順序問題.素材2：含多種雜質時的

6、分離提純問題.如粗鹽(主要雜質為泥沙,鈣鎂離子和硫酸根離子)提純時加入各種分離試劑的先后順序問題.素材3：有機合成中的官能團保護問題.素材4.反應條件對化學反應的影響.如溴乙烷在不同溶劑中的不同反應,再如乙醇與硫硫酸在不同溫度下的反應,銅與不同濃度硝酸的反應,鋁鹽與氫氧化鈉在不同比例下的反應，電解氯化鈉時的狀態(tài)熔融還是水溶液等.素材5.某些實驗中的除氧(亞鐵制備，氫氣還原氧化銅等)，干燥或尾氣處理問題.素材6：某些常數(shù)或規(guī)律有特定的適用條件。如氣體摩爾體積，水的離子積等。素材7：一些相似符號或相近概念的區(qū)分。如氫氧根與羥基，電離和電解，同位素同素異形體同系物同分異構體，分子式電子式結構式與結構

7、簡式等。素材8：很多不同的反應具有相似化學現(xiàn)象。如二氧化碳或二氧化硫通入石灰水，氫氧化鈉加入鋁鹽溶液，鹽酸加入偏鋁酸鹽溶液等過程，都是先出現(xiàn)白色渾濁后又變澄清；素材9：物質檢驗。如硫酸根的檢驗，從試劑選擇到滴加順序都是很講究的。2.思維的發(fā)散性.素材1：物質推斷問題。如由濃硫酸加熱這個反應條件應想到酯化反應,乙醇消去反應及其與銅碳等的反應；又如能發(fā)生連續(xù)氧化的物質有碳,硫,氮,乙醇等.再如，某物質既能與強酸反應又能與強堿反應，則可能為鋁，氧化鋁，氫氧化鋁，弱酸銨鹽，弱酸酸式鹽，氨基酸等。再如某元素最外層電子數(shù)是電子層數(shù)的2倍，則該元素可能是：一個電子層的氦，二個電子層的碳或三個電子層的硫及四個

8、電子層的氪。素材2：物質鑒別區(qū)分問題。如要區(qū)分無色的硫酸鉀與硫化鈉溶液，應當想到：焰色反應；利用硫離子的還原性(可用酸性高錳酸鉀或溴水或硝酸等)，水解性(溶液呈較強堿性且有味)，硫離子和硫酸根離子的沉淀特點(可用硫酸銅或酸化的氯化鋇等)，以及氫硫酸的揮發(fā)性等。素材3：物質制備問題.如制備氧氣，理論上可用水，雙氧水，高錳酸鉀，氯酸鉀，氧化汞(銀)的分解，還可用過氧化鈉與水或二氧化碳反應。再如制備乙醇：理論上可用乙烯與水加成，或可先由乙烯與鹵化氫加成再水解，還可由乙醛還原，也可以由葡萄糖或酯水解。當然實際用哪種方法，要綜合考慮多種因素。素材4：等電子體(兩等兩相似)問題.如與二氧化碳互為等電子體的

9、有二硫化碳，氧化亞氮，氰酸根，疊氮酸根及硫氰根等。素材5：同分異構體的書寫問題：要同時考慮官能團異構，碳架異構，位置異構甚至立體異構等。素材6：分類討論題.如鋁鹽與一定體積的氫氧化鈉溶液反應得到一定質量的氫氧化鋁沉淀，則原氫氧化鈉溶液可能有兩種濃度。3.思維的動態(tài)性.化學中有許多問題的分析需要用發(fā)展變化的眼光，即動態(tài)思維。素材1：某些反應的速率情況。如鋁與稀鹽酸反應的速率變化情形，既要考慮放熱還要考慮試劑濃度減小，故速率先快后慢.再如硫酸酸化的高錳酸鉀氧化草酸時溶液褪色的快慢特點(因自催化反應，開始很慢，后來突然褪色)。素材2：某些反應因反應物濃度變化而造成生成物的多樣化.如過量銅與濃硝酸或濃

10、硫酸反應的情形(反應一定時間后，變成稀硝酸或稀硫酸).素材3：有弱電解質問題。即隨著反應的進行或稀釋，其濃度減小導致電離度增大。4.思維的靈活性.化學中有很多規(guī)律，但同時還有很多特例和不規(guī)律，對這種知識的學習與訓練有助于培養(yǎng)我們思維的彈性，防止思維的絕對化和定勢.下面舉幾個例子：1.二氧化碳一般不支持燃燒常作滅火劑，但某些物質因與二氧化碳反應，所以著火時不能用它滅火，如鎂，鈉等；2.碳酸的正鹽一般比酸式鹽溶解度小，如對應的鈣鎂鋇鹽。但有些例外，如碳酸鈉的溶解度比碳酸氫鈉要大主要是碳酸氫根離子之間形成氫鍵締合體。3.很多物質溫度越高溶解度越大，但氣體和熟石灰等卻相反；4.元素非金屬性越強其對應最

11、高價含氧酸酸性也越強，但有些非金屬性很強的元素幾乎無正化合價如氟，當然就不滿足前面的規(guī)律了；5.濃硫酸因其吸水性常作干燥劑，但不能干燥某些還原性氣體如硫化氫，溴化氫等，因為它同時還有強氧化性；6.物質在固態(tài)時一般密度大于其液態(tài)時，但水是例外，因在固體時水分子間通過大規(guī)模的氫鍵形成了疏松的晶體。7.稀硝酸與金屬反應不是都放出一氧化氮的，如與鎂反應生成硝酸銨，氮還原成負三價?？茖W問題的分析切勿簡單化絕對化，這方面的例子很多，如電解時溶液中離子放電順序問題，周期表中原子半徑電負性和電離能變化規(guī)律，共價鍵離子鍵及晶體類型的判斷，物質氧化性還原性比較及所謂的強制弱規(guī)律如不同條件下鐵與氫氣可相互置換，次氯

12、酸和硫酸也可相互制備等，某些化學過程中同時存在多個競爭反應如碳酸鈉與硫酸銅反應以雙水解生成氫氧化銅為主，同時還有因復分解生成碳酸銅的次要反應等。天然磁鐵礦難溶于鹽酸，酚遇三價鐵顯色但不一定是紫色，苯甲醛上的醛基受苯環(huán)鈍化不能發(fā)生銀鏡反應，而丙酮卻能發(fā)生銀鏡反應生成丙甲酸，及其他某些酮也可以發(fā)生銀鏡反應。三。審美藝術層面：任何一門學問都蘊含著動人的美，化學也不例外。如變幻美，結構美，簡潔美，現(xiàn)象美，規(guī)律美。1.簡潔性之美：用最簡潔的符號傳遞詳細的化學信息，描述復雜的化學行為；從化學式到電子式,從立體結構式到電子排布圖等，無不體現(xiàn)著化學的發(fā)展歷程。我們不妨以2H2(g)O2(g)=2H2O(l),

13、H=-571.6KJ/moL)(氫氣燃燒的熱化學方程式)這一化學語言為例，看看它所傳遞的化學信息該有多少：物質變化：氫氧反應生成新物質水；能量變化：反應中部分化學能轉化為熱量；數(shù)量關系：氫氣與氧氣按2：1完全反應,水分子中氫氧原子按2：1結合,2摩爾氫氣完全反應放出571.6KJ熱量；守恒關系：反應前后氫原子與氧原子的各自數(shù)目保持不變；物質狀態(tài)與熵變：反應物均為氣態(tài)，生成物為液態(tài)，反應熵變小于0；化學鍵變化：反應中斷開氫氫鍵和氧氧鍵，生成新的氧氫鍵；電子變化：反應中氫氧元素化合價出現(xiàn)變化.上面那么多復雜的文字解釋卻可以用2H2(g)O2(g)=2H2O(l),H=-571.6KJ/moL這樣一

14、個熱化學方程式來表達,我們不能不驚嘆化學語言的簡潔與巧妙.2.結構與秩序之美：秩序與結構，這是宇宙締造生命的密碼所在；這在有機化學中體現(xiàn)最為明顯，在那些復雜的有機結構中散發(fā)的是一種莊嚴的秩序美和結構美；同分異構是其中最典型的例子。我們知道蛋白質是生命的物質基礎,下面我們不妨分析一下從普通原子到功能各異的生理蛋白,看這期間充滿了多少秩序與結構之美：基本組成元素主要是碳氫氧氮等,其中碳氧原子要按恰當?shù)闹刃蚺c結構才能形成羧基,而氮氫原子同樣要按恰當?shù)闹刃蚺c結構才能形成氨基,而羧基和氨基非要按恰當?shù)闹刃蚺c結構連在同一個碳原子上才能形成阿爾發(fā)氨基酸,若干阿爾發(fā)氨基酸再按恰當?shù)闹刃蚺c結構(一個氨基與另一個

15、羧基脫水)才能形成肽鏈,而肽鏈之間還要按恰當?shù)闹刃蚺c結構形成氫鍵,并再按恰當?shù)闹刃蚺c結構在空間盤旋才能形成具有三維空間結構的蛋白質.3.統(tǒng)一性與守恒性之美：一般化學平衡，電離平衡，水解平衡，溶解平衡等，它們共享統(tǒng)一的平衡移動原理(勒夏特列原理)，并都可以用平衡常數(shù)進行定量分析。另外，千變?nèi)f化的化學反應背后有不變的東西，從原子守恒到能量守恒再到電荷守恒,這些都是化學反應所遵守的；從原子守恒的觀點看，資源危機只不是地殼中元素的分布與聚集出現(xiàn)了問題而已。4.復雜性之美：因溫度，試劑濃度及量的多少，反應溶劑的選擇等實驗條件的多樣性從而導致化學反應機理，速率和現(xiàn)象的多樣性與復雜性，這也是化學中最引人入勝

16、的地方之一。以新制氫氧化銅氧化醛為例：若溫度適宜且氫氧化銅少量時生成紅色的氧化亞銅；若溫度過高且氫氧化銅過量時則因熱分解生成黑色的氧化銅；若溫度不足，則生成黃色的氫氧化亞銅；若堿性不足硫酸銅中加的氫氧化鈉太少則無明顯現(xiàn)象。還有很多例子：如乙醇與濃硫酸反應的溫度控制，鹵代烴與氫氧化鈉反應的溶劑選擇，鋁與鹽酸反應產(chǎn)生氣泡的速率特點，硫酸酸化的高錳酸鉀氧化草酸時溶液褪色的快慢特點自催化反應。5.哲學思辨之美：就我所知,化學中有哪些智慧之美呢?下面我盡量舉例說明.注：化學最吸引人的地方之一是它的千變?nèi)f化，但又萬變不離其宗。像易經(jīng)那樣，教人領略變與不變的哲學精髓和持經(jīng)達變的智慧。1.結構決定性質的啟示.

17、生活中處處充滿結構,從建筑到家庭,從單位到社會.一個和諧高效的團體必定有其最佳的結構搭配.2.同分異構現(xiàn)象的啟示.很多表面相似的東西具有完全不同的內(nèi)涵.3.官能團啟示.做事要抓住主要矛盾,找準突破口.4.元素周期律的啟示.事物都有規(guī)可尋,而且規(guī)律中有不規(guī)律.5.催化劑的啟示.要到達遠方,不一定要翻越高山,可以巧妙地尋找隧道.人生需要這種巧妙的催化劑.6.原子守恒與能量守恒的啟示.千變?nèi)f化的現(xiàn)象背后有不變的東西；一份耕耘一份收獲.7.氧氣,笑氣及多巴胺等的啟示.確立唯物主義世界觀,相信神奇的思想及飄渺的心情的背后是可控的物質.8.氟與氖,氧氣與臭氧,氧化物與過氧化物的性質啟示.量變引起質變.9.

18、銅與濃硝酸反應產(chǎn)物情況,鋁與鹽酸反應速率情況的啟示.要善于動態(tài)思維,發(fā)展變化地看問題.10.碳燃燒,鋁鹽與強堿反應的啟示.數(shù)量也會決定結局,體現(xiàn)定量化的重要性,宇宙是用數(shù)學語言寫的.11.氟化銀溶于水,氟化鈣難溶,消石灰溶解度等的啟示.事物同時具有普遍性與特殊性.12.二氧化硫,亞鐵離子等發(fā)生氧化還原情況的啟示.事物都是相對的,具體問題具體分析.13.鈉與氧反應,乙醇與濃硫酸的反應,鹵代烴反應的啟示.事物的發(fā)展具有多種可能性,控制條件可以預定結局.14.相對原子質量,物質的量及pH概念的啟示.善用數(shù)學工具可化繁為簡提高效率.15.化學平衡移動原理的啟示.萬物都有習慣與惰性,只有主動采取措施打破

19、原有平衡才能有新氣象.16.熵增加原理啟示.讓生活有序需要付出代價,不主動管理人生的人終會崩潰.17.順反異構,手性異構的啟示.細微處見本質,細節(jié)決定成敗.18.氣體摩爾體積的啟示.忽略次要因素恰當近似可以獲得規(guī)律提高效率.19.物質相似相溶的啟示.物以類聚,人以群分.20.不可逆反應的啟示.生命整體上就是一個不可逆反應,人生不要留下遺憾.21.實驗中洗氣裝置啟示.做事前要先排除干擾清除雜念；22.重結晶啟示.人只有持續(xù)不斷地洗去生命污垢揚善止惡,才能活出真善美的純粹人生；23.氧化劑濃硫酸可以干燥還原性氫氣：凡事不可絕對化.24.甲酸硝酸氫硫酸性質啟示.橫看成嶺側成峰,事物具有多面性25.合

20、金啟示.善于合作,博采眾長.26.化學教材編排體系及方法啟示：善用分類法,效率高高；27.各種化學語言啟示：善用符號與圖形,化繁為簡；28.充電電池啟示：不斷學習的人生才能常青；29.有機反應條件再好也不能像離子反應那樣快速.內(nèi)因才是關鍵；30.氯氣對人類的影響.是人性讓知識有善惡.附：建立富于生長力的化學知識樹，使自己的知識結構成為開放的不斷更新拓展空間，并且盡量密切聯(lián)系生活實際，致力于化學素養(yǎng)的真正形成?；瘜W素養(yǎng)化學視角體現(xiàn)在對事物的某些方面特別敏感：如物質的濃度如空氣中氧濃度，體內(nèi)離子濃度，食品中各組分含量等，酸堿性和氧化性等化學環(huán)境如食物的酸堿性，環(huán)境消毒，化學穩(wěn)定性如食物保存與變質，

21、易燃易爆物的存放，化學反應及其條件如溫水洗滌，金屬防腐，毒副作用如環(huán)境污染，飲食衛(wèi)生，藥物服用等，以及對物質變化-性質-結構因果關系的敏感等。附：化學隨想錄一.化學的特色與魅力在經(jīng)典的各門自然科學中,物理側重于發(fā)現(xiàn)(新的規(guī)律與事實),化學側重于創(chuàng)造(新化學物種與新反應),而生物學的視野則主要集中于有生之物.在人類歷史上,每一種新物質的合成和新反應的誕生都極大地改變了人類的進程,從鋼鐵到合成氨,從塑料到碳納米管.一想到擺在我們眼前的現(xiàn)實物種與化學家有可能創(chuàng)造出的化學物種相比只不過是滄海一粟，我就興奮不已。二.化學學習與專業(yè)成長不論教師還是學生,都應當走出粗制濫造的題海,那不是科學學習的正道，而應

22、當致力于對每一個知識本身的透徹理解,包括對各部分知識的獨特地位及知識間的關聯(lián)的把握和對各部分知識的獨特價值與美的欣賞,進而建立融會貫通且富于生長力的專業(yè)知識體系.這應當多讀經(jīng)典專業(yè)教材(如無機化學,分析化學)和多做實驗探究.三.化學分支模塊評述化學主要致力于研究物質的結構-性質-變化規(guī)律，所以結構化學可算是化學的根,是化學學習的起點；化學的精髓是合成與分析,而物理化學和結構化學為合成與分析提供了理論基礎和效率保障.經(jīng)典的描述化學,即元素化合物不僅為其他各分部知識的學習提供了知識載體(沒有這一塊知識基礎,其他化學知識的學習將成為空中樓閣),而且其本身的趣味性和廣泛應用無可替代；化學實驗部分的學習一方面利于化學綜合素養(yǎng)和思維品質的形成,另一方面能建立實驗室是化學的最高法庭的理念；有機化學自成一體,規(guī)律性強,其在學科