育课程标准实验教科书_化学_九年级上册_-教师教学用书(附课本习题答案及讲解).doc 80页

'《义务教育课程标准实验教科书化学九年级上册教师教学用书》绪言　化学使世界变得更加绚丽多彩第一单元　走进化学世界　　课题2　化学是一门以实验为基础的科学　　课题3　走进化学实验室第二单元　我们周围的空气　　课题1　空气　　课题2　氧气　　课题3　制取氧气第三单元　自然界的水　　课题1　水的组成　　课题2　分子和原子　　课题3　水的净化　　课题4　爱护水资源第四单元　物质构成的奥秘　　课题1　原子的构成　　课题2　元素　　课题3　离子　　课题4　化学式与化合价第五单元　化学方程式　　课题1　质量守恒定律　　课题2　如何正确书写化学方程式　　课题3　利用化学方程式的简单计算第六单元　碳和碳的氧化物　　课题1　金刚石、石墨和C60　　课题2　二氧化碳制取的研究　　课题3　二氧化碳和一氧化碳第七单元　燃料及其利用　　课题1　燃烧和灭火　　课题2　燃料和热量　　课题3　使用燃料对环境的影响一、教学目的要求1.通过具体的事例，体会化学与人类进步以及社会发展的密切关系，认识化学学习的价值。2.激发学生亲近化学、热爱化学并渴望了解化学的情感，关注与化学有关的社会问题。3.知道化学是研究物质的组成、结构、性质以及变化规律的自然科学。二、内容分析和教学建议 绪言从学生的亲身感受出发，从学生的角度提出了很多饶有趣味并带有一定想像力的问题，指出这些并非都是一些美好的愿望，它们正在通过化学家的智慧和辛勤的劳动逐步实现，从而使学生从开始学习化学起，就感受到化学学习的价值，并产生希望了解化学的强烈愿望。教材抓住学生的这种情感，从具体事例出发，引导学生了解化学是一门使世界变得更加绚丽多彩的自然科学，它研究物质的组成、结构、性质以及变化规律。接着教材以丰富多彩的图画和简明的语言，概述了人类认识化学、利用化学和发展化学的历史和方法，以及化学与人类进步和社会发展的关系，再次展示了化学的魅力和学习化学的价值。教学建议如下：1.这是一个以情感、态度和价值观教育为主要教学目标的课题，尽管教材中出现了原子、分子、元素等，但仅仅是作为名词出现，并不要求了解它们的涵义，不要不恰当地把属于后面单元的教学内容提前到这个课题中完成，这样不仅达不到预期的教学目标，而且会在很大程度上扼杀学生学习化学的积极性。2.可以采用多种媒体和多种方法进行教学，例如可以放映相关的教学录像带、计算机软件和幻灯片，展示实物、图片和数表等；可以请化学家来畅谈化学和展望化学的未来；也可组织学生分头搜集资料，到课堂上展示和演讲，谈他们对化学以及化学与人类进步和社会发展关系的认识，等等。3.有条件的话，可以组织学生参观与化学有关的展览和化工厂等，鼓励学生对专家、工程师等进行访谈，并利用板报等交流自己的感想。三、资料1.我国化学发展前景化学是一门实用的学科，它与数学、物理学等学科共同成为当代自然科学迅猛发展的基础。化学的核心知识已经应用于自然科学的方方面面，与其他学科相辅相成，构成了创造自然、改造自然的强大力量。化学在我国成为一门重要的学科，已是不争的事实。我国从事化学研究的科研机构有近千个，大学的化学系(院)有250多个，石油与石油化工企业有80多万家，加上其他化学化工和相关行业，我国参与化学研究与工作的人员队伍，其规模是国际上少有的。这正是我国化学科学发展的背景和动力。当前，我国所面临的挑战有人口控制问题、健康问题、环境问题、能源问题、资源与可持续发展问题等，化学家们希望从化学的角度，通过化学方法解决其中的问题，为我国的发展和民族的振兴做出更大的贡献。随着国家对农业科学研究的重视，农业和食品中的化学问题研究，已经引起越来越多的化学工作者的关注。随着新世纪的到来，上述研究所涉及到的若干基本化学问题及交叉学科将成为21世纪我国化学研究的新方向，成为我国化学家有所作为的突破点。(1)若干化学基本问题①反应过程与控制化学的中心是化学反应。虽然人们对化学反应的许多问题已有比较深刻的认识，但还有更多的问题尚不清楚。化学键究竟是如何断裂和重组的?分子是怎样吸收能量的?并是怎样在分子内激发化学键达到特定的反应状态的?这一系列属于反应动力学的问题都有待回答，其研究成果对有效控制反应十分重要。复杂体系的化学动力学、非稳态粒子的动力学、超快的物化过程的实时探测和调控以及极端条件下的物理化学过程都已经成为重要的研究方向。向生命学习，研究生命过程中的各种化学反应和调控机制，正成为探索反应控制的重要途径，真正在分子水平上揭示化学反应的实质及规律将指日可待。②合成化学 未来化学发展的基础是合成化学的发展，21世纪合成化学将进一步向高效率和高选择性发展。新方法、新反应以及新试剂仍将会是未来合成化学研究的热点。手性合成与技术将越来越受到人们的重视。各类催化合成研究将会有更大进展。化学家也将更多地利用细胞来进行物质的合成，并且相信随着生物工程研究的进展，通过生物系统合成我们所需要的化合物之目的能够很快实现，这些将使合成化学呈现出崭新的局面。仿生合成也是一个一直颇受人们关注的热点，该方面的研究进展将产生高效的模拟酶催化剂，它们将对合成化学产生重要影响。③基于能量转换的化学反应太阳能的光电转换虽早已用于卫星，但大规模、大功率的光电转换材料的化学研究则开始不久。太阳能光解水产生氢燃料的研究，已经受到更大的重视，其中催化剂和高效储氢材料是目前研究最多的课题。值得特别提出的是，关于植物光合反应研究已经取得了一定的突破，燃料电池的研究也已在一些单位展开并取得进展。随着石油资源的近于枯竭，近年来对燃烧过程的研究又重新被提到日程上来。细致了解燃烧的机制，不仅是推动化学发展的需要，也是充分利用自然资源的关键，我国现阶段注重研究催化新理论和新技术，包括手性催化和酶催化等。④新反应途径与绿色化学我国现阶段研究，一方面注意降低各种工业过程的废物排放、排放废料的净化处理和环境污染的治理，另一方面重视开发那些低污染或无污染的产品和过程。因此，化学家不但要追求高效率和高选择性，而且还要追求反应过程的“绿色化”。这种“绿色化学”将促使21世纪化学发生重大变化。它要求化学反应符合“原子经济性”，即反应产率高，副产物少，而且耗能低，节省原材料，同时还要求反应条件温和，所用化学原料、化学试剂和反应介质以及所生成产物均无毒无害或低毒低害，与环境友善。毫无疑问，研究不排出任何废物的化学反应(原子经济性)，对解决地球的环境污染具有重大意义，高效催化合成、以水为介质、以超临界二氧化碳为介质的反应研究将会有大的发展。⑤设计反应综合结构研究、分子设计、合成、性能研究的成果以及计算机技术，是创造特定性能物质或材料的有效途径。分子团簇，原子、分子聚集体，已经在我国研究多年。目前这些研究正在深入，并与现代计算机技术、生物、医学等研究相结合，以获得多角度、多层次的研究结果。21世纪的化学家将更加普遍地利用计算机辅助进行反应设计，人们有望让计算机按照优秀化学家的思想方式去思考，让计算机评估浩如烟海的已知反应，从而选择最佳合成路线以制得预想的目的化合物。⑥纳米化学与单分子化学从化学或物理学的角度来看，纳米级(10-9m)的微粒，其性能由于表面原子或分子所占的比例超乎寻常地大而变得不同寻常。研究其特殊的光学、电学、催化性质以及特别的量子效应已受到重视。纳米化学的研究进展将大大促进纳米材料的研究与应用。另一方面，借助STM/AFM和光摄等技术进行单分子化学的研究，将能观察在单分子层次上的许多不同于宏观的新现象和特异效应，对这些新现象和新效应的揭示可能会导致一些科学问题的突破。⑦复杂体系的组成、结构与功能间关系研究 21世纪的化学不仅要面对简单体系，还要面对包括生命体系在内的复杂系统。因此，除了研究分子的成键和断键，即研究离子键和共价键那样的强作用力之外，化学还必须考虑复杂体系中的弱相互作用力，如氢键、范德华力等等。虽然它们的作用力较弱，但由此却组装成分子聚集体和分子互补体系。这种超分子体系常常具有全新的性能，或者可使通常无法进行的反应得以进行。基于分子识别观点进行设计、合成及组建新的、有各种功能的分子、超分子及纳米材料，将是未来一段时间中化学的重要研究内容。而深入研究控制分子的各种作用力，研究它们的本质并深刻了解分子识别，是一个颇具重大意义也是一个充满挑战的课题。研究分子、分子聚集体的结构以及纳米微粒与各种物理化学性质的关系，特别是分子电子学的研究在21世纪初将会有较大的进展。⑧物质的表征、鉴定与测试方法研究反应、设计合成、探讨生命过程、工业过程控制、商品检验等等，都离不开对物质的表征、测试、组成与含量测定等。能否发展和建立适合于原子、分子、分子聚集体等不同层次的表征、鉴定与测定方法，特别是痕量物质的测定方法，将成为制约化学发展的一大关键。可以说，上述研究方向的转变，成为20世纪末、21世纪初我国化学发展的一个显著特点，并将由此引发这一学科自身在各个层次上的变革，同时带动和促进其他学科与技术的共同繁荣和发展。(2)学科的渗透与交叉化学向其他学科的渗透趋势在21世纪将会更加明显。更多的化学工作者会投身到研究生命、研究材料的队伍中去，并在化学与生物学、化学与材料的交叉领域大有作为。化学必将为解决基因组工程、蛋白质组工程中的问题以及理解大脑的功能和记忆的本质等重大科学问题做出巨大的贡献。化学的发展已经、并也将会进一步带动和促进其他相关学科的发展，同时其他学科的发展和技术的进步也会反过来推动化学本身的不断前进。化学家已经能够研究单分子中的电子过程与能量转移过程，探讨分子间的作用力和电子的运动。化学家不但能够描述慢过程，亦能跟踪超快过程，而这些研究将有助于化学家在更深层次揭示物质的性质及物质变化的规律。化学家还不断地汲取数学、物理学和其他学科中发展的新理论和新方法，非线性理论和混沌理论等将对多元复杂体系的研究产生影响。比如，随着计算机技术的发展，化学学科与数学方法、计算机技术的结合，形成了化学计量学，以此实现了用计算机模拟化学过程。运用量子力学方法处理分子结构与性能的关系，按照预定性能要求设计新型分子，应用数学方法和计算机确定新型分子的合成路线，使“分子设计”突破了传统的合成方法，化学家开始摆脱纯经验的摸索，为材料科学开辟了新的方向。绿色化学、组合化学、能源化学、天体与地球化学、化学芯片的开发与应用等等，都是化学与其他学科交叉、融合的结果，这些交叉领域的研究也将是21世纪化学领域研究的亮点。化学研究的深入，还将带动我国仪器仪表工业发展。因为仪器仪表既是一个很大的行业，也是一个国家发达与否的标志之一。我国过去曾忽视对仪器研制，导致了分析仪器依赖进口的局面。经过我国科学界和工业界等的共同努力，2010年我们将看到自己研制、生产的分析及测试仪器如：微型气相色谱仪、新型毛细管电泳仪、电化学传感器，还可能出现多功能组合仪器、智能型色谱等，我国的仪器仪表工业将进入一个蓬勃发展的时期。(3)化学对国民生活质量的影响我国人口在21世纪上半叶将达到16亿，保持我国农业的持续发展是我们面临的艰巨任务。农业发展的首要问题是保证全民族的食物安全和提高食物品质；其次是保护并改善农业生态环境，为农业持续发展奠定基础。化学将在创制高效肥料和高效农药、特别是与环境友善的生物肥料和生物农药，以及开发新型农业生产资料诸方面发挥巨大作用。我国化学家还将在克服和治理土地荒漠化、干旱及盐碱地等农业生态系统问题方面做出应有的贡献。科学家利用各种最先进的手段，有望揭示光合系统高效吸能、传能和转能的分子机理及调控，建立反应中心能量转化的动力学模型和能量高效传递的理论模型，从而达到高效利用光能为农业增产服务之目的。 21世纪化学将在控制人口数量、克服疾病和提高人的生存质量等人口与健康诸方面进一步发挥重大作用。未来的10年中，化学工作者将会发现和创造更安全和高效的避孕药。在攻克高死亡率和高致残的心脑血管病、肿瘤、高血脂和糖尿病以及艾滋病等疾病的进展中，化学工作者将不断创制包括基因疗法在内的新药物和新方法。此外，由于人口高速老龄化，老年病在21世纪初会成为影响我国人口生存质量的主要问题之一。化学将会在揭示老年病机理、开发和创制诊断和治疗老年性疾病药物和提高老年人的生活质量方面做出贡献。相信在21世纪初，我国化学家和药物化学家在针对肿瘤和神经系统等重要疾病的创新药物研究中，发现和优化数个新药候选化合物，建立具有自主知识产权的新药产业。中药是我国的宝贵遗产，化学研究将在揭示中药的有效成分、揭示多组分药物的协同作用机理方面发挥巨大作用，从而加速中医药走向世界，实现产业化，成为我国经济新的增长点。(4)化学对国民经济的支撑作用化学将会在解决能源这一人类面临的重大问题方面做出贡献。目前我国的经济持续稳定增长，使能源开发利用面临需求增大和环境污染的双重压力。而能源利用效率低，环境污染严重是我国亟待解决的重要问题。发展新能源及其储能材料在受到化学家重视的同时，也引起政府部门的关注，科学研究和产业化研究正相伴而行。我国化学家可望在未来几年里创制和开发出多种新型催化剂，使我国的煤、天然气和煤层气的综合优化利用取得优异成绩，从而减缓我国的能源紧张和环境污染的压力。21世纪我国核能利用将进一步发展，而化学研究涉及到核能生产的各个方面，化学工作者必将为我国核能的安全利用做出应有的贡献。此外，化学家在大规模、大功率的光电转换材料方面的探索研究将导致太阳能的开发利用。而化学家从事的新燃料电池及催化剂的研究可能在21世纪初出现突破，电动汽车将向实用化迈出一大步，这将改变人类能源消费的方式，同时提高人类生态环境的质量。展望21世纪我国的材料科学与工业的发展，化学必将发挥关键作用。首先，化学将不断提高基础材料如钢铁、水泥和通用有机高分子材料及复合材料的质量与性能；其次，化学工作者将创造各类新材料，如电子信息材料、生物医用材料、新型能源材料、生态环境材料和航天航空材料等，化学工作者将利用各种先进技术，在原子、分子及分子链尺度上对材料组织结构进行设计、控制及制造。特别要指出的是，晶体材料的设计理论和方法研究，是我国化学发展的一个重要且富有成效的领域，在21世纪它将会有更大的发展，一些有价值的具有新功能的晶体和大尺寸的新型非线性光学晶体、重要激光晶体、闪烁晶体及铁电陶瓷晶体研究将达到实用和开发水平。另一方面，我国是世界稀土资源大国，总储量占世界的80%，产量占世界的70%，然而其中一大半是以资源或初级产品方式出口国外，这种局面在未来的几年中将转变。我国化学家在2010年前将在稀土分离理论和高纯稀土分离、新型稀土磁学材料、发光材料等方面的研究中，取得一批具有国际领先水平、明确应用前景和独创性的基础研究成果和具有自主产权的重大关键技术，使我国的资源优势转化为产业优势。展望未来10年化学事业的发展和化学对人类生活的影响，我们充满信心，亦倍感兴奋。化学是无限的，化学是至关重要的，它将帮助我们解决21世纪所面临的一系列问题，化学将迎来她的黄金时代!2.展望化学之未来：挑战和机遇现在要言归正传，谈谈对化学未来之展望。为了展望，对过去有所回顾以及对当前进行总结还是很有必要的。化学的发展也不例外：机遇总是与挑战同在，而机遇往往存在于及时迎接适(合)时(宜)的挑战中。 近代化学发轫于18世纪和19世纪之交提出的元素学说和原子学说。此前多少个世纪都曾进行过与化学有关的实践，从事物质转化的探索，其中最有影响的是追求长生不死的炼丹术和热衷于发财致富的炼金术。这些实践及其目标都带有极大的盲目性和狭隘性。在科学发达的今天看来，长生不死显然是不可能的，而炼金术者向往的是一种改变化学元素的人工核反应。它们不可能成功，但在医药化学和冶金化学方面也曾积累过点滴原始资料，并从盲目实践所得的教训中终于转向对物质组成的探索。从19世纪初起，化学进入了持续至今以原子论为主线的新时期。1860年化学又理顺了当量与原子量的关系，改正了化学式和分子式，从而使原子论得以确立。从此，化学的发展越来越顺当。奠立近代化学总体的理论基础是原子分子论，简称原子论。它指明：不同元素代表不同原子；原子在空间按一定方式或结构结合成分子；分子的结构决定其性能；分子进一步集聚成物体。这个理论的内涵随着化学的发展不断深化和扩展。在自然科学的各个分支中，化学是侧重在原子分子水平上研究物质的组成、结构和性能及其相互转化的学科。在这种称为化学反应或化学过程的转化中，原子相互结合的方式或分子的结构是要改变的。从天然资源制取所需物资一般都要通过化学过程，从而出现基于化学的种种产业。化学过程的重要性还在于它们普遍进行于包括生物界在内的大自然中。迄今能源工业在很大程度上仍有赖于化学过程。回顾我国开发天然资源以满足人民生活需求的情况，当不难体会化学在解决亿万人民温饱问题中的作用。基于化学的产业要从天然资源中制取大量化肥、农药、农膜以及钢铁、塑料和水泥等原材料，并生产大量合成纤维和橡胶以补农林业之不足。能源开发以及医药卫生也离不开化学。总之，要使生活所需的衣食住行以及医药等物资越来越富足，很难离开化学所能发挥的直接或间接的作用。化学是分工负责物质在分子层次上变化的学科。化学掌管着百来个元素，而且还在不断耕耘周期系和整理天然产物，从而发现的化合物几乎每10年要翻上一番。现在化学手中的百来个元素和三千万上下化学物种是当今人类所能依赖的物质宝库。它们能满足人类的物资需求。人类对物资的需求，不论在质量和数量上总是要不断发展的。围绕这个需求的核心基础学科是化学。即此一端，就会对化学提供无穷无尽的问题和动力以及造福人类的永恒机会。在包括经济、文化、科技和教育在内的社会需求的驱使下，化学学科之发展仍有赖于其他学科和一系列新技术的推动，其中化学与物理的关系特别密切。它们早期曾有过约定俗成的分工。分工的要点是化学要追究物质的组成，而物理在研究中则要回避物质组成的变化。这种分工曾是双方乐意的，并且也取得了种瓜得瓜、种豆得豆的效果。迷恋于追究物质组成的化学在19世纪建成了原子分子理论，发现和合成了大量化合物，揭示了元素周期律和碳原子价键的四面体向等重大规律。从此，对物质世界的认识大为深入而开阔。这些进展为天然资源的开发提供了科学依据。但化学若要对物质的认识再深入一步就需要迎接外来的契机了。幸好摆弄热、声、光、电、磁等效应的经典物理也已取得了累累成果，为机电工业奠立了科学基础，并从19世纪末起又在揭示原子内部结构和波粒二象性中将牛顿力学发展为量子力学，使物理学进入近代物理时期。近代物理对化学的发展在实验和理论上都提供了新的起点。化学与生物学和矿物学等学科也有很深的渊源关系。生物学在19世纪后半期接连出现了进化论、遗传定律和细胞学说等突破性进展，如果要在此基础上进一步发展，特别是要更多地揭示生命的共性和本质，极大限度地消除其神秘色彩以及解决农业和医药方面的问题，就必须从化学方面来研究生命和生物体，并将认识的层次逐渐从细胞过渡到分子水平。化学当时的发展水平正足以迎接这样的挑战，生物化学得以应运而生。化学学科在发展中除了满足社会对它提出的需求外，也对其他学科和技术的发展给予了丰硕的回报。 化学在最近半个世纪中，新的需求不但使自身及其各个分支取得了很大进展，而且还在分子生物学和材料科学等新学科的奠立上起了十分积极的作用，同时还迎来了计算机、激光、磁共振、新材料和重组DNA技术等新事物以及新的发展机会。在这个时期中，化学在认识原子结合成分子的方式、依据和规律方面已日趋深入而系统。这个进展足以代表化学学科为其他学科和技术的发展所作回报的一个方面。体系的结构和过程的机制是化学研究中需要探索的两个带有普遍性的阶段性目标。在此激光、分子束和脉冲等技术大显神通的时代，化学动力学和动态学也都取得了重大进展。此外，高分子化学、有机化学、无机化学和分析化学等分支学科也取得了无愧于时代的重大发展。化学学科的核心任务或今后长远的努力方向大体上可归纳成3个方面：(1)开展化学反应的基础研究，以利开发新化学过程；(2)揭示组成—结构—性能之间关系和有关规律，以利设计分子或结构和创造新物质；(3)利用新技术和新原理强化分析和测试方法的威力，使化学工作的耳目趋于灵敏和可靠。展望今后化学将一如既往，积极参与材料科学和分子生物学的发展。这两个领域与化学处在同一个物质结构层次上，可以分享很大一部分原理和方法学，而且涉及的是光电子、信息通信以及健康和福利等新兴产业。在21世纪中，化学在能源和环境产业中也当大有可为。目前环境治理问题已经刻不容缓。对于防治大气和水污染以及处理污水，化学不但有用武之地，而且还有解铃还须系铃人的关系。化学界已对绿色工艺十分重视。环境问题在很大程度上也与能源结构密切相关。当前的能源结构是不可能持续很久的。利用太阳能发电和制氢以及回收CO2都是化学与有关学科需要一起解决的重要问题。在能源和环境产业中，电化学在解决化学能源问题和催化化学在发展绿色工艺方面都将起到极为重要的作用。我很同意国外有人这样展望化学的未来：“除了继续培育化学中的核心学科外，在今后25年中，化学家还将揭示生物学中的很多奥秘，并创造出具有神奇性能的物质。”在最近15年中，新物质的创制确实是很可观的，其中最为突出的要推一系列高Tc超导氧化物和以C60为代表的球碳类物质。金属有机物和分子筛等的合成化学也有值得注目的进展。化学家肯定还会在生命科学的发展中继续做出重要贡献。我们还应该想到事情的另外一方面。我们要看到，生命过程在本质上是化学过程，但我们所熟悉的化学过程一般还远远不如生命过程那样平易而高效。在化学学科中化学反应和创造新物质的研究无疑是具有核心地位的。现在已有很多蛋白质，如酶和红蛋白等，在生物体中发挥作用的机制可以通过其结构予以揭示和理解。在生物体中，化学反应都是在酶分子上进行的。酶分子为生命过程充当着高度专一的高效催化剂。作为生命“蓝图”的基因谱实际上依附于由DNA构成的染色体，它们首先为能使生命过程顺利进行的各种酶分子提供了设计。染色体中也包含了合成其他功能蛋白质所需的信息。在蛋白质中，两种红蛋白，即血红和肌红蛋白的结构测定得最早，功能与结构的关系也了解得最为深入。它们是为脊椎动物分别执行输氧和储氧功能的蛋白质，其设计之巧妙令人惊异。酶分子和其他功能蛋白质分子在执行其所承担的任务时简直是万无一失的。它们已被恰当地称为分子机器。运转生命过程所需的酶分子和其他功能蛋白质分子或几乎全部分子机器，其设计都存放在通过长期演化所得的染色体中。 在理解这些设计及其作用机制后，人们学会了借用和模拟这些设计和有关机制的本领。在20世纪70年代早期首先发展了重组DNA技术，并已成为制备或生产蛋白质的新方法。20世纪80年代出现了生产单克隆抗体的技术后，不久人们记起了Pauling早在20世纪40年代说过的话：“酶可以认为是一个能专一地识别其反应过渡态的抗体”。这样就逐渐形成了催化抗体的想法：若要为某个反应找一个像酶这样的催化剂，只需为这个反应的过渡态克隆出抗体来，但过渡态是反应分子在关键部位上有了畸变的活化了的分子，是不稳定的，从而需要找一个在形状和结合力等方面可以做上述活化分子替身的稳定分子来做抗原。在考虑开发新化学过程时，对选择性的要求是很严峻的。现在越来越意识到反应的原子经济性也必须严格要求。化学反应的这些品格都会通过经济和环境等因素涉及到社会的持续发展问题。在观摩和欣赏以及认真钻研生命过程的同时，也要有点“与其临渊羡鱼，不如退而结网”的想法，从而也不可无视自己的优势，即在实验室或体外开发化学过程的优势。首先，可供选择的反应条件和方法的范围，要比生命过程或生物体内开阔得多。除温度和压力等条件外，激光等新技术的应用更是值得重视的因素。更有甚者，化学家可以“驰骋”在整个元素周期系中，得出大量别开生面的新物质，供他们驱使。实际上，随着金属有机物、分子筛和氧化物载体等物质的设计和合成越来越得心应手，催化化学等学科在挑战面前赢得机会的条件也越来越好了。3.21世纪化学的前瞻(1)21世纪的化学何去何从?3年以前我在《化学通报》上写过一篇文章，题目是“化学的定义，地位，作用和任务”，文中提到“21世纪的化学何去何从?”对这一问题的回答，有两种估计：(1)21世纪的化学将在物理学与生物学的夹缝中逐渐消微；(2)21世纪的化学将在与物理学、生命科学、材料科学、环境科学、信息科学、能源、海洋、空间科学的相互交叉，相互渗透，相互促进中共同大发展。最近我和严纯华教授与北京大学部分研究生和本科生座谈，他们提到北京大学化学系学生会在本科生中进行了一项对于专业兴趣的调查，其结果显示仅20%的同学表示将来愿从事化学类工作，而更多的同学认为化学业已成为陈旧过时的老科学，而想转到生物、环境等其他领域。这个调查结果使我们大吃一惊，因此写这篇文章，对这一问题作深入探讨。我们的答案是：21世纪的化学决不会消微衰亡，而是要更加辉煌。①从宇宙进化的层次结构来看，化学永远不会消亡我曾精心绘制宇宙进化链的层次结构图(图1-1)。从图1-1可见，共有8个层次结构，即(1)物理进化，(2)天体演化，(3)地质演变，(4)化学进化，(5)生物进化，(6)社会进化，(7)人工自然进化，(8)物质产生精神，又反作用于物质。这8个层次，构成整个宇宙的进化，缺一不可。研究每一层次的学问依次为：(1)物理学，(2)天文学，(3)地质学、海洋学等地球科学，(4)化学，(5)生物学、医学等生命科学，(6)社会科学，(7)技术科学、工程科学，(8)数学、科学、哲学、宗教、认知科学、语言学、文学、音乐、艺术等。这些构成人类精神财富的总体，其中每一项都是不可或缺的，都是不会衰亡的。化学是研究化学进化这一层次的科学，当然也永远不会衰亡。②化学不会衰亡，但化学的研究对象，却要随着时代的前进而不断更新图1-1 宇宙进化链的层次结构图在19世纪和20世纪上半叶，发现新元素及其化合物是化学研究的前沿之一，元素周期律是化学的一个重要规律。从20世纪下半叶起，化学的主要任务不再是发现新元素，而是合成新分子。在过去的55年中，新分子和化合物的数目从110万种增加到3000万种以上(表1-1)。在这些新分子中，有许多是人们感兴趣的明星分子(starmoleculesorsmart molecules)。例如诺贝尔在1864年用硝酸甘油(TNT)制造出安全炸药，使TNT成为19世纪60年代的明星分子。诺贝尔患有严重的心脏病，医生曾建议他用TNT，但被诺贝尔拒绝。1896年，他终于因心脏病而逝世。TNT能缓解心绞痛的机理困惑了医学家、药理学家100余年，直到20世纪80年代，才被药理学家R.F.Furchgott、L.J.Ignarro和F.Murad的出色工作所解决。原来TNT能缓慢释放NO，而NO能使血管扩张，它是一种传递神经信息的“信使分子”，叫做EDRF。这3位药理学家因而获得1998年诺贝尔生理学和医学奖，而NO也就成为明星分子。根据这一原理，美国辉瑞(Pfizer)制药公司研制出新药Viagra，它也成为明星分子。此外，如1985年合成的C60，1991年合成的碳纳米管等都是著名的明星分子。又如抗癌药物EpothiloneA是最近引用最多的明星分子。年青的化学系本科生和研究生们，你如能发现或合成一个明星分子，不也是一件很能激动人心的工作吗?表1-1新分子和新材料的飞速增长年 份已知化合物数目19001945197019751980198519901999200055万种化合物110万种化合物，大约45年加倍236.7万种化合物，大约25年加倍414.8万种化合物593万种化合物，大约10年加倍785万种化合物1057.6万种化合物，大约10年加倍超过2000万种超过3000万种所以21世纪的化学不但不会衰亡，而且还要飞速发展。这种飞速发展在研究对象的更新方面有3个特征：(1)在数量上，新分子和新化合物将以指数函数的速度增长，大概每隔10年翻一番。(2)在质量上，将更加重视人类需要的功能分子和功能材料。(3)在21世纪人们将不再满足于合成新分子，而要把分子扩展组装成分子材料，分子器件，分子机器，例如碳纳米管分子导线，分子开关，分子磁体，分子电路，分子计算机等。③化学是承上启下的中心学科，在科学的长河中是不可缺少的一个环节科学可按照它的研究对象由简单到复杂的程度分为上、中、下游。数学、物理学是上游，化学是中游，生物学、医学、社会科学等是下游。上游科学研究的对象比较简单，但研究的深度很深。下游科学的研究对象比较复杂，除了用本门科学的方法以外，如果借用上游科学的理论和方法，往往可收事半功倍之效。所以“移上游科学之花，可以接下游科学之木”。具有上游科学的深厚基础的科学家，如果把上游科学的花，移植到下游科学，往往能取得突破性的成就。现在多数科学家预言21世纪是生命科学的世纪，但现代生命科学必须在分子的水平上来研究。化学是研究分子的科学。在分子水平上的研究方法主要就是化学方法。所以你如果获得化学博士学位，做过化学博士后的研究工作，有了深厚的化学理论和实验基础，再去从事分子生物学和生命科学的研究，将会取得很大成功。这在中外的著名生物学家中可以举出不少例子。例如中国科学院生物学部的前任学部主任邹承鲁院士，就是从化学转到生物学的。如果你是化学系的学生，现在就想转到生物系去，将来必将后悔没有打好化学基础，如入宝山空手回。④化学是社会迫切需要的实用科学化学与衣、食、住、行、能源、信息、材料、国防、环境保护、医药卫生、资源利用等都有密切的关系，它是一门社会迫切需要的实用科学。白春礼对化学在国民经济中的重要性有详细论述，这里不再重复。 (2)从化学的研究对象、内容和方法的更新，可以看到21世纪化学的发展将更加辉煌①化学的定义化学是研究化学进化这一层次的科学。但这一定义太泛，不够具体，具体的定义应包含化学的研究对象、内容和方法。21世纪的化学有非常丰富的研究对象，因此它的定义可建议如下：化学是主要研究原子，分子片，分子，原子分子团簇，原子分子的激发态、过渡态、吸附态，超分子，生物大分子，分子和原子的各种不同尺度和不同复杂程度的聚集态和组装态，直到分子材料，分子器件和分子机器的合成和反应，分离和分析，结构和形态，物理性能和生物活性及其规律和应用的自然科学。这个定义的上半句是化学的主要研究对象，下半句是研究内容和方法。除主要对象外，化学也可研究分子聚集态以后的层次，如研究生物层次的生命化学，脑化学，神经化学，医化学；研究宇宙层次的天体化学；研究地质层次的地球化学等。这些是化学和其他一级学科交叉的例子。②化学的研究对象丰富多彩，将使21世纪的化学发展更加辉煌化学可从研究对象的不同划分为8个层次：第一是原子层次的化学，其中包括核化学，放射化学，同位素化学，sp区元素化学，d区元素化学，4f区元素化学，5f区元素化学，超5f元素化学，单原子操纵和检测化学等。第二是分子片层次的化学。原子只有110余种，但分子数已超过3000万种。因此有必要在原子和分子之间引入一个“分子片”的新层次。分子片(molecularfragment)这一名词是由霍夫曼(Hoffmann)在他的“等瓣性原理”(isolobalprinciple)中首先提到的。卢嘉锡教授提出的“活性元件”和“元件组装”理论，柯瑞(Corey)在计算机辅助有机合成中提出的“合成子”的概念，也是分子片的一种形式。高分子化学中的单体，蛋白质中的氨基酸，DNA中的4种碱基，也可认为是一种分子片。我认为在21世纪，应该开展分子片化学的研究，其内容应包括：分子片的定义，分子片的价(valence)，分子片的高精度从头计算，分子片接轨成分子的理论算法，分子片的电负性、酸碱性、亲电和亲核性、氧化还原活性序列，分子片的周期律，分子片的实验组装法，分子片试剂，分子片的自组装，功能分子片(如染料分子的生色团，药物分子的活性基团)的发现和基本规律的研究等。这些研究对于分子设计会有很大帮助。第三是分子层次的化学。分子是一个可以独立存在，具有一定化学特性的物质微粒。惰性气体原子He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn可以生成单原子分子。其他元素的分子则是由2个或多个原子通过共价键或共价配键连接起来的。高分子，生物大分子，自由基，准分子(即分子的激发态，过渡态，吸附态等)和带电荷的分子离子都属于分子的范畴。现已合成3000多万种分子和化合物。通常把它们分为无机、有机和高分子化合物。但近30年来合成的众多化合物，如金属有机化合物，元素有机化合物，原子簇化合物，金属酶，金属硫蛋白，富勒烯，团簇，配位高分子等很难适应老的分类法。21世纪将研究分子的多元分类法，如按照分子片结合方式和生成的分子结构类型分类，先分为0维，1维，2维，3维分子，0维分子再用(nxcπ)来分类，其中n表示分子片数，x与价电子数有关，c是分子内成环的数目，π是π键的数目。第四是超分子层次的化学。超分子是2个或2个以上分子通过非共价键的分子间作用力结合起来的物质微粒。这些分子间作用力包括范德华引力，各种不同类型的氢键，疏水疏水基团相互作用，疏水亲水基团相互作用，亲水亲水基团相互作用，静电引力，极化作用，电荷迁移，分子的堆积和组装，位阻和空间效应等等。相对于共价键而言，分子间作用力研究得很不够，是今后要重视的方向。 因此，高分子如聚乙烯等是分子，因为他们是以共价键结合起来的。DNA、蛋白质等生物大分子也是分子，配位化合物、簇合物、C60、碳纳米管等都是分子。但通常的液态水是聚合体(H2O)n，它是超分子，因为H2O与H2O之间，是以氢键结合的。环糊精(γ-CD)是一个分子，形似花盆，它的尺度略大于C60的直径，可以把C60包进去，生成1∶1和2∶1的超分子。艾滋病毒HIVP是一个生物大分子，其活性部位形似环糊精，大小与C60十分接近，它们可以形成超分子，达到抑制HIVP的目的。这就是在生命科学中非常重要的受体和给体化学，抗体和抗原化学，锁和钥匙化学。第五是生物分子层次的化学，其中包括生物化学，分子生物学，化学生物学，酶化学，脑化学，神经化学，基因化学，生命调控化学，药物化学，手性化学，环境化学，生命起源，认知化学，从生物分子到分子生物(makelife)的飞跃等。第六是宏观聚集态的化学，其中包括固体化学，晶体化学，非晶态化学，流体和溶液化学，等离子体化学，胶体化学，界面化学等。第七是介观聚集态的化学，其中包括纳米化学，微乳化学，溶胶凝胶化学，软物质化学，胶团胶束化学，气溶胶化学等。第八是复杂分子体系的化学，其中包括分子材料，分子器件(如分子开关，分子探针)，分子芯片，分子机器(如分子计算机)等。③21世纪化学研究方法的更新，将加速化学的发展化学可按研究内容和方法的不同进行划分。ⅰ合成化学21世纪的化学，不但研究对象要更新，而且研究方法也要更新。在合成化学领域，我们可以看到下面5种发展趋势：(1)从合成天然有机化合物到设计合成合乎人类需要的功能分子。(2)计算机辅助合成的方法将被广泛使用。(3)从合成单个化合物到合成数以千百计的类似化合物的组合化学，从中筛选出我们需要的药物。(4)利用生物工程来进行化学合成，例如用大肠杆菌来生产胰岛素等药物。(5)各种新的合成方法将不断出现，如手性合成，自组织合成，相转移合成，模板合成，原子经济合成，环境友好合成，极端条件下的合成，太空无重力条件下的晶体生长等。ⅱ分离化学化合物合成以后，一定要和反应物及副产品进行分离。分离化学的发展趋势是：(1)提高现有各种分离方法(萃取化学，离子交换，色层分离，电泳，离心分离，扩散分离，电磁分离，重力分离等)的效率，并发展新的分离方法。(2)把合成和分离结合起来，变成一个过程。例如把反应物A接到离子交换树脂上，让反应物B在溶液中和树脂上的A起反应，则反应产物就自动和A分离。(3)把分离和性能测定两者结合起来。例如把抗原接在树脂上，让一批候补的化合物在溶液中通过树脂。如果其中含有抗体，就能和树脂中的抗原结合。ⅲ分析化学19世纪的分析化学主要是常量的定性和定量化学分析，从20世纪30年代后期，开创了仪器分析的新时代和化学分析的微量化，汪尔康［10］把此后的发展概括为50年代仪器化，60年代电子化，70年代计算机化，80年代智能化，90年代信息化。21世纪分析化学的发展趋势则更加激动人心［9～10］：(1)从化学分析拓宽到生命科学中的分析。(2)从常规分析到流动注射分析，活体分析，单细胞分析，单原子和单分子检测和分析，各种传感器的广泛使用。(3)各类分析方法的联用，例如色质联用，色谱和光谱联用，ICP-MS，GC-FTIRMS等。(4)从静态分析到原位(insitu)，在体(invivo)，实时(realtime)，在线(on line)和高灵敏度，高选择性的新型动态分析和无损探测方法。(5)把分析化学实验室搬到芯片上。在微电子科学技术领域，把电子管、电感、电容、电阻等元件搬到芯片上，引起了电子工业的革命。现在有十几家化学仪器公司正在玻璃，塑料或硅片上刻蚀化学实验室，把试管、烧杯、漏斗、本生灯等搬到芯片上。化学家只要把1μL或1nL的样品注入化学芯片，几分钟后就可在计算机的屏幕上看到分析结果。(6)分析化学的信息化和化学计量学的发展。ⅳ物理化学与理论化学如果说20世纪上半叶的化学主要采用宏观实验方法来研究，那么到了20世纪下半叶，微观方法就开始和宏观方法相互结合相互渗透。量子化学与结构化学是从微观角度研究化学的左右手，当今中国的化学教学和研究之所以能赶上这个世界潮流，与国际水平接轨，我国量子化学奠基人唐敖庆与结构化学奠基人卢嘉锡，以及吴征铠、唐有祺教授等功不可没。他们非常重视理论与实验的结合，在1956年的“十二年科学规划”中，按照周总理的指示，增加了第56项“物质结构的研究”，对推动我国现代化学的发展起了重要的作用。唐敖庆、卢嘉锡二人因此先后荣获何梁何利科学与技术成就奖。1998年，诺贝尔化学奖授予量子化学家科恩和玻普耳，也说明国际上对量子化学的重视。展望21世纪，这个趋势将进一步发展。量子化学已经从“象牙之塔”走向“十字街头”。不久前，中国科学院上海有机化学所的陈敏伯教授在《科学》(上海科技出版社)上发表的一篇题为“化学不再是纯粹的实验科学”的文章中提到：瑞典皇家科学院1998年诺贝尔化学奖颁发公报的措辞非同寻常。其一，公报说：“量子化学已经发展成为广大化学家所使用的工具，将化学带入一个新时代，在这个新时代里实验和理论能够共同协力探讨分子体系的性质。化学不再是纯实验科学了。”其二，公报说：“当接近90年代快结束的时候，我们看到化学理论和计算的研究有了很大的进展，其结果使整个化学正在经历着一场革命性的变化。”其三，公报还说：“这项突破被广泛地公认为最近一二十年来化学学科中最重要的成果之一。”这次颁奖宣告了“化学的两大支柱是实验和形式理论”的时代已经来临，尽管化学领域中形成理论这条支柱还相当细弱。所以21世纪的化学将是理论和实验互相结合互相渗透的科学。国外有些著名大学早已把理论化学从物理化学中独立出来，成为二级学科。希望国家自然科学基金委员会进一步加强对理论化学的支持，鼓励优秀的大学毕业生来考量子化学的研究生。这对整个化学的发展是有利的。以上是化学分类的经线和纬线，从中可以看出21世纪化学的一些新的生长点。④化学与物理学的关系物理学是研究物质和4种相互作用，能量，机械运动，热，声，光，电，磁，以及分子，原子和原子以下各个层次的粒子的基本规律的自然科学。物理学的研究对象非常广，从最基本的粒子到天体和宇宙，其中一部分研究对象是和化学重迭的，但研究内容和方法不同，如合成和反应是化学特有的研究内容。化学是制造物质新品种最多的一级学科，如已知的3000多万种分子和化合物，有很大一部分是人工合成的新品种。生物学用基因重组方法创造的新物种远比天然的物种少。化学研究的对象和内容非常丰富，不可能被物理学和生物学取代，它是人类非常重要的学科，决不会衰亡。化学与物理学是互相支援的姐妹学科，是物质科学(physicalsciences)的两个很重要的分支。4.纳米科技纳米科学与技术是指在纳米尺度(0.1nm到100nm之间)上研究物质(包括原子、分子)的特性和相互作用，以及利用这些特性的多学科的科学和技术。它使人类认识和改造物质世界的手段和能力延伸到原子和分子。纳米科技的最终目标是直接以原子、分子及物质在纳米尺度上表现出来的新颖的物理、化学和生物学特性制造出具有特定功能的产品，实现生产方式的飞跃。 最早提出纳米尺度上科学和技术问题的专家是著名的物理学家、诺贝尔奖获得者理查德·费曼RichardP·Feynman。1959年末，他预言，化学将变成根据人们的意愿逐个地准确放置原子的问题。在那次演讲中，他还提到，当2000年人们回顾历史的时候，他们会为直到1959年才有人想到直接用原子、分子来制造机器而感到惊讶。纳米科技的迅速发展是在20世纪80年代末、90年代初。80年代初出现的纳米科技研究的重要工具──扫描隧道显微镜(STM)、原子力显微镜(AFM)等微观表征和操纵技术，对纳米科技的发展产生了积极的促进作用。1990年7月，第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩与第五届国际STM学术会议同时举办(实际上是一个会议有两个名称)，《Nanotechnology》和《Nanobiology》两种国际性专业期刊也在同年相继问世。这标志着纳米科学技术的正式诞生。纳米科技的研究范围主要包括纳米材料学、纳米电子学、纳米机械学与纳米制造、纳米化学、纳米生物学以及原子、分子操纵和表征等领域。纳米科技的最终目标是直接以原子和分子来构造具有特定功能的产品，因此研究单原子、分子的特性和相互作用以及揭示在纳米尺度上的新现象、新效应是纳米科技研究的重要前沿方向。近年来，纳米科技取得了一系列杰出的成就，例如惠普公司利用STM，通过自组装的方法，成功地获得了锗原子在硅表面形成的“金字塔”形的量子点，该量子点在基底上的跨度只有10nm，高度只有1.5nm。IBM公司在铜单晶的表面，利用扫描隧道显微镜的针尖逐个地将48个铁原子排列成半径为73nm的圆形栅栏。铜表面的电子气遇到铁原子时，就会被局部反射回去。做此栅栏的目的就是要试图捕获或将一些电子限制在圆形结构中，迫使这些电子进入“量子”态。这个实验的重要意义在于为科学家提供了研究微观体系量子现象的微小实验室。1959年，费曼博士所作的“化学将变成根据人们的意愿逐个地准确放置原子的问题”的预言，现在已经可以实现这种操作。科学家利用STM将18个铯原子和18个碘原子拖放在一起。美国康奈尔大学的科学家最近成功地将CO分子和Fe原子组合起来，形成FeCO和Fe(CO)2分子。实验温度为-260 ℃。这项研究不但有助于了解化学键的性质，还有助于制造更为复杂的分子。这些成就表明，人们在原子、分子水平上对物质控制的能力有了很大的提高，纳米科技走向实用化的步伐又向前迈进了一步。但据估计纳米技术现在的发展水平只相当于计算机和信息技术在20世纪50年代的发展水平。人们研究纳米尺度基本现象的工具和对这些现象的理解水平还只是非常初步的。要想实现纳米技术的最终目的，尚有很多基础科学问题需要解答，包括对分子自组织的理解、如何构造量子器件、复杂的纳米结构系统是如何运作的等等。只有在物理、化学、材料科学、电子工程学以及其他学科的很多方面得到充分发展的情况下，才能真正地形成一项具体的纳米技术。本单元说明作为一门独立的“化学”学科开设，本单元是初中学生学习化学的第一单元，理所当然地需要对什么是化学、化学有什么用，以及怎样学习化学等问题做出合理的解释。本单元的编写围绕着这三个问题进行，其内容分布如下图所示： 本单元具有以下特点：1.作为起步阶段的化学学习，教材注意创设情境，激发学生学习化学的好奇心和探究欲望，尤其注意从殷实的史实出发，展示化学与人类进步以及社会发展的关系，使学生能初步从化学、技术、社会这三者的密切关系中领悟化学学习的价值，培养学生学习化学的兴趣和责任感。2.突出化学是一门以实验为基础的科学，强调走进化学实验室的重要意义，以及学习一些最基本的化学实验操作的必要性，引导学生体会化学实验是获取化学知识和学习科学探究方法等的重要手段，培养学生严谨的科学态度和尊重客观事实、善于合作等的优良品德。3.重视学生的生活经验和亲身感受，注意引导学生主动参与探究活动，并通过探究活动和合作学习，主动地获取知识；注意培养学生从日常生活中发现和提出有探究价值的问题的思路和方法，体验探究活动的过程、方法和成功后的喜悦，从而使学生产生亲近化学、热爱化学并渴望了解化学的情感，树立学好化学的信心。本单元教学重点：化学学习的情感、态度和价值观等方面的教学。本单元教学难点：引导学生主动参与科学探究的过程和方法等方面的教学。一、教学目的要求1.认识学习化学的一个重要途径是实验，初步学会对实验现象进行观察和描述的方法。2.能有意识地从日常生活中发现一些有探究价值的问题，并能在教师指导下根据实验方案进行实验，通过对实验现象的观察和分析得出有价值的结论。3.能体验到探究活动的乐趣和学习成功的喜悦，并进而体会到化学学习的特点是关注物质的性质、变化、变化过程及其现象等。二、本课题分析本课题通过两个探究活动来加深对化学是一门以实验为基础的科学的认识。这两个探究活动都是从学生的生活实际中提炼出来的，会给学生以新的感受和启迪。对蜡烛及其燃烧的探究，通过对蜡烛在点燃前、点燃时和熄灭后三个阶段有引导的观察，着重培养学生对现象的观察、记录和描述能力。对我们吸入的空气和呼出的气体有什么不同的探究，通过给出实验原理的信息和图示实验步骤等方法，着重培养学生对现象的观察和分析能力，并能明确地表述探究所得到的结论。教学建议如下：1.对蜡烛及其燃烧的探究，看似简单，其实有着比较深刻的内涵。要鼓励学生创造性地参与此项探究活动，敢于增加或更改某些实验观察的内容，谁观察到的现象越多，描述越详细越准确就越好；要鼓励学生敢于将自己的实验结果与别人进行交流，善于发现别人的长处，并改进自己的短处。教材中对这个探究活动的小结很重要，要引导学生亲自感受化学学习的以下特点：(1)关注物质的性质；(2)关注物质的变化；(3)关注物质的变化过程及其现象。 2.我们吸入的空气和呼出的气体有什么不同的探究活动趣味性较强，较易引起学生参与的兴趣。但该探究活动的实验步骤较多，且收集呼出的气体的操作有一定难度，因此可在课前要求学生预习该探究活动的内容，并在家里利用吸管、瓶子、盆子等进行收集呼出的气体的操作练习，以使学生能较顺利地进行该探究活动。3.不要过分追求实验操作的规范和熟练，在注意安全的原则下，只要能按照图示方法进行实验操作并获得有价值的实验结果就可以了，要强调在动手的过程中，手脑并用的重要性。4.习题“整理本课题的探究活动记录，按探究目的、步骤和方法、现象和结论等写出探究报告”很重要，这是培养学生严谨的科学态度和学习科学探究方法的重要一环，应对学生有严格的要求。可展示有创意和有特点的探究报告，并鼓励学生互相交流，培养学生自我反思的能力，以及对自己的探究报告进行修改并使之完善的能力。三、实验说明和建议1.对于点燃蜡烛刚熄灭时的白烟的实验，要求学生合作进行，可由一人吹灭蜡烛火焰，另一人立即点燃蜡烛刚熄灭时的白烟，火焰会顺着白烟重新将蜡烛点燃。2.利用澄清石灰水和带有火星的小木条分别检验空气和呼出的气体的实验，其现象很明显，关键是要引导学生对现象进行对比，并及时做出分析。四、资料1.对蜡烛及其燃烧的探究活动进行观察和描述的参考资料点燃前：蜡烛呈圆柱状，直径约2cm，由半透明的白色固体制成，具有轻微气味，质地较柔软，能用小刀切割，指甲也能划出刻痕。蜡烛的中心有一根烛芯，从底部一直伸延到顶部，并约有1cm露出顶部。烛芯由多股细线拧合而成。从蜡烛上切下一块石蜡，把它放入水中，它不溶于水，并能浮在水面上，说明石蜡的密度比水的小。点燃时：当燃烧着的火柴接近烛芯时，约2s～3s即可点燃蜡烛。点燃的蜡烛能够持续燃烧，燃烧时没有声音，并在燃烧的过程中缓慢地变短。蜡烛火焰由于气流而闪烁摇晃，并有黑烟产生，在无空气流动的情况下，火焰可以长时间地保持轻微的闪烁。在距离蜡烛火焰约2cm的地方，蜡烛是温热的，并很柔软，可以用手任意捏塑，其余部分的蜡烛仍然是冷的。燃烧着的蜡烛因其顶部受热熔化而形成一个凹槽，熔化后的无色液体贮于凹槽中，并浸润烛芯直至火焰的底部。如果吹动蜡烛火焰或蜡烛燃烧时受热不均匀，贮于蜡烛凹槽中的无色液体会从凹槽中沿烛体流下。在流下的过程中，无色液体遇冷变为半透明体，并逐渐凝固附着在烛体上。蜡烛火焰分为三层，最里面的火焰底部呈淡蓝色；第二层的火焰是暗淡的，这一暗淡的区域略呈圆锥形；围绕着这一区域的最外层火焰呈黄色，其火焰明亮但不耀眼。三层火焰既有明显的边缘，又有不确定的顶部。当一根火柴梗平放入蜡烛火焰中约2s后取出时，可以看到，处在火焰最外层的部位最先变黑，第二层次之，最里层变黑最慢，说明外层火焰温度最高，第二层次之，最里层温度最低。因此，应用外层火焰进行加热。取一只干燥的烧杯罩在蜡烛火焰上方，振荡，石灰水变浑浊，说明蜡烛燃烧后有水和二氧化碳生成。熄灭后：熄灭蜡烛时，有一缕白烟从烛芯飘出，用燃着的火柴点燃白烟，火焰会顺着白烟将蜡烛重新点燃。2.活动与探究补充资料以下是说明粒子间有空隙的探究活动实验，可以组织学有余力和对化学有兴趣的学生在课外活动小组中做，问题的答案可以在第三单元中找到。“1+1是否等于2?” 取两个100mL的量筒，分别注入50mL水和50mL酒精，然后将50mL水倒入盛有50mL酒精的量筒中，混合后总体积是否等于100mL?另取两个100mL的量筒，分别盛入50mL大米(或小米等)和50mL豌豆(或黄豆等)，然后将50mL大米倒入50mL豌豆中，混合后总体积是否等于100mL?认真观察实验现象，并思考为什么。一、教学目的要求1.能知道化学实验是进行科学探究的重要手段，严谨的科学态度、正确的实验原理和操作方法是实验成功的关键。2.能遵守实验室规则，初步形成良好的实验习惯。3.能进行药品的取用、加热、洗涤仪器等基本实验操作。二、本课题分析学生在参与了课题2中的两个探究活动后，对化学实验的重要性已有初步的亲身体验，此时，不失时机地引导学生走进化学实验室，是符合学生的心理特点的。教材首先利用实验室的实物照片和简短的文字阐述了走进实验室的重要性和要求，然后引导学生进行药品的取用、加热和洗涤仪器等基本操作训练。教材没有采用单纯的基本操作训练的方法，而是结合具体实验进行操作练习，这样更能激发学生的学习兴趣。教学建议如下：1.在学生走进化学实验室前，应对学生进行实验的目的性和重要性的教育，并提出化学实验的要求。例如，要遵守实验室规则，注意安全；课前要做好预习准备，明确实验要求；实验时要仔细观察，实事求是地做好记录，认真分析现象并写好实验报告；实验后废物要妥善处理，仪器要及时清洗，保持实验室整洁，等等。2.可以根据学校的具体情况，组织学生参观实验室或实验教室，以及仪器、设备和药品柜等，并结合实物，对一些常用仪器的名称、性能和用途等做一简单介绍；课后，可以开放实验室，让学生摸摸这些仪器甚至用一下简单的仪器，以减少有些学生对实验的恐惧感。3.特别要注意安全教育，可利用多种媒体或实物表演为学生提供不遵守实验室规则和操作规程所带来危害的事实，以使学生从中领悟遵守实验室规则和操作规程的重要性。4.教师要注意示范操作的规范性和学生互教互学的重要性。本课题教学的重点是药品的取用、加热等基本操作训练，以及观察能力的培养，实验中所涉及的化学原理暂不要求学生了解，可告诉学生这些问题随着后续课的学习将会逐个解决。三、资料1.酒精灯酒精灯是实验室常用的加热仪器，以工业酒精为燃料，最高温度可达800℃。灯身、灯帽由玻璃制成，灯芯管由瓷制成。市售产品现多改用塑料灯帽。其规格以酒精容量(mL)表示，常用的有100mL、150mL。酒精易挥发、易燃，故使用时应注意：(1)往灯内添加酒精要使用漏斗，如图1-2，添入酒精量不能超过灯身容积的2／3(过满容易因酒精蒸发而在灯颈处起火)。在灯燃着时不准往灯内添加酒精，如图1-3，否则极易引起火灾，因为此时“明火”的周围存在着酒精和酒精蒸气。(2)只能用燃着的火柴或细木条去点燃，绝不允许用另一只酒精灯去“对火”，因为侧倾的酒精灯会溢出酒精，引起大面积着火! (3)灯内酒精耗到少于容积1／4以下时应及时补充，因酒精过少既容易烧焦灯芯，又容易在灯内形成酒精与空气的爆炸混合物。(4)必要时在点燃酒精灯前用镊子调整外露灯芯的长短，可以改变火焰的大小。一则为了便于操作，二则可以节约酒精，如图1-4。此外灯芯最好松紧适度，过紧则灯芯容易烧焦。为了减少灯焰摇摆和跳动，可用铁纱网卷一圆筒做防风罩，兼起拔火筒的作用，如图1-5。它能使火力集中，并稍提高灯焰的温度。(5)熄灭酒精灯只允许用灯帽盖灭(使灯芯与空气隔绝)，绝不准用嘴去吹!用嘴吹气不仅不易吹灭，还很可能将火焰沿灯颈压入灯内，引起着火或爆炸!(甲醇与空气混合的爆炸范围用甲醇蒸气的体积分数表示是6%～36.5%，乙醇是3.28%～18.95%，因此夏季无论是灯内还是酒精容器中，都会自然形成达到爆炸界限的混合气体!)(6)灯帽应直放桌上，防止滚动。灯帽如系玻璃磨口的，则将灯熄灭后，尚需趁热将灯帽再提起一次，放走热酒精蒸气同时进入一部分冷空气，再盖好，以保持灯帽内外压强一致，下次使用时，容易打开灯帽。如果是塑料灯帽就不要盖两次了。不用的酒精灯必须盖严灯帽，否则不但酒精会挥发，而且由于酒精的吸水性，会吸收空气中水分而使酒精变稀。(有缺口的玻璃灯帽和灯口有裂缝的酒精灯都不能再用!)2.几种常用仪器示意图的画法绘制仪器图时，应注意图形正确、比例合理、线条清晰、画面整洁。对仪器各关键部位的正视投影应有比较合乎实际的比例。图1-6中的仪器图所占纵横格数，可供参考。图1-6几种常用仪器示意图的各部分比例可以组织学生在课外用软胶片或厚纸卡自制一个绘制常用仪器图的模板，使用起来既方便又有兴趣。模板的内缘要做得光滑，尖角处都要设计好留出画笔所占据的位置，如图1-7所示。图1-7化学仪器绘图模板 本单元说明本单元是学生学习的第一大类物质。空气是人人都离不开的物质，由于看不见，摸不着，学生只知其重要，却又不十分清楚空气到底是什么。本单元选择空气和氧作为初中化学中接触具体物质知识的开端，不仅因为小学自然课中对空气和氧气的知识已有过介绍，如空气占有体积、有质量、形成大气压、空气流动就形成风等；更重要的是因为它们在自然界分布极广、是自然界维持生态平衡的重要条件、是化工生产的廉价资源；它与人类的生活关系最为密切，是人类须臾不可离开的天然物质；还因为氧气是化学性质比较活泼的元素，它能与多种金属和非金属元素化合形成氧化物或含氧化合物。通过对它们的认识和了解，可以比较顺利地引导学生进入化学世界来探索物质的奥秘。选择以空气为题，开始这一单元的教学活动，是符合“从学生熟悉的事物入手，进行科学教育”的原则的。化学研究的物质多数是纯净物，即使是混合物，一般也应分离出纯净物进行研究，在初学化学的阶段，给学生物质分类的知识是很有必要的。因此本单元中还有关于物质分类的一些知识，主要是混合物和纯净物的知识。关于化学反应的一些初步知识，可以增强学生对化学科学的认识，也可以帮助学生从本质上认识物质。因此本单元结合氧气的性质和制取，介绍了化学反应的初步概念，还介绍了两类最基本的化学反应──化合反应与分解反应。通过氧气的性质和制取等实验，不仅可以培养学生的观察能力、分析能力，而且学生还能在实验活动的过程中，练习化学实验基本操作，初步熟悉认识物质性质的方法，培养相互合作、交流的能力以及实事求是的精神，这些对学生的发展是很有好处的。元素、元素符号的内容安排在“第四单元物质构成的奥秘”中。在教学过程中，教师可以灵活处理。如提前给出一些元素符号(和简单的化学式)，以分散难点，克服呆读死记造成的枯燥乏味。建议从本单元的开始就可以布置学生每节课上认识几个遇到的元素的元素符号，尽管不做背下来的要求，学生也会处在不断识记的过程中，待到“元素、元素符号”的教学时，学生已经认识甚至会写若干个元素符号了。本单元共分三个课题，这三个课题存在着内在的联系：教材从空气(课题1)开始，介绍空气成分及用途，然后引入氧气的性质、用途和制法(课题2、3)，对氧气进行了初步介绍。氧气的性质和制法为进一步理解化学变化和化学性质提供了事实材料，也为概括化合反应和分解反应提供了依据，这部分教学既能加深学生对氧气性质的认识，又能通过联系实际，提高学生学习化学的积极性和求知欲。本单元具有以下特点：1.从学生熟悉的“空气”作为较系统地学习和研究化学的开始，有利于引导学生进入化学殿堂。2.加强化学发展史的教育。本单元一开始简单介绍人们对空气认识的历史。学生通过学习，可以认识到只有应用科学实验的方法，尊重事实，才能摆脱传统的错误理论的束缚，得出正确的结论。 3.加强科学方法教育。如在“讨论”、“调查与研究”、“习题”中有意识地引导学生学习和运用科学方法。4.加强学生参与意识，编排了较多的学生参与的活动，教材中也适当留有一些空白，供学生填写。有的课题则完全以学生活动展开。5.加强化学与社会联系。本单元的空气、氧气、氮气、稀有气体等与生活、生产有密切联系，编写时有意突出了这种联系。并以“资料”、“化学·技术·社会”等栏目补充了一些内容，扩展学生的知识视野。6.融思想、情感教育于学生的学习过程中。本单元教材难点、重点有：1.氧气的化学性质，氧气制取的实验操作。2.对化学反应及物质化学性质的理解。3.对实验现象的观察与分析。4.在学习化学的过程中，对科学方法的体验。一、教学目的要求1.了解空气的主要成分。2.了解氧气、氮气、稀有气体的主要用途。3.初步了解空气污染的危害，知道空气是一种宝贵的自然资源，养成关注环境、热爱自然的情感。4.初步学习科学实验的方法，进行观察、记录，并初步学习分析实验现象。二、本课题分析学生对空气已有一定的知识基础，因此内容的安排既不能与小学自然课中的知识重复，又应以此为基础。本课题包含了三部分，即“空气是由什么组成的”、“空气是一种宝贵的资源”、“保护空气”。这三部分内容相互密切联系，并逐步深入。空气是由什么组成的(氮气、氧气、稀有气体、二氧化碳等)            ↓   空气是一种宝贵的资源(氧气、氮气、稀有气体的用途)           ↓   保护空气(污染与保护)总的看来，本课题教学是很容易引起学生学习兴趣的，可以说不存在什么教学难点。教学建议如下：1.教师应了解学生有哪些有关空气的知识，以便恰当地选择教学方法。教学时，应尽量从学生熟悉的事物引入。2.对第一部分，可采取灵活多样的教学方式：(1)如以讲故事的形式引出主题；(2)从回忆小学自然课中关于空气的小实验引入；(3)引导学生阅读。阅读前提出几个具体问题来加以指导；(4)从【实验2-1】引入；……3.要认真做好【实验2-1】。要引导学生认真观察实验现象，积极思考为什么会出现这些现象。通过实验，一则可以指导学生锻炼观察、分析的本领，学习实验操作；二则可以领会这个实验设计的意图，以便对二百多年前拉瓦锡研究空气成分时的实验思路加深体会。 4.对第二部分，建议充分利用书中提供的图片，分析几种气体的用途。在讨论过程中，如果学生提出新的用途，教师应予以鼓励。对物质的物理性质，要引导学生运用逻辑思维来进行观察，使学生形成一个认识物质物理性质的顺序，以便于在以后学习其他物质的物理性质时，习惯地按照这一顺序来进行，这样做既全面，又便于对照。对稀有气体，要说明早期把它们称为惰性气体，是因为在发现它们的时候，只注意了它们不跟其他元素发生化学反应的“惰性”一面。后来发现它们在一定条件下，也能跟某些物质发生反应而形成化合物的事实后，才把它们改称为稀有气体。通过这一段简史回顾，可以启发学生认识到科学研究的新领域总是在不断扩展，科学思维也不能是一成不变的。应当经常接受新事物，在学习中要适当发展求异思维。5.对第三部分，可引导学生分析“大气污染”的漫画。此图的中部表示造成大气污染的一些原因和做法，下部是大气污染对动植物的危害，上部是大气污染引发的三大环境问题。也可以结合美术课，让学生自己画画身边的环境，然后开辟专栏，供大家展示。教师在平时应有意识地收集一些有关大气污染事件的报导资料，尤其是一些与本地大气污染有关的事件，以使学生感到环境问题就在我们身边，与我们息息相关。教师也应简单介绍一下大气的自净作用，这是一种自然环境的调节机能。一般来说，自净作用能使空气成分保持相对稳定，但当污染的程度超过其自净能力时，就会出现大气污染。6.书中提供的“空气质量日报、预报”的资料，与学生生活息息相关，学生在电视节目或报纸上常看到，同时，也与本课题的“调查与研究”有一定的联系，建议组织学生阅读，并结合当地情况讨论。7.调查与研究栏目中“关心空气质量”的活动，是学生学习化学后的第一次较大的科学探究活动。建议在进行第一单元教学时，就布置学生对本活动的(1)、(3)项提前做些准备，广泛搜集资料，进行调查。到本课题时，通过讨论等形式在班上交流，小论文由学生在课后完成。小论文完成后，可在教室开辟专栏展示，也可到人教网的化学教育论坛进行交流(网址：http://www.pep.com.cn)。8.在本课题中，出现了一些化学上专门使用的语言──元素符号。“N2”是全书第一个出现的符号，这时不必做过多解释，只说明这是一种表示物质的符号就可以了。提前给出一些元素符号(和简单的化学式)，可以分散难点，等到学习“元素、元素符号”时，学生已有较多的感性认识了。三、实验说明和建议【实验2-1】成功的关键在于：1.装置不能漏气。2.集气瓶中预先要加入少量水。3.点燃红磷后要立即伸入集气瓶中，并塞紧塞子。4.进入瓶中的水的体积一般要小于瓶内空间的1／5。可引导学生思考这是为什么。5.在小学自然中曾做过用蜡烛、水杯、碗、水等测空气中氧气含量的实验，在本课题中，也可补充让学生回家做这个小实验。但用这种方法测定的水面上升仅为1／10体积左右，误差就更大了。可引导学生分析为什么会产生如此大的误差。四、部分习题参考答案及说明1.氮气 氧气，氮气，氧气2.氮气、氧气、二氧化碳、氦气、氖气、氩气、氪气、氡气等中的任意四种。 3.物理性质一般指颜色、状态、气味、熔点、沸点、硬度和密度等。水是一种没有颜色、没有气味的液体，它的熔点是0℃，沸点是100℃，在4℃时的密度是1g/cm3。4.此题属于开放式的习题，学生答案可有多种，不强求一致。在城镇繁华街道附近，一般空气质量较差，原因是多方面的，如污染物较多、机动车尾气、尘土、细菌等，噪声也较大；农村广阔的田野空气质量好，安静。5.此题属于开放式的习题，学生可从多方面来认识“空气是一种宝贵的自然资源”。五、资料1.对化学课程中的“科学探究”的理解义务教育阶段的化学课程中的科学探究，是学生积极主动地获取化学知识、认识和解决化学问题的重要实践活动。它涉及到提出问题、猜想与假设、制定计划、进行实验、收集证据、解释与结论、反思与评价、表达与交流等要素。学生通过亲身经历和体验科学探究活动，激发化学学习的兴趣，增进对科学的情感，理解科学的本质，学习科学探究的方法，初步形成科学探究能力。科学探究是一种重要的学习方式，也是义务教育阶段的化学课程的重要内容，对发展学生的科学素养具有不可替代的作用。(1)增进对科学探究的理解①体验到科学探究是人们获取科学知识、认识客观世界的重要途径。②意识到提出问题和作出猜想对科学探究的重要性，知道猜想必须用事实来验证。③知道科学探究可以通过实验、观察等多种手段获取事实和证据。④认识到科学探究既需要观察和实验，又需要进行推理和判断。⑤认识到合作与交流在科学探究中的重要作用。(2)发展科学探究能力要素目标提出问题①能从日常现象或化学学习中，经过启发或独立地发现一些有探究价值的问题。②能比较清楚地表述所发现的问题。猜想与假设①能主动地或在他人的启发下对问题可能的答案作出猜想或假设。②具有依据已有的知识和经验对猜想或假设作初步论证的意识。制定计划①在教师指导下或通过小组讨论，提出活动方案，经历制定科学探究活动计划的过程。②能在教师指导下或通过小组讨论，根据所要探究的具体问题设计简单的化学实验方案。具有控制实验条件的意识。进行实验①能积极参与做化学实验。②能顺利地完成实验操作。③能在实验操作中注意观察和思考相结合。收集证据①具有较强的实证意识。②学习运用多种方式对物质及其变化进行观察。③能独立地或与他人合作对观察和测量的结果进行记录，并运用图表等形式加以表述。④初步学会运用调查、资料查阅等方式收集解决问题所需要的证据。解释与结论①能对事实与证据进行简单的加工与整理，初步判断事实证据与假设之间的关系。②能依据一定的标准对物质及其变化进行简单的分类。③能在教师的指导下或通过与他人讨论对所获得的事实与证据进行归纳，得出正确的结论。④初步学会通过比较、分类、归纳、概括等方法认识知识之间的联系，形成合理的认知结构。反思与评价①有对探究结果的可靠性进行评价的意识。②能在教师的指导下或通过与他人讨论，对探究学习活动进行反思，发现自己与他人的长处以及存在的不足，并提出改进的具体建议。 ③能体验到探究活动的乐趣和学习成功的喜悦。表达与交流①能用口头、书面等方式比较明确地表述探究过程和结果，并能与他人进行交流和讨论。②与他人交流讨论时，既敢于发表自己的观点，又善于倾听别人的意见。2.空气的成分空气的成分以氮气、氧气为主，是长期以来自然界里各种变化造成的。原始的大气是以二氧化碳、一氧化碳、甲烷和氨为主的。在绿色植物出现以后，植物在光合作用中放出游离态氧，使原始大气里的一氧化碳氧化成为二氧化碳，甲烷氧化成为水蒸气和二氧化碳，氨氧化成水蒸气和氮气。以后，由于植物的光合作用持续地进行，空气中的二氧化碳在植物发生光合作用的过程中被吸收了大部分，并使空气里的氧气越来越多，终于形成以氮气和氧气为主的现代空气。由此可见，空气的成分始终以极慢的速率变化着。空气是混合物，它的成分是很复杂的。空气的相对恒定成分是氮气、氧气以及稀有气体。这些成分所以几乎不变，主要是自然界各种变化相互补偿的结果。空气的可变成分是二氧化碳和水蒸气。空气的不定成分完全因地区而异。例如，在工厂区附近的空气里就会因生产项目的不同而分别含有氨气、酸蒸气等。另外，空气里还含有极微量的氢气、臭氧、氮的氧化物、甲烷等气体。灰尘是空气里或多或少的悬浮杂质。总的来说，空气的成分一般是比较稳定的。3.空气成分的发现史17世纪中叶以前，人们对空气和气体的认识还是模糊的，到了18世纪，通过对燃烧现象和呼吸作用的深入研究，人们才开始认识到气体的多样性和空气的复杂性。18世纪初，一位爱好植物学的英国牧师黑尔斯(S.Hales,1677—1761)发明了集气槽，改进了水上集气法。1772年卢瑟福(D.Rutherford，英，1749—1819)在密闭容器中燃烧磷，除去寻常空气中可助燃和可供动物呼吸的气体，对剩下的气体进行了研究，发现这种气体不被碱液吸收，不能维持生命和具有可以灭火的性质，因此他把这种气体叫做“浊气”或“毒气”。同年英国化学家普利斯特里(J.Priestley,1733—1804)也了解到木炭在密闭于水上的空气中燃烧时，能使1／5的空气变为碳酸气，用石灰水吸收后，剩下的气体，不助燃也不助呼吸。1774年普利斯特里利用一个直径为一英尺的聚光镜来加热各种物质，看看它们是否会分解放出气体，他还用汞槽来收集产生的气体，以便研究它们的性质。那年8月1日他如法加热汞煅灰(即氧化汞)，发现蜡烛在分解出的“空气”中燃烧时放出更为光亮的火焰；他又将老鼠放在这种气体中，发现老鼠比在同体积的寻常空气中活的时间约长了4倍。可以说，普利斯特里发现了氧。遗憾的是他和卢瑟福等都坚信当时的“燃素说”。从而错误地认为：这种气体不含燃素，所以有特别强的吸收燃素的能力，因而能够助燃，当时他把氧气称之为“脱燃素空气”，把氮气称之为“被燃素饱和了的空气”。事实上，瑞典化学家舍勒(C.W.Scheele，1742—1786)在卢瑟福和普利斯特里研究氮气的同时，于1772年也从事这一研究，他可算是第一个认为氮是空气成分之一的人。他曾于1773年用硝酸盐(硝酸钾和硝酸镁)、氧化物(氧化汞)加热，制得“火气”(fireair)，并用实验证明空气中也存在“火气”。综上所述，可见舍勒和普利斯特里虽然都独立地发现并制得氧气，但正如恩格斯指出的：由于他们被传统的燃素说所束缚，“从歪曲的、片面的、错误的前提出发，循着错误的、弯曲的、不可靠近的途径行进，往往当真理碰到鼻尖上的时候还是没有得到真理”(《自然辩证法》)。 法国化学家拉瓦锡(A.L.Lavoisier,1743—1794)较早地运用天平作为研究化学的工具，在实验过程中重视化学反应中物质质量的变化。当他知道了普利斯特里从氧化汞中制取氧气(当时称之为脱燃素空气)的方法后，就做了一个著名的研究空气成分的实验。他摆脱了传统的错误理论(燃素说)的束缚，尊重事实，对实验作了科学的分析和判断，揭示了燃烧是物质跟空气里的氧气发生了反应，指出了物质里根本不存在一种所谓燃素的特殊东西。1777年，拉瓦锡在接受其他化学家见解的基础上，认识到空气是两种气体的混合物，一种是能助燃、有助于呼吸的气体，并把它命名为“氧”，意思是“成酸的元素”(拉瓦锡当时认为，非金属燃烧后通常变为酸，氧是酸的本质，一切酸中都含有氧元素)；另一种不助燃、无助于生命的气体，命名为氮，意思是“不能维持生命”。1785年英国化学家卡文迪许(H.Cavendish,1731—1810)用电火花使空气中氮气跟氧气化合，并继续加入氧气，使氮气变成氮的氧化物，然后用碱液吸收而分离去，剩余的氧气用红热的铜除去。但到最终仍残余有1%的气体不跟氧气化合，当时就认为可能是一种新的气体，这种见解却没有受到化学家们应有的重视。经过百余年后，英国物理学家雷利(J.W.S.Rayleigh，1842—1919)于1892年发现从含氮化合物中制得的氮气每升质量为1.2505g，而从空气中分离出来的氮气在相同情况下每升质量为1.2572g，虽然两者之差只有几毫克，但已超出了实验误差范围。所以他怀疑空气中的氮气中一定含有尚未被发现的较重的气体。雷利沿用卡文迪许的放电方法从空气中除去氧和氮；英国化学家拉姆塞(W.Ramsay，1852—1916)把已经除掉CO2、H2O和O2的空气通过灼热的镁以吸收其中的氮气，他们二人的实验都得到一些残余的气体，经过多方面试验断定它是一种极不活泼的新元素，定命为氩，原文是不活动的意思。1868年8月18日在印度发生了日全蚀，法国天文学家严森(P.J.C.Janssen，1824—1907)从分光镜中发现太阳光谱中有一条跟钠D线不在同一位置上的黄线，这条光谱线是当时尚未知道的新元素所产生的。当时预定了这种元素的存在，并定名为氦(氦是拉丁文的译音，原意是“太阳”)。地球上的氦是1895年从铀酸盐的矿物和其他铀钍矿中被发现的。后来，人们在大气里、水里以及陨石和宇宙射线里也发现了氦。1898年拉姆塞又在液态空气蒸发后的残余物里，先后发现了氪(拉丁文原意是“隐藏的”)，氖(拉丁文原意是“新的”)和氙(拉丁文原意是“生疏的”)。1900年德国物理学教授道恩(F.E.Dorn，1848—?)在含镭的矿物中发现一种具有放射性的气体，称为氡(拉丁文原意是“射气”)。4.大气污染与防治大气有自净作用。进入大气的污染物，经过自然条件下的物理和化学作用，或是向广阔的空间扩散稀释，使其浓度下降，或是受重力作用，使较重粒子沉降于地面，或是在雨水洗涤下返回大地，或是被分解破坏等，从而使空气净化。这种大气的自净作用是一种自然环境调节的重要机能。应当指出的是，绿色植物的光合作用也是一种自净过程，因为在此过程中，既耗用二氧化碳，又向大气补充氧气。当大气的污染物的数量超过其自净能力时，即出现大气污染。排放到大气里造成污染的有害物质，可以分几类：粉尘类(如煤烟等)，金属尘类(如铁、铅等)，湿雾类(如油雾、酸雾等)，有害气体类(如碳氧化物、二氧化硫、一氧化氮等)。从大气污染发展的历史来看，可以分二氧化碳、烟尘污染，二氧化硫、金属尘污染和光化学污染三个时期。大气污染从早期的英国伦敦烟雾型发展到新型的美国洛杉矶的光化学烟雾，公害事件连绵不断，此起彼伏。据统计，单是伦敦的十几起烟雾事件，就夺走了近万人的生命。有记载的公害事件不胜枚举，现分别举例于下： (1)伦敦的雾是有名的。1952年冬天，天气特别冷而阴湿，家家都烧煤取暖。由于几天没有风，气象出现特殊变化，出现下层气温低，上层气温高，空气对流受到妨碍的逆温层。逆温层把烟雾压在下面几天不散，引起人们呼吸困难，几千市民出现胸闷、喉痛、咳嗽症状。年老体弱者死亡4000多人。后来，伦敦逐渐用天然气和电力取代烟煤，1956年又制定了洁净空气法，禁止使用污染性燃料，空气质量大为改观。通过使用无铅汽油和催化式排气净化器限制车辆尾气排放，伦敦的空气进一步净化，目前已达几百年来的最好水平。(2)日本战败后，经济完全崩溃。从1946～1955年是战后经济的恢复期，到了1955年，日本开始了经济的发展。从1956～1961年可以说是日本经济的成长期，在发展的过程中的一个重要特点，是执行了重工业和化学工业为重点的工业发展方针。如日本的四日市，1955年垄断资本家造了一座炼油厂，围海造田，规模极大。结果是，新工业加上原有工业排放出来的废气使空气严重污染，使四日市终年烟雾不散，烟雾层厚度高达500m。SO2和金属尘含量超过允许标准的5倍以上。由于这种污染，据统计，到1970年癌症和气喘病患者增多，气喘病蔓延，患病者达6400人。(3)光化学烟雾污染最早出现在美国洛杉矶。由于开始未能查明原因，又没有有效措施，使该市每年有60多天笼罩在光化学烟雾之中，终于在1952年爆发了洛杉矶光化学烟雾事件。当时烟雾浓度高达6.5×10-7，不少儿童和老人眼睛红肿，吸吸困难；蔬菜由绿色变黄色，菠菜到了不能吃的地步；橡胶制品变得失去弹性而龟裂；仅加利福尼亚州，就有190万棵松树受害，其中30%枯死。日本的东京等大城市，光化学污染也很严重。1970年东京一个区受光化学烟雾的毒害，使两万人患眼痛病，正在操场上活动的某校学生，突然害红眼和喉痛，并相继有人昏倒。1971年这种危害已扩展到神奈川县、千叶县等地。光化学烟雾是一种刺激性的浅蓝色的混合型烟雾，其组成比较复杂，主要是臭氧，此外还有氮的氧化物和过氧酰基硝酸酯、高活性游离基及某些醛类和酮类。这些物质并非某一污染源直接排放的原始污染物质，而是由氮的氧化物和碳氢化合物等一次污染物在阳光照射下，发生光化学反应而形成的一种二次污染物。经过研究发现，氮的氧化物和碳氢化合物是汽车排出的废气造成的。1943年洛杉矶市就有汽车250万辆，每天排出的废气中，氮的氧化物达300～400t，碳氢化合物1000t以上，再加上炼油厂及其他厂的废气，经光化学反应造成这些严重的污染事件。近年来另一种破坏大气层组成的危害已引起科学家们的注意，那就是废气对臭氧层的影响。臭氧层能吸收大量紫外线，对地面上的生物起着保护作用。如果臭氧层减少，则透过大气层达到地面的紫外线增强，将引起皮癌的发病率增高和农业减产，以及影响某些生物的生存。近二十年来，超音速喷气飞机大量发展，将含有大量NOx的尾气排放到平流层中，还有大量使用氟氯烃(如CFCl3和CF2Cl2等)作为致冷剂和气溶胶喷射剂(或雾化剂)，扩散到平流层中，都有可能因光化学反应而破坏臭氧层。光化学烟雾的污染主要是油料的不合理燃烧所产生的氮氧化物和碳氢化合物发生光化学反应造成的。治理的方法是：(1)改进燃烧方法，使油料充分燃烧以控制氮氧化物和碳氢化合物的生成。(2)排烟脱氮。如汽车上普遍装上净化装置，以降低排出尾气中有害物的含量。5.《中华人民共和国大气污染防治法》简介2000年4月29日第九届全国人民代表大会常务委员会第十五次会议通过了“中华人民共和国大气污染防治法”。自2000年9月1日开始在全国实施。这标志着我国环境保护法规的进一步完善，环境保护事业逐步走向法律化。 大气是人类赖以生存的环境要素之一，搞好大气污染的防治，为人类生活提供清洁的空气，是关系到保护和改善人们生活环境，促进社会发展的一件大事。“中华人民共和国大气污染防治法”包括“总则”、“大气污染防治的监督管理”、“防治燃煤产生的大气污染”、“防治机动车船排放污染”、“防治废气、尘和恶臭污染”、“法律责任”、“附则”等七章。该法对防治大气污染的各方面作出了许多规定，要求把大气污染防治工作纳入城市规划和建设，加强对排放烟尘、废气、粉尘等的管理，进行综合治理。该法还提出了对违反法规，造成大气污染事故的单位和个人的处罚办法。6.气焊和气割乙炔，俗称电石气，是用碳化钙(CaC，俗称电石)跟水反应而产生的。乙炔在氧气里燃烧，放出大量的热(每摩乙炔燃烧时可放出1300kJ的热)，化学方程式如下：2C2H2(g)+5O2(g)=4CO2(g)+2H2O(l)氧炔焰的温度可达3000℃以上，钢铁接触到氧炔焰很快就会熔化。利用这一性质，生产上用来焊接或切割金属，通常称作气焊和气割。用作气焊的氧炔吹管如图2-1所示。控制氧气的用量，可使乙炔燃烧不充分。这样，火焰中因含有乙炔不完全燃烧生成的一氧化碳和氢气而具有还原性，这种火焰使待焊接的金属件及焊条熔化时不致于被氧化而改变成分，焊缝也不致被氧化物沾污，以便金属焊条熔化后，填满缝隙，使两块金属熔接在一起。图 2-1 氧炔焊炬气割就是利用氧炔焰加热时使用过量的氧气，吹掉熔化的金属和氧化物，在工作物上形成一条割缝，从而把金属割断。这里所说的过量的氧气是从附加的另外一根氧气导管里吹出的。用来切割金属的氧炔吹管的结构如图2-2所示，它比焊炬多一根氧气导管。图2-2 切割用的吹管7.氧气在医疗等方面的用途氧气对于人体维持生命和活动是必需的。但健康的人在正常情况下却不需要吸入纯氧。因为人体内进行的是一种缓慢氧化的过程，能够陆续放出能量，供给体内器官的需要和保持体温。如果长时间吸入纯氧，体内氧化速率过快，放热过多，正常的生理机制会发生紊乱，体温升高，出现病态。但是，有时病人由于呼吸器官发生障碍，体内缺氧，单靠吸入空气里的氧已感不足，就需要吸入高浓度的氧加以补充，进行医疗。病人呼吸不用纯氧，而用增加含氧量的空气，含氧量的多少可随病人的需要而定。高空飞行员、潜水员、登山运动员也随身携带氧气囊，以便在缺氧的地方进行工作。8.氧气钢瓶钢瓶的一般工作压力都在150kg/cm2 左右。按国家标准规定，钢瓶涂成各种颜色以示区别，例如：氧气钢瓶为天蓝色、黑字；氮气钢瓶为黑色、黄字；压缩空气钢瓶为黑色、白字；氯气钢瓶为草绿色、白字；氢气钢瓶为深绿色、红字；氨气钢瓶为黄色、黑字；石油液化气钢瓶为灰色、红字；乙炔钢瓶为白色、红字等等。氧气钢瓶运输和储存期间不得曝晒，不能与易燃气体钢瓶混装、并放。瓶嘴、减压阀及焊枪上均不得有油污，否则高压氧气喷出后会引起自燃!9.稀有气体的应用氦气是除了氢气以外密度最小的气体，可以代替氢气装在飞船里。使用氦气的飞艇不会着火和发生爆炸。液态氦的沸点为-269°C，利用液态氦可获得接近绝对零度(-273.15℃)的超低温。氦气还用来代替氮气作人造空气，供深海潜水员呼吸，因为在压强较大的深海里，用普通空气呼吸，会有较多的氮气溶解在血液里。当潜水员从深海处上升，体内逐渐恢复常压时，溶解在血液里的氮气要放出来形成气泡，对微血管起阻塞作用，引起“气塞症”。氦气在血液里的溶解度比氮气小得多，用氦跟氧的混合气体(人造空气)代替普通空气，就不会发生上述现象。此外，这种含氦的人造空气，还可用来医治支气管气喘，因为它的平均密度比普通空气小三倍，容易吸入或呼出。氦氖激光器是利用氦、氖混合气体，密封在一个特制的石英管中，在外界高频振荡器的激励下，混合气体的原子间发生非弹性碰撞，被激发的原子之间发生能量传递，进而产生电子跃迁，并发出与跃迁相对应的受激辐射波，近红外光。氦氖激光器可应用于测量和通讯。氖和氩还用在霓虹灯里。霓虹灯是在细长的玻璃管里，充入稀薄的气体，电极装在管子的两端，放电时产生有色光。灯光的颜色跟灯管内填充气体种类和气压有关，跟玻璃管的颜色也有关(见表2-1)。表2-1 霓虹灯的颜色灯色气体玻璃管的颜色大红氖无深红氖淡红金黄氦淡红蓝体积分数：氩80%、氖20%淡蓝绿体积分数：氩80%、氖20%淡黄紫体积分数：氩50%、氖50%无氩常用来填充普通的白炽电灯泡，灯丝在空气中加热会产生燃烧现象，因此必须抽掉灯泡中的空气，但空气抽出后，炽热的灯丝就容易蒸发。所以长时间使用的灯泡在玻璃内壁会附着一层黑色薄膜。如果把一定数量的氩气或氩、氮混合气体充入灯泡里，就会增加灯泡内部的气压，防止灯丝在炽热时蒸发，延长灯丝的寿命。用氪来填充白炽灯，可以节能10%，氩和氪的混合气广泛用于充填荧光灯。作为麻醉剂，氙气在医学上很受重视。氙能溶于细胞质的油脂里，引起细胞的麻醉和膨胀，从而使神经末梢作用暂时停止。人们曾试用80%氙气和20%氧气组成的混合气体，作为无副作用的麻醉剂。一、教学目的要求1.认识氧气能与许多物质发生化学反应。氧气的化学性质比较活泼。2.认识什么是化学变化，了解化学反应的基本特征。认识化合反应、氧化反应。3.认识化学反应中的能量变化及一些化学反应现象。4.知道化学反应在生产和生活中有重要用途。 5.学习从具体到抽象、从个别到一般的归纳方法。二、本课题分析本课题包括氧气的性质和化学反应两部分。以氧气的性质为核心，通过氧气所能发生的一些具体的化学反应，介绍了化学反应的基本概念和原理。这样的编排设计是本书的一个特点，把化学中描述记实部分和理论部分相互联系起来，比较符合学生的认识规律。在以认识“物质”为主的教学过程中，更应注意突出实验环节以丰富学生在认识过程中所需的感性材料，提高学生学习化学的兴趣，培养学生观察、思维和动手实验的能力。氧气是学生认识具体物质及其变化规律的开始。教学是一个特殊认识过程，应该有计划地安排一个由浅到深、由简单到复杂的顺序，并逐步学会一个认识物质的模式，使学生在以后学习探索别的物质时，会习惯地遵循一个合理的顺序，使观察和描述做到系统、全面、深入。经验证明，这样做也有助于学生的有意记忆。本课题的重点是氧气的化学性质及化学反应的概念。1.对氧气化学性质的认识必须通过观察实验来获得。物质在空气中燃烧时主要是与氧气起化合反应，但空气中的氧气含量远小于氮气的，要想真正观察到纯氧气所显示的化学性质，就要排除氮气的干扰。通过对比物质在空气中和氧气中燃烧的不同现象，引导学生分析这是为什么。同样都是与氧气发生反应，但由于氧气的含量不同，反应的剧烈程度不同。因此在进行【实验2-2】时，就应提示学生思考为什么在空气中只能看到火星，而在氧气中，木条复燃了。在这里想明白了，才能理解硫、铝与氧气反应时，在空气和氧气中的现象不同的原因。2.在观察硫、铝与氧气反应的实验时，首先要引导学生观察这些物质在空气中常温下并不跟氧气发生反应；点燃后再观察它们在空气中能否持续燃烧，以及燃烧时的现象；继而观察它们在纯氧气中的燃烧现象；还要观察生成物的色、态、味(或检验生成物)。以上这一系列的有目的的思维性观察，是培养学生观察能力、训练学生科学态度、科学方法的必由之路。3.在实验过程中，最好把反应的文字表达式和实际反应有机地结合起来。例如，硫的燃烧，先写出反应物的名称：硫+氧气为了使学生注意到化学反应必须在一定条件下才能发生，可先将硫伸入氧气瓶中，没有反应发生。然后在酒精灯上点燃，观察它在空气中燃烧的情况，再伸入氧气瓶中，对比观察反应现象。这时应继续书写文字表达式，写明产物并注明反应条件：硫+氧气二氧化硫对于铝与氧气的反应，可以采取同样方法写出反应的文字表达式。4.化学反应的概念可从对几个实验的分析引出。讨论(2)所得出的结论可能有很多种，教师应鼓励学生尽量多地思考。这里可引导学生从生成物和反应物组成的角度，突出有没有新物质生成的特征。5.关于化合反应和氧化反应的教学，仍可利用前面讨论的结论来进行。这两类反应是不同的，认识化合反应，要着眼于生成物是否只有一种，而认识氧化反应，要着眼于参加化学反应的物质有没有跟氧发生反应。这是从两个不同的侧面来描述反应类型的。 6.本课题有丰富的联系实际的内容，应鼓励学生把学习到的化学知识与日常生活中遇到的实际问题联系起来考虑并提出问题。只有肯于和善于提出问题，才能开阔思路。教师可以根据班级的具体情况，作适当的讲解或推荐课外阅读参考资料，或课外组织“氧”的专题报告会。三、实验说明和建议1.【实验2-3】(1)二氧化硫有毒，有刺激性气味，实验应教师演示，并在通风橱中进行。(2)在实验所用的燃烧匙内应垫一层石棉绒，这样可防止高温时硫与铜直接化合生成硫化物而损坏燃烧匙。(3)硫的用量不要太多，如果氧气的体积是250mL，硫的用量不要超过0.5g。(4)从瓶里取出燃烧匙时，如有硫尚未燃烧完，应立即伸入水中，使之熄灭，以免二氧化硫扩散。2.【实验2-4】应注意当火柴快燃尽时，再把铝箔伸入集气瓶中，不能过早伸入，以免消耗过多氧气。四、部分习题参考答案及说明1.参考本课题及上一课题的内容，从物理性质、化学性质、用途来描述。2.可用带火星的木条在氧气中复燃，硫、铝在氧气中燃烧的例子来说明。4.磷+氧气五氧化二磷硫+氧气二氧化硫铝+氧气氧化铝5. (1)D (2)B6.此题属于开放式的习题，学生可从多方面来体会化学的重要作用。五、资料1.氧在自然界的存在氧是地壳里含量最多的元素，也是分布最广的元素。据统计，氧几乎占地壳总质量的一半──48.60%。在空气里，氧气占总体积的20.99%(按质量计算为23.19%)。海洋也是一个巨大的氧的“仓库”，因为水是由氢和氧组成的，氧占水总质量的89%，而地球表面有3/4是被水覆盖着的。在动植物里，占总质量的一半以上也是水。一个体重为60kg的人，约含有40kg的水，其中含氧36kg(另外，不含水的部分也含有氧)。地下也含有很多氧，例如，沙子约含氧53%，粘土约含氧56%，石灰石约含氧48%，还有许多矿物也是氧化物，如赤铁矿、铝矾土等。2.物理变化和化学变化物理变化与化学变化都只是物质变化的一种类型。在以后的学习实践中，学生会逐步加深理解：物理变化通常应指物质仅改变其物理性质(如聚集状态、密度、溶解性、电导率等等)，而不改变其分子(或晶体)的化学组成和化学性质的变化。化学变化则指物质的化学组成、化学性质、特征均发生改变的变化。从本质上讲，是化学键发生了变化，即有旧键的断裂和新键的生成。换句话说，是一种或多种物质变化成为化学组成、性质和特征与原来都不相同的另一种或多种物质的变化。由于对物质晶体结构认识的逐渐深入，人们已经认识到了原子 分子论的局限性。实际上物质并非都由分子所组成。多数无机盐在固态时是离子晶体；金属和非金属固态单质有的是金属晶体、分子晶体，有的是通过共价键联结的原子晶体；有许多物质在溶解或熔融状态时也是以离子态存在的。因此，在中学讨论物理变化与化学变化的本质和区别时，不应局限于“原物质的分子是否变化”上，而应扩大到“原物质是否变成别的物质”这一范围。实际上物理变化、化学变化、有机体的变化乃至人的思维都属于物质不同层次的运动形式。任何一种高级运动形式都必然地联系或包含着相应的低级运动形式。这里之所以只提出物理变化与化学变化，其用意在于使学生在学过一些物理学知识的基础上，通过两种变化概念的建立和区分，加深对“化学”的定义和其研究对象的认识。物质变化是一个错综复杂的过程，要将生产、生活里或自然界里所发生的变化截然地分为物理变化和化学变化，是十分困难的。3.液氧炸药利用液氧容易蒸发(在0℃，101kPa时，1L液氧可以变成800L气态氧)，利用炭粉、木屑、棉花、烟煤粉等在氧气中可以瞬间烧尽，并产生高热和二氧化碳、水蒸气以及未用尽的氧气等大量气态生成物的特性，将液氧跟以上易燃物粉末混合，制成液氧炸药。通常是选用上述几种易燃物粉末混合均匀后，装入特制的厚纸袋(或廉价的纤维织品袋)中，或直接把它们加压成块，然后放在特制的双层缶里(夹层里放的是不易传热的填充物)，再往其中注入液氧，此时吸收剂温度迅速降低，以致它的空隙间原有空气强烈收缩，因而吸入液氧，直到吸收剂被液氧浸透即可应用。使用时先用特制铁钳或钩子把做好的炸药筒(或块)取出来、嵌入雷管。依次把炸药放在事先打好的每个洞穴里，操作人员迅速离开后，接通电路，电信管同时引火而发生强烈的爆炸。液氧炸药的优点在于原料来源广、价钱便宜(制1kg液氧炸药约需用1.5～2.5kg液氧，制出这么多液氧大约耗电4kW·h的电力)、可就地取材、节省运输、现用现制。制好的液氧炸药，一般在15min～20min内液氧就蒸发而使炸药失效，给工作带来不便，但它也有有利的一面，就是其中万一出现有未爆炸的炸药筒，也会在短时间内由于液氧蒸发而自行消失了它的爆炸能力，不再有什么危险，不像一般硝铵或黑火药，只要点火后未爆炸就时刻保留着它的危险性。液氧炸药广泛用于露天爆破工程，但不宜用于有坑气或煤粉尘的矿井。4.富氧炼钢炼钢过程和燃烧有重要关系，燃烧过程就是可以燃烧的物质和氧气化合的过程，所以把燃料送入炼钢炉中去的时候，还要同时送入空气。但按空气成分来说，只约占五分之一(体积分数)的氧气才是炼钢生产所需的，而其余的气体，特别是占空气体积五分之四的氮气，只会耗费炉中的热量，因此，用含有高成分氧气的空气代替一般热空气通入炉内，可以加速燃料的燃烧和钢水的脱碳。往炼铁高炉内吹入富氧空气，可以省去热风炉的装备，提高高炉内温度，缩短冶炼时间，而且改善高炉煤气的成分(降低含氮量)。高炉煤气可用作燃料。一、教学目的要求1.了解实验室制取氧气的主要方法和原理。初步了解通过化学实验制取新物质的方法。2.练习连接仪器的基本操作，动手制取氧气。3.了解分解反应。4.初步了解催化剂和催化作用。二、本课题分析本课题内容可以分为两部分，一部分是【实验2-5】、【实验2-6】及分解反应，另一部分是活动与探究，由学生制取氧气并试验氧气的性质。 本课题的重点是氧气的制法及实验操作。难点是催化剂的概念。1.【实验2-5】、【实验2-6】是实验室制取氧气的反应原理。同时介绍了催化剂。催化作用虽不是重点，但却是教学的难点。【实验2-5】要引导学生认真观察并思考：(1)不加热过氧化氢溶液时，带有火星的木条不能复燃；(2)加热过氧化氢溶液时，带有火星的木条复燃；(3)不加热，但在过氧化氢溶液中加入二氧化锰时，带有火星的木条复燃。此时学生会产生过氧化氢溶液与二氧化锰反应，二氧化锰也是一种反应物的想法。这时再做【实验2-6】，并加以解释，引出催化剂的概念。2.由于过氧化氢溶液分解制取氧气时，需要用二氧化锰做催化剂，因此在这里介绍催化剂和催化作用。催化理论是一个难度较大的课题，在此只能根据实验的表面现象作些简单的介绍，使学生了解催化剂和催化作用。当然催化剂在生产和科学研究中具有广泛应用，生物活体中的酶也是一种生物催化剂。学习这些可以激发学生学习化学的自觉性和积极性。在本课题的习题中安排了一道习题，延续这个实验，让学生探索有没有其他物质能代替二氧化锰做催化剂，并用一些新的方法制取氧气，试验性质。这样的习题有利于培养学生创造能力。3.分解反应的概念可以在分析过氧化氢溶液分解的文字表达式后引出，并注意跟化合反应的要领相对照，找出二者的区别。4.氧气的工业制法主要是分离液态空气。液态空气的分馏应属物理方法，全过程很少涉及化学变化。在本课题中把这部分内容作为资料供学生阅读。5.本课题的活动与探究，实际上是由学生亲自动手制取氧气并试验氧气的性质。要注意交待清楚以下几个问题：(1)实验装置和操作原理。图216是绘制的装置图，图2-17是制取氧气的装置照片，要引导学生对照观察。学会观察图示是一种基本的观察能力。按照讨论的顺序，引导学生从左到右，从上到下认真观察。(2)引导学生讨论实验中应注意哪些问题。如仪器怎样装置?怎样检查仪器的气密性?怎样装入固体试剂?试管口内为什么要放一团棉花?试管口为什么要稍向下倾斜?怎样用酒精灯给试管加热?为什么可以用排水法收集氧气?收集气体后为什么要先将导管从水中撤出，然后再移去酒精灯?等等。(3)用带有火星的木条去试验氧气，是鉴定氧气的一种常用方法(本实验如用线香更容易控制)。三、实验说明和建议1.【实验2-5】加热过氧化氢溶液时，应小心，以防大量气体喷出。2.【活动与探究】由于制取氧气的实验技能要求比较高，注意事项多，仍有必要在实验前向学生充分交代清楚。某些操作，例如，用排水法收集气体，有必要让学生事先练习，以免实验时忙乱，导致较多的氧气在空气中逸散而损失。在由两个学生组成的实验小组中，可让一个学生用一根导管缓慢而连续地吹气以代替气体发生器，另一个学生做排水法收集气体的练习，要求达到能连续地收满2～3瓶气体。然后两人交换练习，直到都能较熟练地操作为止。对于铁架台、铁夹、铁环等，学生也是第一次亲自操作，因此应让他们做几次操作练习。 本实验采用高锰酸钾受热分解以制取氧气的方法，是由于高锰酸钾的分解比较平稳，易于掌握，不致发生意外事故。要学生认真预习实验步骤和注意事项。提醒学生注意以下几点：(1)检验装置的气密性。(2)加入高锰酸钾，并使之倾斜地铺在管底，不要让它堆积在底部。在试管中放一小团棉花。(3)按顺序装配仪器，并注意铁夹要夹在离管口约1/4处，试管管口要略向下倾斜。(4)加热时，先要把试管均匀预热，然后集中在试管有药品的部分加热，并缓慢地向管底方向移动，使高锰酸钾有控制地逐渐分解，氧气平稳地放出，便于收集。(5)开始加热时排出的是空气，当气泡连续地并比较均匀地放出时，才是氧气，这时才能收集。(6)停止加热时，先要把导管移出水面，然后熄灭酒精灯。(7)在进行炭和铁丝在氧气中燃烧实验时，要注意由瓶口向下缓慢插入，并使燃着的炭和铁丝保持在集气瓶的中央，而不要靠近瓶壁，以免瓶子受高热而炸裂。四、部分习题参考答案及说明1.该题从反应物和生成物的角度比较化合反应和分解反应。2. (1)C (2)B3.此题引导学生思考如何得到平稳气流，为第4题做些准备。4.这是一道探究活动习题，综合有关氧气知识进行复习。这样的习题将会在培养学生创造力方面起一定作用。用氧化铜、氧化铁、红砖粉末等都可以代替二氧化锰作催化剂使过氧化氢溶液分解。学生也可以再试一试其他什么物质可以作这一反应的催化剂。把催化剂放在试管里，塞好带有导管的瓶塞，用注射器向内逐滴加入过氧化氢溶液，可以得到平稳的气流，同时也便于收集。学生设计的方案可能是多种多样的，对此教师应予以鼓励。对于不正确或可能不成功的方案，只要没有危险，教师也应让学生试一试。学生会从探索中体验到成功的乐趣或获得失败的经验。只要学生积极思考了，认真去做了，在这个过程中一定会有收获的。提供的表格仅供参考，学生可以自行设计实验目标、方案、步骤等。但设计好后，应由教师审查后再实施。五、资料1.催化剂和催化作用仅仅由于本身的存在就能加快或减慢化学反应速率，而本身的组成和质量并不改变的物质就叫催化剂。催化剂跟反应物同处于均匀的气相或液相时，叫做单相催化作用；催化剂跟反应物属不同相时，叫做多相催化作用。使化学反应加快的催化剂，叫做正催化剂；使化学反应减慢的催化剂，叫做负催化剂。例如，酯和多糖的水解，常用无机酸作正催化剂；二氧化硫氧化为三氧化硫，常用五氧化二钒作正催化剂，这种催化剂是固体，反应物为气体，形成多相的催化作用，因此，五氧化二钒也叫做触媒或接触剂；食用油脂里加入0.01%～0.02%没食子酸正丙酯，就可以有效地防止酸败，在这里，没食子酸正丙酯是一种负催化剂(也叫做缓化剂或抑制剂)。 目前，对催化剂的作用还没有完全弄清楚。在大多数情况下，人们认为催化剂本身和反应物一起参加了化学反应，降低了反应所需要的活化能。有些催化反应是由于形成了很容易分解的“中间产物”，分解时催化剂恢复了原来的化学组成，原反应物就变成了生成物。有些催化反应是由于吸附作用，吸附作用仅能在催化剂表面最活泼的区域(叫做活性中心)进行。活性中心的区域越大或越多，催化剂的活性就越强。反应物里如有杂质，可能使催化剂的活性减弱或失去，这种现象叫做催化剂的中毒。催化剂对化学反应速率的影响非常大，有的催化剂可以使化学反应速率加快到几百万倍以上。催化剂一般具有选择性，它仅能使某一反应或某一类型的反应加速进行。例如，加热时，甲酸发生分解反应，一半进行脱水，一半进行脱氢：HCOOH=H2O+COHCOOH=H2+CO2如果用固体Al2O3作催化剂，则只有脱水反应发生；如果用固体ZnO作催化剂，则脱氢反应单独进行。这种现象说明，不同性质的催化剂只能各自加速特定类型的化学反应过程。因此，我们利用催化剂的选择性，可使化学反应主要向某一方向进行。在催化反应里，人们往往加入催化剂以外的另一物质，以增强催化剂的催化作用，这种物质叫做助催化剂。助催化剂在化学工业上极为重要。例如，在合成氨的铁催化剂里加入少量的铝和钾的氧化物作为助催化剂，可以大大提高催化剂的催化作用。催化剂在现代化学工业中占有极其重要的地位，现在几乎有半数以上的化工产品，在生产过程里都采用催化剂。例如，合成氨生产采用铁催化剂，硫酸生产采用钒催化剂，乙烯的聚合以及用丁二烯制橡胶等三大合成材料的生产中，都采用不同的催化剂。酶，是植物、动物和微生物产生的具有催化能力的蛋白质，旧称酵素。生物体的化学反应几乎都在酶的催化作用下进行。酶的催化作用同样具有选择性。例如，淀粉酶催化淀粉水解为糊精和麦芽糖，蛋白酶催化蛋白质水解成肽等。酶在生理学、医学、农业、工业等方面，都有重大意义。目前，酶制剂的应用日益广泛。2.催化剂的发展催化剂已经为发展化学化工建立了不少功劳，但是，随着工业生产向高效率方向发展，以及保护环境方面提出的要求，催化剂必须进行更新换代。例如，在不少有机化工和高分子合成生产中，虽然都已经使用了催化剂，但是反应仍需在高温高压下进行，探索在温和条件(常温常压)下生产，是化学家的奋斗目标。又如，绿色化学是化工生产方向，正在发展中的生物催化剂(例如酶催化剂)就是一种环境友好的催化剂。3.氧气的工业制法要想使空气液化，就需要把空气冷却到临界温度以下。空气及氧气、氮气的沸点、临界温度和临界压力如表2-2所示。表2-2 几种气体的沸点、临界温度和临界压力气体种类沸点/℃(在101kPa时)临界温度/℃临界压力/MPa空气-193.0-140.53.766氧气 -182.9-118.4 5.043氮气-195.8-146.83.400*1MPa=1×106Pa。在工业上使空气冷冻液化，是利用它在绝热条件下膨胀时本身温度会下降的性质。压缩了的气体经过阀门的狭窄孔隙降到低压的膨胀过程叫做“节流”。气体在节流膨胀时，必须克服分子间的引力作功，因而消耗一定内能并表现为气体温度降低。如果将空气加压到3×104kPa，再使它经过膨胀机膨胀到100kPa，则可降温约100℃ 。再将通过膨胀降温的冷空气送回热交换器，与来自压缩机的高压空气进行热交换，将高压空气冷却。冷却了的高压空气再经过节流膨胀，温度又进一步降低。如此循环一定时间后，通过热交换器深冷的高压空气就能冷却到足够的低温，当它继续降压膨胀时，就有一部分冷凝成液态空气。液态空气主要是由液态氧、氮和液态稀有气体所组成的混合物(水和二氧化碳已事先除去)，可以在有多层塔板的特制精馏塔内将它们分离。本单元说明本单元从社会实际和学生的生活实际出发，在展现水与人类的关系、世界和我国水资源概况、水的污染和防治等问题的同时，以水为载体，将单质、化合物、物质的组成、原子、分子等化学基本概念及沉淀、过滤、蒸馏等化学实验操作技能的学习贯穿其中，力图为学生提供认识和探索周围事物的素材和线索，以及从身边事物中学习化学知识的意境。因此，本单元的特点是将化学的一些基本概念和基本技能穿插于紧密联系社会、联系生活的内容之中。从知识结构上看，本单元的内容分为三块：一是从社会学角度认识水，包括水在自然界的作用、水资源状况及其保护等；二是一些化学基本概念；三是几项化学实验操作。其中重点内容是：1.人与水的关系，以及人在其中的能动作用。2.原子、分子的概念。3.过滤、蒸馏等基本操作技能。一、教学目的要求1.认识水的组成。2.了解单质、化合物的区别。3.了解人类认识物质世界的过程和方法。二、本课题分析水虽然是学生非常熟悉的物质，但怎样以化学的眼光认识水，学生是陌生和不习惯的。本课题以人类认识水的组成的简要史实引入并展开，符合事物的认识规律，贴近学生的实际，有利于缩小学生对化学科学的距离感，引起学生的学习兴趣。为了不冲淡本课题的主体知识──水的组成，作为引入的史实很简短，但在课题之后提供了稍详细些的资料，用作对这段引入的呼应，供师生教学中灵活选用。对水的组成的认识是通过水的电解实验和对实验现象的讨论分析获得的，它既与史实相符，又体现了认识客观世界的科学过程和方法。这样展现知识具有启发学生思维的作用，同时也渗透了科学思想方法的教育。在认识了水的组成的基础上，结合前一单元所学氧气的知识，从它们组成上的区别归纳出单质、化合物的概念。教学建议如下：1.结合资料，从人类认识水的组成的过程体会科学研究和思维的方法，认识实验研究和创新思维的重要性。2.充分利用讨论，培养学生观察、分析、归纳实验现象的能力和习惯。三、实验说明和建议【实验3-1】除用教材上图3-1的装置外，还可以自己设计简便易行的装置。 图3-1 自制电解水装置用一个大瓶子，截去瓶底，留瓶口一段约高8～10cm。瓶口配一胶塞，由里向外塞紧。用镀铬曲别针伸直一段由塞子上扎出，在瓶塞露头处联接导线，做成电解槽如图3-1Ⅰ。也可用普通玻璃杯(或烧杯)作电解槽。把硬导线跟镀铬曲别针用焊锡焊牢，导线用塑料管套起来，管口可以用蜡或沥青封住。把做好的电极固定在一块木板上，如图3-1Ⅱ，电极的硬导线可以架在玻璃杯(电解槽)的壁上，测气管倒放在木板上。用这样的简易装置做电解水的实验，其结果常是氢气和氧气的体积比不是准确的2∶1，一般总是氧气的体积偏小，主要的原因可能是初生的氧没成氧气从电极上逸出之前就与电极发生了氧化反应。为了避免电极被氧化，以选用铂或金做电极较为理想。但在实验室中做这样以定性为主的半定量实验，选择比较不易被氧化的材料做电极也就可以了。镀铬的材料可以用，其他如不锈钢、废电炉丝等也可以用。由于在酸性介质中阳极更容易被氧化的缘故，建议用质量分数为10%～15%的氢氧化钠溶液做电解液。它的缺点是容易在测气管的液面上产生泡沫，因此要求所用电解装置要充分洁净，氢氧化钠要比较纯净，测气管的直径不要太细。检验氢气时，由于氢分子有很大的扩散速率，即使管内是纯氢气，点燃时也会发出轻微的“噗”的一声。应该告诉学生这个声音与氢气混有空气时遇火由试管内部发出来的较尖锐的爆鸣声是有很明显的区别的。应该让学生仔细观察随发声的同时，酒精灯火焰受爆炸气浪而发生的摆动程度也十分不同。氢气和空气混合，氢气爆炸极限的体积分数是4.0%～74.2%，当氢气的体积分数达到60%以上时，爆鸣后试管内就会留有火焰(即此时的爆鸣实际上已经表现为短时间的快速持续燃烧)，因此，如果再用这支试管收集氢气，应该先用拇指把试管口堵一会儿，使氢焰熄灭后再继续使用。这一点，必须作为操作规定来指导学生。四、部分习题参考答案及说明2.实验可以不拘一格，只要可以说明问题就应鼓励。如把新鲜的植物(菜叶、树叶、水果等)密封于干燥的塑料袋内，不久塑料袋内出现水珠；或者直接从植物体中挤压出液体均可以证明植物体内有水。五、资料1.水与日常生活人类社会为了满足生活需求，需从各种天然水体中取用大量的水。除饮用外，水也是人们进行炊事、洗涤、沐浴、清洁等所必需的物质。有人估计人的生理需水量约为2.5升/日，但每日全部生活用水量却需要数十升至数百升。饮用水是指作为人们日常生活饮用或炊事用的水。其水质是否良好，直接影响人们的健康。为此，各个国家对饮用水都规定有水质标准。饮用水的水源可采用河水、湖沼水和地下水等自然水，但由于其中含有一定数量的杂质，需要经过适当处理才能饮用。目前我国大、中城市给水设施较完备，通过自来水厂能为人们提供比较合乎卫生的饮用水。但广大农村绝大多数仍以河水、井水等自然水直接作饮用水。应指出的是近年来许多农村也建立了自来水设备。作为生活饮用水，首先要求对人体健康无害而有益，要不含病菌、病毒，不含有毒、有害物质，并且要含有人体所需要的成分。当然在感官上也要求无色、澄清和无臭味。我国人习惯饮用煮沸过的水，是一个良好的卫生习惯。饮用水不是越纯越好。像有些地区饮水中缺碘，就易使人得甲状腺肿大症，造成智力残疾(这些地区政府部门特配给人们含碘食盐)。饮用水中缺氟易使儿童生龋齿。 2.工业用水工业生产离不开水，它的主要用途有原料用水、产品处理用水、动力用水、冷却用水、洗涤用水和温、湿度调整用水及其他各项用水等。工业用水应尽量满足水量大、水质好、水温低而且稳定等条件。通常工业用水量随产品种类不同而不同，即使同一产品，也会随设厂位置、操作管理水平以及采用哪一种水源(河水或井水)的不同、取水的难易程度不同而在用水量上有显著差异。例如，一个40万千瓦的热电厂，大约需要20多个流量的冷却水。一个流量是指每秒流过某截面一立方米的水。表3-1所列是一些产品的平均用水量。表3-1各类工业产品的单位用水量产 品用水量/(m3·t-1)产 品用水量/(m3·t-1)钢铁钢板铝煤炭水泥石油汽油航空汽油化肥硫酸30070～751601～51～4412～2040～5050～2502～20甜菜糖纸浆棉纱毛织品合成橡胶合成纤维烧碱面碱乙醇醋酸100～200200～500200150～350125～2800600～2000100～15050200～500400～10003.农业用水水利是农业的命脉。农业生产上，特别是较干旱的地区，需要用大量的水进行灌溉。例如我国华北地区，灌1公顷/次小麦地约需用600m3～750m3水，灌1公顷/次棉花地要用525m3～750m3水，菜地则用水更多。即使是一些工业发达的国家，工业用水量很大，但农业用水量仍远远超过工业用水量。如日本，1970年的总用水量为806亿立方米，其中农业用水量为534亿立方米，占60%以上。一、教学目的要求1.认识物质是由分子、原子等微小粒子构成的。2.认识分子是保持物质化学性质的最小粒子；原子是化学变化中的最小粒子。3.培养抽象思维能力、想像力和分析、推理能力。二、本课题分析本课题开始带领学生进入微观世界。这个过程分为两步走，首先认识物质的微粒性──分子、原子的存在；然后进一步认识分子、原子在化学反应中的不同──形成分子、原子的概念。现代科学技术已使人能直接观察到原子、分子，课题中所出示的苯分子和硅原子的图像对于分子、原子的存在已很具说服力，但如何把微观粒子与宏观现象联系起来，对学生来说是困难而陌生的。因此本课题的引入还是从简单的宏观物理变化现象着手，首先就学生熟悉的日常现象(水的蒸发、凝结和挥发)及品红在水中的扩散实验现象提出问题，引起学生思考，接着用简单的几句话将人类由此引起的对分子、原子的原始思索与现代证明略做勾勒，在点出前述问题答案的同时，引出一段对前述现象的具体解释，这段解释既有将古人的物质由微小粒子组成的设想具体化的作用，又有如何运用微观粒子运动规律解释宏观现象的示范作用。 接着教材利用前面所学知识设计了两个讨论题，将对微观世界的探索引向深入，引导学生用分子、原子的观点分析、比较以前学习过的一些变化(物理变化、化学变化)，进一步从化学变化中认识分子、原子的特性，形成概念。教学建议如下：1.补充一些能用分子或分子运动解释的日常现象，启发学生发挥想像力，引导他们在观察某一物体及其变化现象时，联想到组成它们的分子(或粒子)的存在状态及其运动和变化情况。如一定体积的乙醇和水混合后，其总体积小于二者原体积之和。对此应联想到乙醇和水的分子大小不同，分子间有空隙，当两者混合时，分子运动使有些空隙被挤占了，如同1L黄豆与1L小米混合，其总体积必然小于2L。2.利用自制的投影片、课件等引导学生针对讨论题进行充分的讨论，通过对比、分析、推理得出正确结论。三、实验说明和建议【实验3-2】所用品红的量一定要少。品红的扩散现象极易观察，但从放入水中到扩散均匀需时间则很长。可以留一两份让学生在课外继续观察。用温水做这个实验，时间可缩短。图 3-2 分子的永恒运动根据生活经验，学生很可能简单地认为，平时嗅到的花香、酒气等气体扩散只是空气流动传播的结果。为了防止出现这种错觉，建议做一个有色气体扩散的演示实验。按图3-2的装置(瓶后放白色衬屏)，有色气体如溴蒸气或二氧化氮气放在下瓶，当抽出玻璃片后，可以看到有色气体扩散到上瓶，下瓶由于浓度变小而颜色变浅，这样可以证明空气和有色气体的相互扩散。这一现象足以说明分子(粒子)的永恒运动。事实证明分子的热运动几乎不受重力影响(恰好说明密度不同的氧气和氮气在空气中基本上是均匀混合的事实)。同时也说明了气态物质分子间有相对的较大距离。在观察以上实验时，还有一个容易被忽略的问题，即当上下两瓶气体均匀混合后(上下两瓶气体的颜色完全一致)分子运动是否停止?在观察过程中教师若不启发引导，学生能否想到配合观察有意识地考虑到这一点?经验证明：组织学生讨论这个问题，更能巩固、加深学生对分子运动的认识。四、部分习题参考答案及说明2. (1)B (2)C、D五、资料1.原子、分子概念的发展简史关于物质结构的朴素的原子概念可以追溯到古代。早在公元前500年，印度哲学家蹇拿陀(Konad)认为物质是由最小的质点所构成的，这种质点又由比它本身还小的和不能再分割的某些质点所组成。他的说法接近于现代原子、分子的观点。 公元前5世纪，我国当时的著名哲学家墨翟(公元前479—381)说，“非半不则不动，说在端。……必半，毋与非半，不可也。……端，是无间也。”(见《墨经》)意思是说，物质到了没有一半的时候，就不能斫开它了。物质如果没有可分的条件，那就不能分了。墨子的“端”即物质的最小单位，有现代“原子”的意义，意味着他对物质的非连续性的认识。与此同时，希腊哲学家德谟克利特(Democritus，约公元前460—370)认为宇宙万物皆由大量的极微小的、硬的、不可穿透的、不可分割的粒子所组成，他称这些粒子为原子(希腊文即“不可分割”的意思)。按照这种学说：各种原子没有质的区别，只有大小、形状和位置的差异；原子遵循必然的规律在“虚空”里不断运动；它们集合时形成物体，分离时物体就消灭；物体“投射”出来的形象(影像)跟感官接触就引起色、声等感觉，感觉是认识的基础。到古希腊后期的伊壁鸠鲁(Epicurus,公元前372—271)和古罗马的卢克莱修(Lucretius，公元前99—55)继承和发展了前人的学说，认为各种原子在质上也有差异。当时正处于实用及自然哲学时期，化学发展的特点是，进行实践的人不讲求理论探索(以罗马人为代表)，而讲理论的人又不做实验，和实践完全脱节(以希腊人为代表)。经过了漫长的中世纪之后，原子概念受到了不少科学家的重视。随着生产和自然科学的发展，原子学说也得到了发展。英国化学家道尔顿(Dalton，1766—1844)于1803年提出了原子学说，包括以下几个要点：(1)元素的最终组成称为简单原子，它们是不可见的，是既不能创造，也不能毁灭和不可再分割的。它们在一切化学变化中保持其本性不变。(2)同一元素的原子，其形状、质量及各种性质都是相同的，不同种元素的原子在形状、质量及各种性质上则各不相同。每一种元素以其原子的质量为其最基本的特征(这一点是道尔顿原子学说的核心)。(3)不同元素原子以简单数目的比例相结合，就形成化学中的化合现象。化合物的原子称为复杂原子。复杂原子的质量为所含各种元素原子质量之总和。同一化合物的复杂原子，其形状、质量和性质也必然相同。道尔顿的原子论使当时的一些化学基本定律得到了统一的解释，因此很快地为当时化学界所接受和重视。只是他忽视了原子和分子的区别。后来法国化学家盖·吕萨克(Gay-Lussac，1778—1850)通过气体反应体积定律提出了分子假说作为对原子学说的补充。之后意大利的阿伏加德罗(Avogadro,1778—1850)于1811年发表了一篇论文，引入了分子概念，并指出分子跟原子的区别和联系。原子分子学说虽然逐渐被人们接受了，但原子和分子当时还没有得到科学上的证实。直到1827年英国植物学家布朗[Brown,1773—1858)用显微镜观察水中悬浮的藤黄粒子所作的永不停止的无规则运动──布朗运动，它间接地显示了物质分子的存在，并且表明了聚集成液体或气体的分子是处于永恒的热运动中。以后又得到了理论上的解释，并为实验所证实。英国化学家卢瑟福(E.Rutherford,1871—1937)于1911年根据实验事实提出了原子的核型学说。1913年丹麦原子物理学家玻尔(Bohr，1885—1962)应用量子概念发表了他的原子结构理论。后来，又发展到以量子力学来研究原子和分子的结构。与此同时，实验技术手段也有很大的改进，如用X射线衍射和电子衍射等方法来研究分子中原子的空间结构、分子的构型等等。现代人们已经能够用电子显微镜等拍摄分子或原子的照片。这些发展和成就充分反映了人们对物质结构认识不断深化的过程。根据现代物质结构理论，特别是根据化学键的观点来分析物质的构成，就出现了较为复杂的情况，不能简单地以原子、分子概念来说明了。例如，数量十分庞大的有机化合物大多是由分子构成的；CO2、O2、N2 、HCl等也都属于分子构成，而活泼的金属跟活泼非金属所生成的盐类却是离子型晶体，像氯化钠在固体状态只有钠离子和氯离子相间的排列却无所谓分子可言，即或是在气态也仅仅是氯离子和钠离子结合成的离子对(离子分子)。金刚石、锗、灰锡等单质的晶体是由其相同的原子以共价键相联系而形成的共价晶体。至于金属晶体则是由金属原子以金属键相联系。大多数金属在高温呈气态时，也仅仅是以单原子存在着，唯碱金属有少量以共价键结合的双原子分子。2.电子显微镜利用高速运动的电子束代替光线作为工作媒质制成的一种显微镜。一般光学显微镜不能分辨小于其照明光源波长一半的微细结构，利用它最多只能看到细菌，再小的微粒，它就无能为力了。由于电子束具有波动特性，而其波长仅为可见光波长的十万分之一，故大大提高了显微镜的分辨本领。目前最常用的电子显微镜大致分两种，一种的基本原理是在一个高真空系统中，由电子枪发射电子束，穿过被研究的试样，经由电子透镜聚焦放大，在荧光屏上显示出放大的像，称为通用式电子显微镜；另一种是用电子束在试样上逐点扫描，然后用电视原理进行放大或成像，显示在电视显像管上，称为扫描式电子显微镜。扫描隧道显微镜是在联邦德国恩斯特·鲁斯卡教授设计的第一架电子显微镜(1939年)基础上，由瑞士的海因里希·罗雷尔博士和联邦德国的格尔德·宾尼格博士发展起来的。他们三人因此共同获得了1986年诺贝尔物理奖。这种显微镜是用加上电压的探针接近物质表面，由于“隧道效应”而飞出电子使探针和物质之间有电流通过，当探针靠近物质约1×10-9m时，探针沿物质表面扫描，由于表面原子凹凸的影响，使探针同物质间的距离不断发生变化从而引起电流的相应变化。这样就可以原子为单位把表面凹凸图像化。整个系统置于真空中并悬浮在磁场里，可消除地球固有振动对测试的影响。这种用来观察金属或半导体表面结构的显微镜，分辨率第一次达到10-10m。由于它能看到一个一个的原子，对于大规模集成电路半导体技术、金属材料、新材料设计、节省能源以及生物学研究等都具有特殊重大的意义。1987年12月21日新华社报道了我国科学院北京电子显微镜实验室和中科院化学研究所合作设计研制成功了新的扫描隧道显微镜。分辨率达到原子级，图像质量达到国际水平。又据了解北京大学物理系表面物理研究室在这方面也取得了可喜的成绩。3.分子和原子图像教材图3-7给出的分子图像是选自1988年出版的一份国际科技期刊上刊登的用扫描隧道显微镜获得的苯分子图像。在这篇报道中指出：图像鲜明地显示了苯分子六元环结构，与几十年来化学工作者使用的苯分子模型是何等地相似。教材图3-8给出的原子图像是中国科学院北京真空物理实验室的研究人员，在常温下以超真空扫描隧道显微镜为手段，通过用探针拨出硅晶体表面的硅原子的方法，在硅晶体表面形成的图形。4.水分子大小的比喻教材中指出：一滴水里大约有1.67×1021个水分子。这个数值可以从水的摩尔质量计算出来：1molH2O的质量为18.016g，其中应含有水分子约6.02×1023个。从这个数量关系推导：每克水应含有的水分子数为：水的密度是1g/mL，每毫升水按20滴折算，则每滴水中应有的分子数为：一、教学目的要求 1.了解纯水与自然水、硬水与软水的区别。2.了解吸附、沉淀、过滤和蒸馏等净化水的方法。二、本课题分析本课题围绕水的净化问题，将吸附、沉淀、过滤和蒸馏等净化水的方法有序地串起来，前半部分介绍含不溶性杂质水的净化方法，后半部分以硬水软化为例介绍含溶解性杂质水的净化方法。其中过滤和蒸馏是初中化学中重要的实验操作技能，也是本课题中要重点学习的内容。教学建议如下：1.教学中应创造条件，增加学生动手练习的机会。2.在课前让学生预习本课题中的活动与探究，准备过滤实验的代用品，课上进行实际操作，鼓励他们互相学习、交流，调动他们的学习热情。三、部分习题参考答案及说明1(3)静置沉淀，吸附沉淀，过滤，蒸馏；蒸馏；3；沉淀，过滤，蒸馏。四、资料水质标准依据水体污染的程度，可将水的质量分为几个等级。由于各种水体特点、各地自然条件、社会经济条件不同，同时对不同用途的水，其要求也不同，因此目前世界范围内还没有一个共同的水质分级标准。我国《地面水环境质量标准》，依据一些色、味、温、水体沉淀物等基本要求和三十个基本指标将地面水环境质量分为五级。表3-2列出了其中的几个参数。表3-2几种地面水环境质量标准参数参数 Ⅰ类Ⅱ类  Ⅲ类 Ⅳ类 Ⅴ类 基本要求所有水体不应有非自然原因所导致的下述物质：①凡能沉淀而形成令人厌恶的沉积物的；②漂浮物，诸如碎片、浮渣、油类或其他一些引起感官不快的；③产生令人厌恶的色、臭、味或浑浊度的；④对人类、动物或植物有损害、毒性或不良生理反应的；⑤易滋生令人厌恶的水生生物的 水温/℃ 人为造成的环境变化应限制在：夏季周平均最大温升≤1冬季周平均最大温降≤2 pH6.5～8.5 6～9 硫酸盐(以SO42-计)/mg·L-1≤250以下 250250250 250 溶解性铁/mg·L-1≤ 0.30.30.5 0.5 1.0   总铜/mg·L-10.01以下 1.0(渔0.01) 1.0(渔0.01) 2.02.0 一、教学目的要求1.了解世界和我国的水资源状况，学习用辩证的方法看待水资源的丰富和有限。2.培养学生关心社会、为社会做贡献的社会责任感。二、本课题分析本课题主要介绍两部分内容，一是水资源概况，二是水资源保护，每部分内容又都是从两方面入手。 水资源概况，一方面从储量上说明水的丰富，另一方面从可直接利用的淡水量上说明水的短缺。这种从一个事物的两个方面来认识事物的方法，不仅有利于学生对水资源状况形成全面、正确的认识，而且有利于培养学生辩证思维的能力，学习用发展的眼光看问题。因为在丰富的水储量与有限的淡水这一现实情况中，本身就蕴含着相对性、辩证性的思想，同时随着海水淡化等水处理工艺的发展，可利用水的短缺状况又是变化的、动态的，因此这里又蕴藏了发展、变化的观点。这里教材用墨不多，主要通过一些数据和图表来说明水资源情况，如利用几组对比数字突出我国大部分城市用水紧张的现状，意在强化学生的爱水、节水意识。水资源保护是从节约用水和防治水污染两个角度谈的，同样阐述不多，以图、表代文字。考虑到节水和水污染问题与学生的生活密切相关，有关宣传、报道和资料非常丰富、易得，相关内容也很好理解，因此节水只是以举例的方式简要给出工农业生产、生活中的节水思路；防治水污染则只从污染源角度简明概括引起水污染的原因、水污染的危害及防治方法。也就是说这里只给学生关于节水和水污染问题的最基本、最主要的概念和思想，具体的内容留待学生在课内外的一些活动中自己去寻求、获得。本课题后的调查与研究和习题就是在引导学生进行这类活动。这样既体现了本课题最基本的教育目的，又给教师的发挥和学生的探索留下了较大的发展空间。教学建议如下：1.教学形式可多样化，可从课堂延伸至课外。根据学生实际，可以自学与讨论结合，也可以结合课外的调查研究组织出墙报、写论文、演讲等活动，以充分调动学生的积极性。2.注意引导和鼓励学生利用身边的报刊、网络等学习资源，培养学习能力。三、部分习题参考答案及说明1.农业用水70.43%，工业用水20.14%，生活用水9.43%。四、资料1.地球水储量地球表面、岩石圈内、大气层中、生物体内所有各种形态的水，包括海洋水、冰川水、湖泊水、沼泽水、河流水、地下水、土壤水、大气水和生物水，在全球形成一个完整的水系统，这就是水圈。某一时刻储存于水圈中的水约1.386×1018m3，其中约有1.338×1018m3储存于面积为3.61×108km2的海洋中，占全球水总储量的96.5%；分布在面积为1.49×108km2的陆地上的各种水体，其储量约为4.8×1016m3，占全球水总储量的3.5%；大气水和生物体内的水仅为1.4×1013m3，只占0.001%。在陆地水储量中，有73%，即3.503×1016m3为含盐量小于lg/L的淡水，占全球水储量的2.53%。在陆地淡水中，只有30.4%，即1.065×1016m3,分布在湖泊、沼泽、河流、土壤和地下600m以内含水层中，其余69.6%，分布在两极冰川与雪盖、高山冰川和永久冻土层中，难以利用。表3-3地球水储量水体种类 水储量 咸水 淡水 /1012m3 /(%) /1012m3 /(%)/1012m3  /(%) 海洋水1338000 96.538 1338000 99.041   冰川与永久积雪 24064.1 1.7362   24064.168.6973 地下水23400 1.6883 12870 0.9527 1053030.0606永冻层中的冰 300 0.0216   300 0.8564湖泊水 176.4 0.0127 85.4 0.0063 91 0.2598土壤水 16.5 0.0012   16.5 0.0471 大气水 12.9 0.0009   12.9 0.0368沼泽水 11.47 0.0008   11.47 0.0327河流水 2.12 0.0002   2.12 0.0061生物水 1.12 0.0001   1.12 0.0032总计 1385984.61 100 1350955.4 100 35029.21 1002.水污染及防治进入20世纪以来，随着现代工业的发展，大量排放的各种废水使自然水系受到严重污染，水质普遍下降。水污染的类型十分复杂，下面简介几种世界范围内引起广泛注意和重视的典型水污染。(1)病原微生物污染主要来自城市生活污水、医院污水、垃圾及地面径流等。病原微生物的水污染危害历史悠久，至今仍是威胁人类健康和生命的水污染类型之一。病原微生物污染的特点是：①数量大；②分布广；③存活时间较长；④繁殖速度很快；⑤易产生抗药性，很难绝灭；⑥传统的二级生化污水处理及加氯消毒后，某些病原微生物、病毒仍能大量存活；传统的混凝、沉淀、过滤、消毒等水处理能够去除99%以上的病原微生物，但出水浊度若大于0.5度时，仍会伴随病毒而穿透。因此，此类污染物实际上通过多种途径进入人体，并在体内生存，一旦条件适合，就会引起人体疾病。常见的致病菌是肠道传染病菌，其中包括霍乱、伤寒、痢疾等病菌。常见的寄生虫有阿米巴、麦地那丝虫、蛔虫、鞭虫、血吸虫、肝吸虫等。病毒种类很多，仅人类尿中就有一百多种，常见的是肠道病毒、传染性肝炎病毒等。欧洲19世纪一些大城市的水污染，曾造成多次霍乱爆发和蔓延。(2)需氧有机物污染需氧有机物包括碳水化合物、蛋白质、油脂、氨基酸、脂肪酸、酯类等有机物质。含病原微生物的污水中，一般均含需氧有机物，因为它能提供病原微生物所需的营养。需氧有机物没有毒性，在生物化学作用下易于分解，分解时消耗水中之溶解氧，故称需氧有机物。水体中需氧有机物愈多，耗氧也愈多，水质也愈差，说明水体污染愈严重。水体中有机成分非常复杂。需氧有机物浓度常用单位体积中需氧物质生化分解过程中所消耗的氧表示，即以生化需氧量(BOD)表示。一般都用水温20℃时，5天的生化需氧量(BOD)5作为统一指标。目前，还用化学需氧量(COD)、总有机碳(TOC)、总需氧量(TOD)、溶解氧(DO)作为统一指标，以反映需氧有机物的含量与水体污染的关系。需氧有机物由于造成水体缺氧，对水生生物中鱼类危害最大。目前，水污染造成的死鱼事件，几乎绝大多数是由于这种类型污染所致。充分的溶解氧是鱼类生存的必要条件，当水中溶解氧下降到1mg/L时，大部分鱼类就发生窒息、死亡。当水中溶解氧消失时，厌气细菌繁殖，形成厌气分解，发生恶臭，分解出甲烷、硫化氢等有害气体，更不适于鱼类生存和繁殖。需氧有机物的来源多，排放量大，污染范围广，大多数污水体都含这类污染物质。防止需氧有机物污染危害的途径有：①从根本上减少排放量；②避免排入物质直接进入水体；③对需要进入水体的污水应进行生化处理、氧化塘处理等；④人工曝气、人工充氧等；⑤研究水体的容量和自净规律。(3)富营养化污染 富营养化污染主要指水流缓慢、更新期长的地表水体，接纳大量氮、磷、有机碳等植物营养素引起的藻类等浮游生物急剧增殖的水体污染。自然界湖泊存在着富营养化现象，由贫营养→富营养→沼泽→干地，但速率很慢；而人为污染所致的富营养化，速率很快。特别是在海湾地区，在水温、盐度、日照、降雨、地形、地貌、地质等合适的条件下，细胞中含有红色色素的甲藻或者其他浮游生物大量繁殖，并在上升流的影响下聚积而出现，海洋学家称为“赤潮”；如在地下水中积累，则可称为“肥水”。富营养污染物质的来源是广泛而大量的，有生活污水(有机质、洗涤剂)、农业(化肥、农药)与工业废水、垃圾等。富营养化显著的危害是：①促使湖泊老化；②破坏水产资源，日本仅布磨滩1972年赤潮一次死鱼1428万尾；③危害水源，硝酸盐、亚硝酸盐对人畜都有害。(4)恶臭恶臭是一种普遍的污染公害，我国及日本环保法均列为公害之一，它也发生于污染水体之中。人能嗅到的恶臭物达4000多种，危害大的有几十种，它们主要来自金属冶炼、炼油、石油化工、塑料、橡胶、造纸、制药、农药、化肥、颜料、皮革、油脂、鱼肠兽骨等工业生产过程。恶臭的类型取决于发臭物质所具有的“发臭团”的分子结构。我国黄浦江就受到有机物的严重污染。1964年以来，每年夏天都出现恶臭，1978年达100多天。恶臭的危害表现为：①使人憋气，妨碍正常呼吸功能；使人厌食、恶心甚至呕吐，使消化功能减退；精神烦躁，头昏脑涨，头痛等使工作效率降低；严重时，可损伤中枢神经，大脑皮层的兴奋和调解功能；②使水产品染上恶臭，无法食用；③破坏了水流作为旅游、疗养、饮用、养鱼、游泳等的用途和价值；④产生H2S、甲醛等毒性公害。(5)地下水硬度升高地下水硬度升高明显的地区，一般均在城镇及其周围人类居住与活动地区，是地下水间接污染的结果。据北京地区的研究结果，硬度升高存在以下三种作用过程：①城市生活污水、垃圾及土壤中有机质等在生物降解过程中产生CO2，打破了原来地下水中CO2平衡压力，促使CaCO3分解；②盐效应促进地下水硬度升高；③盐污染产生的阳离子交换作用导致地下水永久硬度的持续增长。高硬水，尤其是永久硬度高的水，其危害是多方面的：①难喝，有“苦”“涩”味；②可引起消化道功能紊乱、腹泻、孕畜流产；③对人们日常生活不利，耗肥皂多，耗能多；④锅炉用水易结垢；⑤许多工业需软化水，成本提高。(6)毒污染毒污染是水污染中特别重要的一大类，种类繁多。但其共同特点是对生物有机体的毒性危害。造成水体毒污染的污染物可分为四个亚类：①非金属无机毒物(CN-、F-、S2-等)；②重金属与类金属无机毒物(Hg、Cd、Pb、Cr、As等)；③易分解有机毒物(挥发酚、醛、苯等)；④难分解有机毒物(DDT、666、狄氏剂、艾氏剂、多氯联苯、多环芳烃、芳香胺等)。(7)油污染油污染是水体污染的重要类型之一，特别是河口、近海水域更为突出。排入海洋的石油每年高达数百万吨至上千万吨，约占世界石油总产量的5%。油污染主要是工业排放、石油运输船只的油舱清洗、机件及意外事件的流出、海上采油作业等造成的。油污染的危害是多方面的：①破坏优美的滨海风景，降低其作为疗养、旅游等的使用价值；②严重危害水生生物，尤其是海洋生物，它可以粘住卵和幼鱼而影响活力；堵住鳃、鼻孔、喷水孔等而窒息；刺激眼而导致失明；粘住毛而丧失防水、保温能力；体内积累，产生臭味降低食用价值；③组成成分中含有毒物质，特别是其中沸点在300℃～400℃间的稠环芳烃，大多是致癌物，如苯并芘、苯并蒽等；④油膜厚度达1×10-4cm 就会阻碍水的蒸发和氧气进入，在污染区可能影响水的循环及水中鱼类生存；⑤引起河面水灾，危及桥梁、船舶等。(8)热污染热污染是一种能量污染。水体热污染源主要来源于电力、冶金、化工、机械等工厂，特别是核发电站。水体热污染可导致水体发生一系列化学、物理和生物学的变化：①化学反应速度加快，水中有毒物质、重金属离子也因水温升高而毒性增大；②溶解氧减少，影响水生生物的生存环境；③水温升高使鱼类不能繁殖或引起鱼类死亡；④促进藻类生长，加速水体原有的“富营养化”污染。(9)放射性水污染放射性污染主要是由放射性核素引起的一类特殊污染，包括放射性水污染。它通过自身的衰变而放射出一些射线，能使生物及人体组织电离而受到损伤，从而引起放射病。水中放射性污染源主要有：天然放射性核素；核武器试验的沉降物；核工业的废水、废气、废渣；放射性同位素的生产和应用；其他工业中的放射性废水及废弃物。水中放射性核素可转移到水生生物和粮食蔬菜中，对人造成损伤。人体对辐射最敏感的是增殖旺盛的细胞组织，如血液系统和造血器官(红骨髓、淋巴组织)、生殖系统(睾丸、卵巢)、胃肠系统、眼睛的水晶体、皮肤等。射线引起的远期效应主要包括：白血病和再生障碍性贫血、恶性肿瘤、白内障等。3.水体的自净能力广义的水体自净是指在物理、化学和生物作用下，受污染的水体逐渐自然净化，水质复原的过程。狭义的水体自净是指水体中微生物氧化分解有机污染物而使水体净化的作用。水体自净可以发生在水中，如污染物在水中的稀释、扩散和水中生物化学分解等；可以发生在水与大气界面，如酚的挥发；也可以发生在水与水底间的界面，如水中污染物的沉淀、底泥吸附和底质中污染物的分解等。自然界各种水体都具有一定的自净能力，这是由水自身的理化特征所决定，同时也是自然界赋予我们人类的宝贵财富。如果我们能够科学有效地利用水的自净功能，就可以降低水体的污染程度，使有限的水资源发挥其最大的效益，包括经济效益、社会效益、环境效益等。特定地区、一定时间内水体的自净能力是有限的。研究和正确运用水体自净的规律，采取人工曝气或引水冲污稀释等辅助措施，强化自净能力，是减少或消除水体污染的途径之一。同时，在确定允许排入水体的污染物量时，水体的自净能力也是一个重要的决策因素。水体自净大致分为三类，即物理净化、化学净化和生物净化。它们同时发生，相互影响，共同作用。(1)物理净化。物理净化是指污染物质由于稀释、扩散、混合和沉淀等过程而降低浓度。污水进入水体后，可沉性固体在水流紊动较弱的地方逐渐沉入水底，形成污泥。悬浮体、胶体和溶解性污染物因混合、稀释，浓度逐渐降低。污水稀释的程度通常用稀释比表示。对河流来说，用参与混合的河水流量与污水流量之比表示。污水排入河流经相当长的距离才能达到完全混合，因此这一比值是变化的。达到完全混合的距离受许多因素的影响，主要有稀释比、河流水文情势、河道弯曲程度、污水排放口的位置和形式等。在湖泊、水库和海洋中影响污水稀释的因素还有水流方向、风向和风力、水温和潮汐等。 (2)化学净化。化学净化是指污染质由于氧化还原、酸碱反应、分解化合和吸附凝聚等化学或物理化学作用而降低浓度。流动的水体从水面上大气中溶入氧气，使污染物中铁、锰等重金属离子氧化，生成难溶物质析出沉降。某些元素在一定酸性环境中，形成易溶性化合物，随水漂移而稀释；在中性或碱性条件下，某些元素形成难溶化合物而沉降。天然水中的胶体和悬浮物质微粒，吸附和凝聚水中污物，随水流移动或逐渐沉降。(3)生物净化，又称生物化学净化。是指生物活动尤其是微生物对有机物的氧化分解使污染物质的浓度降低。工业有机废水和生活污水排入水域后，即产生分解转化，并消耗水中溶解氧。水中一部分有机物消耗于腐生微生物的繁殖，转化为细菌机体；另一部分转化为无机物。细菌又成为原生动物的食料。有机物逐渐转化为无机物和高等生物，水便净化。如果有机物过多，氧气消耗量大于补充量，水中溶解氧不断减少，终于因缺氧，有机物由好氧分解转为厌氧分解，于是水体变黑发臭本单元说明本单元教材共分原子的构成、元素、离子、化学式与化合价四个课题。它们包括原子结构模型、相对原子质量、元素、元素符号、核外电子排布观念、离子、化学式、化合价、相对分子质量及其有关的计算等内容。本单元教材是“双基”的重要组成部分。课程标准指出，初中化学基础知识和基本技能是构成学生科学素养的基本要素，是为学生的终生学习和将来适应现代社会生活打好基础所必需的。化学基础知识和基本技能还是初中学生进行探究活动的基础和结果，也是对学生进行情感态度、价值观教育的重要载体。所以，本单元教材对于学生十分重要，它既是今后学习的理论基础，又是必不可少的工具。本单元教材知识间的关系如下：本单元教材的特点是它涵盖了全书双基内容的一多半，这些内容抽象，远离学生的生活经验，再加上前三个单元学生学到的元素化合物知识不多(主要是空气、氧气和水)，感性知识不充分，这就给教学带来了一定的困难。本单元教学重点：原子的构成，离子的形成，元素，元素符号和化学式。本单元教学的难点：核外电子排布观念，化合价。一、教学目的要求1.了解原子是由质子、中子和电子构成的。2.初步了解相对原子质量的概念，并会查相对原子质量表。3.进行世界的物质性、物质的可分性的辩证唯物主义观点的教育。二、本课题分析 本课题包括原子的构成、相对原子质量两部分内容。此前学生已经学习了分子、原子的概念，初步探索了物质构成的奥秘，但他们并不满足，还想知道原子是否可以再分?原子的质量有多大?等等。本课题学习的原子的构成，就是回答这些问题。关于原子质量，书上给出了氢原子和氧原子的绝对质量，并指出它们数值太小，不便于记忆、书写和计算，只能使用相对质量。考虑到此时学生尚无同位素的知识，不便提元素相对原子质量是按各种天然同位素原子所占的一定百分比计算出来的平均值，所以此处只能要求学生对相对原子质量做含糊的、初步的了解(将原子的相对原子质量作为元素的相对原子质量使用)。教学建议如下：1.原子的构成教学，由于微观粒子看不见，摸不着，学生缺乏感性知识，所以建议尽可能使用电影、录像、多媒体等电教手段，以加强教学的直观性。教师也要注意语言直观，启发学生的想像力。2.相对原子质量的教学，应强调原子质量太小，计算和记忆均不方便，所以采用相对质量。课上可带领学生查相对原子质量表，并阅读张青莲教授为相对原子质量的测定做出卓越贡献的资料，对学生进行爱国主义思想教育。三、部分习题参考答案及说明1.(1)B (2)B (3)B3.N14.01，Cl35.45，Na22.99，Fe55.854.钠最多，铝最少。因钠的相对原子质量最小，铝最大。四、资料1.核力核子之间所特有的相互作用，强度大而力程短，在距离大约0.5×10-15m时主要为引力，能克服质子与质子之间的库仑斥力而使各核子结合成原子核。但核力随着核子间距离的增大而很快减弱，当距离大于2×10-15m左右时，就不发生作用了。现代原子能的利用、原子弹的爆炸，就是利用核裂变或核聚变时所放出的巨大能量。2.基本粒子泛指比原子核小的物质单元，包括电子、中子、质子、光子以及在宇宙射线和高能原子核实验中发现的一系列粒子。已经发现的基本粒子有30余种。一般按其质量大小以及其他性质上的差异基本粒子可分为光子、轻子、介子、重子四类。基本粒子的概念是随着人们对物质结构认识的进展而不断发展的，绝不能把它们看成是物质最后的、最简单的组成单元，实验结果已经显示基本粒子也还有它的内部结构。所以说“基本”只是相对的。但当我们研究讨论有关分子、原子及其结构时还必须从其相关的总体结构及其不可分割的内在联系角度上考虑问题。恩格斯曾指出：“新的原子论和所有已往的原子论的区别，在于它不主张物质只是非连续的，而主张各个不同阶段的各个非连续部分是各种不同的关节点，这些关节点决定一般物质的各种不同质的存在形式”(《自然辩证法》人民出版社1971年版269页)。这句话充分道明了从基本粒子、原子、分子、物体到天体……都各自具有其存在的关节点(或“度”)。唯物辩证法认为，世界一切事物既包含相对的方面(即有条件的、特殊的、有限的方面)，又包含有绝对方面(即无条件的、普遍的、无限的方面)。相对和绝对永远是辩证的统一。3.相对原子质量(原子量) “相对原子质量(原子量)是指元素的平均原子质量与核素12C原子质量的1/12之比”。所谓一个原子的平均质量，是对一种元素含有各种天然同位素说的，可以按这些同位素的原子质量和丰度来计算。这个定义是目前国际上统一规定的。根据国际上对原子量的定义可知，原子量只是原子的相对质量。因此，就有一个选定什么元素的原子作为比较标准的问题。历史上解决这个问题有如下的经过：1803年道尔顿首先提出，以氢原子质量为1作为原子量的标准。用比较的方法测定其他元素原子的相对质量(氢是已知的密度最小的元素，这样别种元素的原子量皆大于1)，这样测出氧原子量是15.88。后来，鉴于氢的化合物远不如氧的化合物多，为测定原子量的方便(过去大都用测定元素当量的方法求原子量)起见，改用氧元素的一个原子的质量为16作标准(实际上是氧的几种同位素的平均质量)，来测定其他元素的原子量。这样测得氢的原子量是1.008。由于当时人们尚未发现氧元素有同位素，所以以氧原子量为16这个比较标准一直沿用了60多年。1927年～1929年间发现自然界中的氧含有三种同位素，即1616O、17O和18O。根据1940年比较精确的质谱测定，自然界中三种同位素的丰度16O的含量占99.759%、17O占0.037%、18O占0.204%。因此，用天然氧作为原子量的标准就不够完善了。当时物理学界随即改用16O等于16作为标准，但化学界仍采用天然氧等于16作标准。当用物理标准时，氧的各种同位素的原子量分别为：16O＝16.000017O＝17.004518O＝18.0049所以自然界中氧的平均原子量应为：16.0000×99.759%＋17.0045×0.037%＋18.0049×0.204%＝16.0044这样物理学上采用的原子量和化学上沿用的原子量由于选用标准不同而出现如下比值：也就是说两者采用标准相差约万分之三。从20世纪40年代开始，国际原子量委员会采用了1.000275作为两种标准的换算因数，即：物理原子量＝1.000275×化学原子量物理学和化学学科有着密切的联系，原子标准不同很容易引起混乱。1959年国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)提出以碳的同位素12C＝12作为原子量的标准，(即以12C质量的1/12作为标准)，并商得国际纯粹与应用物理联合会(IUPAP)的同意，于1961年8月正式决定采用碳的同位素12C＝12作为原子量的新标准。同年发布了新的国际原子量表。之所以采用12C作为原子量的标准的原因大致是：(1)碳形成很多高质量的“分子离子”和氢化物，利于测定质谱；(2)12C很容易在质谱仪中测定，而用质谱仪以测定原子量是现代最准确的方法；(3)采用12C后，所有元素的原子量都变动不大，仅比过去减少0.0043%；(4)这种碳原子在自然界的丰度比较稳定；(5)碳在自然界分布较广，它的化合物特别是有机化合物繁多；(6)密度最小的氢的原子量仍不小于1。原子的绝对质量很小，如果用千克来表示，很不方便。于是采用12C一个原子质量的1/12作标准，其他原子的质量跟它比较所得的值，就是这种原子的相对原子质量。12C一个原子绝对质量× ＝1.993×10-26kg×＝1.66×10-27kg因此，某元素一个原子的绝对质量与相对原子质量的关系是：相对原子质量是一个比，它的SI单位是一，符号是1。著名化学家、中国科学院院士、北京大学张青莲教授是我国参加国际纯粹与应用化学联合会原子量与同位素丰度委员会委员。张青莲等几位科学工作者测定的铟、锑、铈、铕、铱、铒、锗、锌、镝的原子量，被国际纯粹与应用化学联合会原子量与同位素丰度委员会采用为原子量数据新标准。一、教学目的要求1.了解元素的概念，将对物质的宏观组成与微观结构的认识统一起来。2.了解元素符号所表示的意义，学会元素符号的正确写法，逐步记住一些常见的元素符号。3.初步认识元素周期表，知道它是学习和研究化学的工具，能根据原子序数在元素周期表中找到指定元素和有关该元素的一些其他的信息。二、本课题分析本课题包括元素、元素符号和元素周期表简介三部分内容。此前学生把元素当成组成物质的基本成分，现在他们已经学习了原子结构，就应该从微观结构的角度对它下一个比较确切的定义，从而把对物质的宏观组成与微观结构的认识统一起来。元素概念是教学难点，因为它比较抽象，而且对于“具有相同核电荷数的一类原子的总称”中的“一类原子”这一定义，在没有同位素知识准备时，学生难以理解。元素概念的困难还在于在实际使用中容易跟原子概念混淆。学生搞不清在分析物质宏观组成时用“元素”，在研究物质微观结构时用“原子”。这是学生初学化学时容易犯的错误。随着知识的积累，他们是会豁然贯通的。元素符号是国际通用的化学用语，是学习化学的重要工具，因此是教学重点。要求学生了解元素符号的意义，对于一些常见元素的符号和名称，必须会写、会读、会用。学生在学本单元之前，并没学多少元素，尚难以理解元素周期律。本课题编写“元素周期表简介”，目的在于让学生比较早地学会使用元素周期表这个工具。根据学生的知识基础，他们可以从原子序数查找某一元素的名称、符号、核外电子数、相对原子质量及确认该元素是金属、非金属还是稀有气体元素等信息，为他们以后的学习提供方便。教学建议如下：1.学生了解了元素定义之后，应着重向他们介绍元素在地壳里的分布，引导学生阅读有关生物细胞中元素分布的资料，使他们形成我们周围的物质世界是由100余种元素组成的概念。2.元素符号的教学要注意两点：一是分散难点，逐步记忆，即在化学课一开头就以化学符号的形式有计划地逐渐给出元素符号和化学式，让学生逐渐熟悉，自然记住，到学习本课题时，已经认识并记住了一些元素符号，这样就减轻了对枯燥乏味的元素符号的记忆负担；二是组织好本课题有关的活动与探究，发挥学生学习的积极性。活动可以安排在课上，也可以安排在课下。 三、部分习题参考答案及说明1.(1)A (2)C4.Cu,Zn,Ag,Cl,Ca四、资料1.元素概念的发展人类生活在变化万千的物质世界之中，在与之打交道的过程中，认识物质世界并变革物质世界。古代实用化学的诞生和发展，为人类认识和变革物质世界提供了实践基础，同时也牵动着人们经常围绕有关物质构成的问题进行思考：物质间既能发生相互转化，就足以说明，不同物质有着相同的本原。那么，这个相同的本原究竟是什么呢?这些物质的本原又是以怎样的方式构成万物的呢?我国古代的唯物论者认为构成世界万物的是“气”，还有人提出是金、木、水、火、土等五行；古埃及的思想家则认为，构成世界的基本物质是“水”；印度古代的哲学家则主张，世界上的一切都是由地、水、火、风四种“始基”构成；而古希腊则有人认为“气”是万物之源，有人认为“火”是万物之源，也有人提出水、火、土、气的四元素说。总之，古代各民族中，这些关于自然界组成的提法虽未尽相同，但都坚持了从世界本身来说明世界，它和用所谓“神”、“上帝”和“精神”等超自然的东西来解释世界是根本不同的，应该属于朴素的唯物主义观点。到17世纪中叶，波义耳(Boyle)才把元素这个概念介绍到化学里来，用以表示不能用化学方法再分解的单质。(在长时期里，大多数化学家不区分元素和单质这两个概念──现今西方有些国家如美国把element一词既用于指“化学元素”，也用于指“单质”)。直到19世纪60年代，原子、分子概念得到进一步明确以后，单质和元素这两个概念才跟分子和原子这两个概念联系起来，把具有一定化学性质的同种原子叫做元素，游离存在的元素组成单质。到20世纪初期，对原子内部结构有了一定的研究，又在原子结构理论的基础上把元素定义为：具有相同核电荷数的同一类原子。科学实验证明，有很多元素的原子核内所含质子数是相同的，但中子数却不相同。这种核内质子数相同而中子数不同的一类原子互称为同位素(取其在周期表中占同一位置的意思)。12C、13C是碳的同位素，1H、2H、3H是氢的同位素。质子数相同而中子数不同的同一类原子，它们的原子质量彼此不同，但它们的化学性质是相同的──决定化学性质的主要因素不是原子质量而是核外电子数量和排布。至此，人们对元素的概念有了本质的认识。元素是以核电荷数为标准而对原子进行分类的一种方法，也就是说原子的核电荷数决定着元素的种类。2.地壳里所含各种元素的质量分数地壳是指地球外表一层由岩石组成的固体硬壳，其厚度各处不一，介于5km～75km之间，平均为17km。由于地壳富含硅和铝，故也称“硅铝层”。按其成分又可分为上下两层，上层成分相当于花岗岩，称花岗岩层，平均密度2.7；下层成分相当于玄武岩，称玄武岩层，平均密度2.9。地壳的表层因长期受大气、水、生物的作用，而形成土壤层、风化壳和沉积物质的堆积，厚度介于0～10km之间。克拉克(F.W.Clarke,1832—1897，美)等人为了要搞清楚地球上各种元素分布的规律，从19世纪末开始，就对地壳的岩石、天然水、矿物、土壤等进行了普遍分析，以计算各种地壳元素的分布情况。他们总结了五千多个样品分析数据，于1889年第一次提出元素在地壳中的平均含量数值(后被命名为克拉克数)。在他们工作的基础上，1924年出版了《地球化学资料》，提供了大量地壳元素分布数据。 3.元素的名称和元素符号化学元素的汉语名称的造字、读音一般都有其规律。在汉语里，化学元素的名称都是用一个汉字来表达的。有一些是沿用固有文字的，如金、银、铜、铁、锡、铅等；有的是根据固有的字改变或增加偏旁而成为化学专用名称的，如碳、磷等；有的是从译音而创造的，如钠、锰、钨、钙等；有的是译意的，如轻气、养气、淡气等，后来又演变成氢、氧、氮，仍保持原字的读音。为了便于识别，现在我国通用的化学元素汉语名称里，凡金属元素除汞外均写作“钅”字旁，非金属元素则依其单质在通常状态下的存在状态，分别赋予“气”、“氵”或“石”等偏旁。化学元素的读音，一般都是按偏旁字来发音的。例如镁读作“美”，氟读作“弗”(fú)，碘读作“典”，等等。但也有不少例外，如氧读作“养”，钠读作“纳”，溴读作“嗅”。有些元素名称常被读错，例如，铬应读作“各”，却常误读为“洛”；氯应读“绿”(lǜ)；却常误读为“碌”(lù)；氙本应读“仙”，却常误读为“山”。化学元素的外文名称，在命名时，往往都是有一定含义的。有的是根据元素的某些特性而命名的，例如氧的拉丁文名称是Oxygenium，意思是“成酸的元素”；氮的拉丁文名称是Nitrogenium，意思是“无益于生命”；其他如氯Chlorine(绿色，因为氯是黄绿色气体)、溴Bromine(原意是恶臭)、铯Caesium(天蓝色的意思，因为铯的光谱线中有一条天蓝色谱线)。有的元素名称往往表示它是从什么物质里分离出来的。例如钠从苏打中来，定名Sodium，而拉丁文是Natrium；钾从草木灰中来，定名Potassium，而拉丁文是Kalium。有的元素为纪念发现者的祖国、故乡而命名。例如，钋Po(Polonium，居里夫人的祖国──波兰)、镓Ga(Gallium，镓的发现者布瓦博德朗是法国人，法国的古称是“家里亚”)、锗Ge(Germanium，德国)、钌Ru(Ruthenium，俄罗斯)、铕Eu(Europium，欧洲)、镅Am(Americium，美洲)，等等。有的元素以科学家的姓氏命名，以纪念某位科学家。例如，锔Cm(Curium，居里夫妇)、Es(Einsteinium，爱因斯坦)、Md(Mendelevium，门捷列夫)，等等。有以星球命名的化学元素，如：氦He(Helium，太阳，这是因为天文学家从观察太阳光的谱线最早发现太阳里有氦，尔后才在地球上找到氦)、铀U(Uranium，天王星的意思，这是因为铀的发现，正值天王星被发现后不久)，等等。此外还有一些以“神”名命名的元素。如：钷Pm(Promethium，这个字来源于希腊神普罗米修斯，传说他从天上窃取火种送到人间，比喻从原子反应堆产物里得到钷，标志着人类进入了原子能时代)。不过，自第103号元素铹Lr(纪念美国物理学家、回旋粒子加速器的发明者劳伦斯)以后，科学家对新元素的命名时而产生分歧意见，例如第104号元素，苏联人命名为Ku，借以纪念苏联核物理学家库尔查多夫，但美国人则命其名为Ru，借以纪念原子物理学家卢瑟福，以后还有第105号元素命名之争，结果这些元素的命名哪个也未取得国际科学界的公认。1997年8月27日，国际纯粹和应用化学联合会发表正式文件，对101～109号元素重新定名。我国在收到国际纯粹和应用化学联合会的文件以后，经全国名词委员会化学名词审定分委员会研究，决定重新拟定101～109号元素的中文名称，并提出了如下几个原则性意见：①101～109号元素名称仍采用以往使用的形声造字的方法；②避免与100号以前的名称同音，避免用多音字和怪异字，笔画要简单；③使用简化字；④所造之字符合汉语的文字规范。1998年1月13日审定会最后确定了101～109号元素的中文定名意见，其名称使用的汉字已征得国家语言文字工作委员会同意。 104号元素定名为rutherfordium，是为纪念卢瑟福而设；105号元素定名为dubnium，是为纪念前苏联杜布纳研究所在合成该元素时作出过重要贡献；106号元素定名为seaborgium，是为纪念西博格而设；107号元素定名为bohrium，是为纪念玻尔而设；108号元素定名为hassium，是因为该元素首先在德国达姆施塔特重离子研究所合成，该研究所位于德国的黑森州；109号元素定名为meitnerium，是为纪念奥地利女科学家迈特纳而设。迈特纳曾是与哈恩共同发现铀原子核裂变反应的科学家，为利用原子能作出了重要的理论和实践意义的贡献，哈恩因此而获得1944年诺贝尔化学奖，但迈特纳并未获此殊荣。但人们不会忘记这位作出过重大贡献的科学家，以她的姓氏命名109号元素，也可以说是一种迟到的荣誉吧!关于元素符号的发展史，可以追溯到古希腊，那时人们已经开始用符号来记叙他们所谓的元素了。但当时不仅各国，甚至每个人所用符号也未尽一致。直到19世纪，道尔顿设计了一套用各式各样圆圈饰以不同图案或字母来代表各种化学元素(如图2-3)。那时已知元素只不过二、三十种，用这些符号来表示尚有可能，后来发现的元素种类逐渐增多，他所设计的元素符号就越显得粗笨、繁杂了。图2-3道尔顿设计的化学元素符号瑞典化学家贝采里乌斯(J.J.Berzelius，1779—1848)于1818年提出用元素拉丁文名称开头字母作为化学元素符号的建议。如S—sulphur、C—carbonium、O—oxygenium等等。如果元素名称的第一个字母相同，就再加上名称的下一个(或再次一个)字母，如Si—silicon、Co—cobaltum、Os—osmium等，并规定了大、小写的要求。此外他还建议用元素符号来表示化合物的化学式，约定每一个元素符号在化学式中代表一个原子。他曾采用在符号上加圆点的办法来表示化合物中的氧，例如把二氧化碳记，这种表示化学式的办法并没有流传很久，几经后人修改、创新，但几十年内并未在化学界得到统一。直到1860年各国化学家商定在德国的卡尔斯鲁厄召开了一个代表大会，制定和通过了国际上统一的化学元素符号，这些符号一直沿用到今天。一、教学目的要求1.初步了解核外电子是分层排布的。2.了解离子形成的过程，认识离子是构成物质的一种微粒。二、本课题分析本课题包括核外电子的排布和离子的形成两部分内容。在第3单元的学习中，学生已经知道许多物质是由原子、分子构成的，本课题介绍离子是构成物质的另一个微粒。离子的形成是本课题的核心，是教学重点。为了说明离子是什么，它是怎样形成的，就必须介绍原子核外电子的排布和金属、非金属、稀有气体元素原子核外电子层结构的特征与其化学性质的关系，为教学作一个铺垫。因此教材编写了第一段“核外电子的排布”。第一段教材要讲核外电子运动的特点，它有不同于宏观物体运动的规律，远离学生的生活经验，因此学生对电子层的理解有一定困难，是教学的难点，但不是教学的重点。此处只要求学生对核外电子分层排布有一个初步观念就可以了。至于原子结构示意图，仅仅作为原子结构的一种表达手段，教学上不作要求，习题上也不要求会画。 教学建议如下：1.教学力求直观。方法是采用电教手段和生动的比喻，此外要充分利用书上的插图，让学生仔细观察，细心体会它的含义。2.掌握分寸。课程标准对于本课题的内容要求不高，只要能形成初步观念就可以了，所以教学上不必深究。三、部分习题参考答案及说明1.(1)17，3，8，7，得到 (2)少于，失去 (3)8(2)，惰性 (4)正，阳，负，阴，阳，阴，不显2.C四、资料1.原子各电子层最多容纳的电子数是2n2。电子在原子核外的运动状态是相当复杂的。一个电子的运动状态取决于它所处的电子层、电子亚层、轨道的空间伸展方向和自旋状况。科学实验还告诉我们，在一个原子里不可能存在着电子层、电子亚层、轨道的空间伸展方向和自旋状况完全相同的两个电子。这个原理叫泡利不相容原理。根据这个原理，可以知道每一轨道中只能容纳两个自旋相反的电子。根据这一点，可以推算出每个电子层中最多可容纳的电子数。表41总结了各电子层可能有的亚层数、轨道数和最多能容纳的电子数。表4-2各个电子层中电子的最大容纳量电子层(n) K(1) L(2) M(3) N(4) 电子亚层 sspspdspdf亚层中的轨道数1 1 3 1351 3 5 7亚层中的电子数 2 2 62 6 102 6 10 4 每个电子层中电子的最大容量(2n2) 2 8 1832 从表4-1可以看出，每个电子层可能有的最多轨道数为n2，每个轨道又只能容纳2个电子，因此，各电子层可能容纳的电子总数是2n2。2.核外电子的排布规律核外电子排布遵循泡利不相容原理、能量最低原理和洪特规则。以上已经提到了泡利不相容原理。能量最低原理就是在不违背泡利不相容原理的前提下，核外电子总是尽先占有能量最低的轨道，只有当能量最低的轨道占满后，电子才依次进入能量较高的轨道。也就是尽可能使体系能量最低。洪特规则是在等价轨道(指相同电子层、电子亚层上的各个轨道)上排布的电子将尽可能分占不同的轨道，且自旋方向相同。后来经量子力学证明，电子这样排布可能使能量最低，所以洪特规则也可以包括在能量最低原理中。3.元素的金属性和非金属性跟原子结构的关系从化学的观点来看，金属原子易失电子而变成阳离子，非金属原子易跟电子结合而变成阴离子。元素的原子得失电子的能力显然跟原子核对外层电子特别是最外层电子的引力有着十分密切的关系。而原子核对外层电子的吸引力的强弱主要与原子的核电荷数、原子半径和原子的电子层结构等有关。一、教学目的要求1.了解化学式的涵义。 2.知道一些常见元素和根的化合价。3.能用化学式表示某些物质的组成，并能利用化合价推求化学式。4.了解相对分子质量的涵义，并能利用相对原子质量和相对分子质量计算物质的组成。5.能看懂某些商品标签或说明书上标示的物质成分和含量。二、本课题分析本课题包括化学式、化合价和有关相对分子质量的计算三部分内容，它们是学习化学的重要工具，因此是“双基”的重要部分。能够较好地掌握它们，对于今后的化学学习有很大的帮助。教材首先讲述了化学式的概念，指出由于纯净物有固定的组成，因此每种物质只有一个化学式。同时还指出物质的组成是通过实验测定的，能以化学式的书写必须依据实验的结果，但是在初学化学进行化学式书写练习时，主要是应用化合价来推求。教材的第二段介绍化合价，这是本课的重点和难点。由于课程标准不要求学生掌握化合价概念，因此课文对化合价概念的处理极其简化，不正面下定义，仅仅根据化合物有定组成，也就是形成化合物的元素有固定的原子个数比，指出化学上用化合价来表示原子之间相互化合的数目。然后着重介绍一些常见元素和根的化合价，以及确定化合物中元素化合价应注意的事项。教材的第三段是应用化合价推求化学式，这是学生必须掌握的技能，是教学的另一个重点。书上以推求五氧化二磷的化学式为例来讲述推求的步骤和方法。至于已知化合物中一种元素的化合价以推求另一种元素的化合价，书上没正面介绍，教师可通过课堂讨论来解决。教材的第四段介绍化学式的写法和读法。这部分内容属于规则性质，无多少道理好讲，但要求记住和应用。教材的第五段包括相对分子质量的涵义、计算相对分子质量和组成物质各元素的质量比，计算物质中某元素的质量分数等内容，课程标准对这些内容要求不高，故教学中不能任意扩大与加深。在学习有关相对分子质量的计算之后，可以引导学生查看药品、食品等商品的标签或说明书，了解有关物质的成分或纯度，使他们认识到本课题的知识在日常生活中是有用的。教学建议如下：1.为了帮助学生了解化学式的涵义，并使教学饶有兴趣，可以让学生仔细研究图4-11“化学式H2O的意义”，然后放映以此图为模版制成的别的化学式的投影图，让学生说出它们所表示的意义。2.记忆元素化合价是十分枯燥乏味的事情。为了帮助学生能够逐步记住一些常见元素的化合价，教师就要认真组织本段教材的“活动与探究”，让学生主动地投入到学习活动中去。这段活动与探究，可在课下进行。编成的化合价歌谣、快板等，可在课上或化学晚会上交流。3.“化学式的写法与读法”的教学，最好是讲练结合。其活动与探究可在课上进行。4.有关相对分子质量计算的教学，开始时，应引导学生复习相对原子质量的概念，了解相对分子质量跟相对原子质量一样，也是相对质量。由于计算比较简单，教师可启发学生自己学习，并通过讨论纠正错误。在有关相对分子质量计算教学完成之后，可让学生传看几种商品(如医药、化学试剂、洗涤剂、食品等)的标签或说明书，教给学生如何查看它们的成分、含量或纯度，并适当讲解化学试剂按纯度分级的情况。三、部分习题参考答案及说明 1.(1)B     (2)B    (3)C   (4)B   (5)A   (6)A2.(1)4CO2 (2)3K   (3)8NO2 (4)7N  (5)H23.S+4，  Na+1,  Ca+2,  Ag+1, W+64.(1)+2   (2)+4   (3)+5   (4)-35.BaO,    SO2,     CO2,   N2O5,   MgO,   CaO6.NaCl,   FeCl2,   AlCl37.(1)71    (2)98    (3)748.9∶89.46.7%10.尿素四、资料1.定组成定律罗蒙诺索夫(俄，1711—1765)和拉瓦锡分别用天平做定量实验后，就认为化合物有一定的组成。但这个论断经过多年的争论，直到1799年，经法国的一位药剂师普罗斯(J.L.Proust，1754—1826)又用许多实验证明以后，才最后作了结论。普罗斯分析了从世界各地搜集来的矿石里的化合物和他在实验室里制备出来的相应的化合物，证明天下的同一种化合物都是一样的(如只有一种氧化钡、一种氯化钠、一种硝酸钾，等等)。1860年比利时分析化学家斯达(J.S.Stas，1813—1891)为了确证普罗斯的假说，进行了极精密的试验，他用的天平的灵敏度可达0.03mg，他分析测定用四种方法制备的氯化银，实验的误差小于0.004%，结果证明这种化合物不论用什么方法制备，其组成成分都相同。因此进一步证实了定组成定律。定组成定律也叫定比定律，名称不同但内容基本上是一样的。定组成定律是说化合物有固定的组成，定比定律则是说组成某一化合物的时候，各成分元素常依一定的质量比互相化合。后来由于它逐渐成为不证自明的定律，因此在教学中都只是认真地贯彻这个精神，而不再花更多的教学时间去讲述这个定律了。但在化学不断发展的过程中，也终于发现了定组成定律的例外。有些由金属元素组成的金属互化物，不遵守化合价规则，它们的组成在相当大的限度内是可以变化的。例如，CuZn、Cu5Zn8、CuZn3等。2.化合价和氧化数(1)化合价化合价又叫原子价。原子价起源于倍比定律、定比定律，是为说明原子学说而提出的。在19世纪瑞典化学家阿仑尼乌斯(S.Arrhenius,1859—1927)提出电离理论以后，认为原子价有正负之分，构成化合物的各原子的原子价的代数和为零。按照现代观点，化合价分成电价和共价。元素在离子化合物里的化合价叫电价。电价数就是这种元素的一个原子得失电子的数目，失去电子为正价，得到电子为负价。元素在共价化合物里的化合价叫共价。共价数就是这种元素的一个原子跟其他元素原子形成共用电子对数目，所以共价键没有正负之分。共价键不容易从分子式推断，而要从结构分析。但有不少物质的结构尚未知道，这就难以确定共价数。因此化学上提出了氧化数的概念。现行中学化学教材里不出现氧化数概念，根据成键的两原子吸引电子对能力的差别，把元素在共价化合物里的化合价分成正、负价，实质上是元素的氧化数。 (2)氧化数元素的氧化态又叫氧化数(或氧化值)，它是按一定规则给元素指定一个数字，它表征了元素在各物质中的表观电荷(又叫形式电荷)数。在离子型化合物中，元素原子的氧化数就等于原子的离子电荷数。例如在BaCl2里，钡的氧化数是+2，氯的氧化数是-1。在结构已知的共价化合物中，把属于两原子的共用电子对指定给两原子中电负性更大的一个原子以后，两原子“电荷数”就是它们的氧化数。例如在H2S中，氢的氧化数是+1，硫的氧化数是-2。在单质中，相同元素的电负性相同，没有发生电子的转移或偏移，元素的氧化数定为零。例如在H2、N2、Cl2和Zn、Fe等单质中，元素的氧化数为零。在过氧化物(H2O2、Na2O2)里，氧的氧化数是-1。在活泼金属的氢化物(NaH、CaH2)里，氢的氧化数是-1。在结构未知的化合物中，某元素的氧化数可以从该化合物中其他元素的氧化数算出，习惯的规定是：①在一个中性化合物中，所有元素原子的氧化数总和等于零。②在一个复杂离子中，所有元素原子的氧化数的代数和等于该离子的电荷数。例如在SO42-里，硫的氧化数是+6，氧的氧化数是-2，代数和是+6+(-2)×4＝－2。在Fe3O4中，氧的氧化数是-2，铁的氧化数是。由此可见，氧化数纯粹是为了说明氧化态而引入的人为规定的概念，它可以是正数、负数或分数。氧化数实质上是一种形式电荷数，表示元素原子平均的、表观的氧化状态。当一种元素的原子同时和电负性相差较大的两种元素的原子化合时，例如：在CH3Cl里，碳的氧化数是-2，在CHCl3里，碳的氧化数是+2。但是在上述两种化合物里，碳的化合价都是4价。严格地说，化合价只表示元素的原子结合成分子时，原子数目的比例关系；从分子结构来看，化合价就是离子键的电价数和共价键的共价数，因此化合价不可能有分数，共价也没有正负之分。两者相比，化合价更能反映分子内部的基本属性，而氧化数在书写化学式和化学方程式配平中更加实用。因此氧化数这一概念在1970年被国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)所通过，并为化学界普遍接受。目前中学教材中所提的化合价一般就指的是氧化数。本单元说明从本单元起，学生对化学的学习将由生成何种物质向生成多少物质(即量的)方面展开。本单元有3个课题。课题1通过一系列探究活动，引导学生从量的方面去研究并得出化学反应的客观规律，为化学方程式的教学作好理论准备，这是学好本单元的基础。课题2讲了书写化学方程式的原则、方法和步骤，说明化学方程式所表示的意义，这是本单元的中心。课题3从量的方面研究物质化学变化的过程，是化学方程式的具体应用。一、教学目的要求1.通过实验探究认识质量守恒定律，能说明常见化学反应中的质量关系。2.从微观角度认识在一切化学反应中，反应前后原子的种类和原子的数目没有增减。二、本课题分析 本课题包括质量守恒定律与化学方程式两部分内容。在质量守恒定律部分内容中，教材不是从定义出发，把质量守恒定律强加给学生，而是首先提出在化学反应中反应物的质量同生成物的质量之间存在什么关系的问题，让学生思考，然后通过作出假设、实验探究、交流讨论、得出结论等科学探究方法，设计并实施一系列的探究性实验方案，如蜡烛燃烧前后质量的测定、镁条燃烧前后质量的测定、白磷燃烧前后质量的测定以及铁钉跟硫酸铜溶液反应前后质量的测定等实验，指导学生观察、思索，使学生从自己亲身观察到的事实中，经过由此及彼、由表及里的思考，得到参加化学反应的各物质的质量总和，等于反应后生成的各物质的质量总和这一规律。教材的这种处理方法，学生接受起来十分自然，实验也具有很强的说服力，而且学习质量守恒定律，也是对学生进行辩证唯物主义教育的重要内容。本课题是在教师指导下进行的课堂探究活动，教师应确保实验能够顺利进行。如果学生自己提出一些实验方案，经教师审查并同意后，也可进行实验。本课题的活动与探究内容较多，应将学生分为几个小组进行。应使每一位学生都能边操作、边观察、边思索，使其得到更多的锻炼机会，其受益会更大一些。各实验小组所测定的化学反应各不相同，但通过比较、判断，不断地揭示矛盾和解决矛盾，必然会激起学生更强烈的求知欲，同时也是开发智力的有效手段。关于化学方程式部分内容，学生在前面已经学习了元素符号、化学式、化学反应的实质，知道了一些化学反应和它们的文字表达式，结合第一部分内容学到的质量守恒定律，已经完全具备了学习化学方程式的基础。教材根据质量守恒定律，介绍了化学方程式，即用物质的化学式表示化学反应的式子叫化学方程式。通过木炭在氧气中燃烧这个实例，用简练的文字准确叙述了化学方程式的意义：(1)表示了化学反应中的反应物和生成物。(2)表明了该化学反应进行的条件。(3)表示了参加反应的物质种类以及各物质之间的质量关系，即各物质之间的质量比。教材在“学完本课题你应该知道”栏目中给出了上述有关化学方程式所提供的信息。教学建议如下：1.应注意引导学生思考，探究活动中几个表面上似乎不符合质量守恒定律的实验是因什么导致其如此，可采取什么措施使其符合质量守恒定律，通过举一反三，使学生知其然并知其所以然，使学生的认识更加深刻。例如，蜡烛点燃时的质量逐渐变小，而在蜡烛上方加有碱石灰吸收装置时，点燃后总质量却逐渐增大(具体装置请参阅资料部分)。2.在教学过程中，还要密切联系生活实际。例如，钢铁生锈、煤炭燃烧等学生熟悉的化学反应，讨论这些反应前后物质的质量是增加，是减少，还是不变?怎样的判断才算是科学的判断，能不能设计一些实验来进行验证?学生对这些问题感兴趣，讨论时有话说，还能使学生受到自然科学方法论的教育。 3.应注意使学生了解质量守恒定律的微观解释。教材在从实验的结果归纳出质量守恒定律后，接着就提出“为什么物质在发生化学反应前后，各物质的质量总和相等呢?”提出这个问题的目的，在于要引导学生从化学反应的实质上去认识质量守恒定律。在化学反应中，只是由于发生了原子间的重新组合，才使反应物变成生成物，但在这一变化中，原子的种类和个数并没有发生变化，原子的质量也没有发生变化，所以，反应前和反应后各物质的质量总和必然相等。应该注意，对质量守恒定律的本质分析，要明确落实到化学反应前后原子的种类和个数保持不变这一关键点上，这不仅有利于理解质量守恒定律的本质，而且为学习化学方程式准备了基础知识。三、实验说明和建议1.方案二托盘天平的灵敏度较小，在实验时应注意使镁条有足够的长度才能保证天平倾斜现象明显。2.方案三白磷燃烧前后质量的测定实验，往往会因瓶塞不严密产生漏气或被冲开而失败。为了防止由于气体膨胀而冲开瓶塞，实验中采用在锥形瓶瓶塞玻璃管外端套一个瘪气球。瓶内气体膨胀时，气球被吹大，冷却以后气球缩进瓶口内。如果气球是新的，应揉搓并使其变软后再用。锥形瓶的大小以250mL为宜。所用白磷需要切去表面上的硬皮，使易于引燃。白磷是一种易燃而又有剧毒的物质，通常把它贮存在水中，切割白磷也应该在水中进行。取白磷要用镊子，不可用手接触。表面的水分可用滤纸吸干。接触过白磷的工具上往往有磷的碎片，不能随便乱放，白磷的碎片和吸过白磷表面水分的滤纸，一定要烧掉以保证安全。这个实验也可以用固体跟液体反应产生气体的实验代替(例如碳酸钙跟盐酸反应)。反应在吸滤瓶中进行，在抽气口上套一个气球，反应开始后气球膨胀，但天平保持平衡。四、部分习题参考答案及说明2.(1)镁带在空气里燃烧，是镁和氧气发生了化学反应。根据质量守恒定律，反应后生成物的质量，一定等于参加反应的镁带和氧气的质量总和，所以生成物的质量比镁带大。(2)由于纸中的碳与氧气反应生成二氧化碳气体后逸走，故灰烬的质量比纸的质量小。(3)高锰酸钾受热分解后，生成锰酸钾(固体)和氧气。按照质量守恒定律，反应物高锰酸钾的质量应当等于生成物锰酸钾和氧气的质量之和，所剩余固体的质量必然比原高锰酸钾的质量要小。3.(1)正确。(2)错误。细铁丝在氧气里燃烧，反应物是铁和氧气，生成物是四氧化三铁，这个反应同样遵守质量守恒定律。五、资料1.关于质量守恒定律的几个问题(1)质量守恒定律发现简史 1756年俄国化学家罗蒙诺索夫把锡放在密闭的容器里煅烧，锡发生变化，生成白色的氧化锡，但容器和容器里的物质的总质量，在煅烧前后并没有发生变化。经过反复的实验，都得到同样的结果，于是他认为在化学变化中物质的质量是守恒的。但这一发现当时没有引起科学家的注意，直到1777年法国的拉瓦锡做了同样的实验，也得到同样的结论，这一定律才获得公认。但要确切证明或否定这一结论，都需要极精确的实验结果，而拉瓦锡时代的工具和技术(小于0.2%的质量变化就觉察不出来)不能满足严格的要求。因为这是一个最基本的问题，所以不断有人改进实验技术以求解决。1908年德国化学家朗道耳特(Landolt)及1912年英国化学家曼莱(Manley)做了精确度极高的实验，所用的容器和反应物质量为1kg左右，反应前后质量之差小于0.0001g，质量的变化小于一千万分之一。这个差别在实验误差范围之内，因此科学家一致承认了这一定律。(2)质量守恒定律的发展 自从爱因斯坦(Einstein)提出狭义相对论和质能关系公式(E=mc2)以后，说明物质可以转变为辐射能，辐射能可以转变为物质。这个结论对质量守恒定律在化学中的应用有何影响呢?实验结果证明1000g硝化甘油爆炸之后，放出的能量为8.0×106J。根据质能关系公式计算，产生这些能量的质量是0.89×10-7g，与原来1 000g相比，差别小到不能用现在实验技术所能测定。从实用观点来看，可以说在化学反应中，质量守恒定律是完全正确的。20世纪以来，人们发现原子核裂变所产生的能量远远超过最剧烈的化学反应。1000g235U裂变的结果，放出的能量为8.23×1016J，产生这些辐射能相等的质量为0.914g，和原来1000g相比，质量变化已达到千分之一的程度。于是人们对质量守恒定律就有了新的认识。在20世纪以前，科学家承认两个独立的基本定律，质量守恒定律和能量守恒定律。现时科学家则将这两个定律合二为一，称它为质能守恒定律。2.用来吸收蜡烛燃烧生成物的装置蜡烛燃烧生成物为二氧化碳和水(气)。碱石灰能有效地吸收这两种物质。这种吸收装置的制作方法如下：(1)截取一段长度为10cm，直径约为25mm的玻璃管(可用破了底的大试管截取)。(2)装入金属网栅。从破旧石棉网上剪一块直径略大于玻璃管内径的圆网，从玻璃管的一端轻轻推入，使圆网撑住在离管口约2cm处作为放置碱石灰的网栅(如网栅容易滑下，可以用回形针改制成一个带有弹性的圆环，弹紧在玻璃管的内壁作为挡圈，使网栅不致滑下)，装配如图5-1。(3)加入碱石灰，制成吸收器。碱石灰要选大的颗粒，使间隙较大，保证气体流通。碱石灰层厚约4cm～5cm。(4)将吸收器固定在天平左盘蜡烛的正上方(如图5-2)，即可进行实验。(5)这一实验成败关键在于蜡烛是否正常燃烧，生成的气体是否顺利通过吸收器。所以，蜡烛火焰的大小，吸收器离火焰的距离都要事先试验好。如果实验正常，3min后即有明显的现象。天平最好选用感量为0.02g的物理天平。一、教学目的要求1.通过具体化学反应分析，理解化学方程式的涵义。2.了解书写化学方程式要遵守的原则。3.能正确书写简单的化学方程式。二、本课题分析在教学中要启发学生深刻理解化学方程式的意义，认识用化学方程式表示化学反应的优越性，激发学生学好化学方程式的积极性。在此基础上，讲解书写化学方程式的两个原则：1.要以客观事实为基础。教材强调指出的不能随意臆造事实上不存在的物质和化学反应，不能任意编造物质的化学式，对于初学化学的学生尤为重要，应该使他们认识到无论是物质的化学式、物质的化学反应，都应是客观事实的反映，为他们学习化学打下良好的思想基础。 2.要遵守质量守恒定律。这是书写化学方程式的核心问题，要引导学生十分明确地认识到，化学方程式中各化学式前的系数，绝不是任意拼凑的，它必须准确反映各物质发生化学反应前后的定量关系。化学方程式要按照质量守恒定律，使各反应物与各生成物中的各原子种类和数目相等。化学方程式的书写是本课题教学的重点。教材先以木炭在氧气中燃烧生成二氧化碳的反应为例，指出该化学方程式等号两边的原子种类和数目都相等，即这个化学方程式是配平的，接着教材又指出其他的化学方程式并非都这么简单，并以氢气与氧气的反应为例展示了一个简单的配平思路。教材以磷在空气中燃烧生成五氧化二磷的反应为例，较全面地说明了如何正确书写化学方程式的几个步骤。教材简单介绍了用最小公倍数法配平化学方程式的方法。最小公倍数法是一种比较简单和常用的配平方法，应当在课堂上适当组织练习，使学生初步学会这种配平方法。关于化学方程式的书写，本来不是什么难于理解的知识和难以掌握的技能，而事实上，化学方程式的书写却成为初中学生学习化学的分化点，有的学生把它当做第二外国语，感到头疼，有的甚至因此而掉队。这是为什么呢?主要原因是起始于元素符号、化学式，由于学生的元素和化合物方面的知识很少，而对元素符号、化学式的识记尚未学好，在化学式的读写还没有过关时，学习化学方程式的书写，当然就会十分困难。所以，化学方程式的书写教学不能企图一次完成而要在以后的不断练习中加深体会，逐步熟练。切忌一开始就做难度很大的练习，又讲多种配平方法，这样的教学方法，只会增大学习难度，影响学生学习的积极性。关于化学方程式中各物质化学式前面的“系数”(即化学计量数)，不宜简单看作是原子或分子的个数，事实上我们能够观察到的反应现象，决不是几个原子和分子间反应的结果，而是大量质点聚集所显示的宏观现象。(关于这一点可以留到学生将来学了摩尔的概念以后，再提出化学方程式还具有“表示反应物、生成物各物质彼此之间的物质的量之比”的意义。)和这一点有联系的是目前把化学方程式读成几个分子的变化比较普遍，例如把2H2O2H2↑+O2↑读成“2个水分子电解后生成2个氢分子和1个氧分子”。这样的读法和上面所讲的原因一样，是不妥当的。在初中阶段还是把化学方程式读成：“水经过电解产生氢气和氧气”为宜。只是在配平时再说把某个化学式前配上适当的化学计量数就可以了。对于化学方程式的书写，还要注意反应进行的条件、生成物的气体符号“↑”、难溶化合物的沉淀符号“↓”都要书写完整规范，使学生养成良好的学习习惯。三、部分习题参考答案及说明4.(1)未配平，没有注明反应条件“△”。(2)“↑”符号使用不当。5.C2H4。四、资料化学方程式的配平配平化学方程式的方法有很多种，课本里只介绍了最小公倍数法，现在再介绍几种常用的配平法：(1)用奇数配偶法配平按照这一方法进行配平的步骤如下：①找出方程式里左右两端出现次数较多的元素。②该元素的原子在各端的总数是否是一奇一偶，选定这一元素作为配平的起点。 ③由已推求出的化学计量数决定其他化学式的化学计量数。例燃烧硫铁矿(主要成分是FeS2)生成Fe2O3和SO2。FeS2+O2──Fe2O3+SO2氧是这一方程式里出现次数较多的元素，就以氧作为配平的起点。因为氧气是双原子的分子，无论有多少氧分子跟FeS2起反应，反应物里总含有偶数氧原子。但在生成物里共含有五个氧原子，是奇数。在SO2里含有两个氧原子是偶数，它的化学式前的化学计量数无论怎样，所含氧原子的个数总是偶数。因此，只有变更Fe2O3的化学计量数才能使生成物里的氧原子个数变为偶数。我们可以在化学式Fe2O3前试写一个最小偶数2，再进一步配平。FeS2+O2──2Fe2O3+SO2生成物Fe2O3里所含的Fe原子个数应和反应物FeS2里所含的Fe原子个数相等，因此，必须在反应物FeS2化学式前写一化学计量数4。4FeS2+O2──2Fe2O3+SO2由此可以推知在化学式SO2前应写一化学计量数8。4FeS2+O2──2Fe2O3+8SO2生成物里所含氧原子的总数为22，那么反应物里氧的化学式前必须写一化学计量数11才能使化学方程式配平。然后注明反应条件。4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2(2)用观察法配平按照这一方法进行配平的步骤如下：①从化学式比较复杂的一种生成物推求出有关各反应物化学式的化学计量数和这一生成物的化学计量数。②根据求得的化学式的化学计量数再找出其他化学式的化学计量数。例赤热的铁跟水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气。H2O+Fe──Fe3O4+H2显然，Fe3O4里的三个铁原子来自反应物里的铁原子，而Fe3O4里的四个氧原子又来自反应物水蒸气分子里的氧原子。因此，在反应物水蒸气化学式前必须写一化学计量数4，而铁原子前必须写一化学计量数3。4H2O+3Fe──Fe3O4+H2不难看出，在生成物氢的化学式前写一化学计量数4，才能使化学方程式配平。然后注明反应条件。4H2O+3FeFe3O4+4H2一、教学目的要求1.在正确书写化学反应方程式的基础上，进行简单的计算。2.认识定量研究对于化学科学发展的重大作用。二、本课题分析本课题教材“利用化学方程式的简单计算”，只要求学生学习有关纯物质的计算，而且计算中只牵涉到一种单位，所以，本课题计算已经没有什么难度。 初中化学计算主要包括两种类型：用一定量的反应物最多可得到多少生成物；要制取一定量生成物最少需要多少反应物。无论哪一种类型的计算都是以化学方程式为依据进行的。所以，在教学中不能孤立地只谈计算，要和熟悉、加深理解化学方程式的涵义联系起来，应当使学生十分明确地认识到，化学方程式不仅表示什么物质发生反应，生成什么物质，而且还表示反应物、生成物各物质间的质量关系。根据化学方程式的计算，就是依据反应物和生成物间的质量比进行的。已知反应物的质量可以算出生成物的质量，反之，已知生成物的质量也可以算出所需反应物的质量。这种计算要求，数学方面的知识要求并不高，只要能正确列出比例式并求解就可以了。但是，学生对化学计算常常进行得并不顺利，这往往是由于在有关化学计算的教学中，学生对化学的特点认识不足造成的。化学计算题是从“量”的方面来反映物质及其变化的规律的，它与侧重于从性质角度去研究和理解物质及其变化规律是相辅相成的。可以说化学计算题包括化学和数学两个因素，其中化学知识是化学计算的基础，数学是化学计算的工具。因此，一定要使学生对化学计算题里的有关化学知识有一个清晰的理解，对有关的化学方程式一定要十分熟悉。在这里化学方程式是化学计算的依据，如果化学方程式写错了或者没有配平，化学计算必然会得出错误结果。教材还给出了两个实例来说明根据化学方程式计算的步骤和方法。教学中教师要给学生作解题格式示范，在练习中应该严格要求学生按照一定的书写格式来解题，运算要准确，以培养学生按照化学特点去进行思维的良好习惯和熟练的计算技能。教材还指出，在实际生产和科学研究中，所用原料很多是不纯的，在进行计算时应考虑到杂质问题，这主要是对学生进行一种辩证的思想教育。对于有关含杂质的计算，将在下册有关金属的内容中再作介绍，在本课题中不要涉及。三、部分习题参考答案及说明1.D 2.B  3.D4.(1)C2H4+3O22CO2+2H2O  (2)Fe2O3+3H22Fe+3H2O5.(1)CH4+2O2CO2+2H2O  (2)Zn+H2SO4(稀)ZnSO4+H2↑6.3.8g。7.需消耗水112.5kg，可得到氢气12.5kg。本单元说明本单元包括三个课题。课题1主要介绍碳的几种单质：金刚石、石墨和C60分子等。课题2是引导学生探究实验室中制取二氧化碳的装置。课题3是在课题2的基础上，通过实验探究碳的氧化物的性质。本单元教材具有以下特点：1.注意采用体验学习与探究学习的方式。例如，课题2在给出了实验室中制取二氧化碳的反应原理以后，引导学生在制取氧气的基础上，探究制取二氧化碳的装置。2.教材内容在呈现方式上注意教学情境的创设和联系学生的生活实际。例如，在介绍金刚石和石墨的用途时，注意联系学生生活中用到或见到的物质，如玻璃刀、铅笔芯、无轨电车等。3.紧密联系社会和高新科技。例如，教材中介绍了人造金刚石和金刚石薄膜、C60分子及管状碳和温室效应等内容。4.图文并茂。教材中许多内容是以图代文，有利于激发学生的学习兴趣。本单元教材重点：(1)碳及碳的氧化物的性质。 (2)实验室中制取二氧化碳的装置。(3)培养以发展的观点看待碳的单质。(4)培养关注社会和环境的责任感。本单元教材难点：探究实验室中制取二氧化碳的装置。一、教学目的要求1.了解金刚石和石墨的物理性质和主要用途。2.知道碳单质的化学性质。3.知道C60分子的结构特点和潜在应用前景。4.能以发展的观点看待碳的单质。二、本课题分析本课题包括两部分：一、碳的单质；二、碳的化学性质。碳的单质主要介绍了金刚石的“硬”、石墨的“软”和导电性以及C60分子的结构特点。由于木炭主要是由石墨的微小晶体和少量杂质构成的，因此木炭的吸附性放在有关石墨的内容中介绍。碳的化学性质主要介绍了碳跟氧气及某些氧化物的反应，这是本课题教学重点，其中碳跟某些氧化物的反应是本课题教学难点。在介绍碳的单质时，教材注意图文结合及联系最新科技成就。例如，金刚石的“硬”是从图6-1金刚石的用途推测出来的；而图6-2石墨的用途则是它的性质(软及导电性)的具体应用。这样安排加上木炭的吸附性及其用途有利于学生树立物质的性质决定用途的观点。图6-4中将C60分子的结构模型和足球放在一起作比较，使C60分子的结构特点一目了然。教材提到了20世纪90年代初发现的管状碳，目的是使学生以发展的眼光来看待碳的单质，使他们认识到随着科技的发展，碳单质的一些新形态也将被发现，碳单质的用途也将不断扩大。在介绍碳的化学性质时，注意联系学生的生活实际和已有的知识。例如，首先提出了一个问题：我国古代一些画家、书法家用墨书写或绘制的字画能够保存很长时间而不变色，这是为什么呢?由此引出在常温下碳的化学性质不活泼。继而提出：如果温度升高，碳的活动性又如何呢?对于碳跟氧气的反应，可以应用前面学过的元素符号、化学式和化学方程式等化学用语，让学生自己写出木炭在氧气里充分燃烧时的化学方程式。教学建议如下：1.在介绍金刚石、石墨和C60分子时，只要说明它们都是碳组成的单质即可，不介绍同素异形体的概念。2.在介绍金刚石和石墨的性质及用途时，要紧密联系学生的生活实际。3.要引导学生以发展的观点看待碳的单质。4.木炭跟氧化铜的反应是学生学习的难点。实验时，要引导学生着重观察两个问题：(1)石灰水发生了什么变化?(2)试管里的粉末发生了什么变化?根据实验现象，由学生自己分析木炭跟氧化铜反应生成了什么物质，教师加以指导写出反应的化学方程式。然后分析这个反应中反应物和生成物的关系，引出还原反应。5.要求学生做好本课题后的家庭小实验，以激发学生的学习兴趣。三、实验说明和建议1.【实验6-1】用块状木炭脱色，需要较长时间，可作如下改进：在小烧杯中注入30mL～40mL蒸馏水，加入少许红墨水至呈现浅红色为止，将其均分入两个小锥形瓶(或大试管)里。取 0.5g干燥木炭，在研钵中研细后，倒入其中一个小锥形瓶里，充分振荡后过滤，可以得到无色溶液，再与另一个小锥形瓶中未加木炭的原溶液对比，学生会对木炭脱色留下深刻的印象。2.【实验6-2】木炭还原氧化铜的实验，要取得理想的实验效果，应当注意以下几点：1.氧化铜与碳的配比：由化学方程式计算，氧化铜与碳的质量比应当是13∶1，在实际操作中，氧化铜粉与炭粉的质量比以限制在(9～13)∶1的范围内效果较好。图6-1 木炭还原氧化铜2.反应物要研细混匀。为了使氧化铜和木炭这两种反应物充分接触，要把刚烘烤过的木炭放在研钵中研细，再加入氧化铜，一起混匀，能否混合均匀是本实验成败的关键之一。3.为了缩短实验时间，可以在课前用水把混匀的氧化铜和木炭粉调成糊状，用玻璃棒把糊状物均匀涂在薄壁试管底部内壁上，晾干后进行还原操作，在试管内壁可见紫红色的铜镜出现。4.用新制氧化铜进行实验。往试管里放入少量硝酸铜晶体，在通风橱中加热使其熔化，一边转动试管，一边继续加热，直至试管底部形成均匀的氧化铜薄层；然后，把刚烘烤过并研细的木炭粉倒入，并高出氧化铜薄层1cm～2cm，按图6-1所示装置好。用带有网罩的酒精灯加热，经4min～5min后，可见黑色氧化铜薄层变成光亮的铜镜，盛有石灰水的试管里产生白色沉淀。四、部分习题参考答案及说明1.碳2.(1)金刚石可用来裁玻璃、作刀具等； (2)石墨可作电极、电刷等； (3)活性炭可用于防毒面具及制糖工业中； (4)焦炭可以从铁的氧化物矿石中还原出铁； (5)可用墨书写或绘制字画； (6)可用煤(主要成分是碳)燃烧放出的热来取暖、发电等。3.因为石墨具有导电性。4.木头烤焦以后就变成了木炭，木炭与空气、水分接触不容易发生反应，可以保存较长的时间。5.由于木炭疏松多孔，有效表面积大，具有吸附性，能吸附二氧化氮，因此集气瓶中的红棕色消失。6.6g五、资料 1.莫氏硬度莫氏硬度是表示矿物硬度的一种标准，1824年由德国矿物学家莫斯(FrederichMohs)首先提出。确定这一标准的方法是，用棱锥形金刚石钻针刻划所试矿物的表面而产生划痕，用测得的划痕的深度来表示硬度。矿物硬度矿物硬度滑石1正长石6石膏2石英7方解石3黄玉8萤石4刚玉9磷灰石5金刚石102.碳纤维碳纤维是一种纤维状碳材料，它是将有机纤维跟塑料树脂结合在一起，放在惰性气氛中，在一定压强下强热、碳化而成的。碳纤维是一种强度比钢大，密度比铝还小，比不锈钢还耐腐蚀，比耐热钢还耐高温，又能如铜那样导电，具有许多宝贵的电学、热学和力学性能的新型材料。用碳纤维与塑料制成的复合材料，可以代替铝合金来制造飞机。制成的飞机，不仅轻巧，而且消耗动力少、推力大、噪音小。用碳纤维制电子计算机的磁盘，能提高计算机的储存量和运算速度。用碳纤维增强塑料来制造卫星和火箭等宇宙飞行器，机械强度高，质量小，可节省大量的燃料。总之，用碳纤维或碳纤维增强的塑料、玻璃、陶瓷和金属等材料来代替钢材和合金等，在化工、机电、造船，特别是飞机制造、宇航器材等部门中有广泛的应用。3.金刚石的晶体结构图6-2 金刚石的晶体结构模型金刚石是典型的原子晶体，在这种晶体中的基本结构粒子是碳原子。每个碳原子都以sp3杂化轨道与四个碳原子形成共价单键，键长为1.55×10-10m，键角为109°28′，构成正四面体。每个碳原子位于正四面体的中心，周围四个碳原子位于四个顶点上，在空间构成连续的、坚固的骨架结构。因此，可以把整个晶体看成一个巨大的分子(如图6-2所示)。由于C—C键的键能大(为347kJ/mol)，价电子都参与了共价键的形成，使得晶体中没有自由电子，所以金刚石是自然界中最坚硬的固体，熔点高达3550℃，并且不导电。4.石墨的晶体结构石墨晶体是属于混合键型的晶体。石墨中的碳原子用sp2杂化轨道与相邻的三个碳原子以σ键结合，形成正六角形蜂巢状的平面层状结构，而每个碳原子还有一个2p轨道，其中有一个2p电子。这些p轨道又都互相平行，并垂直于碳原子sp2 杂化轨道构成的平面，形成了大π键。因而这些π电子可以在整个碳原子平面上活动，类似金属键的性质。而平面结构的层与层之间则依靠分子间作用力(范德华力)结合起来，形成石墨晶体(如图6-3所示)。石墨有金属光泽，在层平面方向有很好的导电性质。由于层间的分子间作用力弱，因此石墨晶体的层与层之间容易滑动，工业上用石墨作固体润滑剂。图6-3 石墨的晶体结构模型(Ⅰ)和平面网状结构示意图(Ⅱ)5.C60(1)C60的发现1985年，英国科学家克罗托(H.W.Kroto)等用质谱仪，严格控制实验条件，得到以C60为主的质谱图。由于受建筑学家布克米尼斯特·富勒(BuckminsterFuller)设计的球形薄壳建筑结构的启发，克罗托等提出C60是由60个碳原子构成的球形32面体，即由12个五边形和20个六边形构成。其中五边形彼此不相连，只与六边形相连。每个碳原子以sp2杂化轨道和相邻的3个碳原子相连，剩余的p轨道在C60分子的外围和内腔形成键。除C60外，具有封闭笼状结构的还可能有C28、C32、C50、C70、C84……C240、C540等，统称为Fullerene。图6-4 Fullerene笼状结构系列(2)C60的超导性1991年，赫巴德(Hebard)等首先提出掺钾C60具有超导性，超导起始温度为18K，打破了有机超导体(Et)2Cu[N(CN)2]Cl超导起始温度为12.8K的纪录。不久又制备出Rb3C60的超导体，超导起始温度为29K。表6-1列出了已合成的各种掺杂C60的超导体和超导起始温度，说明掺杂C60的超导体已进入高温超导体的行列。我国在这方面的研究也很有成就，北京大学和中国科学院物理所合作，成功地合成了K3C60和Rb3C60超导体，超导起始温度分别为8K和28K。有科学工作者预言，如果掺杂C240和掺杂C540，有可能合成出具有更高超导起始温度的超导体。表6-1A3C60的超导起始温度(Tc)(A：K、Rb、Cs)A3K3K2RbRb1.5K1.5Rb2K(＃1) Rb2K(＃2)Rb3Rb2CsRbTl2Cs3Tc/K19.2821.8022.1524.4026.4029.4031.342.530(3)C60的命名克罗托等人之所以能够勾画出C60的分子结构，富勒的启示起了关键性作用，因此他们一致建议，用布克米尼斯特·富勒(BuckminsterFuller)的姓名加上一个词尾-ene来命名C60及其一系列碳原子簇，称为Buckminsterfullerene，简称Fullerene，中译名为富勒烯。 为什么要在Fuller的后面加上一个词尾ene呢?这是考虑到C60分子和苯及其衍生物一样，都具有芳香族的结构，具有不饱和性，而在英文中，对具有不饱和性的化合物的命名常常带有词尾-ene，于是便产生了Fullerene这个名称，中译名里对带词尾-ene的化合物常被译成烯，于是，Fullerene的中译名就是富勒烯。由于C60分子的形状和结构酷似英国式足球(soccer)，所以又被形象地称为Soccerene(同样带有词尾-ene)，中译名为“足球烯”。还有人用富勒的名字(Buckminster)的词头Buck来命名，称为Buckyball，中译名为“布基球”。对于将C60及其一系列碳原子簇称为烯，在化学界是有争议的，因为根据有机化学系统命名原则，烯表示含双键的烃，而C60及其一系列碳原子簇是完全由碳原子组成的单质，并不是一种化合物，当然也不是烯烃。因此，有些化学家不同意使用富勒烯这个名称。可是，在命名这个问题上历来都有尊重约定俗成的习惯，也许细说起来富勒烯这个名称有它不合理和可以探讨的地方，但是由于约定俗成的原因，现在的书籍和文献中仍都采用Fullerene这个名称。有人建议称C60及其一系列碳原子簇为“球碳”，理由是它们是由碳元素组成的球形分子；有人建议称为“笼碳”，理由是它们是一种中空的笼形分子；还有人建议把“球碳”、“笼碳”和“富勒”综合起来，称为“富勒球碳”、“富勒笼碳”。总而言之，在C60及其一系列碳原子簇的命名上，真称得上百家争鸣了，但迄今为止，还没有一种令大家都满意的名称。(4)C60的潜在应用前景除了超导领域以外，C60在以下几个方面也具有广泛的应用前景。①气体的贮存利用C60独特的分子结构，可以将C60用作比金属及其合金更为有效和新型的吸氢材料。每一个C60分子中存在着30个碳碳双键，因此，把C60分子中的双键打开便能吸收氢气。现在已知的C60的稳定的氢化物有C60H24、C60H36和C60H48。在控制温度和压力的条件下，可以简单地用C60和氢气制成C60的氢化物，它在常温下非常稳定，而在80℃～215℃时，C60的氢化物便释放出氢气，留下纯的C60，它可以被100%地回收，并被用来重新制备C60的氢化物。与金属或其合金的贮氢材料相比，用C60贮存氢气具有价格较低的优点，而且C60比金属及其合金要轻，因此，相同质量的材料，C60所贮存的氢气比金属或其合金要多。C60不但可以贮存氢气，还可以用来贮存氧气。与高压钢瓶贮氧相比，高压钢瓶的压力为3.9×106Pa，属于高压贮氧法，而C60贮氧的压力只有2.3×105Pa，属于低压贮氧法。利用C60在低压下大量贮存氧气对于医疗部门、军事部门乃至商业部门都会有很多用途。②有感觉功能的传感器由于用C60薄膜做基质材料可以制成手指状组合型的电容器，用它来制成的化学传感器具有比传统的传感器尺寸小、简单、可再生和价格低等优点，可能成为传感器中颇具吸引力的一种候选产品。③增强金属提高金属材料的强度可以通过合金化、塑性变形和热处理等手段，强化的途径之一是通过几何交互作用，例如将焦炭中的碳分散在金属中，碳与金属在晶格中相互交换位置，可以引起金属的塑性变形，碳与金属形成碳化物颗粒，都能使金属增强。 在增强金属材料方面，C60的作用将比焦炭中的碳更好，这是因为C60比碳的颗粒更小、活性更高，C60与金属作用产生的碳化物分散体的颗粒大小是0.7nm，而碳与金属作用产生的碳化物分散体的颗粒大小为1μm～5μm，在增强金属的作用上有较大差别。④新型催化剂在发现C60以后，化学家们开始探讨C60用于催化剂的可能性。C60具有烯烃的电子结构，可以与过渡金属(如铂系金属和镍)形成一系列络合物。例如C60与铂、锇可以结合成｛[(C2H5)3P]2Pt｝C60和C60OsO4·(四特丁基吡啶)等配位化合物，它们有可能成为高效的催化剂。日本丰桥科技大学的研究人员合成了具有高度催化活性的钯与C60的化合物C60Pd6。中国武汉大学的研究人员合成了Pt(PPh3)2C60(PPh3为三苯基膦)，对于硅氢加成反应具有很高的催化活性。⑤光学应用具有独特微观结构的C60具有特殊的光学性质，其中令人感兴趣的光学性质之一是光限制性，即在增加入射光的强度时，C60会使光学材料的传输性能降低。光限制性对于保护眼睛具有重要意义。以C60的光学限制性为基础，可研制出光限制产品，它只允许在敏化阈值以下(即对眼的危险阈值以下)的光通过，这样就起到了保护人眼免受强光损伤的作用。⑥癌细胞的杀伤效应C60经光激发后有很高的单线态氧的产率，而单线态氧与生物机体的生理生化功能、组织损伤、肿瘤以及光化治疗技术都有着重要关系。当对C60的激发光强度达到4000lx时，癌细胞受单线态氧的作用已接近100%死亡，因此能有效地破坏癌细胞的质膜和细胞内的线粒体中质网和核膜等重要的癌细胞结构，从而导致癌细胞的损伤乃至死亡。还有的研究指出，可以将肿瘤细胞的抗体附着在C60分子上，然后将带有抗体的C60分子引向肿瘤，也可以达到杀伤肿瘤细胞的目的。⑦其他医疗功能C60的衍生物具有抑制人体免疫缺损蛋白酶的活性的功能。人体免疫缺损蛋白酶是一种导致艾滋病的病毒，因此，C60的衍生物有可能在防治艾滋病的研究上发挥作用。C60还适宜于在生物系统中充当自由基清除剂和水溶性抗氧剂，自由基是导致某些疾病甚至肿瘤的有害物质，C60可望能够降低患病者血液中自由基的浓度，还可抑制畸形的和患病细胞的生长。6.碳单质研究的新进展目前，化学界和物理学界的C60热方兴未艾。1991年以后，科学家又发现了布基管(buckytubes)和布基洋葱(buckyonions)。1991年，日本电气公司基础研究室的饭岛利用与产生C60分子相类似的电弧放电技术，在石墨电极的负极上收集到一种管状结构的碳原子簇，他称之为布基管。在高分辨电子显微镜下观察布基管，可以观察到布基管可以有单层的和多层的，多层的布基管由一些同轴的圆柱形管状碳原子层叠套而成，碳原子在管壁上形成六边形结构并沿管壁方向呈螺旋状，这种螺旋结构有助于布基管的生长。布基管的直径量级为纳米级，因此它又被称为碳纳米管。饭岛进一步观察到，如果这种管状分子上全部都是六边形的碳环，管子是不会封闭的，还可向两边继续生长。如果在管子的两端包含五边形环，则可将布基管封闭起来，而且布基管不会再生长。 图6-5 直径0.7nm～3nm，长度1μm～10μm的单层布基管图6-6直径2nm～10nm，长度0.1μm～10μm的多层布基管图6-7 两端封闭的布基管1992年，瑞士洛桑联邦综合工科大学的电子显微镜专家乌加特(D.Ugarte)采用高强度电子束对碳棒进行长时间的照射，并仔细调节高分辨率电子显微镜电子束的强度，以观察电子束照射对碳粒子产生的影响，他们发现电子束会引起布基管中碳原子的移动，管状分子结构发生分裂并重新组合成同心球面结构，最后形成了一层套一层的类似洋葱状的同心球面结构，有的可包括多达70层的同心球面结构，分子直径可达47nm。图6-8 布基洋葱这种同心球面结构类似洋葱，因此称为布基洋葱。它的最中心的球十分接近C60，因此，布基洋葱是以C60为核心生成的同心多层球面套叠结构的分子，层与层之间存在着范德华力，层与层之间的距离约为3.34×10-10m。一、教学目的要求1.了解实验室中制取二氧化碳的反应原理。2.探究实验室中制取二氧化碳的装置。3.了解实验室中制取气体的思路和方法。二、本课题分析本课题主要研究实验室中如何制取二氧化碳。教材首先给出了实验室中制取二氧化碳的化学反应原理，然后采用活动与探究的方式来研究实验室中制取二氧化碳的装置，这是本课题的教学重点和难点。教材首先给出了确定气体发生装置和收集装置的因素，然后让学生从反应物的状态、反应条件、气体密度与空气的大小比较和是否与水反应等方面来比较实验室中制取二氧化碳和氧气的异同。在此基础上，给出了一些仪器，由学生自己来组装制取二氧化碳的装置。最后，教材给出了制取二氧化碳的一种装置，并在“学完本课题你应该知道”中总结了实验室中制取气体的思路和方法。教学建议如下： 1.教材中给出了实验室中制取二氧化碳的化学反应原理，教学时可以采用探究的方式。例如，通过稀盐酸和大理石反应、稀硫酸和大理石反应、稀盐酸和碳酸钠反应的对比实验来探究实验室中制取二氧化碳的理想药品。2.可将第二单元中介绍的两种制取氧气的方法与制取二氧化碳的方法进行对比，以增强可讨论性。3.探究实验室中制取二氧化碳的装置时要体现开放性。教学时，可以将学生分成几组，每组学生通过讨论（甚至辩论）、合作来组装一套制取二氧化碳的装置（可以不局限在教材中所列的仪器上），然后在教师指导下，组与组之间互相讨论装置的优缺点。4.教材中给出了一种制取二氧化碳的装置，教学时切不可将它作为唯一的、标准的装置，要鼓励学生创新。图6-9列出了其他几种制取二氧化碳的装置。图6-9 几种制取二氧化碳的装置三、部分习题参考答案及说明1.CaCO3＋2HCl＝CaCl2＋CO2↑＋H2O；向上排空气法；二氧化碳的密度比空气的大，而且二氧化碳与水发生反应2.该制取二氧化碳的装置图有以下几处错误：（1）长颈漏斗下口没有伸入液面下，会导致二氧化碳从长颈漏斗逸出。（2）出气导管管口不应伸入液面下，这样二氧化碳会把酸液沿导管压出，无法收集气体，出气导管管口应在锥形瓶上方，略伸出胶塞部位。（3）集气瓶瓶口应向上，改用直形导管并把导管伸入锥形瓶底部。3.①C＋O2CO2 化合反应  ②CaCO3＋2HCl＝CaCl2＋CO2↑＋H2O  ③H2CO3＝CO2↑＋H2O 分解反应对于第②个反应，学生还不能判断它属于哪种反应类型，因此教师在布置作业时，可以说明根据题目要求，指出其中的化合反应和分解反应即可。4.可以生成二氧化碳110g。四、资料为什么不能用稀硫酸和碳酸钙起反应来制取二氧化碳？如果用稀硫酸跟碳酸钙起反应来制取二氧化碳，在反应开始时生成不易溶解的硫酸钙薄膜，会包住碳酸钙，使它不能接触到稀硫酸，因而反应很难继续进行。一、教学目的要求1.学会制取二氧化碳。 2.了解二氧化碳和一氧化碳的性质。3.了解二氧化碳的用途。4.了解并关注温室效应。二、本课题分析本课题主要介绍了二氧化碳和一氧化碳的性质。在介绍二氧化碳时，首先让学生利用课题2中讨论确定的装置来制取一瓶二氧化碳，并利用收集到的二氧化碳去探究它的性质：不支持燃烧和与水发生反应。同时联系学生已有的知识，介绍了二氧化碳使澄清石灰水变浑浊的原因。其中二氧化碳与水、石灰水的反应是本课题教学难点。关于一氧化碳，教材主要介绍了它的可燃性、毒性和还原性。本课题注意紧密联系学生的生活实际。例如，教材介绍了干冰用于人工降雨的奥秘，以讨论的形式提出“煤气厂为什么常在家用煤气(含有一氧化碳)中掺入微量具有难闻气味的气体？如发生煤气泄漏应当怎么办？”等一些实际问题。另外，本课题还注意培养学生关注社会和人类生存环境的情感，教材中的“调查与研究”要求学生通过收集有关资料，进一步加强对温室效应的认识，充分认识学习化学的重要价值。教学建议如下：1.如果【实验6-3】中制取的二氧化碳的量不足以供【实验6-4】、【实验6-5】用，可以多制几次。2.关于温室效应的教学，可以采取以下方式：课前──教师布置教材中的“调查与研究”；课上──同学之间互相交流、讨论；课后──同学设计制作黑板报、宣传栏等，或撰写关于温室效应的小论文（如《二氧化碳的功与过》等）。3.一氧化碳的毒性是紧密联系生活实际的内容，可以在教学中讨论的基础上作以下扩展：（1）煤气中毒的生理过程是怎样的？（2）在什么条件下容易发生煤气中毒？（3）有人用煤火取暖，又担心煤气中毒，临睡前在煤炉上和地上放两大盆冷水，这样做能预防煤气中毒吗？（4）用煤火取暖时，怎样预防煤气中毒？4.教学过程中要注意贯穿性质决定用途的观点。例如，干冰升华吸热，因此可用于人工降雨；一氧化碳具有还原性，因此可用于冶金工业，等等。5.本课题实验较多，教学过程中要注意发挥实验的功能，引导学生自己通过实验得出结论。但要注意：一氧化碳性质的实验应由教师演示，并且在通风橱中进行，以免发生危险。6.本课题中的家庭小实验是根据实验现象推测鸡蛋壳里可能含有什么物质，这个实验带有探究性。另外，也可以用水壶中的水垢代替鸡蛋壳进行实验。三、实验说明和建议1.实验【6-4】二氧化碳熄灭蜡烛火焰的实验，倾倒二氧化碳时，集气瓶口的玻璃片不要拿掉，只需露出瓶口的三分之一左右，并缓慢倾倒，使二氧化碳气流沿漏斗内壁流下，先聚集在底部，然后逐渐上升，把杯内空气自下而上排出，蜡烛自下而上依次熄灭，能取得满意的实验效果。2.实验【6-5】二氧化碳使石蕊溶液变红的实验，可以在三支试管中加入等量的石蕊溶液，在第一支试管中加入几滴醋酸，在第二支试管中通入二氧化碳，第三支试管的石蕊溶液留作对比。观察实验现象并讨论，可以得出以下结论： （1）石蕊是一种植物的色素，它遇酸变成红色。（2）二氧化碳通入水中，可以跟水发生化合反应，生成碳酸。接着，再把盛有醋酸和碳酸的试管加热，观察石蕊溶液颜色有无变化，通过讨论和分析，可以得出碳酸受热时的不稳定性。3.实验【6-6】一氧化碳的燃烧实验，不容易观察到一氧化碳燃烧产生的淡蓝色火焰。建议用排水集气法收集一瓶一氧化碳，用火柴点燃，可以看到清楚的淡蓝色火焰。燃烧完毕时用玻璃片盖好，倒入澄清的石灰水后进行振荡，可见石灰水由澄清变浑浊。4.实验【6-7】制备鸡血的稀释液时，可首先向烧杯中加入100mL4％的柠檬酸钠溶液，作为血液的抗凝剂。然后倒入新鲜鸡血，搅动，使鸡血与抗凝剂充分混合，即得到暗红色的全血（指加入抗凝剂的血液）。将全血和蒸馏水以1∶30的比例稀释，即可进行实验。实验时，可以向两支试管中各加入5mL鸡血稀释液，其中一支试管内的血液作对比用，向另一支试管中通入一氧化碳气体，可以看到血液与一氧化碳接触后变成鲜红色（樱桃红）。本实验不宜直接使用全血，将全血和蒸馏水以1∶30的比例稀释，实验效果最好。另外，必须连续不断地通入一氧化碳气体，这是实验成败的关键。5.实验【6-8】一氧化碳还原氧化铜的实验需用的一氧化碳量较大，最好预先制得并收集在储气瓶里或塑料袋内，储气瓶如图6-10所示。一氧化碳还原氧化铜的简易装置如图6-11所示。图6-10 储气瓶图6-11 一氧化碳还原氧化铜的简易装置实验时，最好先将一氧化碳通过澄清的石灰水，然后通入玻璃管。这样做不但可以说明一氧化碳与氢氧化钙不反应，而且对一氧化碳使氧化铜还原生成铜和二氧化碳这点来说具有更强的说服力。先通入一氧化碳，在加热前必须先检验一氧化碳的纯度，防止加热时引起空气和一氧化碳混合气的爆炸。酒精灯应是后点先熄，再通一会儿一氧化碳直到试管冷却。实验后的尾气可以用排水集气法收集在集气瓶中。实验结束后，把集气瓶直立，用火点燃时，可以看到淡蓝色的火焰。6.一氧化碳的制法 实验室里制取一氧化碳通常用甲酸（蚁酸）脱水的方法。取250mL烧瓶一个，配双孔塞，附分液漏斗和短弯导管各一个。在烧瓶里盛浓硫酸40mL～50mL，在分液漏斗中盛甲酸5mL～10mL。然后加热硫酸至80℃～90℃，逐滴滴入甲酸，就有一氧化碳产生。反应如下：HCOOHH2O＋CO↑反应完毕，烧瓶中剩余的稍稀释了的硫酸应该回收。没有甲酸也可以用草酸代替。草酸被浓硫酸脱水，放出二氧化碳和一氧化碳，混合气体经过烧碱溶液以除去二氧化碳，剩下的气体就是一氧化碳。H2C2O4H2O＋CO2↑＋CO↑将制得的一氧化碳经过验纯后，收集在如图6-10所示的储气瓶里，或充入扎有导管及弹簧夹的塑料袋内。四、部分习题参考答案及说明1（1）氧气；（2）二氧化碳；（3）一氧化碳；（4）二氧化碳，氧气；  （5）一氧化碳，2CO＋O22CO2；  （6）二氧化碳，CO2＋Ca(OH)2＝CaCO3↓＋H2O；  （7）二氧化碳，CO2＋H2O＝H2CO3；  （8）一氧化碳，CuO＋COCu＋CO2；  （9）固态二氧化碳。2.碳酸钙（CaCO3）3.一氧化碳4.干冰5.不对。因为一氧化碳难溶于水，在通常状况下，1体积的水仅能溶解约0.02体积的一氧化碳。6因为木炭燃烧生成二氧化碳，二氧化碳与石灰浆[Ca(OH)2]反应生成碳酸钙和水，所以开始放炭火盆时，墙壁反而潮湿。7.CaCO3CaO＋CO2↑  CaO＋H2O＝Ca(OH)2  CO2＋Ca(OH)2＝CaCO3↓＋H2O8.诗中所说的化合物是碳酸钙。五、资料1.液态二氧化碳和干冰气态二氧化碳在20℃和压强为5.73×103kPa下就能液化。降低液态的二氧化碳的压强，一部分液态二氧化碳蒸发，吸收大量的热，使另一部分二氧化碳被冷却成雪状固体。把雪状固态二氧化碳压实，即得干冰。干冰是一种半透明的白色固体，在常压和-78.5℃升华。2.二氧化碳不能支持燃烧 二氧化碳不能支持燃烧是指不能支持普通燃料或可燃性物质的燃烧而言的。有些活动性强的金属，例如镁条，点燃后放入二氧化碳里能够继续燃烧：2Mg＋CO2＝2MgO＋C因此，我们通常所说的二氧化碳不能支持燃烧是有条件的。3.碳酸二氧化碳溶于水生成碳酸，但是实际上二氧化碳溶于水以后，只有其中的1％跟水结合成碳酸，其余部分仍以二氧化碳分子溶在水里。碳酸是不稳定的，只存在于水溶液中，从来也没有以纯酸的形式分离出来过。4.二氧化碳肥料植物不但叶部和地上部分会吸收二氧化碳，就是根部也会吸收二氧化碳。所以，直接施用二氧化碳或能分解出二氧化碳的肥料，可以促进植物的光合作用，促进农作物生长，增加产量。例如，人的粪、尿里含有的尿素，在储藏过程中，由于微生物的作用会转变成碳酸铵，从而分解出氨和二氧化碳。碳酸氢铵肥料施在土壤里也会放出氨和二氧化碳。上述有机肥料和无机肥料都能供应农作物所需要的二氧化碳。5.一氧化碳的毒性和解毒一氧化碳被吸进肺里，跟血液里的血红蛋白结合成稳定的碳氧血红蛋白，随血液流遍全身。一氧化碳与血红蛋白的结合力要比氧与血红蛋白的结合力大200～300倍，而碳氧血红蛋白的解离却比氧合血红蛋白缓慢约3600倍。因此，一氧化碳一经吸入，即与氧争夺血红蛋白，同时，由于碳氧血红蛋白的存在，妨碍氧合血红蛋白的合成和正常解离，使血液的带氧功能发生障碍，造成机体急性缺氧。在一氧化碳含量较高时，还可与细胞色素氧化酶中的铁结合，从而抑制组织细胞的呼吸过程，阻碍其对氧的利用。由于中枢神经系统对缺氧最敏感，中毒时先感觉疲倦乏力，继之发生一系列的全身症状。由于一氧化碳没有颜色和气味，与空气的密度接近，因此，生活中应警惕一氧化碳中毒。例如，使用煤炉或煤气灶要注意室内通风，以排出不完全燃烧生成的一氧化碳。有些气体燃料中含有一氧化碳，因此，漏气的管道既可引起着火，也可能引起中毒。汽车的尾气和燃着的香烟产生的烟气中都含有一氧化碳。一氧化碳的中毒程度，主要与空气中一氧化碳的体积分数及接触时间有关。当体积分数为0.02％时，2h～3h可出现症状；体积分数为0.08％时，2h可昏迷；如体积分数再高，危险性则更大。轻微中毒者，应吸收大量新鲜空气或进行人工呼吸。医疗上常用静脉注射亚甲基蓝进行解毒，这是因为一氧化碳与亚甲基蓝的键合比碳氧血红蛋白更牢固，从而有利于一氧化碳转向亚甲基蓝而释放出血红蛋白，使人体恢复正常呼吸作用。6.“温室效应”与全球变暖温室，对大多数人来说并不生疏。每到冬季，农田里排排温室和塑料大棚里春意盎然，碧绿鲜嫩的瓜果蔬菜花繁叶茂。为什么户外冰天雪地，而温室内却温暖如春呢?原来温室顶棚和四周的玻璃(或塑料薄膜)能够透进太阳光的短波辐射，而室内地面反向的长波辐射却很少能穿透玻璃(或塑料薄膜)，这样热量就被留在室内，因此温室里的温度比室外要高出许多。近几十年来，由于人类消耗的能源急剧增加，森林遭到破坏，大气中CO2的含量不断上升。CO2就像温室的玻璃一样，并不影响太阳对地球表面的辐射，但却能阻碍由地面反射回高空的红外辐射，这就像给地球罩上了一层保温膜，使地球表面气温增高，产生“温室效应”。能产生“温室效应”的气体除CO2外，还有臭氧(O3)、CH4、氟氯代烷(该类化合物包括20多种，其中主要有CCl3F、CCl2F2)等。 全球变暖会对人类生活带来很大影响。近百年来，全球增温大约0.6℃。有人认为，全球变暖将可能导致两极的冰川融化，使海平面升高，淹没许多城市。世界上大约有1/3的人口生活在沿海岸线60km范围以内，世界上35座最大的城市中，有20座地处沿海。海平面升高无疑将是对人类的巨大威胁。地球表面气温升高，各地降水和干湿状况也会发生变化。现在温带的农业发达地区，由于气温升高，蒸发加强，气候会变得干旱，农业区会退化成草原；干旱区会变得更加干旱，土地沙漠化，使农业减产。但是，也有人认为大气中的水蒸气、云量、颗粒物有可能抵消“温室效应”。另外，森林的多少、水利工程、灌溉面积的大小都会对气温产生影响。因而对未来全球气候的总趋势，还不能做出肯定的推断。还有人认为CO2含量的增加，有利于绿色植物的光合作用，世界将变得更绿。虽然目前还不能做出肯定的推断，但是有一点可以肯定，即大气污染对气候的影响已明显表露出来，至少是引起近年来世界各地气候异常的原因之一。CO2等温室气体在大气中含量不断增加的确是一个事实，它对全球气候的影响是人类必须面对的复杂课题。为了保护人类赖以生存的地球，人类应共同防止温室效应进一步增强。可以采取以下措施：节约能源、减少使用煤、石油、天然气等化石燃料；更多地利用太阳能、风能、地热等；限制并逐步停止氟氯代烷的生产和使用；大力植树造林，严禁乱砍滥伐森林等。本单元说明本单元从常见的燃烧现象入手，介绍燃烧的条件和灭火原理以及一些安全知识。利用燃烧反应的实例很多，而生活中利用最多的是燃料的燃烧，所以，在介绍了燃烧等知识之后，又介绍了燃料及其用途，以及使用燃料对环境的影响等。本单元在内容的安排上注意从学生的亲身体验出发，选择学生熟悉和生活中常见的知识和现象，并配合图像和绘画，增强学生对知识的感受；同时，注意通过活动与探究、调查研究、讨论和实验等形式，培养学生的创新精神和实践能力。教材中还适当编入与社会发展、新科技等相关的资料，以开阔学生的眼界。一、教学目的要求1.认识燃烧的条件和灭火的原理。2.了解易燃物和易爆物的安全知识。3.通过活动与探究，学习对获得的事实进行分析得出结论的科学方法。二、本课题分析燃烧是生活中常见的现象，本课题从几幅有关燃烧的图画引入，进一步研究燃烧的条件和灭火的原理。教材采用从实验观察现象，通过分析得出结论的方法，来探讨燃烧的条件以及灭火的原理，学生可以通过亲身体验和思考掌握知识。关于易燃物和易爆物的安全知识，也是通过一个有趣的实验，来说明为什么会发生爆炸，并通过一些注意安全的图标来加强对安全的认识，说明随时注意防火、防爆，采取安全措施的重要性。教学建议如下：1.通过探究实验由学生讨论燃烧的条件，教师可引导归纳总结。2.关于灭火的原理，也可由学生根据燃烧的条件来推出，再通过【实验7-1】和自制灭火器来加以验证，教师可加以引导或最后总结。3.关于易燃物和易爆物的安全知识，可由教师或学生搜集一些生活中发生的火灾或爆炸的实例；可让学生观察周围何处贴有注意安全的图标，建议哪些地方还应加贴等。通过此内容的教学，使学生能在平时增强防范灾害的意识，注意采取安全措施。三、实验说明和建议 【实验7-2】鼓气球与金属罐之间的连接管可稍长一些，人应远离金属罐，以防危险。此实验用的面粉应干燥；金属罐可用八宝粥空罐。四、资料1.关于着火点的问题着火点是使物质能够持续燃烧的最低温度。着火点不是固定不变的。对固体燃料来说，着火点的高低跟表面积的大小、组织的粗细、导热系数的大小等都有关系。颗粒越细，表面积越大，着火点越低；导热系数越小，着火点越低。对液体燃料和气体燃料来说，火焰接触它们的情况和外界压强的大小也都有关系。2.爆炸爆炸是物质非常迅速的化学或物理变化过程，在变化过程里迅速地放出巨大的热量并生成大量的气体，此时的气体由于瞬间尚存在于有限的空间内，故有极大的压强，对爆炸点周围的物体产生了强烈的压力，当高压气体迅速膨胀时形成爆炸。空气和可燃性气体的混合气体的爆炸，空气和煤屑或面粉的混合物的爆炸，氧气和氢气的混合气体的爆炸等，都是由化学反应引起的，而且这些反应都是氧化反应。但是爆炸并不都是跟氧气起反应，如氯气和氢气的混合气体的爆炸就是一个例子。同时，爆炸也并不都是化学反应引起的，有些爆炸仅仅是一个物理过程，如违章操作时蒸汽锅炉的爆炸。3.泡沫灭火器实际使用的泡沫灭火器，常用硫酸铝来代替盐酸(或硫酸)，用碳酸氢钠来代替碳酸钠，为了发生泡沫，常放入甘草或皂角等作原料制取的液体。把泡沫灭火器倒转时，两种药液相互混合，发生如下化学反应：Al2(SO4)3+6NaHCO3=3Na2SO4+2Al(OH)3↓+6CO2↑大量的二氧化碳跟发泡剂形成泡沫，从喷嘴中喷射出来，覆盖在燃烧物上，使燃烧物隔绝空气和降低温度，达到灭火的目的。但是，因为泡沫中含有水分，不宜用于扑救遇水发生燃烧或爆炸的物质(如钾、钠、电石等)引起的火灾；对于电器火灾，要在切断电源后才能使用泡沫灭火器。一、教学目的要求1.知道化石燃料是人类社会重要的自然资源，对人类生活起着重要作用；同时，了解化石燃料的不可再生性，认识合理开采和节约使用化石燃料的重要性。2.知道石油炼制出的几种主要产品及其用途。3.了解化学反应中的能量变化，认识燃料充分燃烧的重要性。二、本课题分析化石燃料是生活和生产中常用的燃料，煤、石油和天然气等对于学生来说也并不陌生。所以，本课题采用活动与探究的编写方式，通过学生自己思考、阅读和讨论，来学习有关煤和石油的知识，以培养学习的能力。关于天然气，则是从认识其主要成分出发，通过实验，进一步认识燃料的燃烧和应用。在了解化石燃料对人类所起的重要作用的同时，让学生对化石燃料的使用年限进行估算，以认识到合理开发和节约使用资源的重要性。本单元通过燃烧反应中热量的利用，引出化学反应中的能量变化，从而认识到化学反应的重要作用。教学建议如下：1.关于煤和石油，可参照书中的形式，引导学生思考、阅读、讨论。也可根据实际情况进行教学，如采用预先进行调查(查阅书籍、报刊、上网、参观访问等)，课上讨论等。 2.关于天然气，通过实验引导学生观察和分析，写出化学方程式。农村的学校可结合当地的情况，讨论沼气的利用。3.关于化学反应与能量，结合实验和讨论，了解化学反应中伴随能量变化的现象。对于燃料的充分燃烧，根据学生的情况，可采用讨论的形式组织教学。4.可根据具体情况，选学拓展性课题“煤和石油的综合利用”。三、实验说明和建议【实验7-3】联系氢气和一氧化碳点燃前必须验纯的知识，指出甲烷点燃前也必须验纯，否则可能发生爆炸(按体积分数计爆炸极限为5%～15%)，以此说明煤矿井内严禁烟火的重要性。四、部分习题参考答案及说明1. (1)A  (2)C五、资料1.可燃冰──天然气水合物可燃冰外观为无色透明冰状晶体，是一种气体水合物。早在1778年英国化学家普利斯特里(J.Priestley)就着手研究哪些气体可以生成气体水合物，以及生成气体水合物的温度和压力条件。1934年，人们发现，在油气输送管道和加工设备中有冰状固体堵塞现象，经研究证明，这些固体不是冰，而是比冰熔点高的气体分子水合物。当时研究的目的是如何抑制和防止气体分子水合物堵塞管道和设备问题。1965年，前苏联科学家预言，天然气水合物可能存在于海洋底部的地表层中，后来他们在西伯利亚冻土带发现了天然气水合物。从此，各国政府和科学家对天然气水合物作为潜在的能源，产生了极大的兴趣。30多年来，对天然气水合物的结构、性能、形成、开采和应用进行了研究，使人们对天然气水合物有了比较深入的了解。(1)天然气水合物的形成与储藏天然气水合物，或称甲烷水合物，是笼型水合物，属于主客体化合物。水分子间以氢键相互吸引构成笼子，作为主体，甲烷作为客体居于笼中，以范德华力与水分子相互吸引而形成笼型水合物。笼子的空间与气体分子的大小必须匹配，才能形成稳定的笼型水合物。除甲烷外，Ar、Kr、O2、N2、乙烷、丙烷、氯氟烃和硫化物等都可作为客体形成笼型水合物。图7-1 笼型水合物结构应用X射线衍射等技术已确定不同大小笼型水合物的结构，有的呈五角十二面体，有的呈五角六角十六面体等。甲烷水合物形成的条件为： ①温度不能太高。海底的温度是2℃至4℃，适合甲烷水合物的形成，高于20℃就分解。②压力要足够大。在0℃时，只需要3MPa就可形成甲烷水合物。海深每增加10m，压力就增大0.1MPa，因此海深300m就可达到3MPa，越深压力越大，甲烷水合物就越稳定。估计海深300m至2000m应有甲烷水合物存在。③要有甲烷气源。一般认为，海底古生物尸体的沉积物，被细菌分解会产生甲烷；还有人认为，石油和天然气是在地球深处(地幔)产生并不断进入地壳的；海底岩层是多孔状介质。在上述三个条件具备的情况下，可在介质的空隙中生成甲烷水合物。甲烷分子被若干个水分子形成的笼型结构接纳，生成甲烷笼型水合物，分散在海底岩层的空隙中。在常温常压下，甲烷水合物即分解为甲烷和水。1m3的“可燃冰”可释放164m3的甲烷，所以，“可燃冰”可看作高度压缩的天然气。最有可能形成甲烷水合物的区域是：(1)高纬度的冻土层。如美国的阿拉斯加、俄罗斯的西伯利亚都已有发现，而且俄国已开采近20年。(2)海底大陆架斜坡。如美国和日本的近海海域，加勒比海沿岸及我国南海和东海海底均有储藏，估计我国黄海海域和青藏高原的冻土带也有储藏。估计全世界甲烷水合物的储量达1.87×1017m3(按甲烷计)，是目前煤、石油和天然气储量的二倍，其中，海底的甲烷水合物储量占99%。(2)如何开采甲烷水合物天然气是洁净能源，燃烧后不产生二氧化硫、氮氧化物和颗粒物等污染物。甲烷水合物是继化石燃料之后的潜在能源。由于甲烷水合物是分散分布在岩石的孔隙中，难以开采。如果开采不当，甲烷气体逸入大气，将会使地球温室效应大大增强，造成灾难。甲烷在大气中占0.5%，但它造成的温室效应却是CO2温室效应的20倍。目前提出开采的设想有：(1)热解法；(2)降压法；(3)置换法。因CO2比甲烷易形成水合物，如将液态CO2送入海底，就可置换出笼型水合物中的甲烷。不管用哪种方法开采，都必须保证甲烷水合物中的甲烷不逸散到大气中，否则将引起灾难性后果。目前，世界各国科学家和我国科学家都在加紧研究这一技术课题。2.燃料电池燃料电池是一种化学电池，它将物质发生化学反应时释出的能量直接转变为电能。燃料电池与普通化学电池不一样，它工作时需要外界连续地向其供给燃料和氧化剂。正是由于它是把燃料进行化学反应释放出的能量变为电能输出，所以被称为燃料电池。燃料电池在结构上与蓄电池相似，由正极、负极和电解液组成，两极多是由铁、镍等惰性微孔材料制成，它们有利于气体燃料及空气或氧气通过，但不参与化学反应。以氢氧燃料电池为例，电池工作时，从负极将氢气输送进去，从正极将氧气输送进去，氢气和氧气在电池内部发生电化学反应，使燃料的化学能转变为电能。除了氢气，甲烷、煤气等也可作为燃料电池的燃料。目前，已研制成功铝空气燃料电池，它是用纯铝作负极，空气作正极。铝空气电池可以代替汽油作为汽车动力。这种电池还能用于收音机、照明电源、野营炊具、野外作业工具等。燃料电池具有能量转化率高，对环境污染小，工作时安静且无机械磨损等许多优点，今后将会在汽车、通讯等许多方面得到应用。一、教学目的要求1.了解化石燃料燃烧对环境的影响。 2.认识使用和开发清洁燃料及各种能源的重要性。二、本课题分析环境问题日益严重，特别是燃料燃烧对环境造成的污染，是不容忽视的问题。本课题结合化石燃料燃烧对环境的影响，说明使用清洁燃料和开发新能源以及保护环境的重要性。学习本课题，学生可通过亲身体验探究活动来认识化石燃料燃烧对空气的污染，加强保护环境的意识。教学建议如下：1.可通过探究活动，来认识煤燃烧对空气的污染。关于“模拟酸雨的危害”实验，因学生同时做硫燃烧实验存在污染问题，可由教师课前配好“酸雨”，课上分给学生做实验。如果当时的现象不明显，可能与所配“酸雨”的浓度或植物叶子等的不同有关，可以将被试物浸泡稍长时间后再观察。酸雨中不只含有亚硫酸，在此只是简单模拟，目的是通过学生的亲自实验来加深对酸雨危害的认识。2.可通过书中的讨论，并结合“化学·技术·社会”中的资料，说明化学燃料的利与弊，以及开发和使用清洁燃料的重要性。3.可由学生谈一谈所知道的各种能源的利用情况。4.关于课题后的“调查与研究”，可以在课后完成，将调查报告或小论文进行交流，或通过板报、墙报发表。也可课前进行调查，课上结合本课题的内容进行讨论，再写出报告、小论文发表或交流。三、部分习题参考答案及说明1.(1)A (2)A (3)D (4)D (5)C4.A：一氧化碳 B：甲烷 C：氢气四、资料1.酸雨及其危害目前，一般把pH小于5.6的雨水称为酸雨，它包括雨、雪、雾、雹等降水过程。一般地说，天然降水都偏酸性，pH约在6左右。这是由于大气中的CO2溶解在洁净的雨水里形成碳酸的缘故，降水的微弱酸性可以促进土壤里养分的溶解，便于植物吸收，因此是有益的。但是，当降水的酸度增大，pH小于5.6时，对生态就会产生不良影响。酸雨的危害大致有以下几个方面：(1)对人体健康的直接危害，硫酸雾和硫酸盐雾的毒性比二氧化硫大得多，可以侵入肺的深部组织，引起肺水肿等疾病而使人致死。(2)引起河流、湖泊的水体酸化，严重影响水生动植物的生长。(3)破坏土壤、植被、森林。(4)腐蚀金属、油漆、皮革、纺织品及建筑材料等。(5)渗入地下，可能引起地下水酸化，酸化的水中铝、铜、锌、镉的含量比中性地下水中高很多倍。酸雨是怎样形成的呢? 分析表明，酸雨中的酸度主要是由硫酸和硝酸造成的，它们占总酸度的90%以上，其余为一些弱酸。从我国的情况来看，酸雨中含硫酸一般比硝酸多，主要是硫酸型酸雨。酸雨的形成是一种复杂的大气化学和大气物理过程，目前世界各国对酸雨的形成机理还不很清楚。一般认为，酸雨是由于人为排放的二氧化硫等酸性气体进入大气后，造成局部地区大气中的二氧化硫富集，在水凝结过程中溶解于水形成亚硫酸，然后经某些污染物的催化作用及氧化剂的氧化作用生成硫酸，随雨水降下形成酸雨。形成酸雨还要有一定的环境气候条件，如湿度高、雨量大、无风，以及一定的地理因素等。煤和石油中往往含有硫，在燃烧时，绝大部分硫转变成二氧化硫随烟气排到空中，在一定条件下形成酸雨。我国的酸雨问题有以下特点：(1)酸雨分布面广，据23个省、市、自治区调查情况表明，有20个出现酸雨。(2)酸雨分布存在着明显的区域性，主要集中在西南、中南和华东地区，并且有从北到南逐渐加重的趋势。(3)不少地区的酸雨已相当严重，而且逐年加重。(4)酸雨的发展速度很快。(5)酸雨主要是由硫酸及硫酸盐引起的。如何防治酸雨呢?要防治酸雨的污染，最根本的途径是减少人为排放的污染物。人为排放的二氧化硫主要是由于燃烧高硫煤(煤中一般含硫的质量分数为03%～5%)造成的，因此，研究煤炭中硫资源的综合开发与利用，是防治酸雨的有效途径。具体做法是大力进行煤炭洗选加工，综合开发煤、硫资源；对于高硫煤和低硫煤实行分产分运，合理使用；在煤炭燃烧过程中，采取排烟脱硫技术，回收二氧化硫，生产硫酸；发展脱硫煤、成型煤供民用；有计划地进行城市煤气化等。2.氢能氢能是未来最理想的能源，氢燃烧后唯一的产物是水，无环境污染问题。氢作为能源放出的能量还远大于煤、石油、天然气等能源，1g氢气燃烧能释放出142kJ的热量，是汽油发热量的3倍。目前世界上氢气的年产量为3600万吨，但绝大部分是从石油、煤炭和天然气中制取的；电解水制氢气因消耗电能太多，经济上不合算，只占4%份额。所以，研究新的、经济上合理的制氢方法是一项具有战略性的研究课题。图7-2 氢能源循环体系构想图上图是一种最理想的氢能源循环体系，太阳能和水是用之不竭的，而且价格低廉。极需研究的是寻找合适的光分解催化剂，它能在光照下促使水的分解速率加快。当然，氢发电机的反应器和燃料电池也是需要研究的领域。实现这一良性循环，将使人类永远可以各取所需地消耗电能。 光分解水制氢的研究已有一段历史。目前也找到一些好的催化剂，如钙和联吡啶形成的配合物，它所吸收的阳光正好近似于水分解成氢和氧所需的能量。另外，二氧化钛和某些含钙的化合物也较适用作催化剂。酶催化水解制氢亦是一种途径。已经发现一些微生物，通过氢化酶诱发电子与水中氢离子结合起来，生成氢气。总之，光分解水制氢方面还应加强基础研究，寻求新的方法和催化剂。一旦有所突破，这将能使人类在能源问题上一劳永逸。(摘自《展望21世纪的化学》，化学工业出版社)3.几种能源简介太阳能 地球上最根本的能源是太阳能。煤、石油中的化学能是由太阳能转化而成的，风能、生物能、海洋能等其实也都来自太阳能。太阳每年辐射到地球表面的能量为50×1018kJ，相当于目前全世界能量消费的1.3万倍，真可谓取之不尽用之不竭，因此利用太阳能的前景非常诱人。阳光普照大地，单位面积上所受到辐射热并不大，如何把分散的热量聚集在一起成为有用的能量是问题的关键。太阳能的利用方式是光热转化或光电转化。太阳能的热利用是通过集热器进行光热转化的，集热器也就是太阳能热水器。它的板芯由涂了吸热材料的铜片制成，封装在玻璃钢外壳中。铜片只是导热体，进行光热转化的是吸热涂层，这是特殊的有机高分子化合物。封装材料也很有讲究，既要有高透光率，又要有良好的绝热性。随涂层、材料、封装技术和热水器的结构设计等不同，终端使用温度较低的在100℃以下，可供生活热水、取暖等；中等温度在100℃～300℃之间，可供烹调、工业用热等；高温的可达300℃以上，可以供发电站使用。20世纪70年代石油危机之后，这类热水器曾有蓬勃发展，特别是在美国、以色列、日本、澳大利亚等国家安装家用太阳能热水器的住宅很多(10%～35%)。20世纪80年代在美国已建成若干示范性的太阳能热发电站，用特殊的抛物面反光镜聚集热量获得高温蒸汽送到发电机进行发电。太阳能也可通过光电池直接变成电能，这就是太阳能电池、光伏打电池。它们具有安全可靠、无噪声、无污染、不需燃料、无需架设输电网、规模可大可小等优点，但需要占用较大的面积，因此比较适合阳光充足的边远地区的农牧民或边防部队使用。已有使用价值的光电池种类不少，多晶硅(Si)、单晶硅(掺入少量硼、砷)、碲化镉(CdTe)、硒化铜铟(CuInSe)等都是制造光电池的半导体材料，它们能吸收光子使电子按一定方向流动而形成电流。光电池应用范围很广，大的可用于微波中继站、卫星地面站、农村电话系统，小的可用于太阳能手表、太阳能计算器、太阳能充电器等，这些产品已有广大市场。对于利用阳光发电，在美国有Solar2000计划，目标是到2000年美国太阳能电池总产量达1400兆瓦。日本在20世纪70年代就制定了“阳光计划”。近年来，德国的ELDURADO计划等也都是致力于太阳能的开发利用。我国自20世纪80年代起也开始了太阳能电池的研究，引进了国际先进的技术。太阳能电池现已有小批量生产，受到西藏无电地区牧民们的欢迎。这种小的太阳能发电装置可以为一台彩色电视机和一部卫星接收机提供电源，或为家庭照明和家用电器供电。风能 这是利用风力进行发电、提水、扬帆助航等的技术，这也是一种可以再生的干净能源。按人均风电装机容量算，丹麦遥遥领先，其次是美国和荷兰。我国东南沿海及西北高原地区(如内蒙古、新疆)也有丰富的风力资源，现已建成小型风力发电厂9个，发电装机容量2万千瓦。风力发电也将是电力建设的一个方面。地热能地壳深处的温度比地面上高得多，利用地下热量也可进行发电。在西藏的发电量中，一半是水力发电，约40%是地热电，火力发电只占10%左右。西藏羊八井地热电站的水温在150℃左右，台湾清水地热电站水温达226℃。温度较低的地热泉(温泉)遍布全国，已打成地热井2000多处。地热能与地球共存亡，地热潜力不容忽视。海洋能  在地球与太阳、月亮等互相作用下海水不停地运动，站在海滩上，可以看到滚滚海浪，在其中蕴藏着潮汐能、波浪能、海流能、温差能等，这些能量总称海洋能。从20世纪60年代起法国、前苏联、加拿大、芬兰等国先后建成潮汐能发电站，波浪能发电和温差能发电的示范装置也都已问世。我国在东南沿海先后建成7个小型潮汐能电站，其中浙江温岭的江厦潮汐能电站具有代表性，它建成于1980年，至今运行状况良好，并且还在海湾两侧，围垦农田，种植柑橘，养殖水产，取得很好的综合效益。'