第三单元 从微观结构看物质的多样性教案设计（一等奖）

教学设计

单元分析

通过初中和《化学1》的学习，学生了解了物质的多样性与其组成的多样性有关：种类不同、数目不同的元素原子按照特定的方式相互组合成不同的物质。本单元以同素异形现象、同分异构现象、不同类型的晶体为例，帮助学生认识物质的多样性与微观结构的关系。为《化学2》中的有机化合物的知识、选修模块《物质结构与性质》《有机化学基础》的学习打好基础。

教材以碳的同素异形体金刚石、石墨、富勒烯等为例，从“同”“异”两个角度帮助学生认识同素异形现象和同素异形体。帮助学生从微观结构的角度认识金刚石、石墨中碳原子间的结合方式、作用力和空间排列方式的不同，认识它们性质不同的原因。并介绍了纳米碳管、足球烯等科学研究热点。此外教材简介了氧的同素异形体氧气（O2）和臭氧（O3），磷的同素异形体白磷和红磷，丰富了学生对同素异形体的了解。

对同分异构现象、同分异构体的教学，教材以C4H10的两种同分异构体正丁烷、异丁烷，C2H6O的两种同分异构体乙醇和二甲醚为例，结合第一单元学习的有机物中碳原子的成键特点和连接方式的知识，理解组成相同的分子可以由于原子间的成键方式、排列顺序不同而形成不同的物质，具有不同的性质。

本单元的重点在于学习同素异形现象（同素异形体）、同分异构现象（同分异构体）和不同类型的晶体，通过实物、模型、图片，有条件的可以用三维动画等具体、形象、直观的教学手段呈现物质的结构和性质的信息，使学生认识同素异形体、了解同分异构体及产生的原因，能够分辨离子晶体、分子晶体、原子晶体、金属晶体，从而认识物质的结构决定物质的性质。性质的特点体现了结构的特点，最终体会到物质的多样性与微观结构的关系。在教学中注意引导学生对“同”和“异”的认识和理解，认识存在“异”的内在原因。

教学中注意把握深度和广度，对同分异构体不要做过多的展开，不要求对其他物质的同分异构体，及同分异构体的结构性质的差异和规律进行详细分析。另外对离子晶体的晶胞、晶格等知识不必要进行拓展，只要了解晶体具有规则的几何外形，晶体内部微粒的种类、作用力及个别性质，能描述晶体的特点。对晶体、非晶态物质、液晶的区别不做介绍。

本单元可以通过丰富有趣的学生活动，例如让学生自己尝试用小球与棍甚至是家庭素材连接丁烷的分子结构的球棍模型，观察原子在分子中的空间相对位置，体验和感知同分异构现象，对有机物种类的多样性、有机分子的空间结构产生深刻的认识。

课时分配

同素异形现象、同分异构现象

1课时

不同类型的晶体

1课时

第一课时

同素异形现象、同分异构现象

整体设计

三维目标

1.知识与技能

（1）从同素异形现象、同分异构现象认识物质的多样性与微观结构的关系；

（2）以金刚石、石墨、富勒烯等碳的同素异形体为例，认识由于微观结构不同而导致的同素异形现象；

（3）以正丁烷和异丁烷、乙醇和二甲醚为例，认识有机物的同分异构现象。

2.过程与方法

（1）以生活中熟悉的两种碳的同素异形体——金刚石和石墨性质的“异”“同”点为切入点，从“同素”和“异形”两个角度帮助学生认识同素异形现象和同素异形体。

（2）运用球棍模型，学习正丁烷、异丁烷、乙醇和二甲醚的结构知识；

（3）利用碳的成键特点与成键方式的知识，理解组成相同的分子由于原子间的成键方式、排列顺序不同可以形成不同的物质。

3.情感态度与价值观

学生在动手制作丁烷的同分异构体球棍模型的过程中加深了对原子的不同连接方式和连接顺序的印象，体会化学学习的趣味性和科学性，同时增强动手能力和合作精神；使学生在丰富的教学活动中认识“物质的结构决定性质，性质体现结构”这一观点。

教学重点

同素异形现象、同分异构现象。

教学难点

同分异构体模型的组建；同位素、同素异形体、同分异构体的辨别。

教学准备

所用教具：球棍若干、乙醇、二甲醚的球棍模型。

教学过程

导入新课

［图片展示］

【提问】在上面的图片中，同学们看到了几种物质，它们有什么联系？

[回答]图中展示的是金刚石和石墨两种物质，它们都是碳的单质。

推进新课

[板书]一、同素异形现象、同素异形体

1.同一种元素能够形成几种不同的单质，这种现象称为同素异形现象。

2.同一元素形成的不同单质互称为同素异形体。

交流与讨论

【提问】观察下表，思考同素异形体中“同”“异”都体现在哪些方面？

元素组碳元素

成

金刚石

石墨

结构组成

层状结构，每一层内为正六边形的网状结构

以碳原子为中心的正四面体空间网状结构

碳原子间全部通过C—C共价键作用力

结合

颜色状态

硬度

无色透明、有光泽、正八面体形每一层内碳原子间通过C—C共价键结合，层间碳原子间存在分子间作用力

深灰色、有金属光泽、不透明的细鳞片状固体

状的固体

天然最硬物质

最软矿物之一

熔点

导电性

用途

很高（3 558 ℃）

不导电

装饰品、切割玻璃、钻具

很高（3 652 ℃）

导电

润滑剂、电极、铅笔芯

[回答]同素异形体的“同”指的是同种元素。“异”是指不同单质的结构不同，进而引起了这些单质的性质不同，所以它们的用途也有所区别。

[分析]对于同素异形体的概念，同学们要把握以下几点：

（1）同：同种元素

（2）研究对象：不同的单质

【提问】除了我们熟知的金刚石和石墨，同学们还能举出哪些碳的同素异形体？

[回答]C60、C70、纳米碳管等富勒烯。

[分析]碳的同素异形体有很多。其中C60是由60个碳原子形成的封闭笼状分子，形似足球，又被称为“足球烯”。除了C60，富勒烯还有一系列的笼状分子（如下图所示），和单层或多层的纳米碳管，它们在化学前沿的各个领域有着广泛的应用前景。感兴趣的同学课后可以到图书馆或者互联网上查阅资料了解它们的结构、性质和应用。

[展示]

足球烯的结构模型

Fullerene笼状结构系列

纳米碳管

【提问】除了碳有同素异形现象，其他元素也有同素异形现象，比如氧元素、磷元素。请同学们自己阅读教材，列表举例氧、磷的同素异形体以及它们的异同之处。

[回答]氧的同素异形体

氧气

臭氧

元素组成

分子式

物理性质

化学性质

相互转化

磷的同素异形体

元素组成

分子

物理性质

化学性质

燃烧方程式

[点评]白磷和红磷的相互转化：

分子较复杂，呈长链状

红棕色固体，无毒

红磷

O2

无色、无味的气体

有氧化性

氧元素

O3

淡蓝色、有鱼腥味的气体

氧化性较氧气更强

3O22O3

白磷

磷元素

P4（正四面体的白磷分子）

蜡状固体，有剧毒

在空气中能稳定存在，加热或点燃时能在空气中燃烧

能自燃（少量保存在冷水中）

4P＋5O22P2O5

白磷红磷

例题

闪电时空气中有臭氧生成。下列说法中正确的是（

）

A.16O和18O互为同素异形体

B.O2比O3氧化性强

C.等质量的O3和O2含有相同质子数

D.O3与O2的相互转化是物理变化

解析：16O和18O是氧元素的不同原子，它们质子数均为8，中子数分别为8和10，互为同位素；O3比O2氧化性强；等质量的O3和O2含有相同的原子数，即含有相同的质子数；同素异形体的相互转化，化学键发生了改变，生成了新物质，是化学变化。故正确的是C。

[答案]C [板书]3.同素异形体和同位素的比较

[分析]从刚才的例题中我们看到16O和18O是氧元素的不同原子，互为同位素的关系。

【提问】同位素和同素异形体有哪些区别呢？请同学们填写下表，对它们进行区分，以防混淆。

定义

同素异形体

同位素

研究对象

常见实例

[回答]

定义

研究对象

同素异形体

同种元素形成的不同单质

单质

金刚石、石墨、富勒烯

同位素

质子数相同、质量数（或中子数）不同的原子

原子

氕、氘、氚

1216常见实例

红磷、白磷

氧气、臭氧

C、13C、14C O、17O、18O [练习]判断下面哪些是同素异形体____________，哪些是同位素____________。

A.红磷、白磷

B.水、重水

C.16O、17O、18O

D.金刚石、石墨

[答案]AD

C [分析]在有机物中普遍存在的同分异构现象也是有机物种类繁多的重要原因之一。下面我们来学习同分异构现象、同分异构体。

[板书]二、同分异构现象、同分异构体

[分析]下面我们以C4H10为例，通过组建模型的活动来体会同分异构现象的含义。

请分组后的小组内同学合作使用碳原子、氢原子球模型和若干棍模型（代表共价键）尽可能多的组装出不同结构的有机化合物C4H10的分子模型。

要求：（1）碳以4个共价键连接氢原子或其他碳原子，氢以1个共价键连接在碳原子上；

（2）所有的原子之间都以单键相连；

（3）碳原子连接形成碳链，可以有支链（即只要非环状，不一定要一条直线，可以出现分支）。

[学生板演]用4个碳原子、10个氢原子可以分别组建出两种结构的有机分子，它们的分子式相同，都是C4H10。结构式分别为

结构简式分别为CH3—CH2—CH2—CH3

[点评]在老师提出活动指导的基础上，学生组建出有机分子模型，对应模型写出其结构式、结构简式，注意结构式、结构简式的区别和联系，不要混淆。

[分析]以上的两个结构代表的是一种物质还是两种不同的物质呢？请看下表。

名称

分子式

正丁烷

C4H10

异丁烷

结构式

结构简式

沸点

CH3—CH2—CH2—CH3

-0.5 ℃

-11.7 ℃

[分析]像这样的分子式相同而结构不同的化合物互称为同分异构体。

[展示]乙醇和二甲醚的球棍模型

【提问】（1）观察这两个模型，写出它们的分子式、结构式、结构简式。（为氢原子、为氧原子）；

为碳原子、（2）看书找出它们性质的不同点；

（3）说出这两个物质是什么关系？它们结构的异同点是什么？

乙醇

二甲醚

[回答] 名称

分子式

乙醇

C2H6O

二甲醚

结构式

结构简式

沸点

关系

CH3CH2OH 78 ℃

同分异构体

CH3OCH3

-23 ℃

两者是同分异构体的关系，从结构式、结构简式上可以看出是氧原子的排列位置有所差别。

[分析]通过对比我们可以发现乙醇和二甲醚也是同分异构体的关系。在有机物中同分异构现象非常普遍，这与碳原子成键方式、连接顺序的多样性等有关，这些也是有机物种类繁多的重要原因。关于同分异构体的具体内容我们将在以后的有机化合物部分学习。

课堂小结

本节课从同素异形现象、同分异构现象认识了物质的多样性，并对同位素进行了复习，将同位素和同素异形体进行了对比学习，在同分异构体部分进一步认识了有机物分子结构的特点和有机物种类繁多的原因。

布置作业

1.下列各组中互为同位素的是___________，互为同素异形体的是___________。

A.O2和O3

B.和

C.H2O和H2O2

D.O2-和O 2.下列叙述中，正确的是（

）

A.由碳元素单质组成的物质一定是纯净物

B.金刚石和石墨具有相同的元素组成

C.石墨转变为金刚石不属于化学变化

D.C60是新发现的一种碳原子

3.最近医学界通过用放射性14C标记C60，发现一种C60的羧酸衍生物在特定条件下可通过断裂DNA杀死细胞，从而抑制艾滋病（AIDS），则有关14C的叙述正确的是（

）

A.与C60中普通碳原子的化学性质不同

B.与14N含的中子数相同

C.是C60的同素异形体

D.与12C互为同位素

[答案]1.B

A

2.B

3.D 板书设计

同素异形现象、同分异构现象

一、同素异形现象、同素异形体

1.同素异形现象：同一种元素能够形成几种不同的单质的现象。

2.同素异形体：同一种元素能够形成几种不同的单质互称为同素异形体。

3.同素异形体和同位素

定义

研究对象

同素异形体

同种元素形成的不同单质

单质

金刚石、石墨、富勒烯

常见实例

红磷、白磷

氧气、臭氧

二、同分异构现象、同分异构体

同分异构现象：化合物具有分子式相同，结构不同的现象。

同分异构体：分子式相同而结构不同的化合物互称为同分异构体。

代表：正丁烷与异丁烷（C4H10）

乙醇与二甲醚（C2H6O）

教学反思

教学中安排了用球和棍动手制作丁烷模型的活动环节。学生在上一个单元已经看到过一些有机物的模型，大致了解了模型中球和棍所代表的含义以及它们的连接方式。在活动前教师可以对如何制作模型，球棍连接的具体注意事项加以规范要求，防止学生混乱、没有目标的学习过程，浪费不必要的宝贵时间。在给出一定规则和提示的前提下，学生的活动将更有目的性，方向性，规范性，学习的过程也减少了不必要的弯路和时间精力的浪费，这样的活动与探究才能体现出价值和意义。同时教师应密切注意学生的活动和产生的问题，适时地给出帮助。

同位素

质子数相同、质量数（或中子数）不同的原子

原子

氕、氘、氚

1216C、13C、14C O、17O、18O