【文章內容簡介】 律）。用八隅律解釋共價鍵的飽和性，有很多例外，而共價鍵的方向性，電子理論也不能解釋。但是電子理論已經(jīng)明確指出分子中原子間的相互作用是價電子和各原子核間的相互作用，原子間的一個化學鍵是一對電子。由于電子理論中引進的電子概念是靜止的，所以，還不能解釋清楚共價鍵的本質問題。1927年，海特勒和倫敦用量子力學處理氫分子獲得成功，開創(chuàng)了現(xiàn)代的化學鍵理論。目前流行的化學鍵理論有電子配對理論（或稱價鍵理論）、分子軌道理論以及配位場理論。價鍵理論認為，成鍵的電子只是價電子，而其他電子仍是在各自的原子周圍運動。價鍵法與化學家熟悉的電子配對、八隅律等概念符合，因此較易為人們所接受，同時，用它處理分子結構問題，價鍵的概念較明晰，因而一直為許多教科書所采用。但對許多化學現(xiàn)象，如氧分子的順磁性、氮分子的特殊穩(wěn)定性等，價鍵理論都無法解釋。在這些方面，分子軌道理論能發(fā)揮其作用。分子軌道理論將整個分子看作一個整體，整個分子中的各原子核形成一定的勢場，所有的電子都在這勢場的一定的分子軌道中運動。電子在分子軌道中運動，同樣遵循能量最低原理。近年來，由于分子軌道對稱守恒原理的發(fā)現(xiàn)及廣泛應用，分子軌道理論發(fā)展較快。對共價鍵本質問題的探討一直是化學鍵理論中的重大研究課題。為了闡明共價鍵的形成，20世紀30年代以后建立了兩種化學鍵理論：一種是現(xiàn)代價鍵理論，另一種是分子軌道理論?，F(xiàn)行中學教材中介紹的基本上是現(xiàn)代價鍵理論。由于20世紀初建立的經(jīng)典價鍵理論遇到許多不能解決的矛盾，對共價鍵的本質也解釋不清，為了解決這些矛盾，1927年德國化學家海特勒和倫敦首先將量子力學理論應用到分子結構中。后來鮑林等又發(fā)展了這一理論，建立了現(xiàn)代價鍵理論（Valence Bond Theory），簡稱VB法，又稱電子配對法。該理論認為：原子在未化合前有未成對電子，這些未成對的電子，如果自旋方向相反的話，則可兩兩結合成電子對，這時原子軌道發(fā)生重疊，電子在兩核間出現(xiàn)機會較多，電子云密度較大，體系的能量降低，就能形成一個共價鍵；一個電子與另一個電子配對后就不能再與第三個電子配對；原子軌道重疊愈多，所形成的共價鍵就愈穩(wěn)定，等等?，F(xiàn)代價鍵理論不但可解釋共價鍵的飽和性和方向性問題，而且在得到雜化軌道理論充實后，還能解釋許多分子的幾何構型問題。值得注意的是現(xiàn)代價鍵理論不受經(jīng)典價鍵概念的所謂“八隅律”的束縛，如中的Be和B原子的最外層并不是8個電子，而分別是4個和6個電子。但現(xiàn)代價鍵理論在解釋有些分子的形成時，也遇到了困難。例如，它只能從原子軌道的重疊定性地說明共價鍵的穩(wěn)定性，而不能給予近乎定量的解釋；它也無法解釋氧分子和硼分子等為什么具有順磁性等問題。另外，在解釋較復雜的分子以及有大π鍵的有機分子結構時也與實際偏差較大，因為該理論缺乏對分子作為一個整體的全面考慮。如果認為分子中的電子已不再從屬于任何一個組成原子的原子軌道，而是在屬于整個分子的若干分子軌道中運動，這似乎還比較合理，于是分子軌道理論（Molecular Orbital Theory），簡稱MO法，便應運而生。MO理論認為：能量相近的原子軌道可以組合成分子軌道。由原子軌道組合成分子軌道的數(shù)目不變，而軌道能量改變。能量低于原子軌道的分子軌道為成鍵軌道，反之為反鍵軌道，能量等于原子軌道的分子軌道為非鍵軌道。分子中的電子在一定的“分子軌道”上運動。在不違背每一個分子軌道只容納兩個自旋方向相反的電子的原則下，分子中的電子將優(yōu)先占據(jù)能量最低的分子軌道，并盡可能分占不同的軌道，且自旋方向相同。在成鍵時，原子軌道重疊越多，所生成的鍵愈穩(wěn)定。分子軌道中電子的排布也遵從原子軌道電子排布的原則，即泡利不相容原理、能量最低原理、洪特規(guī)則和軌道最大重疊原理等對它都適用。利用分子軌道理論不僅可解釋現(xiàn)代價鍵理論所不能解釋的問題（如O2和B2分子的順磁性等問題），并且提出了三電子鍵及單電子鍵等概念。分子軌道理論從分子整體出發(fā)，對于處理多原子π鍵體系，解釋離域效應和誘導效應等方面的問題，都能更好地反映客觀實際。1965年在大量實驗的基礎上，美國伍德沃德和德國霍夫曼又提出了分子軌道對稱守恒原理。它對解釋和預示一系列化學反應進行的難易程度，以及了解產(chǎn)物的立體構型等問題都有指導作用，它使化學鍵理論進入到了研究化學反應的新階段。第二章 化學反應與能量本 章 說 明一、教學目標──化學鍵的斷裂要吸收能量，化學鍵的形成要放出能量。知道一個化學反應是吸收能量還是放出能量，決定于反應物的總能量與生成物的總能量的相對高低。，了解化學能與熱能的相互轉化，了解化學能轉化為熱能在生產(chǎn)、生活中的應用及其對人類文明發(fā)展的貢獻。，認識化學能轉化為電能對現(xiàn)代化的重大意義，初步了解化學電池的化學反應基礎（氧化還原反應）及研制新型電池的重要性。，知道化學反應有一定的限度，并在此基礎上認識控制反應條件對生產(chǎn)、生活及科學研究的意義，初步認識提高燃料燃燒效率的重要性和途徑。，并為學習有關的選修模塊打下基礎。二、內容分析本章內容分為兩個部分──化學反應與能量、化學反應速率和限度，都屬于化學反應原理范疇，是化學學科最重要的原理性知識之一，也是深入認識和理解化學反應特點和進程的入門性知識。同時，本章內容又是在社會生產(chǎn)、生活和科學研究中有廣泛應用的知識，是對人類文明進步和現(xiàn)代化發(fā)展有重大價值的知識，與我們每個人息息相關。因此，化學能對人類的重要性和化學反應速率、限度及其條件控制對化學反應的重要性，決定了本章學習的重要性。初中化學從燃料的角度初步學習了“化學與能源”的一些知識，在選修模塊“化學反應原理”中，將從科學概念的層面和定量的角度比較系統(tǒng)深入地學習化學反應與能量、化學反應速率和化學平衡的原理。本章內容既是對初中化學相關內容的提升與拓展，又是為選修“化學反應原理”奠定必要的基礎。通過化學能與熱能、電能的相互轉化及其應用的學習，學生將對化學在提高能源的利用率和開發(fā)新能源中的作用與貢獻有初步認識；通過新型化學電源開發(fā)利用的介紹，學生將對化學的實用性和創(chuàng)造性有更多的體會；通過對化學反應速率和限度的討論，學生對化學反應的條件將從原理上加深認識。這些都會增進學生對化學科學的興趣與情感，體會化學學習的價值。課程標準關于化學反應與能量及化學反應速率與限度的內容在初中化學、高中必修模塊和選修模塊中均有安排，既有學習的階段性，又有必修、選修的層次性，在具體內容上前后還有交叉和重疊，學生概念的形成和發(fā)展呈現(xiàn)一種螺旋式上升的形態(tài)。根據(jù)課程標準，關于化學反應中能量變化的原因，在此只點出化學鍵的斷裂和形成是其主要原因，并籠統(tǒng)地將反應中吸收或放出能量歸結為反應物的總能量與生成物的總能量的相對高低，不予深究。關于化學能與熱能、電能的相互轉化，側重討論化學能向熱能或電能的轉化，以及化學能直接轉化為電能的裝置──化學電池，主要考慮其應用的廣泛性和學習的階段性。在化學電池中，通過原電池和傳統(tǒng)干電池（鋅錳電池）初步認識化學電池的化學原理和結構，并不要求上升為規(guī)律性的知識；通過介紹新型電池（如鋰離子電池、燃料電池等）體現(xiàn)化學電池的改進與創(chuàng)新，初步形成科學技術的發(fā)展觀。關于化學反應速率及其影響因素，是通過實例和實驗使學生形成初步的認識，但不涉及對反應速率進行定量計算或同一反應中不同物質間反應速率的相互換算。反應限度是通過實驗和化學史實（煉鐵高爐尾氣之謎）感性地說明其存在，雖涉及了反應的“可逆性”及“平衡狀態(tài)”，但未從原理的、定義的高度予以重點討論。反應條件的控制是建立在上述二者的基礎之上，選取了“燃料的燃燒效率”這一常見的典型例子進行綜合分析，從中了解控制反應條件的重要性，訓練分析問題的思路與方法。這一實例分析，既與學生的日常生活經(jīng)驗相聯(lián)系，又與初中“燃料的燃燒”相銜接。本章在選材上盡量將化學原理與實驗、實例相結合，對化學概念或術語（如化學能、化學電池、催化劑、反應限度等）采用直接使用或敘述含義而不下定義的方式出現(xiàn)，以降低學習的難度。同時注意與學生經(jīng)驗、社會發(fā)展、高新技術、化學史實、相關學科（如物理、生物等）相聯(lián)系，力求使本章學習內容在相應的“知識生態(tài)”中呈現(xiàn)，體現(xiàn)其知識的生長性、環(huán)境性、綜合性和發(fā)展性。三、課時建議第一節(jié) 化學能與熱能 2 課時第二節(jié) 化學能與電能 2 課時第三節(jié) 化學反應的速率和限度2 課時機動和復習 2 課時第一節(jié) 化學能與熱能一、教學設計能源與人類的生存和發(fā)展息息相關。本章通過對化學反應中能量變化的探討，使學生感悟到過去化學反應在人類利用能源中所充當?shù)慕巧谖磥砣祟惤鉀Q能源危機、提高能源利用率和開發(fā)新能源等方面中的關鍵作用，以激發(fā)學生學習化學的興趣，教育學生關心能源、環(huán)境等與現(xiàn)代社會有關的化學問題。本節(jié)課的教學是圍繞化學能與熱能的關系而展開的。教學分為三個部分：在第一部分中教材先從化學鍵知識入手，說明化學鍵與能量之間的密切聯(lián)系，揭示了化學反應中能量變化的主要原因。然后分析了化學反應過程中反應物和生成物的能量儲存與化學反應吸收還是放出能量的關系，為后面強調“與質量守恒一樣，能量也是守恒的”的觀點奠定了基礎。在第二部分中教材通過三個實驗，說明化學反應中能量變化主要表現(xiàn)為熱量的形式，提出吸熱反應和放熱反應的概念。這部分內容強調了科學探究和學生活動，讓學生在實驗探究中認識和感受化學能與熱能之間相互轉化及其研究過程，學會定性和定量的研究化學反應中熱量變化的科學方法。在第三部分中教材為了拓寬學生的科學視野，圖文并茂地說明了生物體內生命活動過程中的能量轉化、能源與人類社會發(fā)展的密切關系，使學生建立正確的能量觀。關于化學反應與能量之間的關系，學生在初中化學中已經(jīng)有所了解，在他們的生活經(jīng)驗中也有豐富的感性認識。本節(jié)教學內容是讓學生在學習物質結構初步知識之后，從本質上認識化學反應與能量的關系。本節(jié)教學重點：化學能與熱能之間的內在聯(lián)系以及化學能與熱能的相互轉化。本節(jié)教學難點：從本質上（微觀結構角度）理解化學反應中能量的變化，從而建立起科學的能量變化觀。依據(jù)以上分析，建議將本節(jié)課的教學分為三個課堂教學單元：理論思考教學，實驗探究教學，實際應用教學。這三個教學單元相互聯(lián)系，同時又各自平行獨立，其中任何一個單元都可以作為教學切入點進行課堂整體教學，這樣就形成了以下幾種教學思路：【教學設計Ⅰ】以理論思考教學作為切入點。從復習化學鍵知識入手→啟發(fā)學生思考化學反應中“化學鍵的破與立”與化學反應中能量變化的關系→進入理論思考教學→引發(fā)學生考慮化學能與熱能相互轉化的問題→進入實驗探究教學→提出人類如何利用化學反應產(chǎn)生的熱量問題→進入實際應用教學。這一教學思路強調的是理論的指導作用，啟發(fā)學生從理論出發(fā)提出化學反應中能量變化的幾種科學假設，然后設計實驗對各種假設進行驗證，以此培養(yǎng)學生應用理論知識解決實際問題的能力。理論思考教學單元中，應充分利用學生已有的結構化學知識、化學鍵模型、圖表和多媒體課件等課堂內的教學資源，運用模擬課件將“化學鍵的斷裂和形成是化學反應中能量變化的主要原因”這一抽象復雜的知識直觀化和形象化，運用對比、比喻、聯(lián)想等教學方法進行“一個確定的化學反應在發(fā)生過程中是吸收能量還是放出能量，決定于反應物的總能量與生成物的總能量的相對大小”的教學，力求用直觀化的圖表說明問題，注意新、舊知識的銜接和啟發(fā)學生進行討論和對比?！窘虒W設計Ⅱ】以實驗探究教學作為切入點。首先從一個燃燒實驗入手→啟發(fā)學生理解物質發(fā)生化學反應的同時還伴隨著能量的變化，而這些能量變化通常又表現(xiàn)為熱能變化→進入實驗探究教學→提出“為什么有的化學反應吸熱，而有的化學反應放熱” 的問題→進入理論思考教學→提出人類如何利用化學反應產(chǎn)生的熱量問題→進入實際應用教學。這一教學思路強調的是科學研究的一般過程，即應用實驗創(chuàng)設教學情境，引發(fā)學生發(fā)現(xiàn)并提出新的問題，設計并進行實驗用以收集、整理事實和數(shù)據(jù)，再得出結論，抽象出吸熱反應和放熱反應的概念，然后上升到理論高度去理解概念，最后應用到實際中去。整個教學過程即是一個完整的科學探究過程。實驗探究教學單元中，在探討化學反應放熱、吸熱本質時，要使學生明確三點：；；，決定于反應物的總能量與生成物的總能量的相對大小。實驗2223是教學中非常重要的課內教學資源，為了最大限度的發(fā)揮其教學價值，建議將實驗21和實驗23安排為學生分組實驗，因為放熱現(xiàn)象不能用眼睛直接觀察到，學生親自動手實驗有利于觸摸反應器和觀察溫度計，能增強感性認識。由于實驗22中產(chǎn)生氨氣，因此要在通風條件好的環(huán)境下安排學生分組實驗，此實驗直觀，現(xiàn)象明顯、有趣，能很好的調動學生的參與熱情。經(jīng)過分組實驗，學生有了完整豐富的感性認識后，引導學生進行高質量的理性分析則是至關重要的。通過學生匯報、小組內交流、填寫實驗報告等多種多樣的形式，給學生創(chuàng)造機會學習對現(xiàn)象的描述和分析、對實驗事實和數(shù)據(jù)的處理、依據(jù)事實和數(shù)據(jù)進行抽象等科學方法。最后，為了能使實驗教學進入高層次的創(chuàng)造性實驗和創(chuàng)造性思維階段，可以提出一些富有挑戰(zhàn)性的學習問題或任務，供學生在課堂內討論或課外深入學習。例如，除了觸摸、使用溫度計和觀察少量水是否結冰等方法外，還有沒有其他指示反應放熱或吸熱的方法？將你認為可行的方法列出來，并根據(jù)這些方法設計實驗；在定性實驗的基礎上能否定量測定一個反應所放出或吸收的熱量？如果能，應該怎樣設計實驗？你怎樣設計實驗比較兩個反應放出能量的大小？【教學設計Ⅲ】以實際應用教學作為切入點。首先讓學生觀看人類開發(fā)和利用能源的錄像、圖片等，或提出一個有關能源的社會實際問題進行討論→進入實際應用教學→使學生認識到化學反應所釋放出的能量是當今世界上最重要的能源，研究化學反應中能量變化的重要意義→進入實驗探究教學→引導學生考慮怎樣從本質上去理解：為什么有的化學反應吸熱，而有的化學反應放熱？→進入理論思考教學。這一教學思路強調的是將化學研究與社會的生存和發(fā)展密切聯(lián)系起來，引導學生從實際出發(fā)去研究化學反應。實際應用教學單元中，注意較多地滲透化學社會學的觀點，要求的知識比較淺顯但涉及的知識面廣，這部分內容在課堂內不要講得過深、過細和過多，應側重于調動學生的學習興趣和學習熱情，引導學生充分利用課外教學資源進行學習。在課堂內建議選擇有針對性的錄像片段、具有說服力的圖片、數(shù)據(jù)資料供學生觀看和閱讀，然后進行討論和分析。同時，給學生一些學習問題和學習任務，鼓勵學生充分利用課外教學資源進行學習，如上網(wǎng)學習，去圖書館查閱資料，到社會上去調研，尋找日常生活中與能量有關的現(xiàn)象等，也可下發(fā)一些課后閱讀資料讓學生分析并寫出報告。本節(jié)課整體教學結構及流程圖為：二、活動建議【實驗21】實驗要點：鋁與稀酸和弱酸反應現(xiàn)象不明顯，常常需要加熱，所以要選擇強酸且濃度不要太低。盡量使用純度好的鋁條，反應前要用砂紙打磨光亮，這樣進行實驗時，用手觸摸才能明顯感覺到反應放熱，用溫度計測量效果會更好。實驗報告設計：實驗目的 ； 。實驗要求 組內成員共同合作完成下列三個欄目中所要求的學習任務。實驗