第三单元 从微观结构看物质的多样性教学实录与评析

专题一第三单元

从微观结构看物质的多样性

第一课时

同素异形现象

一、教材分析

同素异形现象是构成物质多样性的主要形式之一。《课程标准》在知识和技能维度上并无明确的要求，但在情感、态度、价值观维度，提出了在教学中要帮助学生认识化学与人类生活的密切联系，关注人类面临的与化学相关的社会问题，帮助学生拓宽视野等要求。苏教版必修Ⅱ增加了同素异形现象的内容，有助于学生认识物质多样性的本质原因，关注社会环境问题和科技发展。《学科教学指导意见》对本课教学内容的基本要求是：

1、从微观结构了解物质形态的多样性

2、以碳、氧的同素异形体为例认识同素异形现象。

通过必修Ⅰ及周期表的学习，学生已经积累了一些关于物质多样性与微观结构的有关感性认识，但对性质与结构的关系认识不够深刻，通过本节内容学习，学生能初步形成物质多样性和微观结构有关的认识，进一步加深结构与性质的理解。本节学习的微观结构知识既是化学键及结构决定性质等知识的初步应用，也为后面《不同的晶体类型》和选修模块《物质结构与性质》的学习奠定基础。

二、学情分析

初中《科学》教材中未涉及碳及其单质的性质，但多数学生在生活中对金刚石和石墨都有过接触，对两者的物理性质也积累了一些感性认识，绝大多数学生都知道金刚石和石墨是碳的两种单质，但是学生不知道他们的性质特点及性质差异的原因。学生已经学习过化学键的基础知识，并具备了通过模型简单分析金刚石和石墨结构差异的能力，但是学生没有学过立体几何，空间想象能力较差，对了解金刚石和石墨的微观结构存在一定困难。

三、教学目标

（一）知识与技能

1、了解金刚石和石墨微观结构特点

2、理解同素异形现象的概念

3、了解同素异形现象与物质多样性的关系

（二）过程与方法

1、通过金刚石和石墨的对比，认识到两者的差异以及造成差异的原因

2、通过红磷转化为白磷的实验，加深对同素异形现象的直观认识

1

（三）情感、态度、价值观

1、通过化学史介绍，了解科学发展的历程；

2、通过对富勒烯、臭氧层的介绍，了解相关的科学发展和环境问题

四、重点难点

教学重点：以金刚石和石墨为例认识由于微观结构的不同而导致的同素异形现象，形成同素异形现象的概念

教学难点：金刚石、石墨的微观结构并运用结构解释现象；金刚石和石墨的相互转化问题

五、设计思路

本节课围绕着为什么自然界中的已知元素仅有一百多种，而形成的物质却有上千万种这一问题而展开。本节课分为三个环节，环节一、通过金刚石和石墨的对比，穿插化学史资料，让学生了解两者的区别和联系，让学生能主动形成同素异形现象的概念；环节二、以氧气和臭氧为例，进一步认识同素异形现象，并能在一定程度上运用同素异形现象的知识解决问题；环节三、借助红磷转化为白磷实验，让学生对同素异形现象有更直观的认识，帮助学生形成同素异形现象是普遍存在的这一观念，从而能理解物质多样性的部分原因。

六、教学过程

环节一：通过对金刚石和石墨的学习，学生自主建构同素异形现象的概念

【引入】为什么一百多种的元素能形成数千万种不同的物质？

（设计意图：设疑，激起学生的好奇心，引出本节课的课题）

【师】引导学生回顾金刚石和石墨的物理性质。共同讨论：金刚石和石墨在物理性质上的差异。

【生】通过讨论得出结论：金刚石和石墨物理性质差异大

【板书】

金刚石

石墨

物

理

性

质

差

异

大

【师】介绍有关化学史：

很久以前人们就已经在自然界中发现了金刚石和石墨，也在一直使用，但一直不知道他的成分。

1、1772年拉瓦锡证明金刚石可燃，生成CO2，进一步测定后确定金刚石是由碳组成的单质。

2、1779年舍勒证明石墨可燃，也生成CO2，进一步测定后确定石墨是由碳组成

2

的单质。

【板书】

金刚石

石墨

都由碳元素组成的单质

化学性质相似

【提问】金刚石光彩夺目，价值连城；石墨灰不溜秋，普普通通。当发现它们都由碳组成时，知道这个事实后，当时的人们立刻开始了一项新的研究，你能猜的到他们的研究的问题吗？

【生】“点石成金”

【师】继续介绍化学史

3、1799年法国科学家摩尔沃将一颗金刚石转变为石墨。

4、1955年美国科学家霍尔在1650℃，95000个大气压下用石墨合成了金刚石。

目前人们能大规模的人工合成金刚石。

【播放视频】人工合成金刚石

【板书】

金刚石

石墨

能

相

互

转

化

【讨论】：金刚石和石墨之间的转化是物理变化还是化学变化？

学生讨论后得出的结论：

1、物理性质差异大，确定金刚石和石墨是不同的物质。

2、同种元素组成的金刚石和石墨是不同的物质。

【过渡】金刚石和石墨物理性质为何有如此大的差异，我们来了解它的微观结构。

【展示】金刚石和石墨的微观结构模型

【讨论】1、简述金刚石和石墨中碳原子的连接方式

2、从微观结构分析金刚石和石墨在硬度和导电性上的差异

【生】归纳：组成和结构决定性质

【提问】金刚石和石墨之间的这些现象，化学上将它归为同素异形现象。现在根据自己的理解给同素异形现象下一个定义。

【生】讨论得出：同素异形现象的概念

【板书】同素异形现象：同种元素形成的几种不同单质的现象。

．．．．．．【过渡】科学家在研究过程中继续发现碳还有其他的同素异形体。

【师】介绍富勒烯（C60和碳纳米管）的微观结构

讨论：C60和碳纳米管在碳原子成键上的共同特点，并猜想可能的性质

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介绍富勒烯的用途前景

（设计意图：通过介绍金刚石和石墨在性质上的差异但又是同种元素形成的单质，造成学生认知冲突，激发兴趣；通过微观结构模型的分析，进一步说明两者是不同的物质，并能利用结构差异说明部分性质上的差异性，初步形成结构决定性质的观念；通过金刚石和石墨这种现象，引导学生主动形成同素异形现象的概念。）

环节二：以氧气和臭氧为例，引导学生应用同素异形现象，认识世界。

【师】投影氧气和臭氧的性质对比，强调原子个数和成键情况不同。

【生】得出结论：氧气和臭氧是同素异形体。

【师】指导阅读资料卡，并思考相关问题

1、臭氧层的作用

2、臭氧层空洞形成原因

3、对修复臭氧层空洞的建议

【生】讨论后得出结论：

1、臭氧层能吸收紫外线，保护地球，保护人类。

2、臭氧层空洞形成原因：“氟里昂”等物质大量的排放到空气中的，这些物质上升臭氧层后，促使臭氧分解：O3

氟里昂等

O2

3、①禁止排放氟立昂等有害物质，使臭氧层慢慢自己修复

②研究一种物质，排放并入臭氧层，促使O2

?

O3

（设计意图：通过对比氧气和臭氧，进一步认识同素异形现象的特点，讨论臭氧层的有关环境问题，并引导学生能利用相关知识去解释或提出建议。）

环节三：借助红磷转化为白磷实验，让学生更直观的认识同素异形现象，并且认识到同素异形现象是普遍存在的，是物质多样性的原因之一。

【过渡】除碳、氧外，其他元素是否也存在同素异形现象？

【演示】加热红磷的实验，猜想和验证生成物

【归纳】同素异形现象是普遍存在的，是物质多样性的原因之一。

【提示】一种元素能形成多种物质，对化合物而言其结构更为复杂，下节课将从化合物介绍对物质多样性的影响。

（设计意图：通过实验，让学生对同素异形体之间的转化有更直观的认识，并认识到同素异形现象的普遍性，了解同素异形现象是造成物质多样性的部分原因，并提示从单质到化合物的结构变化，为下节课的同分异构现象做了铺垫。）

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【课堂练习】

1、由同种元素组成的物质不可能是（

）

A、单质

B、化合物

C、纯净物

D、混合物

2、下列各组物质中属于同素异形体的是（

）

A、

1H、2H

B、Fe2+、Fe

C、O2

、O3

D、H2O、H2O2

（设计意图：通过练习巩固同素异形现象的概念）

【讨论】同素异形现象的同和异

（设计意图：学生自由发言，阐述对同素异形现象概念的认识。）

七、板书设计

组成、结构

性质

金刚石

石墨

△物理性质差异大

△化学性质相似

△能相互转化

△都由碳元素形成的单质，

微观结构不同

同素异形现象：

（概念）

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