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第三单元 物质构成的奥秘


第三单元 物质构成的奥秘 课题一 分子和原子
[创设问题情境]请学生根据日常生活经验思考下列问题: 1.盛放在敞口容器里的水,在常温下会逐渐减少,如果受热会减少得更快,这是为什么? 2.为什么走到花园或酒店的附近,往往会闻到花或酒的香气? 3.湿衣服为什么经太阳晒会变干? 4.糖块放在水里,会逐渐消失,而水却有了甜味,这是什么原因? [教师]其实,这些问题在很久以前就引起了一些学者的探究兴趣,他们经过反复的实验和探究,提出了物质 都是由不连续的微小粒子组成的设想。并用这一设想来解释上述问题。那么,事实是不是如此呢?这些微小 粒子到底是什么呢?科学事实证明,这些微小粒子就是我们本课题将要学习的分子和原子。 [过渡]本节课我们先来学习第一个问题:分子的存在及其特点。 [板书]一、分子的存在及其特点 [过渡]请大家仔细观察以下实验?? [实验](3—2)向盛有水的小烧杯中加入少量品红,静置,观察发生的现象。 [注意]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较长。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。 [可观察到的现象]品红在水中迅速扩散,但较长时间后才扩散均匀。 [提问]为什么品红能在水中扩散呢?(提示学生用科学家提出的设想解释) [回答]如果物质都是由不连续的粒子组成的,那么品红也不例外,组成品红的微小粒子向水中运动,就出现 了品红向水中扩散的现象。 [讲解]科学技术的进步早已证明,物质确实是由微小的粒子——分子、原子等构成的。现在我们通过先进的 科学仪器不仅能够直接观察到一些分子和原子,还能移走原子。 [说明]图 3—6 是用扫描隧道显微镜获得的苯分子的图像,图像鲜明地显示了苯分子的六元环结构。 图 3—7 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的手段,通过用 探针拔出硅晶体表面的硅原子的方法,在硅晶体表面形成的图形。 [总结]这两幅图说明了分子和原子的真实存在,从而也证实了科学家的设想。 [过渡]现在我们已经知道了分子是真实存在的,那么它有哪些特点呢? [提问]我们用肉眼可以看见分子吗?[回答]不可以。 [提问]用普通的显微镜能观察到分子吗?[回答]也不可以。 [提问]那怎么样才能看见分子呢? [回答]必须用非常先进的科学仪器。如刚才照片中提到的扫描隧道显微 镜。 [总结]用肉眼和普通的显微镜都不能观察到分子,必须用比较先进的电子显微镜才能观察到,可见分子是一 种非常小的粒子。如果拿水分子跟乒乓球相比,就好像拿乒乓球跟地球相比一样。 [提问]分子这么小,有没有一定的质量和体积呢? [回答]经过预习可知,分子尽管很小,也有一定的质量和体积。例如:1 个水分子的质量约为 3×10-26 kg, 一滴水中大约有 1.67×1021 个水分子(以 20 滴水为 1 mL 计算)。这个数字有多大呢?如果 10 亿人来数一滴 水里的水分子,每人每分钟数 100 个,日夜不停,需要数 3 万多年才能数完。可见分子的一个显著特点是: 质量很小,体积很小。 [板书](1)质量很小,体积很小。 [过渡]你想知道更多的有关分子的知识吗?那么,就请大家按以下建议进行实验。 已知酚酞和氨气都是由分子构成的物质,它们溶于水可分别得到酚酞溶液和氨水。 1.取一烧杯,注入约 40 mL 蒸馏水,然后加入 5~6 滴酚酞试液,用玻璃棒搅拌均匀, 观察溶液的颜色。 2.取少量上述溶液置于试管中,向其中慢慢滴入浓氨水,观察溶液颜色有什么变化。
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3.将烧杯中的酚酞溶液分别倒入 A、B 两个小烧杯中,另取一个小烧杯 C,加入约 5 mL 浓氨水,用一个大烧 杯罩住 A、C 两个小烧杯,烧杯 B 置于大烧杯外,如下图所示。观察 12 分钟,有什么现象发生?这一现象说 明了什么? [实验 1 的结论]溶液为无色。 说明:酚酞本身是一种无色溶液,把酚酞加入蒸馏水中,只是对酚酞进行了稀释,所以溶液仍为无色。 [实验 2 的结论]溶液颜色由无色变为红色。 说明:酚酞是一种酸碱指示剂,遇酸不变色,遇碱显红色,浓氨水显碱性,所以溶液颜色由无色变为红色。 思考:我们食用的醋常显酸性,若往醋中滴入酚酞溶液,颜色会不会有变化?为什么? [回答]不会。因为刚才说到酚酞遇酸不变色,醋显酸性,所以滴入酚酞溶液后,颜色不会有变化。 [实验 3 的结论]烧杯 A 中的酚酞溶液由无色变为红色,而烧杯 B 中的酚酞溶液仍为无色。 [提问]出现这种现象的原因是什么呢? [回答]分子的运动。C 中的氨分子运动到了烧杯 A 中的酚酞分子中,所以 A 溶液变为红色;而烧杯 B 位于大 烧杯外,没有氨分子进入,所以溶液仍为无色。 [教师]这位同学的回答十分准确。其实利用他刚才所说的分子运动的观点也可以解释我们本节课开始提出的 几个问题。请同学回答。 [回答]1.盛放在敞口容器中的水,在常温下会逐渐减少,是由于水分子运动到了空气中;受热减少得更快, 说明温度越高,分子运动越快。 [补充]确实分子在不停地进行着运动,分子的运动速率与温度有关,温度越高,分子能量越大,运动速率越 快。这也是为什么湿衣服在阳光下比在阴凉处干燥得快的原因。 2.走到花园或酒店的附近,花的香气分子或酒的香气分子运动到了人的鼻子周围,所以人就闻到了花或酒 的香气。 3.水分子运动到了空气中所以衣服会变干。经太阳晒,温度较高,分子运动较快,所以湿衣服会干得快。 4.糖分子运动到了水分子中,所以糖块逐渐消失,而水却有了甜味。 [总结]以上这些问题都说明了分子的同一个特点——处于永恒运动之中。这也是物理上讲过的“世界是运动 的”“运动是永恒的,而静止是相对的”。 [提问]我们知道, 物质存在固态、 液态、 气态三种状态, 物质都有热胀冷缩的现象。 你能解释这是为什么吗? [过渡]为了解释这个问题,我们一起来看下面的活动与探究。 请学生分别取 100 mL 水与 100 mL 酒精,把它们相混合后,观察所得溶液体积是否等于 200 mL? 把 100 mL 水和 100 mL 酒精混合后,所得溶液体积不等于 200 mL,而是小于 200 mL。 [追问]原因呢? [教师总结]出现这一现象的原因是分子之间有间隔。当把 100 mL 水和 100 mL 酒精混合后,一部分水分子 和酒精分子会互相占据分子之间的间隔,所以所得溶液的总体积会小于 200 mL。 [过渡]知道了这一原因,请同学们利用这一观点来解释刚才我提出的两个问题。为什么物质存在固、液、气 三种状态?为什么物质都有热胀冷缩的现象。 [回答]1.分子之间有间隔,相同质量的同一种物质在固态、液态和气态时所占体积不同,就是因为它们分 子间的间隔不同的缘故。气态间隔最大,固态间隔最小,液态时居中,所以物质一般存在固、液、气三种状 态? 2.物质存在热胀冷缩现象是因为分子间的间隔与温度有关,受热时间隔胀大,遇冷时间隔缩小,所以物质 都有热胀冷缩现象。 [补充]夏天自行车的气不应打得太足,铁路上的铁轨之间应稍留些空隙都是这个原因。 [总结]可见分子还具有一个特点,即分子之间有间隔。 [板书](3)分子之间有间隔。 [小结]通过本节课我们知道,物质都是由微小的粒子——分子、原子等构成的。这些粒子我们用肉眼看不见, 必须借助于先进的科学仪器——电子显微镜才能观察到。分子具有三个特点:①体积很小、质量很小;②处 于永恒运动之中;③分子之间有间隔。利用本节课所学知识我们可以解释日常生活中的一些现象和问题。

三、分子、原子的概念
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1、分子是保持物质化学性质的最小粒子。 强调: “保持”是指保持“化学性质不能保持物理性质” , “最小粒子”是指“保持物质化学性质” 的最小粒子。 2、原子的定义:原子是化学变化中的最小粒子。 强调: “最小粒子”不是指绝对的最小,而是指“化学变化”中的最小。 3、分子与原子比较。 分子 原子 1、质量、体积都非常小 2、彼此之间有间隔 相同点 3、总是不断地运动 4、同种分子(或原子)性质相同 1、 分子是保持物质化学性质的最 小粒子 1、原子是化学变化中的最小粒子。 不同点 2、 在化学变化中, 分子可再分为 2、在化学变化中,原子不可再分。 原子。 联系 [学生活动]在教师引导下思考分析, (用分子的基本性质区别物理变化和化学变化) 1、物质没有变,分子本身没变化。 (物理变化) 2、物质变了,分子本身也变了(化学变化) 教学过程: 1、创设问题情境,引出课题 [教师活动]教师拿出一束已生满桂花的枝叶,在教室内巡回走动。 问: 同学们看到了什么?闻到什么?然后教师将桂花枝叶藏在隐蔽处。 又问: 看到了桂花了吗? 为什么桂花的香味仍然存在?引起学生思考。 [学生活动]发现问题: 将化学与现实生活联系起来。从真实的情景中发现值得研究的问题,产生探求欲望。由此引入 构成物质的粒子的知识解释上述现象。 [设计意图]引出课题:从与教学内容有内在关系的身边的素材中,抽取有启发性的情节,提出 高于思考性,激发想象力的化学话题。 2、新课学习: 一、物质的微粒性。 [追问]:刚才桂花枝叶不见了,为什么还闻到桂花的香味?
?分子 ? [经过论得结论板书]物质都是由微小的粒子 ?原子构成的 ?(离子) ?

[讲解]:尽管桂花枝叶不见了,但桂花的香味仍然存在,说明构成桂花香味的粒子——分子, 虽然肉眼无法看见,但却真实存在的。 [PPT 投影]:1、用扫描隧道显微镜获得的苯分子的图象(图 3-6) 2、通过移走硅原子构成的文字“中国” 。 (图 3-7) 边展示边说明:移走硅原子构成的文字“中国” ,是目前最小的文字,小至原子的大小,说明我 国已掌握了操纵原子的技术。 [学生活动]边听、边看、边疑,得出结论:构成物质的粒子——分子、原子,肉眼无法看见, 但微观粒子聚集在一起构成宏观物质。 [教师活动]活动与探究二:分子、原子的基本性质。 (分子、原子的特征) [追问]水是由水分子构成的,水分子看不见,为什么水却能看见?
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[PPT 投影](一)分子、原子的基本性质(分子、原子的特征) 1、分子等粒子体积和质量都很小。 -26 [举例说明]: 1 个水分子的质量约是 3×10 kg, 一滴水 (以 20 滴水为 1mL 21 计)中大约有 1.67×10 个水分子。 [活动探究]品红分别在冷、热水中扩散。 [追问]: 为什么品红能在水中扩散?为什么品红在热水中比在冷水中扩散 速率快? [演示实验 2]向盛有约 40mL 蒸馏水的烧杯中加入 5-6 滴酚酞溶液,搅拌 均匀,观察。 1、取少量上述溶液置于试管中,向其中慢慢滴加浓氨水,观察现象。 2、将烧杯中的酚酞溶液分别例入 A、B 两个小烧杯中,另取一个小 烧杯 C,加入约 5mL 浓氨水。用一个大烧杯罩住 A、C 杯,烧杯 B 置于大烧杯外(如图) 。 [讨论]以上实验说明什么问题? (同时播放实验过程及微观过程) [PPT 投影]:2、分子等粒子总是在不断地运动着。 (温度越高,分子运动越快) [提出新问题]:冲糖水时,把糖放到开水中,糖不见,而杯中的水却变甜了。能用粒子的观点 解释吗? [学生活动]想象、理解:分子、原子有多小。 第一组实验:1 杯热水、一杯冷水同时放入质量相当的少量品红同,观察现象。 运用新知识,解析常见的生活现象。 [设计意图]通过有趣的实验和问题思考,讨论激发新思维。通过物质及其变化的宏观现象与微 观本质的联系,促成宏观形象思维向微观抽象思维的转变,培养良好的微观想象能力和抽象思 维能力。 采用实验探究、生动的比喻和媒体展示等方式,认识物质都是由微小的粒子——分子、原子构 成的。分子、原子不断运动。 [提出问题]:50mL 水+50mL 酒精=100mL 液体;正确吗? [PPT 投影]3、分子、原子之间有间隔,间隔的大小与温度,压强有关,气体分子间隔较大,固 体、液体分子间的间隔较小。 [问题思考]水的三态变化可以用分子的哪些性质来解释。 [学生活动]第二组学生实验:1、量取 50mL 水、50mL 酒精混合在一起观察是否等于 100mL。 2、用酒精温度计,体温表分别测出水温和体温观察表上数值变化情况。 用分子、原子的性质解释上述问题。 [教师活动]活动与探究三:分子、原子的概念。 [提出问题]:从分子的角度看,水的蒸发与水的分解两种变化有什么不同?发生变化的是分子 还是原子? 以水的电解为例,通过多媒体课件演示与讲解,引导学生从分子的角度,理解水的蒸发与分解 两种变化有什么不同。

+
+

通电
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H2 O

H2+

O2

[板书 PPT 投影] 观看多媒体课件演示,听讲解,理解和领悟。 巩固、深化 反复从《水分解的微观变化》领会分子的“分与合” ,做出物质变化过程中的粒子变化的图示。 [设计意图] 使学生的思维从物理变化和化学变化相互对比的角度深入到微观领域,从分子本身是否变化来 认识、区别物理变化和化学变化。 通过联系新旧知识,提出问题,并借助多媒体,辅助教学,给予学生直观的印象。 [教师活动]:[归纳总结](另见材料) [巩固训练](另见材料) [学生活动]:思考、讨论交流。 反馈矫正。 [设计意图]:总结本课知识要点,促进学生形成良好的知识结构。 (一) 、分子、原子的基本性质: (分子、原子的观点或特征) 1、分子、原子的体积、质量都很小; 2、分子、原子总是在不断地运动着; (温度越高,分子运动越快) 3、分子、原子之间有间隔,间隔的大小与温度、压强有关,气体分子间的间隔较大,固体、液 体分子间的间隔较小。 4、同种物质的分子化学性质相同,不同种物质的分子化学性质不同。 (二) 、分子、原子的基本性质的运用。 1、解释有关常见现象:①用分子是不断运动的观点。解释:扩散、溶解、蒸发、挥发等 ②用分子、原子之间有一定的间隔解释:热胀冷宿(如温度计、体温表) ,三态变化,不同液体 混合后总体积变小等。 2、区别物理变化和化学变化: 由分子构成的物质:分子没有变成其它物质的变化是物理变化。 (如水变水蒸气) 分子变成了其它物质分子的变化是化学变化。 如 H2O 通电 H2↑+O2↑ 3、区分混合物和纯净物 混合物——由多种分子构成的物质一定是混合物。 纯净物——由一种分子构成的物质一定是纯净物。 (三) 、分子、原子的概念: 1、分子的定义:分子是保特物质化学性质的最小粒子。 强调: “何持”是指保持“化学性质不能保持物理性质” , “最小粒子”是指“保持物质化学性质” 的最小粒子。 2、原子的定义:原子是化学变化中的最小粒子。 强调: “最小粒子”不是指绝对的最小,而是指“化学变化”中的最小。 3、分子与原子比较: 课题二 原子的构成
知识回顾 分子、原子的概念和特点。 导入新课 [过渡] 上一单元我们学习过有关分子和原子的知识,知道物质是由分子、原子等微小粒子构成的,而分 子又是由原子构成的。因此我们还要思考原子是否可以再分?如果可以它又由什么构成呢?这就是我们这节 课要学习的内容。
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推进新课 [图片展示] [分析] 上图是在显微镜下观察到的多原子分子的图像。我们可以看到分 子整齐地排列着, 每一个分子由大小不同的原子构成。 我们能看到的最小的微粒就是原子, 通过研究发现原子也是可以再分的。 一、原子的构成 [分析] 十九世纪以前,原子一直被认为是坚硬的不可分割的实心球体。1897 年,汤姆生发现了电子,从 此叩开原子的大门,人们开始揭示原子内部的秘密。之后卢瑟福通过实验证明原子是由原子核和核外电子两 部分构成的。下面,我们跟随卢瑟福实验中的 α 粒子,穿进原子内部去“刺探”原 子内部的具体构成情况(如右图) 。1911 年卢瑟福等人为探索原子的内部结构又 进行了下面的实验:用一束带正电的、质量比电子大得多的高速运动的 α 粒子轰 击金箔,结果发现:①大多数 α 粒子能穿透金箔而不改变原来的运动方向;②一 小部分 α 粒子改变了原来的运动方向;③极少数粒子反弹回来。 α 粒子轰击金箔 [设问] 产生上述现象的原因是什么呢? [分析] ①大多数 α 粒子能穿透金箔而不改变原来的运动方向——原子内部有很大的空间。②一小部分带 正电的 α 粒子改变了原来的运动方向——原子核带正电,α 粒子途经金原子核附近时,受到斥力而改变了运 动方向。③极少数粒子反弹回来——原子中有一个很小的原子核,原子核很小,但集中了较大的质量。 [分析] 原子核居于原子中心,比原子小得多。原子核的半径只有原子半径的几万分之一,如果把原子比 作一个庞大的体育场,而原子核只相当于一只蚂蚁。因此,原子里有很大的空间,电子就在这个空间里做高 速运动。 [结论] 原子是由居于原子中心的带正电的原子核和核外带负电的电子构成的。 1.原子的结构 [提问] 原子核还能不能再分呢? [分析] 1964 年 10 月 16 日,我国第一颗原子弹爆炸成功(如右图) ,原子弹爆炸正是利用原 子核裂变时产生的巨大能量,这说明原子核还能再分。科学家通过不断的实验探究,获得了原 子核由质子和中子构成的结论,其中质子带正电荷,中子不带电。并且在不同的原子中,质子、中子本身都 一样,区别在于,不同的原子中所含的质子、中子数目不同。

? ?质子(带正电) ?原子核(中心)? 原子 ? ?中心(不带电)不显电性 ? ?核外电子(带负电)
[投影展示] 表 1 构成原子的粒子的电性和质量 粒子种类 质子 中子 电子 原子种类 氢 碳 氧 钠 镁 氯 质子数 1 6 8 11 12 17 电性 1 个单位正电荷 不带电 1 个单位负电荷 表 2 几种原子的构成 中子数 0 6 8 12 12 18 核外电子数 1 6 8 11 12 17 相对原子质量 1 12 16 23 24 35
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质量 1.672 6× 10-27 kg 1.674 9× 10-27 kg 质子质量的 1/1 863

[思考] 原子中存在带电的粒子,为什么整个原子不显电性? [分析] 原子是由居于原子中心带正电的原子核和核外带负电的电子构成,原子核又是由质子和中子构成, 质子带正电,中子不带电;原子核所带正电荷(核电荷数)和核外电子所带负电荷电量相等,但电性相反, 所以整个原子不显电性。 [提问] 请大家看投影表 1 和表 2 并结合书上的内容,讨论:构成原子的三种基本微粒质子、中子、电子 各有何特点,不同原子的内部构成有何不同。 [结论] 2.原子结构中的一些规律 (1)核电荷数=核内质子数=核外电子数 (2)质子数不一定等于中子数 (3)原子里质子数不同,原子种类也不同 (4)并不是所有的原子都有中子 (5)质子数+中子数=相对原子质量(近似相等) [提问] 我们已经知道原子很小但也有质量,那么原子的质量等于什么呢? [回答] 因为原子由原子核和核外电子两部分构成,原子核又分为质子和中子,所以原子的质量应等于质 子质量、中子质量以及核外电子质量三者之和。 [分析] 不同的原子所含的质子、中子、电子数目不同,所以它们的质量也不同,比如 1 个氢原子的质量 为 1.67× 10-27 kg,1 个氧原子的质量为 2.657× 10-26 kg。这样小的数字,无论书写、记忆,还是使用都极不方 便, 就像用吨作单位来表示一粒稻谷或小麦的质量一样。 为了便于研究问题, 国际上采用原子的相对质量—— 相对原子质量来表示原子质量的大小。 二、相对原子质量 国际上以一种碳原子质量的 1/12 为标准, 其他原子质量跟它相比较所得的比, 作为这种原子的相对原子质量。 相对原子质量(Ar)=

该原子的质量 1 / 12 ? 碳原子的质量

[分析] 也可以用比较形象的方法解释。 [展示投影] [分析] 相对原子质量只是一个比,不是原子的实际质量, 单位是 1 通常不写。在相对原子质量计算中,所选用的一种碳原子是碳 12, 是含 6 个质子和 6 个中子的碳原子,它的质量的 1/12 约等于 1.66× 10-27 kg。 构成原子的粒子有质子、中子、电子,1 个质子和 1 个中子的质量都约等于 1 个电子质量的 1 836 倍,所以 电子的质量与原子的质量相比可以忽略不计。因此相对原子质量可以近似地表示为我们刚才从表 2 中推导出 相对原子质量(近似等于)=质子数+中子数 [分析] 其他原子的相对原子质量是多少我们不需要再去计算,科学家已经把所有元素的相对原子质量测 定出。我国科学院院士张青莲教授就为相对原子质量的测定作出了卓越贡献。在课本 75 页,还可查阅氧元 素、硫元素、钠元素、碘元素等元素的相对原子质量。 [课堂练习] 我国著名化学家、中国科学院院士张青莲教授主持测定了铟、铱、锑、铕、铈、铒、锗、锌、 镝等元素的相对原子质量新值,其中他测定出核电荷数为 63 的铕元素的相对原子质量新值为 152,则该元素 的原子中质子数为_____________,中子数为____________,核外电子数为____________。 答案:63 89 63 [课堂小结]本节课我们重点学习了原子的构成和相对原子质量,认识了原子内部的微观结构。现在我们知 道,原子由原子核和核外电子构成。原子核又是由质子和中子构成;由于原子非常小,它的质量也很小,书 写、记忆、计算都不方便,所以采用相对原子质量来表示原子的质量更为方便。通过张青莲教授事迹的学习 我们也明白了一个道理:国家的强盛、民族的富强是要靠科技进步的,而科技的进步依赖于一代又一代人的 努力。所以,我们现在必须认真学好文化知识,将来才能为国家的繁荣昌盛贡献出自己的力量。

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