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ykcmq的博客

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[转载]化学核心思想、观念  

2015-11-25 10:38:14|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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一、化学核心思想观念方法

   1. 化学思想观念

  (1)化学物质观

  化学研究物质的组成、结构、性质及其变化规律

  它是人们从静态角度对化学物质本质的总的看法,包括:

  元素观——物质是由元素组成的。有了这一观念就可以理解物质的多样性与统一性,人类目前已发现和合成的2000多万种化学物质,都是由100多种化学元素组成的。

  微粒观——物质是由微粒构成的。原子、分子和离子是构成物质的基本微粒,微粒很小,微粒是运动的,微粒间有间隙,微粒间存在相互作用。

  结构观——物质是有特定结构的。结构观是对化学空间概念的一种反映,从而使人们对化学物质的认识从探讨宏观的元素组成深入到研究微观的立体构型。

  从元素观到微粒观,再到结构观,反应了人们对化学物质本质的认识逐步深入。

  (2)化学变化观

  它是人们从动态的角度对化学物质变化本质的总的看法,包括:

  守恒观——化学变化过程元素守恒、质量守恒、能量守恒。“三守恒”是对“化学变化中元素不变”、“质量不灭”、“能量不灭”(只是各种能量形式的相互转化)的概括。

  过程观——始态、过渡态(有一个或若干个中间体)和终态构成了化学变化的过程。过程观是对化学时间概念的一种反映,从而使人们关注和研究化学反应的速率问题。

  平衡观——化学变化过程是有限度的。

  (3)以实验为基础的观念

  化学是一门以实验为基础的自然科学,“以实验为基础”的观念已成为化学家们研究化学的行动指南。同样,学生在化学学习中,也应深刻理解以实验为基础的含义,树立以实验为基础的观念。

  化学实验是化学科学赖以产生和发展的基础

  用历史的观点来看,化学科学的发展历程实际上就是一部化学家运用实验进行探索、发现和创新的历史,几乎每一项化学发现都离不开科学实验。拉瓦锡(A.L.Lavoisier,1743-1794)运用定量实验推翻了统治化学达百年之久的“燃素说”,建立了科学的氧化学说;1824年年仅24岁的德国化学家维勒(F.Wohler,1800-1882)用实验人工合成出动物机体内的代谢产物尿素,用实验事实动摇了“生命力论”,开辟了用无机物合成有机物的新天地;汤姆生(J.J.Thomson,1856-1940)通过实验发现了电子,改变了传统的“原子不可分”的化学观。化学史上无数的事例说明,正是有了科学实验这一坚实基础,才有了今天的化学科学,化学实验是化学科学赖以产生和发展的基础。

  化学实验是化学科学最重要的实证研究方法

  这是从研究方法视角对“以实验为基础”的观念所作的阐释。“实证”意味着“求证”,要证实或证伪;也意味着“真实”、“实际”,要与客观世界相一致。如何知道是否与客观世界相一致呢?那就要寻找可靠的证据!什么样的证据最可靠?那就是通过实验获得的实验事实,这是最有力的证据。凡是与实验事实相一致的,那就得到了证实,证明是正确的;凡是与实验事实不一致的,那就得到了证伪,证明是错误的。因此,化学实验是化学科学最重要的实证研究方法。

  (4)绿色化学观念

  “绿色化学”是指设计对环境没有或者只有尽可能小的负面作用,并且在技术上和经济上又可行的化学品的过程,它是基于化学与社会,尤其与环境的相互作用而提出来的,因此,这一思想反映了人们对化学科学价值观和社会观的反思。

  ·合理使用化学品的观念。科学具有两重性,化学科学也是如此。一方面,化学为人类社会的进步与发展做出了巨大贡献;另一方面,化学品的生产、使用与处理的不当,也给环境造成了较大的污染。因此,通过化学学习,学生应树立合理使用化学品的观念。

  从源头上避免污染的观念。防止污染的有效办法不是污染发生后的治理,而是从源头上就避免污染。为此,化学品的绿色化设计就显得尤为重要。选取绿色化的原料、采用“原子经济性”的化学反应,获得绿色化的产品,是学生通过化学学习应该树立的重要观念。

  2. 科学方法

  现代科学观认为,科学是科学知识和科学方法的统一体,其中,科学知识是科学方法的产物。现代科学的含义反映在化学学习中,就是要求学生不仅要学习化学科学知识本身,还要学习获得化学科学知识的科学方法。常见的科学方法主要有:观察方法(包括测量方法和记录方法)、实验方法(包括实验条件的控制方法、测定方法)、资料和事实的处理方法、科学抽象方法(包括比较、分类、归纳和概括方法)、模型方法和假说方法。

  此外,化学方法也是学生应该学习的重要内容,主要包括化学物质的制备(或合成)方法、分离与提纯方法和分析方法(物质的检验、鉴别与鉴定)。物质的分析方法通常分为化学分析法和仪器分析法两种。

  3.化学基本技能

  中学化学教学中的基本技能主要有化学用语技能、化学计算技能和化学实验技能。

  ●化学用语技能。化学用语的使用是中学生应该学会的一项基本技能,包括化学用语的读念技能,要求准确化;化学用语的书写技能,要求规范化;化学用语的运用技能,要求熟练化。

  ●化学计算技能。中学化学计算主要涉及:有关化学量(相对原子质量、相对分子质量、摩尔质量、气体摩尔体积)和化学式的计算;有关溶液的计算,包括溶解度、溶质的质量分数、物质的量浓度和溶液的稀释等方面的计算;有关化学方程式的计算;有关平衡常数的计算,包括电离常数和电离度、溶液中氢离子浓度、氢氧根离子浓度和pH 的计算。

  ●化学实验技能。这里的实验技能主要是指动作技能,主要有:实验仪器使用技能,包含实验仪器的使用方法和实验仪器的选择两个方面;实验基本操作技能和实验综合运用技能。

  4. 化学科学品质

  所谓化学科学品质是指一定的化学科学道德规范在个人思想和行动中表现出来的较为稳定的特点和倾向,是科学态度、科学精神的具体体现。在中学化学教学中尤其注重使学生形成的化学科学品质有:

  怀疑:没有怀疑,就没有创新。要培养学生的创新精神,首先就必须敢于怀疑,大胆质疑。从化学科学发展的历史来看,怀疑是化学家非常重要的一种科学品德,很多化学科学的重大发现无不与这一品质有关。

  求实:怀疑是创新的第一步,但仅停留于此,还不能获得化学科学发现。为此,还应对所怀疑的问题作深入的探究,问题到底出在什么地方?如果不正确,那么,正确的应该是什么?因此,求实意味着探究,意味着实证。

  严谨:严谨是创新不可或缺的重要品质。科学的,一定是精细的,一丝不苟的。任何粗枝大叶,马马乎乎,都不可能产生创新。

  进取:进取精神是进行创新的不竭动力。科学创新是一项十分艰巨的任务,伴随着艰辛和失败,如果没有坚强的意志,没有强烈的进取精神,就不可能深入探究、细致实证,当然也就不可能达到科学的光辉顶点。

  上述4项化学科学品质都是以创新为核心的,创新永远是科学最重要的特征。除此以外,合作、奉献、坚韧等也是重要的化学科学品质。

  二 . 运用学科思想 学活化学知识

  化学学科体系包括3个要素,即化学知识与技能、分析问题与解决问题的能力、化学学科思想。课本知识是基础,解题能力是关键,化学思想是灵魂。化学学科思想是化学学科的基本思想方法。有了学科思想方法,就能形成应用学科思想认识问题和解决具体问题的正确学法,就能在学习过程中提高学习效率和效果,就能提升学科素养和学科能力。

  化学学科思想类别繁多,诸如:元素观、微粒观、守恒观(守恒思想)、分类观(分类思想)、转化观(强弱观)、环保观(绿色化学思想)、结构思想、辩证思想等。

  (一)元素观

  元素观是开启认识物质世界的一条重要通道。世界是物质的,物质都是由110多种元素组成的。从元素的视角看物质世界是化学学科特有的基本的思想方法。建立元素观,对物质世界的认识就会变得有序有条理。

  主要观点:①物质与元素的关系:元素在自然界中以游离态或化合态存在,因此物质有单质与化合物之分。②元素与原子的关系:元素是同一类原子的总称。③元素性质与原子内部结构特点的关系:核电荷数、原子半径、最外层电子数等决定元素的性质,因此元素可分为金属元素和非金属元素;元素化合价与原子的最外层电子有关;元素性质呈周期性变化(高中学习)。④组成物质的元素是多样化的,组成方式也是丰富多彩的,这正是构成丰富多彩的大千世界的根本原因。⑤建立以某元素为核心的物质家族。看到某一种元素,能够想到含有该元素的一堆物质。该元素在各物质中存在时的形态,包括它的价态、所处的微观环境等。

  体验感悟:

  组成物质的元素是多样化的。如:依据化学组成,物质可以分为纯净物和混合物。依据元素组成,纯净物分为单质和化合物;单质分为金属单质和非金属单质;化合物分为无机物和有机化合物,无机化合物分为氧化物、酸、碱、盐;氧化物分为酸性氧化物、碱性氧化物和两性氧化物;酸分为含氧酸和无氧酸;盐分为酸式盐、碱式盐和正盐。

  在具体物质的学习和研究中,运用元素的观点考察组成物质的元素是什么?该物质的类别是什么?该物质的核心元素是什么?该元素的可能价态有哪些?该该物质的相关转化是什么?理解该元素为什么能够形成相关的物质?上述思维方式不仅能够指导具体元素或具体物质的学习和研究,而且能够进一步丰富化学元素观。如:以元素观为基础的组成决定物质的性质。如CO和CO2的性质不同,组成中增加了1个O原子!HNO3和HClO3、H2S和H2O、H2SO4和K2SO4等的性质差别,仅仅相差1种元素!

  建立以某元素为核心的物质家族。以物质为载体,元素为中心,转化为主线,这是元素观学习的线索思路。如碳及其化合物的家族:碳单质有金刚石、石墨和C60;碳的氧化物有CO和CO2;碳的化合物有碳酸、Na2CO3、CaCO3等碳酸盐、NaHCO3、Ca(HCO3)2等碳酸氢盐;以碳元素形成的有机物有CH4、乙醇、乙酸等。以家族形式分类学习,物质不再是一盘散沙,而是一个有机整体,便于对比归纳总结。

  典例巩固:

  例1.下面是从海水中提取镁盐制取镁的工艺流程图。海水中镁元素的含量并不高,但可以用来制镁。为什么?

  解答:仔细观察工艺流程图,你能读出哪些信息?海水中本来就有氯化镁,为什么不直接提取,而是先加石灰乳生成氢氧化镁沉淀,再加盐酸得到氯化镁?

  富集的方法是化学上常用的。操作a是海水晒盐,得到NaCl也得到母液(即卤水中含有MgCl2),镁元素的第一次富集;加石灰乳生成氢氧化镁沉淀的作用兼有净化和富集的作用,Mg元素的第二次富集。这样,就从海水中提取出镁元素含量较高的MgCl2。

  MgCl2+Ca(OH)2==Mg(OH)2↓+CaCl2

  Mg(OH)2+2HCl==MgCl2+2H2O

  MgCl2学活化学知识--初高中化学衔接专"<</SPAN> Mg+Cl2↑

  例2.(1)经测定,由C3H8O和C6H12组成的混合物中含碳元素的质量分数为78%,那么此混合物中含氧元素的质量分数为_________。

  (2)由C3H6O、C6H12、C3H8按一定配比混合,混合物的组成可用CaHbOc表示,回答下列问题(用a、b、c表示)

  ①混合物中氧元素的质量分数为____________;

  ②若混合物的组成中只含一个氧原子时,混合物的相对分子质量为_____。

  解答: (1)因C3H8O可改写为C3H6(H2O),这样混合物可以看成是由“CH2”和“H2O”两种“元素”所组成的,(2)①由题设的化学式易推得

  ② 1∶M=c∶(12a+b+16c),M=(12a+b+16c)/c。

  (二)微粒观

  化学是研究物质的一门科学,物质由微粒构成的,物质无限可分,大宇宙,小微粒,走进微观世界去研究物质,用微粒观去解决具体物质的化学问题,有其重要的意义和奇妙的作用。

  主要观点:①物质都是由不同微观粒子构成的。构成物质的“三子”为分子、原子、离子,构成原子的“三子”为质子、中子、电子。微粒很小,微粒是运动的,微粒间有间隙,微粒间存在着相互作用,从而使微观粒子聚集成宏观物质。②物质的变化是构成物质的微粒间结合方式的改变,研究物质的微观结构变化,有助于理解掌握物质变化的本质。③化学常常是研究物质组成和物质变化的,有关化学式和化学方程式中均蕴含着各种微粒间的定量关系,注意挖掘有关微粒间的定量关系,可以巧妙且准确解决计算问题。

  体验感悟:宏观物质与微观粒子的关系图

  物质结构中的微粒观:物质都是由不同微观粒子构成的。物质结构涵盖了原子结构、分子结构、晶体结构等(高中学习),微观结构与每一种具体物质都有着密不可分的联系。因此,研究或理解具体物质的化学问题时,要全面深入微观世界去分析、解释、论证。

  如:分子、原子、离子都是保持物质化学性质的一种微粒,酸、碱、盐溶液都是由离子构成的,离子的性质决定物质的性质,所以从离子角度去学习酸、碱、盐是根本,也是一个捷径。酸的通性可以理解为H+离子的性质;碱的通性可以理解为OH-根离子的性质;Cu2+离子的性质可以归纳为:①水溶液为蓝色,②与OH-根离子反应生成蓝色沉淀,③可以把铁原子氧化为亚铁离子等等。从微粒的角度认识酸、碱、盐的性质,就是抓住问题的实质,可以提高学习效率。

  又如:H2O、CO2、CH4、C60等物质的微观结构模型图片。

  物质是宏观的,微粒是微观的。我们肉眼看不见的微粒,如何学习?这就要求我们闭目想象将自己变得极小,和微粒一起玩,去和微粒交朋友,去感受神奇的微粒世界。如空气是宏观物质,看不到,摸不着,如何验证我们这个空间确实有空气的存在?如何体验空气中确实有N2、O2等存在?

  用手推针筒的活塞挤压针筒内的空气,感受空气的压力。空气存在一定压力是什么原因?为什么空气能被压缩?这些现象说明空气中存在着微粒,它们之间有间隙,在被挤压时,间隙变小,使体积缩小;压缩到一定程度,微粒间的间隙很小了,就很难被压缩了。或许多可燃性物质在空气中燃烧,证明空气中有O2分子的存在。或制取气体的实验装置气密性检查。等等。

  化学反应中的微粒观:原子是化学变化中的最小微粒,故任何化学反应中原子种类和原子个数总是不变的。离子反应的本质是反应物中的某些离子浓度减小,所以要从离子变化的角度来认识离子反应规律。氧化还原反应的本质是反应过程中有电子转移,故要从得失电子的角度来认识氧化还原反应规律。

  如氢气的燃烧。氢气的燃烧实验宏观现象是:纯净的氢气在空气中安静地燃烧,产生淡蓝色火焰,烧杯壁凝结有水雾,用手触摸烧杯,烧杯发烫。

  结论:氢气和空气中的氧气发生了化学反应有水生成;氢气在燃烧过程中放出热量。(为什么?微观分析如图所示)

  下图所示是氢气燃烧的微观表示:

  在微粒方面,破坏旧分子形成新分子的变化,属于化学变化。在能量方面:破坏氢分子和氧分子需要能量,因为微粒间存在作用力;但生成水分子又会放出能量,即断键需要能量,成键放出能量,该反应放出大量热量的原因就是生成氧氢键的能量之和大于断开氢氢键和氧氧键的能量之和(高中学习)。

  化学计算中的微粒观:涉及到物质的微粒数计算均与物质中所含有的某种微粒多少有关,考查面广,综合度大,灵活性强,强化训练。如讲座一中的“Na2S、Na2SO3、Na2SO4混合物的含氧量计算”就是典例。

  典例巩固:

  例1.根据双氧水(H2O2)的组成填空:

  ①双氧水是由___________组成的;(填元素)

  ②双氧水是由________ _构成的;(填微粒)

  ③双氧水分子是由__________构成的;(填原子)

  ④每个双氧水分子是由____________构成的。(填原子及个数)

  答案:①氢、氧元素 ②过氧化氢分子或双氧水分子 ③H原子和O原子④2个H原子和2 个O原子

  例2.我国前段时间在快餐店查出苏丹红而引起“苏丹红”事件。苏丹红一号(C16H12N2O)、苏丹红二号(C18H12N2O)都是工业合成的红色染色剂,世界上多数国家是不允许把它们作为食用色素的。

  (1)这两种物质都是由_____________这几种元素组成的。

  (2)苏丹红1号中C、H、N、O的原子个数比是___________________。

  (3)苏丹红1号、2号的相对分子质量之差为________________。

  (4)苏丹红2号中氢元素的质量分数是_______________________。

  答案:(1)碳、氢、氮、氧元素 (2)16∶12∶2∶1 (3)24 (4)4.4%

  (三)守恒观(守恒思想)

  守恒思想在自然科学中是普遍存在的,是定量研究物质变化过程中的永恒主题,是学习高中化学的最重要学科思想之一,更是高中生要掌握的一种学习能力。

  主要观点:守恒思想有多种表述形式,如质量守恒、元素守恒、物料守恒、原子守恒、离子守恒、电子守恒、电荷守恒、能量守恒等等。其实可以归结为三种守恒:①化学反应是原子的重新组合故都存在着物料守恒:从宏观物质看即质量守恒,从微观粒子看即粒子守恒。②氧化还原反应中得失电子总数相等:电子守恒。③化合物及电解质溶液中阴阳离子电荷数相等呈电中性:电荷守恒。

  体验感悟:

  守恒思想在化学定性分析中运用较为普遍。如化学式的书写就是利用元素价态守恒;化学方程式的配平就是利用质量守恒;原子是呈电中性的就是利用质子和电子的电荷守恒;等等。在化学定量计算上运用较为广泛。守恒法作为解决化学计算题的金钥匙,具有直观性与快速性的特点,高中学习时,不仅要注意强化守恒意识,而且要善于抓住物质变化过程中某一特定量固定不变(如质量守恒或元素守恒)来解决有关定量问题。

  典例巩固:

  例1.根据化学反应式3NO2+H2O →X+2HNO3,确定X的化学式是 。

  某有机物燃烧的化学方程式为:X+3O2==2CO2+3H2O,则该有机物的化学式为 __ _。

  解答:利用元素守恒和原子数目守恒推断出X的化学式为NO。

  利用反应前后原子种类和数目不变,推得一个X的分子中有2个碳原子、6个氢原子和1个氧原子,即得X的化学式为C2H6O或C2H5OH。

  例2.车用乙醇汽油是将乙醇(C2H5OH)与汽油按一定比例混合而成的一种汽车燃料。

  ① 在密闭容器中,将少量乙醇置于一定量氧气中燃烧,生成二氧化碳、水蒸气和一种未知物质w。现测得反应前后各物质的质量如下:

  根据质量守恒定律,得出表中x的值为 。

  ②根据表中数据,可确定未知物w中所含 元素,其组成元素的质量比为 ,w的化学式为 。

  解答:由质量守恒定律很容易求得X值为14;由元素守恒推知未知物w中含C、O元素,其组成元素的质量比为3∶4,w的化学式为CO。

  例3.ag某KOH溶液跟ag某硝酸溶液混合,恰好完全反应,所得溶质的质量分数为10.1%的溶液,将此溶液恒温蒸发掉0.99ag水后,成为t℃时的饱和溶液。求:(1)所取KOH溶液中溶质的质量分数;

  (2)反应后所得溶液中溶质在t℃时溶解度。

  解析:KOH与HNO3完全反应,得到KNO3溶液。根据质量守恒定律知:KNO3溶液的质量为2ag,KNO3溶质的质量为2a×10.1%g。

  设KOH溶液中含x(g)KOH(溶质)

  KOH+HNO3=KNO3+H2O

  56         101

  x          2ag×10.1%    解得:x=0.112a

  KOH溶液的质量分数=0.112ag/ag×100%=11.2%

  反应后所得饱和溶液的质量为:2ag-0.99ag=1.01ag

  设溶解度为s,则 s∶(100g+s)=2ag×10.1%∶1.01ag

  解得:s=25g

  (四)分类观(分类思想)

  分类思想是人类高智力水平的活动,只有具备分类思想才能对未知领域开展系统化的研究。分类是学习与研究化学的一种常用的基本方法和重要思想,分类的目的是认清事物的特点,然后分门别类地解决具体的化学问题。

  主要观点:世界上物质极其丰富,既有其个性,也有与其它物质相同(或相似)的地方;同样,物质的变化也是多种多样的。学会或理解从不同角度对物质及其变化进行分类,然后在解决某些问题时把某种物质或变化归到某一类中,用“类”的思想去解决问题,容易把握问题的实质,找到解决问题的方法及思路,从而有效而迅速地解决问题。

  体验感悟:

  对具体物质的学习,按物质类属的角度进行分类学习,便于理解掌握具体物质的化学性质。如在复习氧气的化学性质时,可以将氧气的化学性质归纳为:氧气与金属单质反应、与非金属单质反应、与化合物反应;学习二氧化碳的化学性质时,可以按酸性氧化物归纳为:与水、与碱性氧化物、与碱反应等。在碳酸钠和碳酸氢钠的性质学习中,可以将碳酸钠、碳酸氢钠归到钠盐或碳酸盐来看待,从碳酸盐角度对比推测碳酸钠的化学性质(与盐酸等酸反应、与氢氧化钙等碱反应、与氯化钡等盐反应),从钠盐的角度来分析碳酸钠的溶解性等。对比分析碳酸钠和碳酸氢钠在组成和类属上的异同,组成上相差一个H,分属于碳酸的正盐和酸式盐,碳酸氢钠可能具有的化学性质与碳酸钠相似。二者组成上的差异性,碳酸氢钠受热易分解、能与氢氧化钠等碱反应。运用分类思想对已学物质进行复习或对新物质性质进行预测探究都是很有帮助的,可以有效促进高中化学学法的形成。

  把化学反应分为化合、分解、置换、复分解、氧化还原反应等,有助于分类研究化学反应,使化学反应变得有规律可循。化学反应的四种基本类型字母表示的通式分别为:化合反应 A+B→AB ;分解反应AB→A+B;置换反应A+BC→

  AC+B;复分解反应AB+CD→AD+CB。直观形象,方便掌握。如复习巩固置换反应时,可将各章节中所学的置换反应归并分类为:金属单质置换金属单质(Zn或Fe等置换Cu等)、金属单质置换非金属单质(Zn或Fe等置换生成H2)、非金属单质置换金属单质(H2或C等还原CuO等)、非金属单质置换非金属单质(C置换H2O生成水煤气等)等四种形式;同时还可以归并分类为:在溶液中的置换反应(金属置换酸中氢、金属置换盐溶液中的金属等)、在非溶液中的置换反应(氢气置换固体、碳等固体物质置换固体等)。这样分类学习既认识了物质反应的共性,归纳总结了置换反应的规律,又体验了物质变化的差异性,置换反应发生的条件各不一样,还可避免CO还原CuO非置换反应的混淆,全面提高识别和判断置换反应的能力。

  典例巩固:

  例1.现有H2、N2、O2、空气、食盐水、CO2、P2O5、Fe3O4、MnO2、Fe、Cu等10种物质,请从物质的组成、性质等方面根据你自己自定义的物质类别对上述物质进行分类(参照举例要求另外写出三组):

  物质类别:常温下是气体的物质对应物质:H2、N2、O2、空气、CO2

  答案:①常温下是固体的物质:P2O5、Fe3O4、MnO2、Fe、Cu

  ②氧化物:CO2、P2O5、Fe3O4、MnO2

  ③单质:H2、N2、O2、Fe、Cu

  ④混合物:空气、食盐水

  ⑤双原子分子:H2、N2、O2

  评价:本题具有一定的开放性,其它合理答案均可,如含有氧元素的物质、可溶于水的物质、与酸反应的物质等。从不同的角度选择分类依据,得出的答案不相同。要能正确地、合理地对物质作出正确分类,首先要理解物质分类的有关概念,抓住概念间的相互关系和本质区别。

  例2.从给定化合价的这6种元素中,选择适当的元素组成符合下列要求的物质各一种,并将其化学式填入相应的空格中:一种重要的氧化物,一种重要的酸,一种重要的碱 ,一种可做杀菌剂的盐 ,一种可做氮肥的盐 。

  思维:在题给6种元素中,一共可以形成几种氧化物?几种酸?几种碱?这些物质里,属于生产和生活中很重要的氧化物、酸、碱各是哪一种?可做杀菌剂的盐应该含有什么样的金属元素?可做氮肥的盐应含哪种原子团?

  答案:H2O(或CuO、SO3、Na2O等)

  H2SO4 (不能写HNO3?)

  NaOH或NH3·H2O或Cu(OH)2

  CuSO4(不能写Na2SO4? )

  (NH4)2SO4 [(盐不能写NH4NO3或NaNO3?)

  (五)转化观(强弱观)

  物质的存在不是静止的,而是物质之间在相互的转化。物质的转化体现的是物质的化学性质,是元素化合物的核心问题。可以从不同的角度认识物质的转化,如无机物之间的转化,无机物向有机物的转化,有机物之间的转化,自然界中的转化,实验室的转化,生产生活中的转化等等;相同价态之间的转化,不同价态之间的氧化还原转化等。利用物质之间的转化关系,人们可以研究物质的性质、制备及鉴别和提纯物质。

  主要观点:不同物质的转化应用不同的化学反应原理。物质的转化主要有两种形式:一是相同元素价态,不同物质类别间的转化,即高中所学的各类离子反应,离子反应总是向着离子浓度减小更小的方向转化;二是元素不同价态间的转化,即高中所学的氧化还原反应,氧化还原反应遵循强制弱的规律。例如,碳及其化合物的转化,自然界钟乳石形成过程中的化学反应,可以理解碳元素间价态不变的转化;高炉炼铁中的氧化还原反应,可以理解碳元素不同价态间的转化。

  体验感悟与典例巩固:

  根据酸、碱、盐之间的反应规律,实现相同价态物质间的转化。

  例1.有铁粉、铜粉和Cu(OH)2三种固体以及CuSO4、KOH、FeSO4、KNO3、K2SO4和稀硫酸等六种溶液,它们中的某几种在常温下相互转化关系如下:

  (1)固体甲+溶液B→溶液C+水 (2)溶液A+溶液C→固体甲+溶液D

  (3)固体乙+溶液B→溶液E+氢气

  根据以上关系,写出下列物质的化学式:

  固体:甲 乙 溶液:A B C D E F

  写出有关反应的化学方程式:

  (1) (2) (3)

  解答:Cu(OH)2、Fe;KOH;H2SO4;CuSO4;K2SO4;FeSO4;KNO3

  Cu(OH)2+H2SO4==CuSO4+2H2O

  CuSO4+2KOH==Cu(OH)2↓+K2SO4;Fe+H2SO4==FeSO4+H2↑

  根据各种单质及其化合物的反应规律,实现单质及其化合物间的转化。

  例2.请你根据已学的知识尽可能多地写出Na、Na2O、NaOH、NaCl、Na2CO3五种物质间相互转化的化学方程式,进而归纳总结“成盐”规律。

  解答: Na→Na2O:⑴4Na+O2==2Na2O Na→NaOH:⑵2Na+2H2O==2NaOH+H2↑

  Na→NaCl: ⑶2Na+Cl2==2NaCl ⑷2Na+2HCl==2NaCl+H2↑

  Na2O→NaOH:⑸Na2O+H2O==2NaOH

  Na2O→NaCl:⑹Na2O+2HCl==2NaCl+H2O

  Na2O→Na2CO3:⑺Na2O+CO2==Na2CO3

  NaOH→NaCl:⑻NaOH+HCl=NaCl+H2O ⑼2NaOH+ Cl2==NaCl+NaClO+H2O

  ⑽ FeCl3+3NaOH ==Fe(OH)3↓+3NaCl

  NaOH→Na2CO3:⑾2NaOH+CO2== Na2CO3+H2O

  Na2CO3→NaCl:⑿Na2CO3+2HCl==2NaCl+CO2↑+H2O

  ⒀Na2CO3+BaCl2==BaCO3↓+2NaCl

  Na2CO3→NaOH:⒁Na2CO3+Ca(OH)2==CaCO3↓+2NaOH

  成盐规律:由⑶知:金属单质+非金属单质→无氧酸盐;由⑷知:金属单质+酸→盐;由⑹知:碱性氧化物+酸→盐;由⑺知:碱性氧化物+酸性氧化物→含氧酸盐;由⑻知:碱+酸→盐;由⑼知:碱+某些非金属单质→盐;由⑽和⒁知:盐+碱→盐;由⑾知:碱+酸性氧化物→含氧酸盐;由⑿知:盐+酸→盐;由⒀知:盐+盐→盐;此外,盐+金属→盐(如CuSO4+Fe == FeSO4+Cu)。

  评点:本题以钠及其化合物为知识基础,考查了单质、氧化物、酸、碱、盐间的转化规律,合符合规律的转化反应及有关化学方程式,要求尽可能的回顾、联想已学知识。解答此题后应有两点启示:一是不同物质间反应生成盐的途径很多,但不是任何一种盐均可通过以上成盐规律获得;二是学习化学应经常通过解题后的反思,归纳总结,完善知识结构,提高学习效率。

  根据强制弱的反应规律,实现强者与弱者间的转化。

  化学反应中的“强制弱”规律是普遍存在的。无论是氧化还原反应,还是非氧化还原反应,一般都是“强制弱”。常见的“强制弱”反应规律有:复分解反应中强酸制弱酸、强碱制弱碱等;置换反应中活泼性强的制活泼性弱的等;氧化还原反应中强氧化剂制弱氧化剂、强还原剂制弱还原剂。熟练掌握“强制弱”的化学思想,便可以轻松掌握各种复杂繁多的化学反应规律。

  如:复分解反应“强制弱”规律有以下几种:

  强酸制取弱酸:CaCO3+2HCl==CaCl2+H2O+CO2↑

  CaCO3+2CH3COOH==(CH3COO)2Ca+H2O+CO2↑

  Na2SiO3+H2SO4==Na2SO4+H2SiO3↓

  强碱制取弱碱:2NH4Cl+Ca(OH)2 CaCl2+2NH3↑+2H2O

  2NaOH+CuSO4 ==Na2SO4+Cu(OH)2↓

  置换反应“强制弱”规律有以下几种:

  金属单质置换金属单质,活泼性强的金属置换活泼性弱的金属:

  CuSO4+Zn==ZnSO4+Cu Cu+HgSO4==CuSO4+Hg

  金属单质置换非金属单质,活泼性强的金属可置换出酸中氢或水氢: 2Al+6HCl==2AlCl3+3H2↑ 2Na+2H2O==2NaOH+H2↑

  非金属单质置换金属单质:

  CuO+H2 = Cu+H2O 2CuO+C=2Cu+CO2↑ 2Fe2O3+3C=4Fe+3CO2↑

  非金属单质置换非金属单质,活泼性强的非金属置换活泼性弱的非金属:

  C+H2O=H2+CO 2H2+SiCl4 = Si+4HCl

  例3.“探险队员”——盐酸,不小心走进了化学迷宫,不知怎样走出来,因为迷宫有许多“吃人的野兽”(即能与盐酸反应的物质或者是水溶液),盐酸必须避开它们,否则就无法通过。

  (1)请你帮助它走出迷宫(请用图中物质前的序号连接起来表示所走的路线)。

  (2)在能“吃掉”盐酸的化学反应中,属于酸和碱中和反应的有 个,其反应的化学方程式是。属于置换反应的有 个,其反应的化学方程式是。其中能“吃掉”盐酸的盐是 (填名称),其反应的化学方程式是 。

  (3)不能与盐酸反应的化合物名称分别是 。

  解答:(1) ③⑥⑩⑦⑾⑿

  (2) 2个 HCl+NaOH==NaCl+H2O 2HCl+Ca(OH)2==CaCl2+2H2O

  1个 Zn+2HCl==ZnCl2+H2↑ 碳酸钠

  Na2CO3+2HCl==2NaCl+H2O+CO2↑

  (3) 二氧化碳、氯化钠、二氧化硫、硫酸

  根据氧化还原反应的规律,实现不同价态物质间的转化。(略)

  (六)环保观(绿色化学思想)

  主要观点:初中化学课本第一单元课题1在阅读栏目中就提出了绿色化学知识,它的主要内容是:①充分利用资源和能源,采用无毒、无害的原料;②提高原子的利用率,力图实现“零排放”;③生产环保的产品。这就是绿色化学思想,应用绿色化学的理念进行化学学习,既可以增强环保意识,又可以提高学习效果。

  环境问题已经是一个全球性的问题,这是涉及到人类的生存与发展的重大问题。如淡水危机、主要能源(煤和石油)的危机、金属资源的危机、环境污染(臭氧层破坏、温室效应、酸雨、白色垃圾、废旧电池污染、水污染、大气污染、土壤污染、噪音污染、光污染、核污染等),要形成三个观念:保护淡水资源和节约用水的观念;防止污染,保护良好生态环境的观念;节约能源,合理利用现有资源的观念。强化两个现代意识:节能和减排。

  体验感悟:

  在演示实验、分组实验中,要力求利用最少的实验药品,获得最佳的实验效果,最大限度的减少废弃物,确保节约、环保、安全,使化学实验符合绿色化学思想。如燃烧硫得实验过程会产生有害气体二氧化硫,实验时要采取减量操作或改成封闭实验。将白磷和红磷燃烧的对比实验改为分别放在试管中反应,将试管塞上塞子或套上小气球(起缓冲作用),然后把两支试管放到热水进行对比实验,这样既环保,又能明显地观察到实验现象。一些简单实验如制取有毒的氯气等均要进行尾气处理或增加吸收装置,以防止环境污染。

  在实验方案设计时,要贯穿绿色化学思想,用绿色化学思想指导实验设计,有效防止污染和充分利用药品。如:以氧化铜为原料,设计制取铜的实验方案。若有同学设计了方案多种:①氢气还原氧化铜,②碳还原氧化铜,③一氧化碳还原氧化铜,④氧化铜溶解于盐酸或稀硫酸后,用锌或铁置换铜盐溶液。请用绿色化学的观点分析哪种方法最佳。

  当制备相同质量的铜时,方案④最佳。

  环保意识:水口库区发生大规模的水浮莲疯长事件造成水体污染、闽江库湾养鱼大面积死鱼现象、鹤塘石板材污水影响整个敖江流域饮水的事件、古田白木耳熏磺污染等的原因分析。“低碳生活”、“节能减排”,当今社会的流行语。

  从绿色化学原则和原子经济性的角度讨论侯氏制碱法的绿色化学思想,证明了侯氏制碱法是原子利用率为百分之百、没有副产物、实现了零排放的理想原子经济反应。

  典例巩固:

  例1. 根据“绿色化学”的思想,某化学家设计了下列化学反应步骤:

  ① CaBr2+H2O=CaO+2HBr ② 2HBr+Hg =HgBr2+H2↑

  ③ HgBr2+CaO = HgO+CaBr2 ④ 2HgO = 2Hg+O2↑

  该方案的主要目的是为了制备( )。

  A.HBr B.CaO C.H2 D.Hg

  例2.大量使用内燃机动力车辆明显地造成空气污染。除有机物外,一氧化碳和氮氧化物也是有毒物质。提高内燃机的功率必须提高燃烧温度,而十分遗憾,提高温度将增多如上有毒物质的产量。因此必须找到某种折中的最佳解决方案。

  ①内燃机燃料汽油(用CxHy表示汽油的主要成分)完全燃烧产生什么?用化学反应方程式表示。

  ②一氧化碳或氮氧化物是通过什么物质反应产生的?

  ③为什么氮氧化合物是大气的严重污染物?

  ④通过什么无机反应可使CO和NO在排放时转化成空气的组分气体?

  ⑤大自然通过什么无机化学反应除去因燃烧进入大气的CO2?

  解答:①CxHy+(x+y/4)O2==xCO2+y/2H2O

  ②一氧化碳是通过有机物不完全燃烧产生的;氮氧化物是通过含氮有机物燃烧或氮气与氧气在高温下反应生成的。

  ③氮氧化物有毒,氮氧化物是形成酸雨的主要物质,也能破坏臭氧层。

  ④2CO+2NO==2CO2+2N2

  ⑤CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2

  (七)结构思想

  主要观点:物质的结构决定物质的性质,是化学学习中一种重要的推理思想,是化学学科核心的思想方法。在学习和研究各类元素、化合物的性质时,结构与性质的关系是:结构决定性质、性质反映结构。这一思想贯穿高中化学学习与研究过程的始终。高中学习具体物质知识,就要按“组成、结构、性质、用途、制备”的基本思路开展,逐渐形成结构决定性质的学科思想。

  体验感悟:

  如学习金刚石和石墨的性质,金刚石是天然最硬的物质,可以用作各种钻头和切割刀口,而石墨可以作润滑剂,为什么呢?两者物理性质差异之大是由于两种单质中碳原子的排列顺序不同(即结构不同:金刚石是立体网状,石墨是片层排列)造成的;两者化学性质相同是由于两种都由碳元素组成的不同单质中碳原子最外电子层都有4个电子(即原子结构相同)决定的。这是“结构决定性质,性质决定用途”很好的例证。木炭、活性炭的表面具有疏松多孔的结构(表面积大),决定了木炭、活性炭具有将相对分子质量的较大的分子吸附到自己表面性质(吸附性)。而无定形碳包括木炭、焦炭、活性炭和炭黑,这些都是人工制造的产物,它们都是石墨的微小晶体和少量杂质构成的,与石墨的结构相似,但碳原子排列不规则,没有一定的结晶形状。所以是混合物与石墨(纯净物)性质不完全相同。

  又如学习酸、碱、盐的性质,酸类物质有共同的H+离子,碱类物质有共同的OH-离子,决定了酸、碱具有各自的共性,学习中就要归纳好酸的通性和碱的通性;而盐没有共同离子,故不提盐的通性,但是,当不同盐解离出的金属离子或酸根离子相同时,则此类盐可具有相同的性质,这些都是结构决定性质的。

  还如,碳原子的最外层电子数是4个,电子的得和失都不容易发生,因此,碳单质的化学性质比较稳定;钠原子的最外层有一个电子,很容易失去,因此,单质钠的化学性质比较活泼。氢气和氧气、一氧化碳和二氧化碳、水和双氧水的分子构成不同,决定了它们的物理性质、化学性质都存在着较大的差异。

  典例巩固:

  例1.科学家预言超级原子的发现将会重建周期表,2005年1月美国科学家在《Science》上发表论文,宣布发现铝的超原子结构A113和A114,并在质谱仪检测到稳定的A113-、Al142+等。A113、A114的性质很像现行周期表中的某些主族元素,已知这类超原子当具有40个最外层电子时最稳定。下列说法不正确的是( )

  A.A113与氯原子性质类似,A113-性质不活泼

  B.A114与盐酸反应可生成H2

  C.A113超原子在化学反应中可只能失去电子

  D.A114与Ca、Mg元素性质相似,容易失去2个电子而形成稳定的A1142+

  例2.判断无机含氧酸强弱的一条经验规律是:含氧酸分子结构中含非羟基氧原子数越多,该含氧酸的酸性越强。

  已知:无机含氧酸分子中都含有羟基(—OH)。比如H2SO4分子中就有两个羟基,H2SO4可写作HO-SO2-OH,它的羟基氢极活泼,很容易被金属置换,可电离显酸性。某些含氧酸的酸性如下表:

  (1)亚磷酸H3PO3和亚砷酸H3AsO3分子式相似,但它们的酸性差别很大。H3PO3是中强酸,H3AsO3既有弱酸性又有弱碱性。由此可推出它们的结构式分别为:① ;②

  (2)H3PO3和H3AsO3与过量的NaOH溶液反应的化学方程式分别是:

  ① ;② 。

  (3)在H3PO3和H3AsO3中分别加入浓盐酸,分析反应情况,写出化学反应方程式 。

  解答:(1)① ② (2)①H3PO3+2NaOH==Na2HPO3+2H2O

  ②H3AsO3+3NaOH==Na3AsO3+3H2O

  (3)H3PO3与盐酸不反应,H3AsO3与盐酸反应:As(OH)3+3HCl==AsCl3+3H2O

  (八)辩证思想

  主要观点:辩证思想是化学学科的基本思想,也是哲学的一种思想。对立统一的思想、一般与特殊的思想、量变与质变的思想、抽象与具体的思想、内因与外因的思想、现象与本质的思想等都是化学科特有的辩证思想。体验前三种。

  体验感悟:

  对立统一的思想。对立统一规律普遍存在于一切物质、现象和过程的本身之中。这些知识内容俯拾皆是,如金属与非金属、得电子与失电子、阴离子与阳离子、酸与碱、化合与分解、氧化与还原、溶解与结晶、饱和溶液与不饱和溶液、燃烧与灭火、化学反应的吸热与放热等,这些内容都生动地揭示了自然界中对立统一的基本观点。又如在溶液中的阴离子和阳离子所带电荷电性相反,它们具有对立性;而整个溶液显示电中性,阳离子和阴离子必须共存且电量相同,它们又具有统一性。在氧化还原反应中,氧化反应与还原反应、氧化剂与还原剂、氧化产物与还原产物、得电子与失电子、化合价升高与降低,上述每一对概念所描述的意义完全相反,这就是它们的对立性;但在一个确定的氧化还原反应中却必须是同时存在的,这就是它们的统一性。学习时,认真分析其一,则必知其二。

  一般与特殊的思想。在学习具体物质时,物质间存在有普遍性(共性、规律)的一面,同时又有自己独特(特殊性)的一面,这就要求我们在学习化学时,既要注意物质性质和变化的一般规律,又要提注意规律之外的特殊性。如:NH3、CH4等化学式的书写,与一般物质的书写方式正好相反,不是按照正价在左负价在右的原则书写。又如,酸、碱化学性质存在共性(通性)的一面,但不同的酸、碱的性质又存在差异。酸性氧化物、碱性氧化物化学性质存在共性(通性)的一面,但不同的酸性氧化物、碱性氧化物的性质又存在差异。镁、锌、铝、铁分别与稀盐酸、稀硫酸反应生成相应的盐和氢气是金属的共性,但浓硫酸、硝酸等与金属反应就有特殊情况(高中学习)。还如,强酸制取弱酸是一般规律,但硫酸铜溶液与氢硫酸(弱酸)反应却生成强酸:H2S+CuSO4 == H2SO4+ CuS↓。因为,世界上的物质是千变万化的,都一直存在一般规律和特例,我们要做的就是不要忽视这些特例。

  量变与质变的思想。量变和质变是两个相互依存的过程。通过量的积累产生质的变化,量变是质变的前提,而质变又是量变的最终结果。如同一物质在固态、液态、气态的三态变化,物质在不同的状态时体积不同的原因是因为分子间隔不同的缘故。三态变化就是量变到质变的实例。无限分割一根粉笔,最终粉笔不能保持原物质的化学性质这一宏观到微观的过程,这也是由量变到质变的例证。在一些化学反应中,由量变到质变也会有很好的体现。如过量问题(量对反应产物的影响),如少量或过量CO2通入澄清石灰水中的现象;碳的燃烧,氧气充足或氧气不足时生成的产物;硫在空气中或在氧气中燃烧的现象等。物质性质(氧化性或还原性)与物质浓度的关系,如浓硫酸具有强烈的吸水性、脱水性和氧化性,而这些正是稀硫酸所没有的。Cu与稀硫酸不反应可与浓硫酸反应。浓、稀硝酸氧化性不同,浓、稀盐酸还原性不同等,高中均可学到。原子中质子数的变化引起了元素种类的改变,核外电子数的变化引起元素化学性质的改变。如:核内有11个质子的为Na元素,增加1个质子就变成Mg元素;Na原子与Na+离子、Cl原子与Cl-离子等,仅1个电子之差,二者化学性质就有巨大差别。又如:H2O与H2O2、CO与CO2、SO2与SO3都是碳氧化物,由于它们的每个分子中相差1个氧原子,导致它们的性质大不相同;生铁和钢含碳量不同,引起机械性能、加工性能的差别很大。

  高中阶段继续学习的学科思想还有:

  实验观(实是求事思想):实事求是是科学的态度,也是学习化学必须遵循的学科思想;化学结论来自化学实验,实验是检验化学理论标准。如初中化学已有体验。电解水生成氢气和氧气的体积比,理论值严格是2∶1,但实验结果收集到两种气体的体积比,实验值往往大于2∶1(实验用排水法收集,两种气体溶解度差异而导致)。

  平衡观(动态平衡思想):该思想是化学学科思想的重要组成部分,是科学思想的集中体现。勒沙特列原理是自然辩证法在自然科学领域的具体化。该原理不仅适用于化学平衡,而且广泛应用于宇宙间的一切平衡体系。高中学习。如初中化学的饱和溶液中存在溶解平衡。

  控制变量思想:当研究多个因素之间的关系时,往往先控制其他几个因素不变,集中研究其中一个因素的变化所产生的影响,这种方法叫控制变量法。控制变量法是化学中常用的探究问题和分析解决问题的科学方法之一,这一方法可以使研究的问题简单化。高中学习。

  定性与定量思想:这是化学研究中通常用到的两种思想方法。初中化学问题以定性为主,但在组成物质的元素判断、混合物中某成分含量测定、混合物中杂质判断、化学反应后剩余物质的判断等问题是定性与定量相结合。正确解决这些问题,必须运用定量思想,即把有关化学式计算、化学方程式计算与化学概念、原理、实验结合起来,充分利用数学思想和方法去分析和解决问题。定性即物质是否存在某种属性问题;而定量则在定性的基础上精确地对物质的属性进行量化表达。如对某溶液酸碱性的描述和酸碱度的表达、物质溶解性的描述和溶解度的描述,都是从定性和定量两个方面来对事物进行研究的。

  解决问题程序化思想:程序化地解决问题是指解决问题时按照某种机械程序步骤一定可以得到结果的处理过程。这种程序必须是确定的、有效的、有限的。简单地说就是遇到某些化学问题的时候有相对固定的工作的方法和步骤。

  化学价值观:化学是人类进步的关键。自从有了人类,化学便与人类结下了不解之缘。不仅要求个人价值与社会价值的统一,而且更强调科学价值与人文价值的统一,不仅关注人类的价值,更关注人类价值与自然价值的协调,人与自然可持续发展的理念。高中学习过程中自我感受。

[转载]化学核心思想、观念 - 冰凌雪儿 - ykcmq的博客
 

 

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