0现代化学进展00.ppt

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1、现代化学进展简介及现代化学进展简介及中学化学教育改革中学化学教育改革 现代化学进展之序言3/17/20231对中学化学教育改革的认识n n学科的现状与发展趋势及社会需求是教学科的现状与发展趋势及社会需求是教育改革的基础和推动力育改革的基础和推动力n n要学习并重视现代教育学和学科教学研要学习并重视现代教育学和学科教学研究所提供的新理念和方法论究所提供的新理念和方法论n n探究性学习仍然是教育改革的突破口探究性学习仍然是教育改革的突破口n n要区分职业性要求和素质性要求要区分职业性要求和素质性要求n n学段的衔接更着重于能力学段的衔接更着重于能力3/17/20232什么是化学的大问题 Ball,

2、Philip:Nature 422(3)August 2006n n物理学家始终没有放弃探索宇宙起源，或者是物理学家始终没有放弃探索宇宙起源，或者是什么在主宰着从原子到宇宙的整个范畴内时间、什么在主宰着从原子到宇宙的整个范畴内时间、空间和物质的行为的大问题空间和物质的行为的大问题n n生物学家一直注视着什么是生命的大问题，并生物学家一直注视着什么是生命的大问题，并试图通过对试图通过对DNADNA的解旋以及蛋白质的结构和相的解旋以及蛋白质的结构和相互作用来获得解答互作用来获得解答n n什么是化学家的什么是化学家的Big Questions?Big Questions?3/17/20233重视化学

3、学科中大问题的呼吁n n极强的极强的合成合成特色使得化学不同于其他的特色使得化学不同于其他的“发现发现”学科，如物理、生物、天文、地学。正如学科，如物理、生物、天文、地学。正如18601860年年法国化学家法国化学家M.BerthelotM.Berthelot所说：所说：“Chemistry Chemistry creates its object”,creates its object”,不少化学家仍然以此自不少化学家仍然以此自豪豪n n目前，目前，化学的问题不在于是否应该重视应用和工化学的问题不在于是否应该重视应用和工业化学，而在于业化学，而在于过分重视我们能够做什么，和过过分重视我们能够

4、做什么，和过分忽视我们能够知道什么分忽视我们能够知道什么,从而淡化了自然科学从而淡化了自然科学的本色，甚至迷失了自然科学的基本任务的本色，甚至迷失了自然科学的基本任务3/17/20234什么是化学的大问题n n怎样设计具有特定功能和动态特征的分子怎样设计具有特定功能和动态特征的分子n n细胞的化学基础是什么细胞的化学基础是什么n n如何制造在未来的能源、航天和医药等科技如何制造在未来的能源、航天和医药等科技领域所需要的材料领域所需要的材料n n思维和记忆的化学基础是什么思维和记忆的化学基础是什么n n地球上的生命起源以及在其他星球上出现生地球上的生命起源以及在其他星球上出现生命的条件命的条件n

5、 n元素间可能存在的所有组合的答案元素间可能存在的所有组合的答案3/17/20235什么是化学的大问题n nZareZare：只有了解了有关的化学，才能真正了：只有了解了有关的化学，才能真正了解生命过程解生命过程n nWhitesidesWhitesides：“细胞的本质问题基本上属于细胞的本质问题基本上属于分子层次的问题分子层次的问题”。例如：对蛋白质折叠、。例如：对蛋白质折叠、基因标记、高选择性分子识别、信号传递等基因标记、高选择性分子识别、信号传递等的化学本质的了解的化学本质的了解n nJ-J-M.LehnM.Lehn(莱恩莱恩-87-87年诺奖年诺奖-冠醚化学冠醚化学):“):“自自组

6、织是如何发生的组织是如何发生的，和宇宙生命起源有关吗，和宇宙生命起源有关吗？”如何设计不仅能够程序化，而且可以训如何设计不仅能够程序化，而且可以训练的化学练的化学学习体系学习体系？自组织过程是一种自组织过程是一种智能化的复制和放大过程智能化的复制和放大过程3/17/20236什么是化学的大问题n n BartonBartonBartonBarton（巴顿（巴顿（巴顿（巴顿-69-69-69-69年诺奖年诺奖年诺奖年诺奖-有机结构理论）认为，有机结构理论）认为，有机结构理论）认为，有机结构理论）认为，有了答案后，就可以设计新的思维和记忆器件，有了答案后，就可以设计新的思维和记忆器件，有了答案后，

7、就可以设计新的思维和记忆器件，有了答案后，就可以设计新的思维和记忆器件，和学会如何恢复旧有的思维记忆和学会如何恢复旧有的思维记忆和学会如何恢复旧有的思维记忆和学会如何恢复旧有的思维记忆n n如何使得分子去到我们希望它去的地方？例如某如何使得分子去到我们希望它去的地方？例如某如何使得分子去到我们希望它去的地方？例如某如何使得分子去到我们希望它去的地方？例如某个细胞、器官或组织？个细胞、器官或组织？个细胞、器官或组织？个细胞、器官或组织？目前对结构功能关系的目前对结构功能关系的目前对结构功能关系的目前对结构功能关系的了解太粗浅了。了解太粗浅了。了解太粗浅了。了解太粗浅了。n nZewailZewa

8、ilZewailZewail（泽维尔（泽维尔（泽维尔（泽维尔-99-99-99-99诺奖诺奖诺奖诺奖-飞秒）认为，分子的动飞秒）认为，分子的动飞秒）认为，分子的动飞秒）认为，分子的动态对其活性的影响和结构一样重要。锁钥模型过态对其活性的影响和结构一样重要。锁钥模型过态对其活性的影响和结构一样重要。锁钥模型过态对其活性的影响和结构一样重要。锁钥模型过于简单，还要考虑生物分子在能面上的运动轨迹于简单，还要考虑生物分子在能面上的运动轨迹于简单，还要考虑生物分子在能面上的运动轨迹于简单，还要考虑生物分子在能面上的运动轨迹n nWhitesideWhitesideWhitesideWhiteside指出

9、，把计算机装入大脑，好像是神经指出，把计算机装入大脑，好像是神经指出，把计算机装入大脑，好像是神经指出，把计算机装入大脑，好像是神经科学家和电子工程师的事，但是科学家和电子工程师的事，但是科学家和电子工程师的事，但是科学家和电子工程师的事，但是神经元之间的信神经元之间的信神经元之间的信神经元之间的信号传递是靠化学来完成的。号传递是靠化学来完成的。号传递是靠化学来完成的。号传递是靠化学来完成的。3/17/20237什么是化学的大问题n n即使解决了分子设计的原理问题，即使解决了分子设计的原理问题，如何使产如何使产率达到率达到100100？所以如何？所以如何使原子按照预期路使原子按照预期路线形成分

10、子是一个大问题。线形成分子是一个大问题。化学不仅了解世化学不仅了解世界，而且试图了解所有可能的世界。界，而且试图了解所有可能的世界。n n据估算，由常见元素可能合成的一般大小的据估算，由常见元素可能合成的一般大小的分子数在分子数在10101414的量级，目前只完成约的量级，目前只完成约1 1n n化学的任务在于无限分子的合成。分子的结化学的任务在于无限分子的合成。分子的结构和功能问题是难以穷尽的。构和功能问题是难以穷尽的。n n”不拒绝小问题，但是保持开放的目光不拒绝小问题，但是保持开放的目光”3/17/2023820世纪化学留下的悬念n n稀有气体化合物的合成稀有气体化合物的合成 惰气结构和

11、化合价理论？惰气结构和化合价理论？n n高温超导陶瓷的合成高温超导陶瓷的合成 固态物质导电机制？固态物质导电机制？n nC60与无机富勒烯的合成与无机富勒烯的合成 弯曲键理论和晶体缺陷理论弯曲键理论和晶体缺陷理论？3/17/20239稀有气体化合物的零的突破n n19621962年，年，2929岁的岁的N.BartlettN.Bartlett实现了稀有实现了稀有气体化合物的零的突破。气体化合物的零的突破。从从O O2 2+PtFPtF6 6-到到XeXe+PtFPtF6 6-的设想是如何的设想是如何 形成的？形成的？n n这一重大发现给我们的启示这一重大发现给我们的启示 基础的重要性基础的重要

12、性 一切理论都存在着不确定性一切理论都存在着不确定性3/17/202310C C6060和无机富勒烯和无机富勒烯n n以色列化学家用电弧法处理层状类石墨结构的以色列化学家用电弧法处理层状类石墨结构的以色列化学家用电弧法处理层状类石墨结构的以色列化学家用电弧法处理层状类石墨结构的物质，得到了类似于物质，得到了类似于物质，得到了类似于物质，得到了类似于C C C C60606060的呈封闭球形，被称为的呈封闭球形，被称为的呈封闭球形，被称为的呈封闭球形，被称为无机富勒烯无机富勒烯无机富勒烯无机富勒烯n n数学家欧拉早已证明了正多边形和封闭几何形数学家欧拉早已证明了正多边形和封闭几何形数学家欧拉早已

13、证明了正多边形和封闭几何形数学家欧拉早已证明了正多边形和封闭几何形状之间的数学关系状之间的数学关系状之间的数学关系状之间的数学关系n nC C C C60606060和金刚石、石墨能并列吗？和金刚石、石墨能并列吗？和金刚石、石墨能并列吗？和金刚石、石墨能并列吗？3/17/202311无机富勒烯的应用前景无机富勒烯的应用前景n n固体润滑剂体系固体润滑剂体系,可望具有纳米轴承的特性可望具有纳米轴承的特性n n长尺寸长尺寸(mm)(mm)纳米碳管纳米碳管,绳材和带材用于增强绳材和带材用于增强纤维纤维,超轻质材料和容器制造超轻质材料和容器制造;STM;STM用针尖等用针尖等n n层状层状NiClNi

14、Cl2 2也属于此类也属于此类,层数为奇时层数为奇时,为纳米为纳米磁体磁体,可以提高磁性存贮器的容量可以提高磁性存贮器的容量3/17/20231220世纪化学留下的悬念n n组合化学的应用成功组合化学的应用成功 经典的反应通道理论受到质疑经典的反应通道理论受到质疑n n超分子化合物的稳定性和普遍存在超分子化合物的稳定性和普遍存在 分子间作用力的性质；决定分子识分子间作用力的性质；决定分子识别过程的信息是什么？别过程的信息是什么？3/17/202313组合化学的定义组合化学的定义 n n组合化学是一门将化学合成、组合理论、计算机辅助设计及机械手结合一体，并在短时间内将不同构建模块用巧妙构思，根据

15、组合原理，系统反复连接，从而产生大批的分子多样性群体，形成化合物库(compound library)，然后，运用组合原理，以巧妙的手段对库成分进行筛选优化,得到可能的有目标性能的化合物结构的科学。3/17/202314组合化学n 右图表明用右图表明用9 9种（种（3 34 42 2）不同）不同的反应物合成的反应物合成2424种组成不同的化种组成不同的化合物时的组合方法。合物时的组合方法。n 如果用传统的合成方法，就要进如果用传统的合成方法，就要进行行243=72243=72次合成。现在包括将次合成。现在包括将A A、B B、C C通过联结剂固定在固定化球通过联结剂固定在固定化球上，只要进行三

16、步合成操作。上，只要进行三步合成操作。n 如果用类似的方法用于多肽合成，如果用类似的方法用于多肽合成，由由2020种天然氨基酸为构建单元，种天然氨基酸为构建单元，利用传统的合成方法，二肽便有利用传统的合成方法，二肽便有400(20400(202 2)种组合，三肽则有种组合，三肽则有8000(208000(203)3)种组合，依次类推，八种组合，依次类推，八肽将达到肽将达到25600000000(2025600000000(208 8)种组合，种组合，将它们逐一合成要进行将它们逐一合成要进行256256亿次实亿次实验。如果采用组合化学的方法，验。如果采用组合化学的方法，只要进行只要进行9 9次如

17、上图所示的固定化次如上图所示的固定化和混合操作即可，由此可以看出和混合操作即可，由此可以看出组合化学方法的先进性。组合化学方法的先进性。3/17/202315组合化学n n组合化学在新药设计中的作用组合化学在新药设计中的作用组合化学在新药设计中的作用组合化学在新药设计中的作用 n设设计计和和研研制制对对某某种种疾疾病病有有特特效效的的药药物物往往往往需需要要经经过过一一个个旷旷日日持持久久的的漫漫长长过过程程。例例如如先先要要根根据据已已有有的的经经验验（如如药药物物的的结结构构与与效效用用间间的的关关系系，简简称称构构效效关关系系）对对药药物物进进行行分分子子设设计计；第第二二步步是是合合成

18、成所所设设计计的的分分子子和和它它的的相相似似物物或或衍衍生生物物；第第三三步步对对合合成成出出来来的的诸诸多多化化合合物物进进行行药药效效的的初初步步筛筛选选，要要进进行行动动物物试试验、生理毒理试验、临床试验，时间之长，可想而知。验、生理毒理试验、临床试验，时间之长，可想而知。n组合化学法可以一次就按排序制造出上千种带有表现其特性组合化学法可以一次就按排序制造出上千种带有表现其特性的化学附加物的新物质来，整个一组化合物可以根据某些生的化学附加物的新物质来，整个一组化合物可以根据某些生物靶来进行同步筛选，挑出其中的有效化合物加以鉴定。再物靶来进行同步筛选，挑出其中的有效化合物加以鉴定。再以这

19、些有效化合物的化学结构作为起点，合成新的相关化合以这些有效化合物的化学结构作为起点，合成新的相关化合物用于试验。在随机筛选法中，任意一种新化合物表现出生物用于试验。在随机筛选法中，任意一种新化合物表现出生物活性的机会是很小的，但是具备同步制造和筛选能力之后，物活性的机会是很小的，但是具备同步制造和筛选能力之后，找到一种有价值的药物的机会就大大增加了。找到一种有价值的药物的机会就大大增加了。3/17/202316组合化学n n4 4 4 4组合化学的启示组合化学的启示组合化学的启示组合化学的启示 n组合化学再一次体现了数学规律和方法在现代科学技术发展中组合化学再一次体现了数学规律和方法在现代科学

20、技术发展中的重要性。上面所举的多肽合成的例子表明：组合化学方法与的重要性。上面所举的多肽合成的例子表明：组合化学方法与传统的有机合成方法在劳动强度和工作效率之间都存在着巨大传统的有机合成方法在劳动强度和工作效率之间都存在着巨大的反差。的反差。n其其次次，给给予予我我们们的的启启示示应应当当远远不不止止组组合合化化学学本本身身，善善于于从从其其他他学学科科中中汲汲取取营营养养，不不仅仅可可以以学学习习其其他他学学科科观观察察客客观观事事物物以以及及分分析析和和解解决决问问题题的的思思路路和和方方法法，突突破破学学科科间间分分立立的的障障碍碍和和本本学学科科中中某某些些传传统统的的束束缚缚，而而且

21、且可可能能对对于于发发展展本本学学科科还还是是一一条条现现实实易行的重要途径。易行的重要途径。n曾经有人认为，合成化学特别是有机合成几乎与数学无缘，曾经有人认为，合成化学特别是有机合成几乎与数学无缘，组合化学的出现以及在合成系列中有机分子化学库的尝试，已组合化学的出现以及在合成系列中有机分子化学库的尝试，已经证明上述看法是很不全面的，至少应该引起有机化学家对可经证明上述看法是很不全面的，至少应该引起有机化学家对可起作用的某些数学武器的关注。起作用的某些数学武器的关注。3/17/202317 分子机器理论的困惑分子机器理论的困惑n n分子机器分子机器 由确定数量的分子部件构成，由确定数量的分子部

22、件构成，在外界指令下完成类似于机器动作（功能）在外界指令下完成类似于机器动作（功能）的工作系统的工作系统 n n名为名为EcoRIEcoRI的阻旋酶在切割的阻旋酶在切割DNADNA的的5GAATTC35GAATTC3硷基对时，要从硷基对时，要从40964096个硷基个硷基对中选择其对中选择其1 1，却准确无误！，却准确无误！n nEcoRIEcoRI在在DNADNA上的上的4.74.710106 6个硷基中选择个硷基中选择26002600个结合点时的动作约个结合点时的动作约1111次。相当于次。相当于loglog2 2(4.7(4.710106 6/2600)=10.8/2600)=10.8n

23、 n19941994年年SchneiderSchneider和和ShanonShanon提出的分子机器提出的分子机器理论方合模型理论方合模型 3/17/20231820世纪化学留下的悬念n n“一锅法一锅法”(one pot process)工艺的实现工艺的实现 有机反应机理遭遇挑战有机反应机理遭遇挑战n n有机大环分子的光化学合成有机大环分子的光化学合成 质疑有效碰撞模型的普适性质疑有效碰撞模型的普适性n n纳米科学和技术纳米科学和技术 摩尔量级和摩尔量级和“纳米纳米”量级之间的量级之间的“空白区空白区”3/17/202319铑催化串联反应一锅法之一例3/17/202320化学教育改革研究的

24、重点n n 新课标提出和强调的新理念新课标提出和强调的新理念n n 教材在教学活动中的作用教材在教学活动中的作用n n 教学中如何全面落实三维教育目标教学中如何全面落实三维教育目标n n 探究性学习仍然是教学改革的突破探究性学习仍然是教学改革的突破口口3/17/202321 “基础性和时代性”的关系 学科基础的陈述方式和教育价值学科基础的陈述方式和教育价值 是可变的是可变的化学学科定义：化学学科定义：化学研究物质的组成、结构、性化学研究物质的组成、结构、性质和变化，以及变化过程中伴随发质和变化，以及变化过程中伴随发生的能量变化。生的能量变化。3/17/202322化学基础的价值n n化学学科定

25、义是学科的灵魂。化学以认识化学学科定义是学科的灵魂。化学以认识和识别物质为学科特征，着重物质的个性和识别物质为学科特征，着重物质的个性n n化学学科定义是教材和教学设计的基点化学学科定义是教材和教学设计的基点n n化学基本概念的教与学应当贴近学科，帮化学基本概念的教与学应当贴近学科，帮助学生了解化学，形成化学观点，并成为助学生了解化学，形成化学观点，并成为基本素质的组成部分基本素质的组成部分n n分类法、模型法、归纳法、演绎法的学习分类法、模型法、归纳法、演绎法的学习要通过教学和学习过程从不同角度、通过要通过教学和学习过程从不同角度、通过练习、思辨和研讨来完成。要引导学生结练习、思辨和研讨来完

26、成。要引导学生结合实际扩展认识。合实际扩展认识。3/17/202323中学化学实验的大致分类n n以了解或熟悉基本仪器、常用装置、操以了解或熟悉基本仪器、常用装置、操作技术为主者作技术为主者n n以了解某些纯净物的基本性质为目的者以了解某些纯净物的基本性质为目的者n n通过分离、分析、提纯或合成学习对已通过分离、分析、提纯或合成学习对已知物质的性质及变化等知识的应用知物质的性质及变化等知识的应用n n以验证原理为主者以验证原理为主者n n探究性实验对未知物质体系的有目标探究性实验对未知物质体系的有目标的探究活动，发现或创建（对探究者）的探究活动，发现或创建（对探究者）新知识新知识（包括新现象、

27、新规律、新性质、（包括新现象、新规律、新性质、新物质、新结论等）。新物质、新结论等）。3/17/202324探究性化学实验体系的三要素符合探究目标而且不确定因素最少的化符合探究目标而且不确定因素最少的化学反应体系学反应体系合理的实验装置，包括安全措施等合理的实验装置，包括安全措施等合理的实验步骤和合乎规范的操作技术合理的实验步骤和合乎规范的操作技术3/17/202325实验与探究式学习n n案例1:拉瓦西测定空气组成的实验拉瓦西测定空气组成的实验 步骤1:2Hg O2 2HgO 步骤2:2HgO 2Hg O2 步骤3:步骤2得到的O2和步骤1剩余的N2混合，得到“原来”的空气n n学习要点学习

28、要点：1.为什么选择为什么选择Hg？2.2.为什么为什么3 3个步骤都有必要性？个步骤都有必要性？3.3.还能想到些什么？还能想到些什么？3/17/202326实验与探究式学习n n案例案例2 2：空气组成测定体系的选择：空气组成测定体系的选择 4 P 5O2 2P2O5 1.1.已知已知S S、C C、MgMg、NaNa、蜡烛等都可以满足和、蜡烛等都可以满足和空气中的空气中的O O2 2发生燃烧反应的条件，为什么发生燃烧反应的条件，为什么P P是最佳选择？是最佳选择？2.2.对这个探究性实验来说，为什么以对这个探究性实验来说，为什么以HgHg方案方案最为理想？最为理想？3.3.实施实施“磷磷

29、”方案时，最重要的前提假设是方案时，最重要的前提假设是什么？什么？4.4.采用采用“磷磷”方案时，除去经典的体积测定方案时，除去经典的体积测定法外，还能想到哪些方法？法外，还能想到哪些方法？3/17/202327值得进一步思考的问题n n选择这类实验体系来探究类似于空气组成问题时，选择这类实验体系来探究类似于空气组成问题时，选择这类实验体系来探究类似于空气组成问题时，选择这类实验体系来探究类似于空气组成问题时，共同的前提假设是什么共同的前提假设是什么共同的前提假设是什么共同的前提假设是什么同名分子间的不可区分性同名分子间的不可区分性同名分子间的不可区分性同名分子间的不可区分性n n用气体分压或

30、分体积的改变来提供有关气态化学物用气体分压或分体积的改变来提供有关气态化学物用气体分压或分体积的改变来提供有关气态化学物用气体分压或分体积的改变来提供有关气态化学物质变化的信息时，理论依据是什么质变化的信息时，理论依据是什么质变化的信息时，理论依据是什么质变化的信息时，理论依据是什么气体摩尔体积；气体摩尔体积；气体摩尔体积；气体摩尔体积；气态物质的之间的关系气态物质的之间的关系气态物质的之间的关系气态物质的之间的关系n n某些单质或化合物和氧发生反应的条件和氧化物的某些单质或化合物和氧发生反应的条件和氧化物的某些单质或化合物和氧发生反应的条件和氧化物的某些单质或化合物和氧发生反应的条件和氧化物

31、的组成与性质（在水中的溶解度，是否和氮也能反应组成与性质（在水中的溶解度，是否和氮也能反应组成与性质（在水中的溶解度，是否和氮也能反应组成与性质（在水中的溶解度，是否和氮也能反应等）等）等）等）化学物质体系的物理性质和化学性质化学物质体系的物理性质和化学性质化学物质体系的物理性质和化学性质化学物质体系的物理性质和化学性质 氧能否全部耗尽氧能否全部耗尽氧能否全部耗尽氧能否全部耗尽化学反应进行程度化学反应进行程度化学反应进行程度化学反应进行程度n n如果希望提高实验所得数据的精确程度，除去改进如果希望提高实验所得数据的精确程度，除去改进如果希望提高实验所得数据的精确程度，除去改进如果希望提高实验所

32、得数据的精确程度，除去改进装置外，还应当考虑哪些问题装置外，还应当考虑哪些问题装置外，还应当考虑哪些问题装置外，还应当考虑哪些问题3/17/202328更多的化学教育内容n n进一步认识和区分物质的化学变化和物理进一步认识和区分物质的化学变化和物理变化变化n n进一步认识和区分纯净物和混合物进一步认识和区分纯净物和混合物n n对物质性质的了解，在思考与构成最佳实对物质性质的了解，在思考与构成最佳实验探究方案时极其重要验探究方案时极其重要n n加深对化学学科定义和思维特点的了解加深对化学学科定义和思维特点的了解n n科学精神和科学方法是化学课程的精髓科学精神和科学方法是化学课程的精髓3/17/2

33、02329推动探究性学习的策略n n实验设计时的原则定性型实验应当设立参实验设计时的原则定性型实验应当设立参比系；定量型实验应当有公认的基准比系；定量型实验应当有公认的基准n n以探究推进探究性思维和实践以探究推进探究性思维和实践，例如：，例如：在在 H2O2H2O+O2反应中反应中MnO2起催化作用起催化作用的结论，值得探究的结论，值得探究 在在反应反应C2H5OHCH3CHO中中CuO起催化作起催化作用的结论，值得探究用的结论，值得探究 结论结论1：催化剂对反应具有选择性：催化剂对反应具有选择性 结论结论2:对给定反应有催化作用的物质有限对给定反应有催化作用的物质有限3/17/202330

34、经典化学实验也应更新 更新实验方法的探究值得重视，例如：更新实验方法的探究值得重视，例如：H2O2的反应可否改用氧化还原指示的反应可否改用氧化还原指示剂或氧化还原染料的变色代替观察气剂或氧化还原染料的变色代替观察气泡多少的方法？泡多少的方法？乙醇催化氧化产生的乙醛能否改用乙醇催化氧化产生的乙醛能否改用银镜法代替嗅觉法？银镜法代替嗅觉法？3/17/202331熵函数简介n n熵是经过理论加工后构成的状态函数，熵熵是经过理论加工后构成的状态函数，熵即混乱度，组成物质的质点在一个指定空即混乱度，组成物质的质点在一个指定空间区域内排列和运动的无序程度。间区域内排列和运动的无序程度。n n热力学第一定律

35、的中心是能量守恒；热力热力学第一定律的中心是能量守恒；热力学第二定律的中心是能的分级，即不同形学第二定律的中心是能的分级，即不同形式的能做功本领不同，热能属于低级能。式的能做功本领不同，热能属于低级能。因而有了熵函数。因而有了熵函数。n n H=H=H=H=G+TG+TG+TG+T S S S S 或或或或 G=G=G=G=H H H H T T T T S S S S n n G 0 G 0 G 0 G 0 G 0 G 0 G 0 非自发过程非自发过程非自发过程非自发过程3/17/202332恒压下恒压下H、S和T对反应自发性的影响类型类型 H H S S G=G=H-H-T T S S反应

36、情况反应情况举例举例1 1-+-在任何温度下都在任何温度下都是自发的是自发的2O2O3 3(g)(g)3O 3O2 2(g)(g)2 2+-+在任何温度下都在任何温度下都是非自发的是非自发的CO(gCO(g)C(s)+1/2O C(s)+1/2O2 2(g)(g)3 3-低温为低温为-高温为高温为+在低温是自发的在低温是自发的在高温是非自发在高温是非自发HCl(g)+NHHCl(g)+NH3 3(g)(g)NH NH4 4Cl(s)Cl(s)4 4+低温为低温为+高温为高温为-在低温是非自发在低温是非自发在高温是自发的在高温是自发的CaCOCaCO3 3(s)(s)CaO(s)+COCaO(s

37、)+CO2 2(g)(g)3/17/202333熵函数简介n n因为因为因为因为混合熵混合熵混合熵混合熵 纯组分熵纯组分熵纯组分熵纯组分熵，所以，所以，所以，所以气体间和溶质往气体间和溶质往气体间和溶质往气体间和溶质往溶剂中的扩散及均匀化过程溶剂中的扩散及均匀化过程溶剂中的扩散及均匀化过程溶剂中的扩散及均匀化过程,固体物质的污染、掺固体物质的污染、掺固体物质的污染、掺固体物质的污染、掺杂过程均具有杂过程均具有杂过程均具有杂过程均具有自发性自发性自发性自发性n n同一物质的同一物质的同一物质的同一物质的S S S S固固固固 S S S S液液液液 00有关有关 污染物属于化学物质，污染过程则归

38、因于污染物属于化学物质，污染过程则归因于某些自然过程的自发性。防止污染的关键在某些自然过程的自发性。防止污染的关键在于阻止这类自发过程的实现于阻止这类自发过程的实现3/17/202335化学教育怎样和环境教育结合 绿色化学的原则不仅着眼于生产工艺，绿色化学的原则不仅着眼于生产工艺，能耗、成品转化为废弃物后的归宿都应能耗、成品转化为废弃物后的归宿都应当考虑在内当考虑在内 因为环境污染的评价通常以生物的承因为环境污染的评价通常以生物的承受能力为依据，因此受能力为依据，因此必须引入有效浓度必须引入有效浓度的概念的概念 环境教育在环境教育在树立紧迫感树立紧迫感的同时，应当的同时，应当强化强化依靠科学技

39、术和社会进步可以克服依靠科学技术和社会进步可以克服困难的信心和责任感困难的信心和责任感3/17/202336情感态度价值观教育问题n n学科教育的价值观是教学质量评价的基学科教育的价值观是教学质量评价的基础础n n学科教育应当服务于素质教育学科教育应当服务于素质教育n n如何全面评价国民科学素质如何全面评价国民科学素质3/17/202337科学素养问题科学素养问题n n“蚂蚁的智慧蚂蚁的智慧”n n非智力因素不可忽视非智力因素不可忽视n n关于蜘蛛网和可降解塑料的讨论关于蜘蛛网和可降解塑料的讨论n n科学史教育中的问题科学史教育中的问题n n科学家的特征科学家的特征3/17/202338与化学

40、相关的素质n n以定义为纲化学研究物质的组成、结构、以定义为纲化学研究物质的组成、结构、性质和变化，以及变化过程中伴随发生的能性质和变化，以及变化过程中伴随发生的能量变化。这个定义体现了化学的特点、思维量变化。这个定义体现了化学的特点、思维、探究方式由表及里、由宏观到微观、再、探究方式由表及里、由宏观到微观、再回到宏观；由已知到未知、由已有到创新；回到宏观；由已知到未知、由已有到创新；着重于分类法、模型法、归纳法；实验验证着重于分类法、模型法、归纳法；实验验证重于理论证明。重于理论证明。n n较易入手并取得成果、理论成果的难度越来较易入手并取得成果、理论成果的难度越来越大。最适宜于兴趣各异的广

41、大人群、更适越大。最适宜于兴趣各异的广大人群、更适合于善于和乐于迎接挑战的人群合于善于和乐于迎接挑战的人群.3/17/202339化学和素质教育n n化学以单个纯净的化学物质为研究对象，在于准化学以单个纯净的化学物质为研究对象，在于准化学以单个纯净的化学物质为研究对象，在于准化学以单个纯净的化学物质为研究对象，在于准确地识别、有效地分离、有目的地仿制、修饰和确地识别、有效地分离、有目的地仿制、修饰和确地识别、有效地分离、有目的地仿制、修饰和确地识别、有效地分离、有目的地仿制、修饰和创新。为此，必须尽可能地获得目标物性质的全创新。为此，必须尽可能地获得目标物性质的全创新。为此，必须尽可能地获得目

42、标物性质的全创新。为此，必须尽可能地获得目标物性质的全部信息以及选择关键信息的思路与方法。部信息以及选择关键信息的思路与方法。部信息以及选择关键信息的思路与方法。部信息以及选择关键信息的思路与方法。n n化学对于物质的认识，以原子分子为基础，具有化学对于物质的认识，以原子分子为基础，具有化学对于物质的认识，以原子分子为基础，具有化学对于物质的认识，以原子分子为基础，具有统计平均的特点。精确度必定与时俱进，信息遗统计平均的特点。精确度必定与时俱进，信息遗统计平均的特点。精确度必定与时俱进，信息遗统计平均的特点。精确度必定与时俱进，信息遗漏将不可避免。因此化学对培育求精求新意识和漏将不可避免。因此

43、化学对培育求精求新意识和漏将不可避免。因此化学对培育求精求新意识和漏将不可避免。因此化学对培育求精求新意识和细致缜密的思维与工作习惯极为有利。细致缜密的思维与工作习惯极为有利。细致缜密的思维与工作习惯极为有利。细致缜密的思维与工作习惯极为有利。n n化学有助于公民了解现代生活、卫生保健、环境化学有助于公民了解现代生活、卫生保健、环境化学有助于公民了解现代生活、卫生保健、环境化学有助于公民了解现代生活、卫生保健、环境安全方面的知识、政策、法规安全方面的知识、政策、法规安全方面的知识、政策、法规安全方面的知识、政策、法规3/17/202340 素质教育任重道远 一堂高水平的课给弱者以尊严，给一堂高

44、水平的课给弱者以尊严，给强者以仁爱，给了孩子们看世界的眼睛。强者以仁爱，给了孩子们看世界的眼睛。教育与教学，一字之差，对学生的影响教育与教学，一字之差，对学生的影响可能差别很大可能差别很大 环境教育中的问题环境教育中的问题 3/17/202341教师和学生间的教育互动n nGray Gray 教授获奖时提到的对他影响至深教授获奖时提到的对他影响至深的几位导师的话：的几位导师的话：“你的目标有多大，你的目标有多大，你的成就就有多大你的成就就有多大”；“走自己的路走自己的路”；“要说得清楚，写得明白要说得清楚，写得明白”n n园丁还是泥土？园丁还是泥土？3/17/202342话题话题1：聆听大家解读化学学科的大问题，反思：聆听大家解读化学学科的大问题，反思中学化学教学，我想大家都会有不同的感悟，中学化学教学，我想大家都会有不同的感悟，写出来让我们共享。写出来让我们共享。话题话题2：上述给出的实验探究的案例给您的教学：上述给出的实验探究的案例给您的教学有何启示？在工作中，您也一定做了很多，有何启示？在工作中，您也一定做了很多，写出来吧！写出来吧！3/17/202343